СПОСОБ ВЕНТИЛЯЦИИ МЕТРОПОЛИТЕНА

Техническое решение относится к вентиляции транспортных тоннелей и может быть использовано в системах тоннельной вентиляции метрополитенов.

Известен способ вентиляции метрополитена (SU №1588874, кл. E21F 1/00, опубл. в БИ №32, 30.08.1990 г.), включающий направленное движение по тоннелям потоков воздуха, создаваемое за счет поршневого эффекта от движения поезда в тоннеле, при этом наружный воздух всасывается через вентиляционную шахту, а отработанный воздух удаляется из тоннеля при отходе поезда от станции. При этом обязательным условием является перекрытие сечения тоннеля устройством в виде затвора.

Недостатком указанного технического решения является то, что для реализации этого способа вентиляции необходим затвор, который не должен препятствовать движению поездов и безотказно, в автоматическом режиме, обеспечивать открытие и закрытие сечения тоннеля. При отказе механизма открывания затвора может наступить аварийная ситуация. Все это повышает стоимость эксплуатации метрополитена и снижает безопасность перевозок.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ вентиляции метрополитена (Поляков А.Х. «Проектирование вентиляции тоннелей», Москва, «Изд. литературы по строительству», 1971 г., стр. 25, рис. 10а), включающий подачу наружного воздуха и вытяжку отработанного воздуха через вентиляционную шахту, разделенную перегородкой вдоль оси на два канала, каждый из которых оборудован вентиляционной камерой. При этом обе вентиляционные камеры расположены с одной стороны станции, одна из них работает на приток, подавая воздух на станцию, а вторая - на вытяжку из того тоннеля, по которому поезд приходит на станцию. Канал в другой тоннель в это время перекрыт.

Недостатком данного способа является то, что вентиляция тоннелей весьма неравномерна, т.к. один из тоннелей, в который подают воздух, проветривается хуже, чем тот, из которого воздух вытягивают. Нагретый в окрестностях станции воздух, вследствие торможения поездов, не удаляется на станции. Нагретый воздух втягивается в тоннель и удаляется через канал на перегоне. Вследствие этого нагреваются подземные сооружения метрополитена и ухудшаются условия микроклимата. При отсутствии движения поездов в одном из тоннелей образуется застойная зона, т.к. из него воздух не удаляют. Следовательно, этот способ вентиляции метрополитена неэффективен. Для поддержания нормативных требований по микроклимату необходимо увеличивать количество подаваемого воздуха в тоннели и на станции, а это требует увеличения затрат на вентиляцию. Кроме того, для создания нормативных скоростей воздуха на путях эвакуации пассажиров при пожарах и аварийном задымлении станций и тоннелей требуются вентиляторы большой производительности. Например, при горении поезда на станции расход воздуха через вентиляционную камеру должен быть не менее 83÷108 м³/с. При пожаре поезда и остановке его в тоннеле потребуется создать в тоннеле нормативную скорости воздуха не менее 2,2 м/с, соответственно, в вентиляционной камере расход составит более 230 м³/с. Такие расходы воздуха невозможно создать тоннельными вентиляторами. Для таких расходов необходимы шахтные вентиляторы мощностью несколько сотен киловатт. Но для штатного проветривания метрополитенов требуются расходы менее 30 м³/с и вентиляторы мощностью 45÷75 кВт. Следовательно, мощные вентиляторы больших габаритов несколько десятков лет будут работать с малой производительностью и низким КПД. Кроме того, для них потребуется большой объем дорогостоящего подземного строительства для оборудования вентиляционной камеры, что экономически нецелесообразно. Таким образом, рассмотренный способ вентиляции метрополитенов не обеспечивает равномерное проветривание тоннелей и безопасную эвакуацию пассажиров при пожаре поезда, то есть неэффективен.

Технической задачей предлагаемого способа является повышение эффективности работы тоннельной вентиляции: в штатных режимах - за счет равномерного удаления теплоизбытков от поездов из тоннелей и из окрестностей станций; в аварийных режимах - за счет увеличения скорости воздушного потока на путях эвакуации пассажиров из зоны задымления.

