Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВЕНТИЛЯЦИИ ДВУХПУТНЫХ ТОННЕЛЕЙ МЕТРОПОЛИТЕНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1. Область техники

Изобретение относится к системам тоннельной вентиляции и платформенных залов станций метрополитена, поддерживающих заданные параметры микроклимата и химический состав воздуха в двухпутных тоннелях.

2. Предшествующий уровень техники

Известен [1] способ вентиляции тоннелей метрополитена, основанный на поршневом эффекте от движения подвижного состава, в котором всасывается наружный воздух, а тоннельный воздух удаляется через станционное пространство.

В части устройства в известном решении [1] всасывание и удаление воздуха осуществляют через соответствующие вентиляционные шахты. Наличие в [1] вентиляционных шахт для всасывания и удаления воздуха позволяет принять решение [1] в качестве аналога технического решения в части устройства.

Библиографические данные [1]: СПОСОБ ТОННЕЛЬНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ [Текст]: а.с. 1588874 СССР: МПК⁵ E21F 1/00 / Антонов Владимир Михайлович, Красюк Александр Михайлович, Петров Нестер Никитович, Сарычев Сергей Петрович (СССР); заявитель и патентообладатель: ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА СО АН СССР; - №4484648; заявл. 01.08.1988; опубл. 30.08.1990, Бюл. №32.

Без дополнительных мероприятий поршневой эффект нарушает стабильность, зачастую вплоть до блокирования, вентиляционного процесса при изменении режима движения подвижного состава. Специальный клапан, устанавливаемый в тоннеле, который должен автоматически открываться и закрываться для пропуска подвижного состава не позволяет применить этот способ для двухпутного тоннеля, в связи с постоянно увеличиваемой парностью поездов.

Известен способ вентиляции метрополитена [2], в котором организуется однонаправленное движение воздуха по тоннелям за счет поршневого эффекта с принудительной рециркуляцией между станциями смеси наружного и тоннельного воздуха с термодинамической обработкой.

Библиографические данные [2]: СПОСОБ ВЕНТИЛЯЦИИ МЕТРОПОЛИТЕНА [Текст]: пат. 2462595 Рос. Федерация: E21F 1/08 (2006.01) / Елгаев Сергей Григорьевич (RU), Ершов Александр Владимирович (RU), Земельман Александр Маркович (RU), Королев Евгений Григорьевич (RU), Мутушев Михаил Адольфович (RU); заявитель и патентообладатель: Открытое акционерное общество "Трансинжстрой" (RU); - №2011144085; заявл. 01.11.2011; опубл. 27.09.2012, Бюл. №27.

Способ разработан для однопутных тоннелей и не может использоваться в двухпутных тоннелях, т.к. существенно ослабляется поршневой эффект, что нарушает стабильность вентиляционного процесса. Кроме того, используется дорогостоящая система устройств термодинамической обработки большого количества воздуха.

Известно [3] устройство - квазизамкнутая система вентиляции метрополитена с двухпутными перегонными тоннелями, включающая приточные и вытяжные вентиляционные камеры, камеры термодинамической обработки, расположенные в притоннельных сооружениях, и струйные вентиляторы, установленные по обе стороны тоннеля.

Библиографические данные [3]: КВАЗИЗАМКНУТАЯ СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ МЕТРОПОЛИТЕНА С ДВУХПУТНЫМИ ПЕРЕГОННЫМИ ТОННЕЛЯМИ [Текст]: пат. пол. модель 136856 Рос. Федерация: E21F 1/08 (2006.01) / Абрамсон Валерий Михайлович (RU), Земельман Александр Маркович (RU), Елгаев Сергей Григорьевич (RU), Мутушев Михаил Адольфович (RU), Королев Евгений Григорьевич (RU); заявитель и патентообладатель: Открытое акционерное общество "Метрогипротранс" (RU); - №2013145094; заявл. 09.10.2013; опубл. 20.01.2014 Бюл. №2.

Устройство [3] не может уменьшить зависимость процессов воздухообмена от режимов движения подвижного состава, а также не решен вопрос утилизации теплоты, выделяющейся при охлаждении рециркуляционного воздуха.

Кроме того, камеры термодинамической обработки воздуха, размещенные в притоннельных сооружениях на перегонах по обе стороны тоннеля, требуют больших площадей для размещения оборудования и создания сложной в эксплуатации дорогостоящей системы.

