[发明专利]入口有匝道的公路隧道风机设置方法

摘要

本发明公开了一种入口有匝道的公路隧道风机设置方法，所述公路隧道包括入口匝道段和n个依次排列的区段，入口匝道段包括入口主干道和与入口主干道夹角为β的入口匝道；每对相邻区段交界处均设有一个竖井，各个竖井和各个区段均按照从公路隧道入口至出口的顺序依次编号；在入口主干道、入口匝道和各个区段上均设置CO浓度检测装置。本发明具有计算速度快、计算精度高、有效节省建设成本的特点。

主权项

一种入口有匝道的公路隧道风机设置方法，其特征是，所述公路隧道包括入口匝道段(1)和n个依次排列的区段(2)，入口匝道段包括入口主干道(11)和与入口主干道夹角为β的入口匝道(12)；每对相邻区段交界处均设有一个竖井(4)，各个竖井和各个区段均按照从公路隧道入口至出口的顺序依次编号；在入口主干道、入口匝道和各个区段上均设置CO浓度检测装置；包括如下步骤：(1‑1)计算机中设有入口主干道断面积为A_r1，空气压力为p₁；入口匝道断面积为A_b1，空气压力为p_1zd；入口主干道和入口匝道汇合处的断面积均为A_r2，空气压力为p₂；入口主干道的空气流量Q_r1，入口主干道和入口匝道汇合处的空气流量Q_r2，入口匝道的空气流量Q_b1；(1‑1‑1)建立动量方程：A_r1p₁+A_b1p_1zdcosβ‑A_r2p₂＝ρQ_r2v_r2‑ρK_b1Q_b1v_b1cosβ‑ρQ_r1v_r1，其中，ρ为空气密度系数，K_b1为入口匝道与入口主干道连接处的送风口升压动量系数；计算机利用公式计算入口主干道的空气流速v_r1，入口主干道和入口匝道汇合处的空气流速v_r2，入口匝道的空气流速v_b1；计算机使p_1zd＝p₁，将v_r1、v_r2和v_b1代入动量方程，整理后得到入口匝道段送风压力增量Δp_b1：${\mathrm{\Δp}}_{b1}=p_2-p_1$$=2\frac{A_{r2}}{A_{r1}}\frac{Q_{b1}}{Q_{r2}}\[\frac{Q_{b1}}{Q_{r2}}+(1-\frac{A_{r1}}{A_{r2}})\frac{Q_{r2}}{Q_{b1}}+\frac{A_{r1}}{A_{r2}}\frac{K_{b1}{v}_{b1}}{v_{r2}}cos\mathrm{\β}-2\]\·\frac{\mathrm{\ρ}}{2}{v}_{r2}^2;$(1‑1‑2)计算机设定$v_{r(i+1)}=\frac{Q_{r(i+1)}}{A_{r(i+1)}},{\mathrm{\Δp}}_{ei}=2\frac{Q_{ei}}{Q_{ri}}\[(2-\frac{K_{ei}\·v_{ei}}{v_{ri}})-\frac{Q_{ei}}{Q_{ri}}\]\·\frac{\mathrm{\ρ}}{2}\·v_{ri}^2,$${\mathrm{\Δp}}_{bi}=2\frac{Q_{bi}}{Q_{r(i+1)}}\[(\frac{K_{bi}{v}_{bi}{\mathrm{cos\β}}_i}{v_{r(i+1)}}-2)+\frac{Q_{bi}}{Q_{r(i+1)}}\]\frac{\mathrm{\ρ}}{2}{v}_{r(i+1)}^2,Q_{r(i+1)}=Q_{ri}-Q_{ei}+Q_{bi};$其中，Δp_ei为第i个竖井的排风口升压力，Δp_bi为第i个竖井的送风口升压力，i＝1，...