Способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей в зимний период
Изобретение относится к вентиляции горных выработок при выделении в них вредных веществ и может быть использовано для управления тепловым режимом железнодорожных тоннелей, расположенных в районах с суровыми климатическими условиями. Способ характеризуется тем, что наружный воздух, подаваемый в тоннель и параллельную ему штольню, при отсутствии в тоннеле транспортных средств вначале подогревают до + 2°С, затем разделяют на две части, одну из которых направляют в штольню, а другую часть догревают до температуры, устанавливаемой условием исключения процессов наледеобразования и определяемой по предлагаемому соотношению, и подают в тоннель. При наличии в тоннеле транспортных средств прекращают подачу воздуха в выработку, параллельную тоннелю, и весь объем подогретого воздуха направляют в тоннель вслед за проходящим поездом. Температуру догрева определяют по приведенной зависимости. Благодаря реализации обеспечивается технический результат, состоящий в том, что обеспечивается проветривание тоннеля в случае выделения в его выработках вредных веществ при одновременном снижении энергетических затрат на создание положительного теплового режима, исключающего процессы образования наледей. 1 с.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области вентиляции горных выработок и может быть использовано для управления тепловым режимом железнодорожных тоннелей, расположенных в районах с суровыми климатическими условиями.
Известен способ регулирования теплового режима угольных шахт, работающих в зоне вечной мерзлоты, основанный на подогреве воздуха в зимнее время до отрицательных температур, обеспечивающих принцип нулевого теплового баланса (см. Дядькин Ю.Д. Основы горной теплофизики для шахт и рудников Севера, М., "Недра", 1968, с. 173). Недостатком данного способа регулирования применительно к железнодорожным тоннелям является создание благоприятных условий для образования наледей, т.к. в результате теплообмена с наружным холодным воздухом происходит замерзание воды, дренирующейся в тоннель. Известен способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей, включающий подачу нагретого до положительной температуры наружного воздуха в тоннель по шахтному стволу и отвод его через порталы тоннеля (см. Цодиков В. Я. Вентиляция и теплоснабжение метрополитенов. М., "Недра", 1975, с.375). Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает безаварийную эксплуатацию тоннелей, так как приводит к образованию наледей у порталов тоннеля. Это связано с тем, что воздух, достигающий порталов тоннеля, имеет температуру недостаточно высокую для компенсации холода, вносимого поездами в тоннель, в период действия поршневого эффекта. Известен способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей (авт. свид. СССР N 1090886 М. Кл. 5 E 21 F 3/00, 1984), в котором подачу нагретого наружного воздуха в тоннель осуществляют периодически в периоды отсутствия поезда в тоннеле и прекращают в течение времени его движение по тоннелю, причем подачу воздуха осуществляют в сечение тоннеля с температурой тоннельного воздуха, близкой к нулю, и обеспечивают его перемещение в направлении, обратном движению поезда, а количество воздуха и необходимую температуру его подогрева устанавливают по полученным соотношениям. Недостатками этого способа являются сложный режим организации проветривания, приводящий к необходимости периодического включения и выключения вентиляторов, что негативно сказывается на их работоспособности, высокие энергетические затраты на подогрев воздуха и обеспечение его перемещения в заданном направлении в необходимом количестве. Известен способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей в зимний период (авт. свид. N 1627723 М. Кл. 5 F 21 F 3/00, 1/00, 1991), принятый за прототип, включающий подачу наружного воздуха в тоннель под действием естественной тяги, подогрев его до положительной температуры за счет смешения с тоннельным воздухом, предварительно отбираемым из сечения тоннеля с положительной температурой, направляемым к порталу с входящей вентиляционной струей и нагреваемым у него до необходимой температуры, и вывод исходящей струи наружу через противоположенный портал. Недостатки этого способа связаны со сложностью его использования при наличии в выработках тоннелей выделения вредных веществ, приводящих к прогрессирующему во времени загрязнению воздушной среды, что, в свою очередь, влечет за собой необходимость увеличение количества воздуха и как следствие рост энергетических затрат на его подогрев. Задачей предлагаемого изобретения является снижение концентрации вредных веществ в воздушной среде при одновременном уменьшении энергетических затрат на подогрев воздуха. Задача решается тем, что в предложенном способе, включающем подачу предварительно подогретого до положительной температуры наружного воздуха в один или оба портала тоннеля и параллельною ему штольни и отвод исходящей воздушной струи наружу соответственно через противоположенный портал или стволы, при отсутствии в тоннеле транспортных средств весь объем наружного воздуха сначала подогревают до 2oC, затем одну часть воздуха подают в штольню, параллельную тоннелю, а другую часть направляют непосредственно в тоннель, предварительно догревая ее до температуры, определяемой по соотношению![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/18/188823.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/18/188824.gif)
При этом необходимая тепловая мощность калориферных установок в первой N1 и второй N2 ступенях будет равна:
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/18/188825.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
Примем, что температура наружного воздуха равна температуре наиболее холодной пятидневки, т. е. tн= -45oC; при режиме движения транспортных средств, характеризующимся скоростью движения поездов 60 км/ч, интенсивностью движения 29 пар/сут, и длине тоннеля 15,3 км относительное время действия поршневого эффекта от проходящих поездов составляет
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
tпод [2
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
По формулам (4), (5), получим:
N1= 1,005
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
Суммарные энергозатраты составляют 1465 кВт. При традиционном способе подогрева, когда в калориферы направляется весь воздух, необходимый доля проветривания тоннеля и штольни, общее энергопотребление составляет 3325 кВт. Таким образом, экономия энергозатрат при использовании предлагаемого способа будет равна 1860 кВт в расчете на каждый портал или 3720 кВт для тоннеля в целом. Использование предлагаемого способа регулирования позволяет повысить безопасность эксплуатации железнодорожных тоннелей, расположенных в районах с суровым климатом и эксплуатируемых при выделении в их выработках вредных веществ, одновременно снизить энергетических затраты на подогрев воздуха.
Формула изобретения
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/18/188826.gif)
где Gn, Gт, Gm - соответственно количество воздуха, поступающее в тоннель при нахождении в нем транспортных средств, подаваемое в тоннель в промежутки между поездами и направляемое для проветривания штольни, параллельной тоннелю;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/964.gif)
tн - температура наружного воздуха,
а в периоды нахождения в тоннеле транспортных средств прекращают подачу воздуха в штольню, и весь объем подогретого воздуха направляют в тоннель вслед за проходящим поездом.
РИСУНКИ
Рисунок 1