Результат интеллектуальной деятельности: Способ удаления дыма при пожаре в двухпутном перегонном тоннеле метрополитена

Изобретение относится к строительству объектов метрополитена, а более конкретно к системам противодымной защиты при пожарах в двухпутных перегонных тоннелях метрополитена.

Одним из основных требований при строительстве тоннелей метрополитена является обеспечение условий безопасной эвакуации пассажиров и персонала при возникновении пожара в двухпутном перегонном тоннеле.

Известен способ дымоудаления для автодорожных тоннелей, при котором в случае возникновения пожара в тоннеле автоматически закрываются клапаны и отключаются вентиляторы с целью прекращения подачи свежего воздуха к очагу возгорания, а для удаления образующихся при пожаре продуктов горения открываются клапаны канала дымоудаления и включаются вентиляторы дымоудаления, работающие в режиме вытяжки дыма из тоннелей.. При этом дым из тоннеля поступает в два, присоединенных к основному, канала в которых расположены очистные установки с последующим выбросом в атмосферу (Патент РФ №2225511, опубл. от 10.03.2004, Бюл. №7).

Известна полупоперечная схема дымоудаления автодорожных тоннелей, включающая систему обнаружения зоны пожара, клапаны дымоудаления, автоматически открывающиеся в зоне пожара, и струйные вентиляторы, создающие воздушные потоки в направлении очага пожара с предотвращения распространения дыма по тоннелю (Guidelines for Emergency Ventilation Smoke Control in Roadway Tunnels. Jacobs Engineering, New York, NY, 80 P. ISBN 978-0-309-44611-2, DOI 10.17226/24729).

Недостатком этого технического решения является то, что в условиях метрополитена (в особенности при двухпутных перегонных тоннелях) технически невозможна организация движения воздушных потоков пожара с необходимой скоростью в транспортном отсеке со стороны станций в направлении очага пожара.

Известен способ дымоудаления на станциях метрополитена с двухпутными тоннелями, когда удаление продуктов горения осуществляют через верхний вентиляционный канал, ограничивая распространение продуктов горения по объектам метрополитена, при этом вентиляционные каналы, расположенные над путями за пределами габаритов подвижного состава, с площадью сечения вентиляционного канала над платформой F=14 м² имеет равномерно расположенные вентиляционные отверстия площадью 4 м² (Патент РФ №2645942, опубл. от 15.02.2018, Бюл. №5).

Известен способ вентиляции двухпутных перегонных тоннелей, включающий в себя круглогодичную подачу наружного воздуха в двухпутный тоннель по приточной вентиляционной шахте, расположенной на станции, и удалении тоннельного воздуха (в том числе продуктов горения при пожаре) из двухпутного тоннеля через вытяжные вентиляционные шахты, вентиляционный канал, расположенный в верхней части тоннеля, клапаны, связывающие центральную часть вентиляционного канала с тоннелем, перепускающие воздух в тоннель с возможностью организации его движения по нему в противоположенных направлениях (Патент РФ №2594025, опубл. от 10.08.2016, Бюл. №22).

Недостатком этого технического решения является то, что основной его целью является обеспечение температурного режима в тоннеле и, как следствие, недостаточная эффективность удаления продуктов горения, при пожаре и тоннеле, также указанный способ не учитывает особенности профиля тоннеля.

Известен способ удаления дыма из тоннелей, включающий в себя обнаружение очага пожара в тоннеле с помощью специальных датчиков, установленных вдоль рельсовых путей или на борту поезда, автоматическое открывание клапанов дымоудаления вентиляционного канал, расположенного в верхней части по всей ширине тоннеля, вблизи от очага пожара и включение в работу вентиляторов дымоудаления для удаления дымовых газов из тоннеля наружу через вентиляционный канал, при этом клапаны дымоудаления выполнены в виде воздушных клапанов в отверстиях перекрытия, разделяющего вентиляционный канал и транспортный тоннель, и которые, будучи открытыми, соединяют внутреннюю часть вентиляционный канал с внутренней частью транспортного тоннеля (Патент РФ №2471074, опубл. от 27.12.2012, Бюл. №36).

Недостатком данного технического решения является то, что выполнение клапанов дымоудаления в виде отверстий перекрытиям воздушными клапанами создает возможность обтекания и затекания дымовых газов от пожара за открытые клапаны и их распространение по транспортному тоннелю при различной мощности очагов задымления и пожара, а также отсутствие определения алгоритма открывания клапанов в зависимости от уклона тоннеля.

Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого изобретения заключается в исключении возможности обтекания и затекания дымовых газов за открытые клапаны дымоудаления и их распространение по транспортному тоннелю метрополитена при различной мощности очагов пожара, а также уклона тоннеля, что обеспечивает ограничение зоны распространения опасных факторов пожара в течение времени необходимого для эвакуации людей из тоннеля и начала работ по локализации и тушению пожара.

Для достижения данного технического результата в предлагаемом способе удаления дыма при пожаре в двухпутном перегонном тоннеле метрополитена, включающим в себя обнаружение очага пожара в тоннеле с помощью автоматической системы сигнализации, автоматическое открывание клапанов дымоудаления вентиляционного канала, включение в работу вентиляторов дымоудаления для продуктов горения из тоннеля наружу через вентиляционный канал, при этом клапаны дымоудаления размещены в перекрытии, разделяющим тоннель на вентиляционный канал и транспортный отсек, согласно изобретения, клапаны дымоудаления выполняются поперечными, имеющими длину равную ширине вентиляционного канала, а расстояние между соседними клапанами дымоудаления выбираются на основе предварительно установленных корреляционных зависимостей, полученных путем обработки данных численного эксперимента, в зависимости от прогнозируемой мощности пожара и расхода дымоудаления на один клапан при условии ограничения зоны задымления расстоянием между клапанами, при этом при возникновении очага пожара автоматически открываются только два клапана дымоудаления вентиляционного канала, положение которых определяется в зависимости от значения уклона участка двухпутного перегонного тоннеля, на котором возник пожар.

Корреляционная зависимость для определения расстояния между соседними клапанами дымоудаления в диапазоне изменения мощности пожара от 4 до 12 МВт и диапазоне изменения расхода дымоудаления для одного клапана от 15 до 45 м³×c^-1 имеет следующее выражение:

L=-357,54+7,405636×Q²+0,191798×V²+60.43008×Q+17.2177×V-4.7301671×Q×V,

где L- расстояние между клапанами дымоудаления, м; Q - мощность пожара, МВт; V - расход дымоудаления для одного клапана, м³×с^-1.

Клапаны дымоудаления вентиляционного канала, автоматически открывающиеся в зависимости от значения уклона участка двухпутного перегонного тоннеля, включаются в работу при возникновении пожара по следующему алгоритму, при расположении очага пожара на участке с уклоном 0,5% открываются два клапана, между которыми расположен очаг пожара, а при расположении очага пожара на участке с уклоном более 0,5% открываются два клапана вверх по уклону от очага пожара.

Введение в предлагаемый способ удаления дыма при пожаре в двухпутном перегонном тоннеле метрополитена клапанов дымоудаления, выполненных поперечными и имеющих длину равную ширине вентиляционного канала, расстояние между которыми выбираются на основе предварительно установленных корреляционных зависимостей, полученных путем обработки данных численного эксперимента, в зависимости от прогнозируемой мощности пожара и расхода дымоудаления на один клапан при условии ограничения зоны задымления расстоянием между клапанами, при этом при возникновении очага пожара автоматически открываются только два клапана дымоудаления вентиляционного канала, положение которых определяется в зависимости от значения уклона участка двухпутного перегонного тоннеля, на котором возник пожар, позволяет получить новое свойство, заключающееся в исключении возможности прохождения фронта дымового слоя за пределы зоны открытых клапанов дымоудаления вне зависимости от мощности пожара и уклона тоннеля за счет того, что, во-первых, поперечные клапаны дымоудаления имеют длину равную ширине вентиляционного канала, соответственно, и ширине двухпутного тоннеля, что при заданной мощности пожара и принятом расходе дымоудаления на один клапан обеспечивает условия удаления в зоне ограниченной расстоянием между клапанами, и, во-вторых, клапана дымоудаления вентиляционного канала включаются в работу при возникновении пожара по следующему алгоритму: при расположении очага пожара на участке с уклоном до 0,5% открываются два клапана, между которыми расположен очаг пожара; при расположении очага пожара на участке с уклоном более 0,5% открываются два клапана вверх по уклону от очага пожара, что в итоге, ограничивает зону распространения опасных факторов пожара в течение времени, необходимого для эвакуации людей из тоннеля и начала работ по тушению пожара.