В перегонных тоннелях метрополитена при движении подвижного состава в большом количестве выделяется и возгоняется металлическая пыль, которая способствует быстрому загрязнению и выходу из строя теплообменников в термодинамической камере. Эта ситуация обостряется тем, что тоннельной вентиляцией перемещаются большие объемы воздуха. Применение термодинамической обработки воздуха приводит к уменьшению объемов подаваемого наружного воздуха из условия обеспечения нормативного содержания кислорода и углекислого газа, как следствие применяются вентиляторы меньшей производительности и мощности.

Согласно СП 120.13330.2012 п. 5.16.5 и п. 5.8.2.2 "при проектировании тоннельной вентиляции следует учитывать возможность дымоудаления на станции или в тоннеле", поэтому применяя вентиляторы с малой производительностью не возможно обеспечить противодымную защиту путей эвакуации и удаление дыма из тоннеля, что влечет за собой применение дополнительных средств. Струйные вентиляторы, расположенные по обе стороны тоннеля, т.е. в непосредственной близости от подвижного состава, создают опасность повреждения подвижного состава и угрозу безопасности и здоровью пассажиров.

Известен [4] способ, принятый заявителем в качестве наиболее близкого технического решения в части способа, вентиляции двухпутных перегонных тоннелей метрополитена, включающего круглогодичную подачу наружного воздуха в двухпутный тоннель по приточной вентиляционной шахте, расположенной на станции, и удаление тоннельного воздуха из двухпутного тоннеля через вытяжные вентиляционные шахты. Одна из вытяжных шахт расположена на той же станции, где находится приточная шахта, а другая - на соседней станции. Наружный воздух из приточной вентиляционной шахты направляют в вентиляционный канал, расположенный в верхней части тоннеля, а затем через клапан, связывающий центральную часть вентиляционного канала с тоннелем, перепускают воздух в тоннель с возможностью организации его движения по нему в противоположенных направлениях. Перед подачей в вентиляционный канал в зимний период времени наружный воздух смешивают с тоннельным воздухом, имеющим положительную температуру, который забирают непосредственно со станции.

Библиографические данные [4]: СПОСОБ ВЕНТИЛЯЦИИ ДВУХПУТНЫХ ПЕРЕГОННЫХ ТОННЕЛЕЙ МЕТРОПОЛИТЕНА [Текст]: пат. 2594025 Рос. Федерация: E21F 1/00(2006.01) / Маслак Владимир Александрович (RU), Гендлер Семен Григорьевич (RU), Левина Елена Константиновна (RU), Савенков Евгений Алексеевич (RU), Данилов Андрей Игоревич (RU)); заявитель и патентообладатель: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский, проектно-изыскательский институт "Ленметрогипротранс" (RU); №2015119873; заявл. 26.05.2015; опубл. 10.08.2016, Бюл. №22.

В режиме приточной тоннельной вентиляции вентиляционный канал в верхней части тоннеля рассматривается как коллектор равномерного сечения незначительной площади. Это влечет за собой выбор вентиляционного оборудования с повышенными характеристиками по напору и работой вентиляторов в зоне низких КПД, так как аэродинамические потери в такой сети велики. Кроме этого, в режиме противодымной защиты система устройств сложна из-за большого количества дымовых клапанов, которые последовательно открываются по мере продвижения горящего поезда по тоннелю, что приводит к использованию очень сложной системы автоматизации клапанов и не обеспечивает критической скорости воздушного потока, препятствующего распространению дыма навстречу вентиляционному потоку. При этом, клапаны для притока и вытяжки воздуха в перегонных тоннелях не должны располагаться в пределах габарита подвижного состава в соответствии с СП 120.13330.2012.

Дополнительной проблемой является то, что рециркуляция вытяжного воздуха при высокой бактериальной осемененности метрополитена, требует применения обеззараживания воздуха.

3. Раскрытие сущности изобретения

3.1. Технический результат.

Задачей группы технических решений является устранение вышеуказанных проблем при обеспечении и поддержании нормируемых параметров микроклимата и химического состава воздуха в двухпутных тоннелях и в платформенных залах станций метрополитена.

Обобщенный технический результат заключается в обеспечении и поддержании нормируемых параметров микроклимата и химического состава воздуха в двухпутных тоннелях и в платформенных залах станций метрополитена, не требующего установки сложного оборудования, в обеспечении противодымной защиты путей эвакуации и удаления дыма из тоннеля без применения дополнительных средств.

