隧道射流风机导流装置以及导流方法与流程

本发明属于隧道通风技术领域，具体涉及一种隧道射流风机导流装置以及导流方法。

背景技术：

射流风机由于构造简单，布置灵活，控制简便，在公路隧道通风系统得到了较为广泛的应用。一般情况下，公路隧道高度比较富裕，风机与隧道顶板之间有一定的设置间距，射流风机的高速气流与隧道壁面之间的摩擦力也可以得到有效控制。

在城市隧道、水下隧道等条件下，由于项目工程造价和路线选线的限制，隧道净空高度受限，射流风机与隧道顶板之间距离很小，高速气流沿直线吹出，呈锥形扩散，高速气流与隧道壁面之间附加阻力会大大增加，从而加大了隧道的运营费用；另外，射流风机在主洞形成均匀气流，辅助加压的效果也会减弱。

因此，如何在隧道高度受限的情况下，采用较为简便的办法降低射流风机能耗，提高系统的整体效果，成为提高隧道运营经济性一个亟待解决的事情。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种隧道射流风机导流装置以及导流方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种隧道射流风机导流装置，包括：导流装置外壳(9)、导流装置转动轴(11)和导流装置导流叶片(6)；

射流风机(4)通过射流风机吊架(2)悬挂于隧道顶板(1)下方；所述导流装置外壳(9)水平设置，其一端为进风口，另一端为排风口；所述导流装置外壳(9)的进风口与所述射流风机(4)的射流风机出口(5)连接固定，将所述射流风机(4)排出的气流导入到所述导流装置中；

在所述导流装置外壳(9)的内部中心位置，自上而下可转动安装若干个所述导流装置转动轴(11)；每个所述导流装置转动轴(11)上固定安装一个所述导流装置导流叶片(6)，使所述导流装置导流叶片(6)位于所述导流装置外壳(9)的进风口和所述导流装置外壳(9)的排风口之间；当所述导流装置转动轴(11)转动时，带动所述导流装置导流叶片(6)转动，进而调节所述导流装置导流叶片(6)的倾斜角度；使所述导流装置导流叶片(6)向下倾斜设置；所述射流风机(4)的射流风机出口(5)排出的气流沿所述导流装置导流叶片(6)倾斜向下流动，并最终从所述导流装置外壳(9)流出，由此调节所述射流风机(4)出口气流角度，降低射流风机与隧道壁面之间的摩擦力，提高射流风机的效率。

优选的，所述导流装置转动轴(11)为螺栓。

优选的，所述导流装置外壳(9)的进风口与所述射流风机(4)的射流风机出口(5)之间通过螺栓或焊接方式连接固定。

本发明还提供一种基于隧道射流风机导流装置的导流方法，包括以下步骤：

步骤1，在悬挂于隧道顶板(1)下方的射流风机(4)的射流风机出口(5)安装导流装置(10)；根据射流风机(4)距离隧道顶板(1)的距离，确定导流装置(10)的基本参数，包括：导流装置导流叶片(6)的长度、导流装置导流叶片(6)的倾斜角度以及导流装置外壳(9)的长度；

步骤2，射流风机(4)的射流风机出口(5)排出的气流沿导流装置导流叶片(6)倾斜向下流动，并最终从导流装置外壳(9)流出，由此调节射流风机(4)出口气流角度，降低射流风机与隧道壁面之间的摩擦力，提高射流风机的效率。

优选的，在确定导流装置(10)的基本参数时，还考虑以下因素：射流风机前方是否存在障碍物、障碍物距离射流风机的水平距离以及障碍物的高度。

优选的，如果射流风机前方存在障碍物，通过调节导流装置导流叶片(6)的倾斜角度，进而改变射流风机出口气流方向，缩短射流风机的高速气流形成主洞均匀风速的距离，减少射流风机高速气流直接吹向障碍物所带来的阻力损失。

本发明提供的隧道射流风机导流装置以及导流方法具有以下优点：

(1)在不改变隧道建筑高度的情况，通过在射流风机出口端设置导流装置，即可有效提高射流风机效率，对于隧道建筑高度受限的隧道具有很好的应用前景；

(2)该装置也可应用到射流风机前方大型障碍物无法避让情况下，使隧道通风气流得到改善。通过改变射流风机出口气流方向，缩短射流风机的高速气流形成主洞均匀风速的距离，减少射流风机高速气流直接吹向大型障碍物所带来的阻力损失；

