CN101509389B - 公路隧道的平导压入通风的横通道控制方法 - Google Patents

Abstract

一种公路隧道的平导压入通风的横通道控制方法，控制系统控制横通道开启的具体作法为：由通风网络的解算得到不同开启方式的多个通风网络能耗及相对稳定性矩阵，并进而得到相对能耗矩阵，优选得到兼顾能耗和风流稳定性的优选通风网络，并据以控制横通道开启数量及位置。采用该方法对横通道开启进行控制，能够使平导压入式风流稳定、又节约能耗。

Description

公路隧道的平导压入通风的横通道控制方法

技术领域

本发明涉及公路隧道的平导压入式通风控制方法。

背景技术

目前隧道的平导压入通风方式，是在隧道一旁设置与隧道平行的导坑即平导，在平导的两端设主风机作压入式工作，向隧道内供风，通过平行导坑和主隧道间每隔一定距离所设置的横通道流入隧道，由隧道的两端排出，隧道两端设射流风机调节。在交通量不大的双向行车隧道中，该通风方式有效利用了平行导坑，增加了双向行车隧道纵向通风方式的适用长度及防灾安全性。

但目前该通风方式应用中的风流稳定和节能技术尚有待解决。如开启所有的横通道，则隧道内的风流极不稳定，通风效果差；而仅开启中间的一条横通道，虽然风流稳定，但其通风能耗大。因此，横通道开启位置、数量和调节量是直接关系到通风效果的好坏与节能的问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种公路隧道的平导压入通风的横通道控制方法，采用该方法对横通道开启进行控制，能够使平导压入式通风风流稳定、又节约能耗。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是：一种公路隧道的平导压入通风的横通道控制方法，在隧道旁开设与隧道平行的导坑即平导，隧道与平导之间设置有若干个连通隧道与平导的横通道，平导的两端设置主风机，通过主风机向平导内压风；再由控制系统控制横通道的开启，将平导压入的气流送入隧道内，并由隧道两端排出。控制系统控制横通道开启的具体作法为：

A、通风网络的解算：控制系统输入拟开启的隧道、平导、横通道结构和相互关系的几何信息，得出通风网络图；并按给定总需风量，进行通风网络解算：得到通风网络中各风路的风量q_i，通风阻力p_i及自然风压变化引起的风路风量变化的均方差s，；主风机的能耗e。

B、能耗及相对稳定性矩阵的获得：改变拟开启的横通道数量、位置，重复A步的步骤得到m个通风网络主风机能耗构成的能耗矩阵E＝(e₁，e₂，...，e_m)，m个通风网络中各风路风量变化的均方差s构成的相对稳定性矩阵S＝(s₁，s₂，...，s_m)，m为通风网络的序号。

C、相对能耗矩阵的确定：根据B步得到的能耗矩阵E＝(e₁，e₂，...，e_m)，风网相对稳定性矩阵S＝(s₁，s₂，...，s_m)，确定出转换准数 $k=\frac{\max (e_1,e_2,...,e_m)}{\max (s_1,s_2,...,s_m)};$ 将能耗矩阵除以k得到相对能耗转换矩阵E’＝(e₁′，e₂′，...，e_m′)。

D、通风网络的选取：将B步的风网相对稳定性矩阵S＝(s₁，s₂，...，s_m)和C步的相对能耗转换矩阵E’＝(e₁′，e₂′，...，e_m′)分别乘以其各自的权重a₁、a₂，得到横通道开启的判别矩阵ES＝(e₁’×α₁+s₁×α₂，e₂’×α₁+s₂×α₂，...，e_m’×α₁+s_m×α₂)，取ES中最小的元素所对应通风网络，作为当前隧道的优选通风网络，由控制系统按该优选通风网络的横通道开启数量及位置开启相应的横通道。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过对开启不同横通道数量及位置的通风网络解算、预测出隧道内的风流稳定性及能耗，根据需要兼顾风流稳定与节约能源的要求，优选出适当的通风网络，并据以控制横通道的开启位置、数量，从而解决了平导压入分段纵向式通风的风流流动不稳定性问题，在保证通风效果的同时，大幅度降低了主风机的通风能耗。

