入口有匝道的公路隧道风机设置方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及公路隧道营运通风系统技术领域，尤其是设及一种计算速度快、计算 精度高、有效节省建设成本的入口有应道的公路隧道风机设置方法。
【背景技术】
[0002] 公路隧道通风有自然通风和机械通风两类。如果隧道短时，废气能利用交通活塞 风自行排出，可采用自然通风，通常双向交通隧道长度(m)X设计交通量(辆/h)<6X 105 时，及单向交通隧道长度(m)X设计交通量(辆Α)<2Χ 106时，可采用自然通风，其它情况 宜采用机械通风。机械通风采用风机将隧道内废气强制排出，其通风方式目前分类有:纵向 通风、半横向通风、横向通风Ξ大类W及在运Ξ种基本方式基础上的组合通风方式。
[0003] 通常的公路隧道的竖井上的轴流风机和隧道内射流风机设置的数量及工作参数 的计算过程都非常复杂，需要花费大量和计算费用，导致建设成本的增加。
【发明内容】
[0004] 本发明的发明目的是为了克服现有技术中选定轴流风机和送风轴流风机计算周 期长，计算成本高，建设成本高的不足，提供了一种计算速度快、计算精度高、有效节省建设 成本的入口有应道的公路隧道风机设置方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用W下技术方案：
[0006] -种入口有应道的公路隧道风机设置方法，所述公路隧道包括入口应道段和η个 依次排列的区段，入口应道段包括入口主干道和与入口主干道夹角为β的入口应道;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、入口应道和各个区段上均设置C0浓度检测装置;包括如下步骤：
[0007] (1-1)计算机中设有入口主干道断面积为Ari，空气压力为Ρ1;入口应道断面积为 Abl，空气压力为pizd ;入口主干道和入口应道汇合处的断面积均为Ar2，空气压力为P2 ;入口主 干道的空气流量也1，入口主干道和入口应道汇合处的空气流量也2,入口应道的空气流量 Qbl;
[000引 （1-1-1)建立动量方程：
[0009] ArlPl+AblPlzdCOS0-Ar2P2 = PQr2Vr2-pKblQblVblCOS0-pQrlVrl，
[0010] 其中，P为空气密度系数，Kbi为入口应道与入口主干道连接处的送风口升压动量系 数；
[0011] 计算机利用公式
[0012]
计算入口主干道的空气流速Vrl，入口主干道和入口 应道汇合处的空气流速v：r2，入口应道的空气流速Vbl;
[001引计算机使Plzd = P1，将Vrl、Vr2和Vbl代入动量方程，整理后得到入口应道段送风压力 增量Δ化1:
[0019]其中，A Pe功第i个竖井的排风口升压力，A Pb功第i个竖井的送风口升压力，i = 1，...，n-1;
[0020] Qri为第i个竖井的空气流量，Ari为第i个区段的主干道断面积，Vri为第i个区段的 空气流速，Vr(i+：L)为第i + 1个区段的空气流速，ArfiU)为第i + 1个区段的断面积，Apei为第i个 竖井的排风口升压力，Qei为第i个竖井的排风口排风量，屯功第i个区段的空气流量，Kei为 第i个竖井的排风口升压动量系数，Vei为第i个竖井的排风口空气流速，Qbi为第i个竖井的 送风口送风量，Qr(W)为第i + 1个区段的空气流量，Kbi为第i个竖井的送风口升压动量系数， Vbi为第i个竖井的送风口空气流速，?3ι为第i个竖井的送风通道与公路隧道顶部的夹角；
[0021]
[0022]其中，Cl为第1个竖井底部的空气浓度比，Cl为第i个竖井底部的空气浓度比，Cw为 第i + 1个竖井底部的空气浓度比，Qreq功入口主干道的需风量，Qreql与入口主干道检测的C0 浓度成正比，Qreq(W)为第i + 1个区段的需风量，Qreq(W)与第i + 1个区段检测的C0浓度成正 比，Cbi为第i个竖井的送风浓度比；
[002引
其中，Cbl为入口应道的空气浓度比，Qreqlzd为入口应道的需风 量，Qreqlzd与入口应道检测的C0浓度成正比；
[0024] Qbi · (l-Cbi)=Qreq(i+l)-(Qri-Qei) · (1-Ci);
[00巧](1-2)计算机计算入口隧道段的送风量的初值化°0及入口隧道段风量初值Q"1 ; [0026]
[0027] m表示入口应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；
[002引Qreri为第j个区段的需风量；
[0029] 化J为第j个竖井的送风量；
[0030] Cw为第j个竖井的送风浓度比；
[0031] 判断入口应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〇1，则不断增加入口应道段的送风量，直至所有的竖井 底部的空气浓度比C均< 1时得到化0,使Qrl =化0;
[00扣]当m>0时，计算第2至第m+1个区段的Qr及Vr，其中Qr利用递推公式Qr(i+l) = Qrj-Qej+ Qbj获得;
[0033] 判断C时：
[0034] 顺序号为1的竖井底部的空气浓度比
[0035] 顺序号>1的竖井底部的空气浓度比，采用如下公式求解：
[0036]
[0037] (1-3)计算机计算下一个送风量待定竖井的送风量初值Q1.，若当前送风量待定竖 井的顺序号为i，则：
[00；3 引
[0039] 其中，Qreqj为第j个区段的需风量，Qsfi为第i个竖井底部气流中的等效新鲜空气 量，Qw为第j个竖井的送风量，Cw为第j个竖井的送风浓度比，π/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；
[0040] 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01，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均含1时得到化1;
[0041 ] 计算第i + 1至i+m'+l个区段的Qr及Vr;
[0042] 判断別寸采用公??