(3)本发明提供的隧道射流风机导流装置，可以根据风机规格的不同制作不同规格的导流装置。根据射流风机与隧道壁面之间的距离以及路面坡度等因素，对导流装置的导流叶片角度进行调节，达到减少压力损失，提高效率的目的，导流叶片调节角度根据隧道的实际情况，可调节角度一般在10°以内。

(4)本发明可实现工程化标准化、一体化制作，提高了产品质量，简化了施工流程。

(5)本发明构成简单，安装方便，后期维护量小。

附图说明

图1为本发明提供的射流风机导流装置在隧道内的安装示意图；

图2为本发明提供的射流风机导流装置的剖面图；

图3为未安装射流风机导流装置时，射流风机气流与大型障碍物距离过近导致的气流变化示意图；

图4为已安装射流风机导流装置时，射流风机气流通过大型障碍物导致的气流变化示意图；

图5为本发明提供的射流风机导流装置的主视结构示意图；

图6为射流风机纵向气流扩散云图；

图7为射流风机位置摩阻损失系数表中图示的结构示意图；

其中：1-隧道顶板、2-射流风机吊架、3-射流风机入口气流方向、4-射流风机、5-射流风机出口、6-导流装置导流叶片、7-射流风机出口气流风向、8-气流改变角度、9-导流装置外壳、10-导流装置、11-导流装置转动轴、12-隧道内大型障碍物。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种隧道射流风机导流装置以及导流方法，主要构思为：在隧道射流风机出口位置处安装导流装置，使导流装置与射流风机出口相连接形成一个整体，通过调节导流装置的导流叶片角度，可以实现对射流风机气流方向的调节，降低射流风机气流与隧道壁面之间的摩擦力，提高射流风机的效率。因此，本发明有效解决隧道建筑高度受限，射流风机效率受影响的问题。

具体的，经研究发现，射流风机效率除了射流风机自身特性影响外，还受射流风机与隧道壁面之间的距离影响。射流风机位置摩阻损失系数如下表所示：

单台射流风机位置摩阻损失折减系数η

注：表中dj表示射流风机的内径，z表示射流风机中心距隧道壁面的距离。

由上表可以发现，射流风机距离隧道壁面越近，摩阻损失越大，从而导致射流风机升压力下降。在隧道净空高度一定的情况下，通过改变射流风机的出口方向，可以有效降低射流风机的摩阻损失。根据数值模拟的结果，升压效率可以提高40％左右。

基于此，发明人设计研究了一种隧道射流风机导流装置，可提高在建筑高度受限条件下射流风机整体效率。参考图1、图2和图5，隧道射流风机导流装置包括：导流装置外壳9、导流装置转动轴11和导流装置导流叶片6；

射流风机4通过射流风机吊架2悬挂于隧道顶板1下方；导流装置外壳9水平设置，其一端为进风口，另一端为排风口；导流装置外壳9的进风口与射流风机4的射流风机出口5连接固定，将射流风机4排出的气流导入到导流装置中；其中，导流装置外壳9的进风口与射流风机4的射流风机出口5之间通过螺栓或焊接等方式连接固定。

在导流装置外壳9的内部中心位置，自上而下可转动安装若干个导流装置转动轴11，导流装置转动轴11可采用螺栓；每个导流装置转动轴11上固定安装一个导流装置导流叶片6，使导流装置导流叶片6位于导流装置外壳9的进风口和导流装置外壳9的排风口之间；当导流装置转动轴11转动时，带动导流装置导流叶片6转动，进而调节导流装置导流叶片6的倾斜角度；使导流装置导流叶片6向下倾斜设置；射流风机4的射流风机出口5排出的气流沿导流装置导流叶片6倾斜向下流动，并最终从导流装置外壳9流出，由此调节射流风机4出口气流角度，降低射流风机与隧道壁面之间的摩擦力，提高射流风机的效率。

