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隧道風(fēng)機(jī)

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隧道風(fēng)機(jī)

詳細(xì)介紹

隧道射流風(fēng)機(jī)主要用于公路及鐵路隧道的縱向通風(fēng)系統(tǒng)中,風(fēng)機(jī)一般懸掛在隧道頂部或兩側(cè),不占用交通面積,不需另外修建風(fēng)道.土建造價(jià)低.是一種很經(jīng)驗(yàn)的通風(fēng)方式.

為滿足公路隧道通風(fēng)降噪的需要，提出了射流風(fēng)機(jī)推力影響因素及其選用要求。在計(jì)算隧道中總推力的前提下確定出射流風(fēng)機(jī)的推力。并確定所用風(fēng)機(jī)的數(shù)量。

關(guān)鍵詞：噴流式通風(fēng)機(jī)　隧道　選用　計(jì)算

一、引言

在公路隧道縱向通風(fēng)系統(tǒng)中，射流風(fēng)機(jī)通常是并聯(lián)為一組，并沿隧道方向間隔布置，為了滿足隧道內(nèi)噪聲環(huán)境的要求，射流風(fēng)機(jī)通常配有整體消聲器。在夜間，為了防止隧道洞口產(chǎn)生較大的噪聲，通常是只運(yùn)行隧道中間部分的風(fēng)機(jī)，或者加長(zhǎng)靠近隧道洞口處的風(fēng)機(jī)消聲器長(zhǎng)度，或者采用雙速射流風(fēng)機(jī)。
二、射流風(fēng)機(jī)推力影響因素及選用

1.每組風(fēng)機(jī)之間的縱向距離

如果隧道中每組風(fēng)機(jī)之間具有足夠的距離，則噴射氣流會(huì)有充分的逐漸減速，如果噴射氣流減速不*，將會(huì)影響到下一級(jí)風(fēng)機(jī)的工作性能。一般情況下，每組風(fēng)機(jī)之間的縱向間距取為隧道截面水力當(dāng)量直徑的10倍或10倍以上，也可以取風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)壓(Pa)的十分之一作風(fēng)機(jī)縱向間距(m)，同一組風(fēng)機(jī)之間的中心距至少取為風(fēng)機(jī)直徑的2倍。隧道中的射流風(fēng)機(jī)布置并不一定具有同一間距，只要風(fēng)機(jī)之間具有足夠的縱向間距，則風(fēng)機(jī)可以盡可能地布置在靠近隧道洞口的位置；如果風(fēng)機(jī)軸向安裝位置允許存在一定傾斜，則風(fēng)機(jī)之間的縱向距離可以減少，從而可以提高安裝系數(shù)。

2.隧道中空氣流速、風(fēng)機(jī)與壁面及拱頂?shù)慕咏?nbsp;

風(fēng)機(jī)推力是在空氣靜止條件下，根據(jù)風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)量的變化而測(cè)定的。如果風(fēng)機(jī)進(jìn)口的空氣處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則風(fēng)機(jī)中空氣動(dòng)量的變化值必然減小。如果射流風(fēng)機(jī)的安裝位置靠近隧道壁面或拱頂，則空氣射流與壁面或與拱頂之間必然產(chǎn)生附加摩擦損失。

3.風(fēng)機(jī)尺寸

射流風(fēng)機(jī)耗電量與推力之比與風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速有關(guān)，對(duì)于給定的推力要求，出口風(fēng)速越高，耗電量越大。因此，為了降低運(yùn)行成本，應(yīng)盡可能選用大直徑、低轉(zhuǎn)速或葉片角度小的風(fēng)機(jī)。對(duì)于給定的風(fēng)機(jī)尺寸，如果降低其推力，必然導(dǎo)致風(fēng)機(jī)數(shù)量的增加，從而增加風(fēng)機(jī)本身的投資，但此時(shí)風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速也隨之降低，使得消聲器得以取消或減小其長(zhǎng)度。

4.可逆運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)

可逆運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)與單向風(fēng)機(jī)相比，效率略低，且噪聲稍高，但此類風(fēng)機(jī)可以使隧道的運(yùn)營(yíng)具有較大的選擇性。如在特別需要的情況下，單向隧道可以用作雙向運(yùn)營(yíng)，在著火時(shí)，風(fēng)機(jī)可以反轉(zhuǎn)排煙。

三、隧道中總推力計(jì)算

對(duì)于采用縱向通風(fēng)方式的公路隧道，在確定了其需要的空氣量后，使可以計(jì)算用于克服隧道中全部空氣阻力所需要的射流風(fēng)機(jī)的推力，隧道中的空氣阻力主要由以下各項(xiàng)阻力組成。