Предлагаемый способ удаления дыма при пожаре в двухпутном перегонном тоннеле метрополитена может быть осуществлен в описываемом ниже устройстве, которое поясняются чертежами фиг. 1 (схема задымления двухпутного перегонного тоннеля с поперечным расположением клапанов дымоудаления с различными углами уклона, соответственно а) и б)), фиг. 2 (поперечное сечение двухпутного перегонного тоннеля), где:

1 - двухпутный перегонный тоннель;

2 - транспортный отсек двухпутного перегонного тоннеля;

3 - вентиляционный канал;

4 - открытые клапаны дымоудаления;

5 - закрытые клапаны дымоудаления;

6 - плита перекрытия, разделяющего тоннель на вентиляционный канал и транспортный тоннель;

7 - очаг пожара;

8 - первый рельсовый путь;.

9 - второй рельсовый путь;

10 - клапан дымоудаления. '

Предлагаемый способ удаления дыма при пожаре в двухпутном перегонном тоннеле метрополитена осуществляют в указанном устройстве следующим образом.

Двухпутный перегонный тоннель метрополитена 1 содержит транспортный отсек 2 и вентиляционный канал 3, которые разделяет плита перекрытия 6.

В перекрытии 6 установлены клапаны дымоудаления, 10 (фиг. 2), которые в открытом состоянии соединяют внутреннюю часть вентиляционного канала 3 с внутренней частью транспортного отсека 2 и которые в закрытом состоянии отделяют внутреннюю часть вентиляционного канала 3 и внутреннюю часть транспортного отсека 2 с помощью открывающих/закрывающих устройств. Клапаны дымоудаления 10 выполнены в поперечном исполнении и имеют длину равную ширине вентиляционного канала 3. Частным случаем клапанов дымоудаления 10 являются открытые клапаны дымоудаления 4 и закрытые клапаны дымоудаления 5.

При обнаружении очага пожара 7 системой обнаружения пожара (не изображено) закрываются все клапаны вентиляционного канала, определяется зона возникновения пожара и автоматически открываются клапаны дымоудаления в соответствии со следующим алгоритмом: при расположении очага пожара на участке с уклоном до 0,5% открываются два клапана 10 (открытые клапаны 4) между которыми расположен очаг пожара 7 (фиг. 1, а); при расположении очага пожара на участке с уклоном более 0,5% открываются два клапана 10 (открытые клапана 4) вверх по уклону от очага пожара 7 (фиг. 1, б). Остальные клапаны дымоудаления 10 находятся в закрытом состоянии (закрытые клапана 5). Таким образом, продукты горения удаляются из транспортного отсека 2 через открытые клапаны дымоудаления 4, поступают в вентиляционный канал 3 и далее по вентиляционному тракту дымоудаления (наружу).

Расстояние между поперечными клапанами дымоудаления 10 выбирается по предварительно установленным корреляционным зависимостям, которые гарантируют то, что в заданных пределах прогнозируемой мощности пожара и расхода дымоудаления на один клапан будет достигнуто условие ограничения зоны задымления расстоянием между клапанами (при уклоне участка тоннеля до 0,5%) и расстоянием от очага пожара до второго включенного клапана (при уклоне участка тоннеля более 0,5%). В частном случае, зависимость расчета расстояния между поперечными клапанами дымоудаления 10 от мощности и пожара и расхода дымоудаления на один клапан при условии ограничения зоны задымления имеет следующее выражение:

L=-357,54+7,405636×Q²+0,191798×V¹+60.43008×Q+17.2177×V - 4.7301671×Q×V,

где L - расстояние между клапанами дымоудаления, м;

Q - мощность пожара, МВт;

V - расход дымоудаления для одного клапана, м³×c^-1.

Приведенное выражение для расчета расстояния между поперечными клапа-нами дымоудаления 10 справедливо, если:

- диапазон изменения мощности пожара Q=4...12 МВт определяется минимальным значением для сценария пожара стационарного источника (кабели, оборудование) и максимальным значением при пожаре электровоза (вагона поезда);

- диапазон изменения расхода дымоудаления для одного клапана V=15..45 м³×с^-1 выбран исходя из реальных возможностей существующего вентиляционного оборудования.

Приведенная выше формула является результатом обработки данных численного эксперимента и применима только в указанном диапазоне значений параметров.

Источники информации

1. Патент РФ №2225511, опубл. от 10.03.2004, Бюл, №7.

2. Guidelines for Emergency Ventilation Smoke Control in Roadway Tunnels. Jacobs Engineering, New York, NY, 80 P. ISBN 978-0-309-44611-2, DOI 10.17226/24729.

3. Патент РФ №2645942, опубл. от 15.02.2018, Бюл. №5.

4. Патент РФ №2594025, опубл. от 10.08.2016, Бюл. №22.

5. Патент РФ №2471074, опубл. от 27.12.2012, Бюл. №36 - прототип.