Задача решается тем, что в способе вентиляции метрополитена, включающем подачу наружного воздуха на станцию через вентиляционную камеру и удаление отработанного воздуха через тоннели, сбойки и другую вентиляционную камеру, согласно техническому решению при движении поездов по линии наружный воздух подают на станцию через вентиляционную камеру, установленную с одного торца станции, одновременно через каналы, которыми эта вентиляционная камера соединена со станцией и с тоннелем, по которому поезд уходит со станции, а удаляют отработанный воздух со станции через вентиляционную камеру, установленную с другого торца станции, одновременно через каналы, которыми эта вентиляционная камера соединена со станцией и с тоннелем, по которому поезд приходит на станцию. При отсутствии движения поездов на линии наружный воздух подают на станцию через любую из указанных вентиляционных камер станции, отключив другую, а отработанный воздух удаляют через вентиляционные камеры соседних станций, подключенные на удаление. В случае пожара поезда на станции перекрывают каналы, которыми обе вентиляционные камеры станции соединены с тоннелями, а вентиляционную камеру, через которую подают наружный воздух на станцию, переключают на режим вытяжки, удаляя задымленный воздух со станции одновременно через каналы, которыми соединены обе вентиляционные камеры со станцией, а наружный воздух подают на станцию через пешеходные пути. В случае пожара поезда в тоннеле между соседними станциями, на той из них, на которую двигаются эвакуирующиеся пассажиры, включают на приток вентиляционную камеру, ближайшую к аварийному поезду, и подают наружный воздух через нее и канал, которым эта вентиляционная камера соединена с тоннелем с аварийным поездом, а на другой из указанных соседних станций включают на вытяжку вентиляционную камеру, ближайшую к аварийному поезду, и удаляют задымленный воздух из тоннеля с аварийным поездом через канал, которым эта вентиляционная камера связана с тоннелем с аварийным поездом, при этом закрывают клапаны в сбойках участка линии с аварийным поездом и шиберы, установленные у порталов, которыми тоннель с аварийным поездом соединен с соседними станциями.

Такое техническое решение позволит создать близкие по величине расходы в тоннелях при движении поездов, тем самым обеспечить равномерное удаление теплоизбытков из тоннелей. Основное количество тепла выделяется при торможении поездов в окрестностях станции, где вся кинетическая энергия движущегося поезда превращается в тепловую энергию. Поэтому свежий воздух подают на станцию, там он ассимилирует тепло и его удаляют со станции. Это позволяет эффективно поддерживать параметры микроклимата на станции и снизить расход воздуха на вентиляцию. В ночное время, когда в метрополитене не ходят поезда, воздух подают через любую вентиляционную камеру станции, отключив другую, а удаляют через вентиляционные камеры соседних станций, подключенные на удаление. Таким образом обеспечивают симметричное проветривание подземных сооружений метрополитена и равномерные параметры микроклимата в тоннелях и на станциях. При пожаре поезда на станции обе вентиляционные камеры удаляют задымленный воздух со станции. На станцию подают воздух по пешеходным путям и по тоннелям. Таким образом обеспечивают незадымление тоннелей и подачу наружного воздуха на пешеходные пути - пути эвакуации пассажиров. В случае пожара поезда в тоннеле между соседними станциями, наружный воздух подают через одну вентиляционную камеру только в тоннель с аварийным поездом. Через другую вентиляционную камеру удаляют воздух только из тоннеля с аварийным поездом. Это позволяет создать нормативную скорость воздуха на пути эвакуации пассажиров из тоннеля. Следовательно, предлагаемый способ вентиляции метрополитена, обеспечивающий удаление теплоизбытков со станций при движении поездов, равномерное проветривание тоннелей и станций при отсутствии поездов и создание необходимой скорости наружного воздуха на путях эвакуации пассажиров при пожаре поезда, является эффективным.

Сущность технического решения поясняется примером реализации способа вентиляции метрополитена и чертежами (фиг. 1-4). На фиг. 1 показана схема реализации способа, когда по линии двигаются поезда. На фиг. 2 показана реализация способа в ночные часы, когда отсутствует движение поездов на линии, на фиг. 3 - при пожаре поезда на станции, на фиг. 4 - при пожаре поезда в тоннеле.

Станция 1 (фиг. 1) имеет пешеходные пути 2 на поверхность. В торцах станции 1 установлены вентиляционные камеры 3 с вентиляторами 4 и вентиляционными киосками 5, связанные с атмосферой. Имеются каналы 6, которыми вентиляционная камера 3 соединена с двумя тоннелями 7 и станцией 1. В каналах 6 установлены клапаны 8. В сбойках 9 также установлены клапаны 8. У порталов, в месте примыкания тоннелей 7 к станции 1, установлены шиберы 10. Стрелками показано направление движения воздуха. На фиг. 1 показан поезд 11, на фиг. 3 и 4 показан аварийный поезд 12.

Способ реализуют следующим образом.