，n‑1；Q_ri为第i个竖井的空气流量，A_ri为第i个区段的主干道断面积，v_ri为第i个区段的空气流速，v_r(i+1)为第i+1个区段的空气流速，A_r(i+1)为第i+1个区段的断面积，Δp_ei为第i个竖井的排风口升压力，Q_ei为第i个竖井的排风口排风量，Q_ri为第i个区段的空气流量，K_ei为第i个竖井的排风口升压动量系数，v_ei为第i个竖井的排风口空气流速，Q_bi为第i个竖井的送风口送风量，Q_r(i+1)为第i+1个区段的空气流量，K_bi为第i个竖井的送风口升压动量系数，v_bi为第i个竖井的送风口空气流速，β_i为第i个竖井的送风通道与公路隧道顶部的夹角；$C_1=\frac{Q_{req1}}{Q_{r1}},$$C_{i+1}=\frac{(Q_{ri}-Q_{ei})\·C_i+Q_{req(i+1)}+Q_{bi}\·C_{bi}}{Q_{r(i+1)}},$其中，C₁为第1个竖井底部的空气浓度比，C_i为第i个竖井底部的空气浓度比，C_i+1为第i+1个竖井底部的空气浓度比，Q_req1为入口主干道的需风量，Q_req1与入口主干道检测的CO浓度成正比，Q_req(i+1)为第i+1个区段的需风量，Q_req(i+1)与第i+1个区段检测的CO浓度成正比，C_bi为第i个竖井的送风浓度比；其中，C_b1为入口匝道的空气浓度比，Q_req1zd为入口匝道的需风量，Q_req1zd与入口匝道检测的CO浓度成正比；Q_bi·(1‑C_bi)＝Q_req(i+1)‑(Q_ri‑Q_ei)·(1‑C_i)；(1‑2)计算机计算入口隧道段的送风量的初值及入口隧道段风量初值$Q_{b0}^0=Q_{r1}^0=\underset{j=1}{\overset{m+1}{\Σ}}{Q}_{reqj}-\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{Q}_{bj}\·(1-C_{bj})$m表示入口匝道段与首个送风量待定的竖井之间送风量已定竖井的个数；Q_reqj为第j个区段的需风量；Q_bj为第j个竖井的送风量；C_bj为第j个竖井的送风浓度比；判断入口匝道段与首个送风量待定的竖井中所有竖井底部的空气浓度比C值，若有任意一竖井底部的空气浓度比C＞1，则不断增加入口匝道段的送风量，直至所有的竖井底部的空气浓度比C均≤1时得到Q_b0，使Q_r1＝Q_b0；当m＞0时，计算第2至第m+1个区段的Q_r及v_r，其中Q_r利用递推公式Q_r(j+1)＝Q_rj‑Q_ej+Q_bj获得；判断C时：顺序号为1的竖井底部的空气浓度比顺序号＞1的竖井底部的空气浓度比，采用如下公式求解：$C_{i+1}=\frac{(Q_{ri}-Q_{ei})\·C_i+Q_{req(i+1)}+Q_{bi}\·C_{bi}}{Q_{r(i+1)}};$(1‑3)计算机计算下一个送风量待定竖井的送风量初值若当前送风量待定竖井的顺序号为i，则：$Q_{bi}^0=\underset{j=i+1}{\overset{m^{\′}+i+1}{\Σ}}{Q}_{reqj}-Q_{sfi}-\underset{j=i+1}{\overset{m^{\′}+i}{\Σ}}{Q}_{bj}\·(1-C_{bj})$其中，Q_reqj为第j个区段的需风量，Q_sfi为第i个竖井底部气流中的等效新鲜空气量，Q_bj为第j个竖井的送风量，C_bj为第j个竖井的送风浓度比，m′表示当前送风量待定竖井与其前方首个送风量待定竖井之间送风量已定竖井的个数；判断当前送风量待定竖井前方至首个送风量待定竖井中所有竖井底部的空气浓度比C值，若有任意一竖井底部的空气浓度比C＞1，则不断增加当前送风量待定竖井的送风量，直至所有的竖井底部的空气浓度比C均≤1时得到Q_bi；计算第i+1至i+m′+1个区段的Q_r及v_r；判断C时采用公式$C_{i+1}=\frac{Q_{req(i+1)}+(Q_{ri}-Q_{ei})\·C_i+Q_{bi}\·C_{bi}}{Q_{r(i+1)}}$求解；(1‑4)计算机循环步骤(1‑3)，直至得到从入口匝道段至第n个区段所有竖井的送风量Q_b，入口匝道段和所有区段的Q_r及v_r；(1‑5)计算机计算入口匝道段和所有区段的压力Δp_i及所需射流风机台数J_i；(1‑6)确定各个竖井内轴流风机参数和隧道内射流风机参数，返回步骤(1‑1)，用得到的风机参数代替步骤(1‑1)中预设的风机参数；(1‑7)计算机循环步骤(1‑1)至(1‑6)直至确定入口匝道段和所有区段合理的轴流风机及射流风机参数，安装轴流风机及射流风机。