1.隧道進(jìn)口、出口空氣阻力

隧道進(jìn)口、出口空氣阻力pen,ex通常取為隧道中空氣動(dòng)壓的1.5倍，如果隧道進(jìn)口置有流線型喇叭段結(jié)構(gòu)，出口置有擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，則此項(xiàng)阻力會(huì)小些。

pdt=1/2ρV2T

式中　pdt——隧道空氣動(dòng)壓，Pa
ρ——空氣密度，kg/m3
VT——隧道中空氣平均流速=qT/VT，m/s
qT——隧道中空氣流速，m/s
AT——隧道截面積，m2

2.車輛拖阻或阻力

在單向隧道中，如果車輛速度低于隧道中風(fēng)速，車輛會(huì)產(chǎn)生拖阻，如果車輛速度大于隧道中風(fēng)速，則車輛會(huì)對(duì)空氣流動(dòng)產(chǎn)生助推力；在雙向隧道中，與風(fēng)速反向的車輛行駛速度會(huì)對(duì)空氣流動(dòng)產(chǎn)生阻力，車輛拖阻或助推力計(jì)算如下：

pdrag=CdAV/AT×0.5ρ〔(NC1+NT1)(VV1+VT)2-(NC2+NT2)｜VV2-VT｜(VV2-VT)〕

式中　pdrag——車輛拖阻或阻力，Pa
Cd——車輛拖阻系數(shù)(1.0)
AV——車輛迎風(fēng)面積(小汽車：2m2，卡車6m2)
NC1——與風(fēng)向相反行駛小汽車車輛數(shù)
NT1——與風(fēng)向相反行駛卡車車輛數(shù)
NC2——與風(fēng)向同向行駛小汽車車輛數(shù)
NT2——與風(fēng)向同向行駛卡車車輛數(shù)
VV1——與風(fēng)向相反行駛車輛速度，m/s
VV2——與風(fēng)向同向行駛車輛速度，m/s

對(duì)于單向隧道NC1=0，NT1=0

3.環(huán)境條件

由于隧道的地理位置不同，隧道進(jìn)出口的環(huán)境條件存在較大差異，如自然風(fēng)速、風(fēng)向、空氣溫度、海拔、大氣壓等條件會(huì)差別較大，從而會(huì)導(dǎo)致煙囪效應(yīng)(stack effects)，應(yīng)從隧道的空氣阻力中增加或減掉此效應(yīng)。由于隧道兩端大氣壓差而引起的阻力pstack應(yīng)由測(cè)量值確定，并增加到系統(tǒng)阻力中。

4.隧道中表面摩擦損失

隧道中的懸掛物表面，如照明燈具、道路方向指示牌等會(huì)對(duì)隧道中的空氣流動(dòng)產(chǎn)生阻力。其計(jì)算如下：

pL=0.5ρV2TL/Dh

式中　VT——隧道中空氣平均流速，m/s
L——隧道長(zhǎng)度，m
Dh——隧道橫截面當(dāng)量直徑=4AT/PT，m
AT——隧道橫截面積，m2
PT——隧道橫截面周長(zhǎng)，m
f——摩擦系數(shù)

通常情況下，f取值為0.02～0.04，主要取決于隧道表粗糙度及隧道中懸掛物的尺寸及數(shù)量。如果上述因素不易確定，則取f=0.025。

5.隧道中總推力TT

隧道中的總推力是用于克服隧道中的空氣阻力，故

TT=pTAT

pT即為1～4中各項(xiàng)阻力損失之和

pT=pen,ex+pdrag±pstack+pL

四、射流風(fēng)機(jī)推力

射流風(fēng)機(jī)的基本推力等于風(fēng)機(jī)進(jìn)出口空氣動(dòng)量的變化。風(fēng)機(jī)進(jìn)口或出口空氣動(dòng)量等于空氣質(zhì)量流量與進(jìn)口或出口的平均流速之乘積。根據(jù)隧道中射流風(fēng)機(jī)的布置原則，通常認(rèn)為射流風(fēng)機(jī)進(jìn)口處空氣流速為0，故射流風(fēng)機(jī)的理論推力為：

Tm=ρqVFVF=ρqvf2/AF

式中　qVF——風(fēng)機(jī)中空氣體積流量，m3/s
VF——風(fēng)機(jī)出口空氣平均流速，m/s
Af——風(fēng)機(jī)有效通流面積，m2