Технический результат обеспечивается тем, что способ вентиляции двухпутных тоннелей метрополитена включает круглогодичную подачу наружного воздуха в двухпутный тоннель по приточной вентиляционной шахте, расположенной на станции, вентиляционному каналу, находящемуся в верхней части тоннеля, и удаление тоннельного воздуха из двухпутного тоннеля через вытяжные вентиляционные шахты.

Приточный воздух, нагнетаемый установками тоннельной вентиляции на станцию, подают по воздушному каналу в обе стороны от станции через отверстия в торцевой стенке канала, удаляют исходящий воздух через отверстия равномерного всасывания расчетного размера, выполненные в перегородке подплатформенного канала на станции в местах наибольших тепловыделений, располагают приточную и вытяжную вентиляционные камеры в непосредственной близости друг от друга в станционном комплексе и используют вторичные ресурсы рекуперации теплоты без подмеса вытяжного воздуха.

В соответствии с частными случаями осуществления способ имеет следующие особенности.

В режиме противодымной защиты станции осуществляют подачу приточного воздуха по приточной вентиляционной шахте, расположенной на станции, до середины перегона в оба тоннеля установками тоннельной вентиляции, удаляют тоннельный воздух из двухпутного тоннеля установками тоннельной вентиляции через вытяжную вентиляционную шахту, расположенную на станции, незадымление тоннелей и защита путей эвакуации осуществляют установками тоннельной вентиляции при открытых дымовых клапанах, дымоудаление с платформы осуществляют по вентиляционному каналу установками тоннельной вентиляции, установки тоннельной вентиляции переключают на реверс и создают устойчивый воздушный поток в тоннеле, препятствующий распространению дыма навстречу вентиляционному потоку.

В режиме противодымной защиты тоннеля приточные и вытяжные установки тоннельной вентиляции переключают на реверс, подачу приточного воздуха осуществляют через отверстия равномерного всасывания в подплатформенном канале, вытяжку осуществляют через отверстия в торцевой стенке воздушного канала вытяжными установками тоннельной вентиляции, работающими на реверс, клапан дымовой, открывающий доступ к зоне задымления, открыт, клапан дымовой, открывающий доступ к незадымленной зоне, закрыт.

Технический результат обеспечивается также тем, что устройство вентиляции двухпутных тоннелей метрополитена включает приточные и вытяжные вентиляционные шахты, расположенные на станции, вентиляционный канал, находящийся в верхней части тоннеля. В торцевой стенке вентиляционного канала по обе стороны от станции выполнены воздухоприточные/вытяжные отверстия, вентиляционный канал выполнен протяженностью не доходя примерно 200 м до центра перегона. В перегородке подплатформенного канала в местах наибольших тепловыделений выполнены отверстия равномерного всасывания, площадь отверстий равномерного всасывания рассчитывают в зависимости от скорости и расхода перемещаемого воздуха. Камеры приточной и вытяжной вентиляции установлены в непосредственной близости друг от друга в станционном комплексе для использования вторичных ресурсов рекуперации теплоты.

4. Краткое описание чертежей

Способ вентиляции двухпутных перегонных тоннелей метрополитена поясняется следующими чертежами:

фиг. 1 - схема вентиляции двухпутных перегонных тоннелей метрополитена при эксплуатации в транспортном режиме;

фиг. 2 - схема вентиляции двухпутных перегонных тоннелей метрополитена при возникновении пожара на станции;

фиг. 3 - схема вентиляции двухпутных перегонных тоннелей метрополитена при возникновении пожара в тоннеле;

фиг. 4 - схема рекуперации теплоты по использованию вторичных ресурсов;

фиг. 5 - поперечное сечение двухпутного перегонного тоннеля;

фиг. 6 - пример размещения приточной и вытяжной вентиляционных камер - продольный и поперечный разрезы;

фиг. 7 - поперечный разрез подплатформенного пространства, где:

1 - двухпутный тоннель;

2 - станция метро;

3 - вентиляционный канал;

4 - вытяжная станционная вентиляционная шахта;

5 - приточная станционная вентиляционная шахта;

6 - установка тоннельной вентиляции;

7 - установка тоннельной вентиляции;

8 - холодный наружный воздух;

9 - теплый тоннельный воздух;

10 - наклонный ствол;

11 - рекуператор;

12 - удаляемые из тоннеля пожарные и дымовые газы;

13, 14, 15, 16 - воздушный регулирующий клапан;

17, 18 - клапан дымовой;

19 - воздухоприточное/вытяжное отверстие в торцевой стенке воздушного канала 3 в центре перегона;

20 - отверстия равномерного всасывания в подплатформенном канале.