发明人进行大量研究实验，发现导流装置导流叶片的倾斜角度α与射流风机升压力之间存在以下关系：

其中：△p为射流风机升压力，ρ为空气密度，vj为射流风机出口风速，vr为隧道纵向风速，aj为射流风机横断面积，ar为隧道净空面积，η'为附加阻力系数，与风机离隧道壁面高度及射流风机气流方向有关，具体数值需要根据实验或者数值模拟进行验证确定。

因此，由于射流风机与隧道侧壁之间的距离对射流风机的压力损失影响很大，在隧道净空高度受限制的情况下，通过该导流装置可以减少由于安装高度过低造成的射流风机附加压力损失，提高风机的加压效率。

该导流装置也可应用于射流风机出口与大型障碍物距离太小，高速气流直接冲击大型障碍物，所造成的附加压力损失过大的情况。通过该装置可以缩短高速气流与主洞气流混合的距离，在有效纵向间距内降低冲击大型障碍物的气流速度，从而减少压力损失。该装置构造简单，调节方便，维护量小，可与不同风机型号进行配套使用，在城市隧道、水下隧道等隧道净空高度受限的隧道，以及大型障碍物与风机纵向间距无法有效避让的隧道，该装置对射流风机效率提升效果明显。

本发明还提供一种基于隧道射流风机导流装置的导流方法，包括以下步骤：

步骤1，在悬挂于隧道顶板1下方的射流风机4的射流风机出口5安装导流装置10；根据射流风机4距离隧道顶板1的距离，确定导流装置10的基本参数，包括：导流装置导流叶片6的长度、导流装置导流叶片6的倾斜角度以及导流装置外壳9的长度；

步骤2，射流风机4的射流风机出口5排出的气流沿导流装置导流叶片6倾斜向下流动，并最终从导流装置外壳9流出，由此调节射流风机4出口气流角度，降低射流风机与隧道壁面之间的摩擦力，提高射流风机的效率。

此外，在确定导流装置10的基本参数时，还考虑以下因素：射流风机前方是否存在障碍物、障碍物距离射流风机的水平距离以及障碍物的高度。

具体的，在隧道安装高度充分的情况下，射流风机高速气流在主洞形成均匀风速所需的距离一般在100m左右，如图6。由于隧道内还存在可变情报板、车道指示标志、排烟道等大型障碍物，很多情况下距离射流风机出口距离在30m左右，这种情况下会导致射流风机的升压效果下降，见图3。通过在射流风机出口安装导流装置，可以缩短高速气流与主洞气流混合所需距离，降低障碍物阻挡所带来的附加阻力，参考图4。

因此，当射流风机前方存在障碍物时，通过调节导流装置导流叶片的倾斜角度，进而改变射流风机出口气流方向，缩短射流风机的高速气流形成主洞均匀风速的距离，减少射流风机高速气流直接吹向障碍物所带来的阻力损失。

本装置构造简单，安装方便，可与任意型号射流风机进行搭配使用，改善射流风机的出口气流情况。该装置可以在工厂与射流风机一起配套，也可以对已建隧道射流风机进行改造。

本发明提供的隧道射流风机导流装置以及导流方法具有以下优点：

(1)在不改变隧道建筑高度的情况，通过在射流风机出口端设置导流装置，即可有效提高射流风机效率，对于隧道建筑高度受限的隧道具有很好的应用前景；

(2)该装置也可应用到射流风机前方大型障碍物无法避让情况下，使隧道通风气流得到改善。通过改变射流风机出口气流方向，缩短射流风机的高速气流形成主洞均匀风速的距离，减少射流风机高速气流直接吹向大型障碍物所带来的阻力损失；

(3)本发明提供的隧道射流风机导流装置，可以根据风机规格的不同制作不同规格的导流装置。根据射流风机与隧道壁面之间的距离以及路面坡度等因素，对导流装置的导流叶片角度进行调节，达到减少压力损失，提高效率的目的，导流叶片调节角度根据隧道的实际情况，可调节角度一般在10°以内。

(4)本发明可实现工程化标准化、一体化制作，提高了产品质量，简化了施工流程。

(5)本发明构成简单，安装方便，后期维护量小。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。