上式僅適用于流速均勻分布的情況，而風(fēng)機(jī)中的流速分布通常差別很大，主要取決于風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)，特別是葉輪上的輪轂直徑與葉片長(zhǎng)度的比、葉片設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(自由流動(dòng)，強(qiáng)制流動(dòng)或旋渦流)、整流體的效率以及流動(dòng)障礙物的布置等。

射流風(fēng)機(jī)的推力測(cè)試是按ISO13350〔1〕進(jìn)行的，WOODS射流風(fēng)機(jī)的測(cè)試推力〔2〕一般為理論推力的0.85～1.05倍，而其它射流風(fēng)機(jī)的測(cè)試推力僅為理論推力的0.65倍或更低。

隧道中的總推力等于隧道中所有射流風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的推力之和。不管射流風(fēng)機(jī)的布置是并聯(lián)、串聯(lián)還是其它布置形式。

五、隧道中射流風(fēng)機(jī)數(shù)量的確定

NF=TT/Ti，小數(shù)點(diǎn)圓整為1
式中　NF——射流風(fēng)機(jī)數(shù)量
TT——隧道中推力，N
Ti——射流風(fēng)機(jī)安裝推力，N

射流風(fēng)機(jī)的安裝推力通常會(huì)小于射流風(fēng)機(jī)的測(cè)試推力(按ISO13350)或理論推力，這主要是由于風(fēng)機(jī)安裝之后會(huì)受到其周圍客觀環(huán)境的影響。

射流風(fēng)機(jī)的安裝推力Ti=TmK1K2K3　(N)

K1是隧道空氣流速與射流風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速之間的影響系數(shù)。在相同出口風(fēng)速條件下，隧道中空氣流速越小，則K1越大；在隧道中空氣流速相同的條件下，出口風(fēng)速越大，K1值越大，這主要是由于風(fēng)機(jī)進(jìn)口處空氣動(dòng)量的K1值不同而造成的。K1值選擇參見圖1。

圖1　隧道中空氣流速對(duì)射流風(fēng)機(jī)推力的影響曲線

K2是風(fēng)機(jī)安裝偏心校正系數(shù)。風(fēng)機(jī)安裝偏心是指風(fēng)機(jī)安裝位置靠近隧道的壁面或拱頂，從而使部分氣流撞擊壁面，不能進(jìn)入隧道主氣流。K2值選擇參見圖2。

Z——射流風(fēng)機(jī)軸線至隧道壁面或拱頂距離
DF——射流風(fēng)機(jī)直徑
DT——隧道橫截面積當(dāng)量直徑
圖2　與隧道主軸線平行安裝射流風(fēng)機(jī)推力受壁面影響曲線/p>K3是風(fēng)機(jī)安裝時(shí)軸線傾斜的較正系數(shù)，如圖3所示。

圖3　風(fēng)機(jī)安裝時(shí)軸線傾斜對(duì)推力的影響曲線

由圖3可以看出，當(dāng)風(fēng)機(jī)安裝偏心度為0.16時(shí)，即使其軸向傾斜角較大，其校正系數(shù)K3也大于1，超過10%。因此，選擇K3時(shí)，應(yīng)與K2一起考慮。對(duì)于WOODS風(fēng)機(jī)，其K2K3值一般如下取值：　

傾角　　　　　　K2K3
0　　　　　　　0.82
5　　　　　　　0.88
10　　　　　　 0.93
15　　　　　　 0.90

六、結(jié)束語

在設(shè)計(jì)隧道通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，射流風(fēng)機(jī)經(jīng)常被選用的原因之一是其具有低的初投資和低的運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)，射流風(fēng)機(jī)還可以與通風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)合使用，用于排風(fēng)和排煙。

隧道內(nèi)的空氣流動(dòng)主要是由于存在氣流壓差。射流風(fēng)機(jī)通過噴射高速氣流而產(chǎn)生推力，隨著空氣流速的減小，其能量傳遞給沿隧道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)空氣，從而產(chǎn)生隧道內(nèi)的空氣壓差，其大小等于射流風(fēng)機(jī)的推力與隧道橫截面積之商，用于克服隧道內(nèi)的空氣流動(dòng)阻力。因此，射流風(fēng)機(jī)的選型主要取決于對(duì)風(fēng)機(jī)推力的要求(即風(fēng)機(jī)出口氣流噴射速度的要求)以及所需排風(fēng)量(即風(fēng)機(jī)直徑)的要求。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)機(jī) 消聲器風(fēng)機(jī)消聲器

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