5. Осуществление изобретения

Подача наружного воздуха 8 в двухпутный тоннель 1 (фиг. 1) осуществляется по однонаправленной схеме (т.е. круглогодично) по приточной вентиляционной шахте 5, расположенной на станции 2 в оба тоннеля 1 с помощью установок тоннельной вентиляции 6 по вентиляционному каналу 3, выполненному в верхней части тоннеля. Вентиляционный канал 3 имеет воздухоприточные/вытяжные отверстия 19 в торцевой стенке канала по обе стороны от станции (фиг. 5) и выполнен протяженностью не доходя примерно 200 м до центра перегона.

Удаление тоннельного воздуха из двухпутного тоннеля осуществляется установками тоннельной вентиляции 7 через вытяжные отверстия равномерного всасывания 20, расположенные в подплатформенном пространстве станции 2 и вентиляционную шахту 4, которая расположена на станции 2. Двадцать процентов (20%) воздуха удаляется через наклонный ствол 10.

При возникновении пожара на станции (фиг. 2) подача приточного воздуха осуществляется по приточной вентиляционной шахте 5, расположенной на станции 2 до середины перегона в оба тоннеля 1 с помощью установок тоннельной вентиляции 6. Удаление тоннельного воздуха из двухпутного тоннеля осуществляется установками тоннельной вентиляции 7 через вытяжную вентиляционную шахту 4, которая расположена на станции 2. Незадымление тоннелей и защита путей эвакуации в соответствии с СП 120.13330-2012 (п.5.16.5.6 - оперативный перевод установок тоннельной вентиляции в аварийный режим; п. 5.16.5.8 - защиту путей эвакуации путем создания воздушного потока в зоне примыкания эвакуационных путей к платформенному залу станции 2 со скоростью не ниже 1,3 м/с; п. 5.16.5.9 - незадымление прилегающих к станции 2 тоннелей 1 созданием в них воздушного потока в сторону станции 2 со скоростью не ниже 0,5 м/с) осуществляется установками тоннельной вентиляции 6 и 7. Клапаны дымовые 17 и 18 открыты. Дымоудаление с платформы станции 2 осуществляется по каналу 3 установками тоннельной вентиляции.

При возникновении пожара в тоннеле 1 (фиг. 3) установки тоннельной вентиляции 6 и 7 переключаются на реверс, подача приточного воздуха осуществляется через подплатформенные отверстия 20. Вытяжка через отверстия 19 в торце канала 3 установками тоннельной вентиляции 6, работающими на реверс. Клапан дымовой 17 - открыт.Клапан дымовой 18 - закрыт.

Отверстия 19 в торцевой стенке воздушного канала являются приточными в транспортном режиме. В режиме противодымовой защиты (ПДЗ) - вытяжными.

Подплатформенные отверстия 20 являются вытяжными в транспортном режиме. В режиме противодымовой защиты ПДЗ - приточными.

При использовании вторичных ресурсов за счет рекуперации теплоты (фиг. 4) воздушные потоки проходят через рекуператор, клапаны 14 и 16 закрыты, клапаны 13 и 15 открыты.

В верхней части тоннеля 1 выполняется вентиляционный канал 3 в строительном исполнении, который имеет воздухоприточные/вытяжные отверстия 19 в торцевой стенке канала по обе стороны от станции (фиг. 5) и выполнен протяженностью до отверстий 19, не доходя примерно 200 м до центра перегона.

Указанное размещение отверстий поз.19 вентиляционного канала 3 в перегоне дает возможность расположить водоотливную установку (ВОУ) на нормативном расстоянии от приточной шахты. В торцевых стенках канала по обе стороны от станции выполнены отверстия поз.19, что не противоречит СП 120.13330.2012 п. 5.8.2.35, т.к. отверстия поз.19 располагаются за пределами габарита подвижного состава.

Отверстия 19 в торцевой стенке воздушного канала являются приточными в транспортном режиме. В режиме противодымовой защиты ПДЗ - вытяжными.