求解；
[0043] (1-4)计算机循环步骤（1-3)，直至得到从入口应道段至第η个区段所有竖井的送 风量化，入口应道段和所有区段的Qr及Vr ;
[0044] (1-5)计算机计算入口应道段和所有区段的压力Δ Pi及所需射流风机台数Ji;
[0045] (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；
[0046] (1-7)计算机循环步骤（1-1)至（1-6)直至确定入口应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。
[0047] 确定合理的轴流风机及射流风机参数时，从安全性和经济性考虑，合理因素主要 有:对于每个竖井的送风，选取轴流风机送风量化不低于且尽量靠近根据步骤（1-4)得到的 该竖井的送风量化;对于每个竖井的排风，选取轴流风机排风量Qe ;首先使每个隧道区段满 足设计风速10米/秒，选取较大排风量的轴流风机可W减少射流风机安装台数，但上限 是在竖井底部不造成空气回流;隧道内射流风机台数要能安装得下。此外还可W从造价、运 营和维护成本等方面考虑安装排风用轴流风机与安装多台射流风机之间的选择。综合考虑 的因素还有如交通量变化、正常交通与阻滞交通、单向交通与双向交通、火灾排烟等情况在 不同年限需要安装的轴流风机类型和数量、射流风机的类型和数量，W及风机的使用寿命 等。
[0048] 本发明首先利用各个CO浓度检测装置测量入口主干道、入口应道和各个区段的需 风量，然后设定入口主干道、入口应道、各个区段和各个竖井的其它参数，本发明方法根据 风机的送(排)风量和送(排)风速有级档的特点，将求解输出的隧道各区段理论设计风量和 竖井的理论送风量(数据)作为参考，计算并选定轴流风机的送(排)风量。
[0049] 本发明通过设立送风量待定竖井标志和向前查找送风量待定竖井标志，使计算能 同时处理竖井送风量的给定与待定两种情形。本发明方法中，将隧道各区段需风量计算提 前单列，可为后续的多种计算进行简化和避免重复计算;设定竖井及风机等有关参数可提 高计算操作的灵活性；回头计算本送风量初值可缩小捜索计算的有效范围和缩短计算 时间;计算隧道各区段压力Api及所需射流风机台数Ji为输出结果合理性检查提供依据;按 轴流风机级档给定送风量、排风量是人工介入，其操作仍是设定竖井及风机等有关参数。
[0050] 本发明解决了任意个竖井设置的纵向通风的测量计算问题，将全射流风机纵向通 风、竖井送排式纵向通风和竖井与射流风机组合纵向通风运Ξ种常用通风方式的通风计算 归为一体。即当竖井个数为0时，为全射流风机纵向通风计算；当竖井个数大于0时，不需配 置射流风机时是竖井送排式纵向通风计算，需配置射流风机时是竖井与射流风机组合纵向 通风计算。
[0051] 作为优选，所述步骤（1-5)的压力Δ Pi利用如下公式计算得到：Δ Pi= Δ化1- Δ pti+ A Pmi ;
[0052] 同时，在入口应道与入口主干道的连接处，应有
[0056] 其中，Δρ"为第i个区段与Vr相关的通风阻抗力，Apt功第i个区段与Vr相关的交 通通风力，A Pmi为第i个区段的自然风阻力，Σ Apjizd为入口应道内射流风机群总升压力， Apji为第1区段主干道内射流风机群总升压力，Aptizd为入口应道的交通通风力，A化izd为 入口应道的通风阻抗力，A Pmlzd为入口应道的自然风阻力。
[0057] 作为优选，所述步骤(1-5)的射流风机台数J