В дневное время, когда по тоннелям 7 двигаются поезда 11, создавая, вследствие их поршневого действия, значительные воздушные потоки, наружный воздух через вентиляционную камеру 3, установленную с одного торца станции 1, одновременно подают через канал 6, которым вентиляционная камера 3 соединена со станцией 1, и через канал 6, которым вентиляционная камера 3 соединена с тоннелем 7, по которому поезд 11 уходит со станции 1, а удаляют отработанный воздух со станции 1 через вентиляционную камеру 3, установленную с другого торца станции 1, также соединенную со станцией 1 каналом 6, и из тоннеля 7, по которому поезд 11 приходит на станцию 1, через канал 6, которым соединена вентиляционная камера 3 с этим тоннелем 7. Основное количества тепла выделяется в окрестности станции 1 при торможении поездов 11. Поэтому подача свежего воздуха на станцию 1 и удаление со станции 1 отработанного воздуха, ассимилировавшего тепло, позволяет удалить большую часть тепловыделений непосредственно со станции 1. Вследствие поршневого действия поезда 11, уходящего со станции 1, часть теплого воздуха будет втягиваться в тоннель 7, по которому уходит поезд 11. Подача свежего воздуха одновременно и в тоннель 7, и в зону разряжения, образующуюся за хвостовым вагоном уходящего поезда 11, позволяет эффективно проветривать и охлаждать тоннель 7. Удаление воздуха из тоннеля 7, по которому вследствие поршневого действия поездов 11 воздух подают на станцию 1, позволяет удалить часть нагретого при торможении поезда 11 воздуха до его попадания на станцию 1. Удаление этого воздуха производят через канал 6, которым вентиляционная камера 3 соединена с тоннелем 7, по которому поезд 11 приходит на станцию 1. А тот нагретый воздух, который вследствие поршневого действия поезда 11 попал на станцию 1, удаляют из нее через вентиляционную камеру 3 и канал 6, которым вентиляционная камера 3 соединена со станцией.

В ночное время, когда поездов в тоннелях нет (фиг. 2), все клапаны 8 в каналах 6 и сбойках 9 открывают. Любую из указанных вентиляционных камер 3 на станции 1 выключают, а другую - включают на приток и подают наружный воздух через каналы 6 на станцию 1 и в тоннели 7. Отработанный воздух удаляют в атмосферу через вентиляционные камеры 3 соседних станций 1, которые подключают на вытяжку. Таким образом обеспечивают равномерный воздухообмен во всех тоннелях 7 и на станциях 1.

В случае пожара поезда 12 на станции 1 (фиг. 3) закрывают клапаны 8, связывающие вентиляционные камеры 3 задымленной станции 1 с тоннелями 7, открывают клапаны 8, связывающие обе вентиляционные камеры 3 со станцией 1, и включают обе вентиляционные камеры 3 на вытяжку, т.е. удаляют задымленный воздух в атмосферу. Наружный воздух подают через пешеходные пути 2, таким образом на путях эвакуации создают поток наружного воздуха с нормативной скоростью. Одновременно часть воздуха из тоннелей 7 также удаляют через вентиляционные камеры 3, тем самым обеспечивают незадымление тоннелей 7.

Техническое решение является одной из реализаций закономерностей, установленных в ходе исследований поршневого действия поездов в тоннелях метрополитенов и теплообменов в подземных выработках метрополитена. В результате поршневого действия поездов возникает эффект циркуляционного контура на перегоне между станциями 1. С увеличением частоты движения поездов увеличивается объем воздуха, вовлеченный в циркуляцию. Разорвать такой циркуляционный контур возможно использованием клапанов 8, установленных в сбойках 9, тем самым управлять расходом воздуха через станции 1 и эффективно удалять теплоизбытки из метрополитена.

При пожаре поезда 12 в тоннеле 7 (фиг. 4) между двумя соседними станциями 1 на той из них, на которую эвакуируются пассажиры, включают на приток вентиляционную камеру 3, ближайшую к аварийному поезду 12, на другой, ближайшей к аварийному поезду 12, вентиляционную камеру 3 включают на вытяжку, при этом закрывают клапаны 8, которыми эти вентиляционные камеры 3 соединены со станциями 1 и с тоннелем 7, в котором нет аварийного поезда 12. Закрывают также клапаны 8 в сбойках 9 и шиберы 10 на порталах задымленного тоннеля 7.

Таким образом, наружный воздух подают только в тоннель 7 с аварийным поездом 12 и удаляют задымленный воздух только из этого тоннеля 7, что позволяет обеспечить нормативную скорость воздуха на путях эвакуации пассажиров и незадымление соседних станций 1 и других тоннелей 7.