Для удаления тоннельного воздуха из двухпутного тоннеля 1 в подплатформенном пространстве выполнены вытяжные отверстия равномерного всасывания 20, расположенные в местах наибольших тепловыделений в перегородке подплатформенного вентиляционного канала 3 (фиг. 7). Площадь отверстий равномерного всасывания 20 рассчитывают в зависимости от скорости и расхода воздуха.

В отличие от известного технического решения, в представленном способе вентиляции приточный воздух, нагнетаемый установками тоннельной вентиляции на станцию, подают по воздушному каналу в обе стороны от станции через отверстия в торцевой стенке канала, удаляют исходящий воздух через отверстия равномерного всасывания расчетного размера, выполненные в перегородке подплатформенного канала на станции в местах наибольших тепловыделений. Приточную и вытяжную вентиляционные камеры располагают в непосредственной близости друг от друга в станционном комплексе и используют вторичные ресурсы рекуперации теплоты без подмеса вытяжного воздуха.

В режиме противодымной защиты станции осуществляют подачу приточного воздуха по приточной вентиляционной шахте, расположенной на станции, до середины перегона в оба тоннеля с помощью приточного вентилятора, удаляют тоннельный воздух из двухпутного тоннеля вытяжными вентиляторами через вытяжную вентиляционную шахту, расположенную на станции. Незадымление тоннелей и защиту путей эвакуации осуществляют установками тоннельной вентиляции при открытых дымовых клапанах. Дымоудаление с платформы осуществляют по вентиляционному каналу установками тоннельной вентиляции. Установки тоннельной вентиляции переключают на реверс и создают устойчивый воздушный поток в тоннеле, препятствующий распространению дыма навстречу вентиляционному потоку.

В режиме противодымной защиты тоннеля приточной и вытяжной вентиляторы переключают на реверс, подачу приточного воздуха осуществляют через отверстия равномерного всасывания в подплатформенном канале, вытяжку осуществляют через отверстия в торцевой стенке воздушного канала установками тоннельной вентиляции, работающими на реверс, клапан дымовой, открывающий доступ к зоне задымления, открыт, клапан дымовой, открывающий доступ к незадымленной зоне, закрыт.

Устройство вентиляции двухпутных тоннелей метрополитена включает приточные и вытяжные вентиляционные шахты, расположенные на станции, вентиляционный канал, находящийся в верхней части тоннеля. При этом в торцевой стенке вентиляционного канала по обе стороны от станции выполнены воздухоприточные/вытяжные отверстия. Вентиляционный канал выполнен протяженностью не доходя примерно 200 м до центра перегона. В перегородке подплатформенного канала в местах наибольших тепловыделений выполнены отверстия равномерного всасывания, площадь отверстий равномерного всасывания рассчитывают в зависимости от скорости и расхода перемещаемого воздуха. Камеры приточной и вытяжной вентиляции установлены в непосредственной близости друг от друга в станционном комплексе, для использования вторичных ресурсов рекуперации теплоты без подмеса вытяжного воздуха.

6. НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для реализации способа выполняют приточные и вытяжные вентиляционные шахты, расположенные на станции, вентиляционный канал, находящийся в верхней части тоннеля. Устанавливают вентиляционные камеры приточной и вытяжной вентиляции в непосредственной близости друг от друга в станционном комплексе для использования вторичных ресурсов рекуперации теплоты без подмеса вытяжного воздуха. В торцевых стенках канала выполняют отверстия 19. Отверстия 20 равномерного всасывания выполняют в местах наибольших тепловыделений в перегородке подплатформенного канала, площадь отверстий рассчитывают в зависимости от скорости и расхода воздуха при строительстве станции.

Приточные 5 и вытяжные 4 вентиляционные шахты, наклонный ствол 10, отверстия равномерного всасывания 20 в подплатформенном канале сооружаются в едином комплексе со станциями метрополитена. Притоннельные сооружения - вентиляционный канал 3, воздухоприточные/вытяжные отверстия 19 в торцевой стенке воздушного канала - сооружаются при строительстве тоннеля.

Рекуператор 11, воздушные регулирующие клапаны 13, 14, 15, 16 и дымовые клапаны 17,18 устанавливаются вместе со станционным оборудованием.

При данном способе вентиляции двухпутных тоннелей не требуется сооружения перегонных камер. Вентиляционные камеры сооружаются в зоне строительства, что снижает сроки и стоимость строительства линий метро.