上述的通风网络中各风路风量变化的均方差s的具体计算方法为：

测出通风网络各风路在一个周期内的自然风量的平均值qn_i并计算出其变化的均方差σ_i i＝1，2...n，i为风路的序号，通过通风网络解算分别得到自然风量qn_i为其平均值qn_i以及平均值加上均方差qn_i+σ_i+年条件下的各风路的实际风量q_i ⁰和q_i，i＝1，2...n，再计算出各风路的相对风流稳定系数 $f_i=(q_i-q_i^0)/q_i,$ i＝1，2...n，各风路均值 $x=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|f_i\right|,$ 即求得各风路实际风量变化的均方差 $s=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|f_i|-x)}.$

这样本发明根据隧道实际的自然风压大小及方向变化，解算得到各风路稳定性与隧道的实际通风情况更加接近，从而其控制效果更好。

上述的根据优选通风网络的开启相应横通道后还对开启的横通道的开启度进行控制，其具体方法为：

述的根据优选通风网络的开启相应横通道后还对开启的横通道的开启度进行控制，其具体方法为：

采用通路法进行网络风量的调节计算，即在每台主风机工作的区域内，选出A步算出的该网络中阻力最大一条风路为标准阻力P_H，则标准阻力与其他风路的通风阻力P_i的差值，即为相应的通风阻力调节量，ΔP_pi＝P_H-P_i(i＝1，2，...H-1，H+1，...n)，进而求得相应横通道的通风面积的变化量 $\mathrm{\Δ}{A}_i=\frac{q_i{A}_i}{q_i+0.759A_i\sqrt{\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{pi}}}},$ 其中A_i，q_i分别为相应横通道的面积及风量，控制系统根据横通道通风面积变化量ΔA_i控制相应横通道的开启度。

这样，本发明对隧道内各处的通风控制更均衡，通风控制效果好。

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步说明。

具体实施方式

实施例

本发明的一种具体实施方式为：

一种公路隧道的平导压入通风的横通道控制方法，在隧道旁开设与隧道平行的导坑即平导，隧道与平导之间设置有若干个连通隧道与平导的横通道，平导的两端设置主风机，通过主风机向平导内压风；再由控制系统控制横通道的开启，将导坑压入的气流送入隧道内，并由隧道两端排出。控制系统控制横通道开启的具体作法为：

A、通风网络的解算：控制系统输入拟开启的隧道、平导、横通道结构和相互关系的几何信息，得出通风网络图；并按给定总需风量，进行通风网络解算：得到通风网络中各风路的风量q_i，通风阻力p_i及各风路风量变化的均方差s，；主风机的能耗e。风路包括每一开启的横通道、平导和隧道。

B、能耗及相对稳定性矩阵的获得：改变拟开启的横通道数量、位置，重复A步的步骤得到m个通风网络主风机能耗构成的能耗矩阵E＝(e₁，e₂，...，e_m)，m个通风网络中各风路风量变化的均方差s构成的相对稳定性矩阵S＝(s₁，s₂，...，s_m)，m为通风网络的序号。

C、相对能耗矩阵的确定：根据B步得到的能耗矩阵E＝(e₁，e₂，...，e_m)，风网相对稳定性矩阵S＝(s₁，s₂，...，s_m)，确定出转换准数 $k=\frac{\max (e_1,e_2,...,e_m)}{\max (s_1,s_2,...,s_m)};$ 将能耗矩阵除以k得到相对能耗转换矩阵E’＝(e₁′，e₂′，...，e_m′)。

D、通风网络的选取：将B步的风网相对稳定性矩阵S＝(s₁，s₂，...，s_m)和C步的相对能耗转换矩阵E′＝(e₁′，e₂′，...，e_m′)别乘以其各自的权重a₁、a₂，得到横通道判别矩阵ES＝(e₁’×α₁+s₁×α₂，e₂’×α₁+s₂×α₂，...，e_m’×α₁+s_m×α₂)，取ES中最小的元素所对应通风网络，作为当前隧道的优选通风网络，由控制系统按该优选通风网络的横通道开启数量及位置开启相应的横通道。

通风网络中各风路风量变化的均方差s的具体计算方法为：

测出通风网络各风路在一个周期内(通常为一年，一般取上一年的测试数据。)的自然风量的平均值qn_i并计算出其变化的均方差σ_i i＝1，2...n，i为风路的序号，通过通风网络解算分别得到自然风量qn_i为其平均值qn_i以及平均值加上均方差qn_i+σ_i条件下的各风路的实际风量q_i ⁰和q_i，i＝1，2...n，再计算出各风路的相对风流稳定系数 $f_i=(q_i-q_i^0)/q_i,$ i＝1，2...n，各风路均值 $x=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|f_i\right|,$ 即求得各风路实际风量变化的均方差 $s=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|f_i|-x)}.$

本例中根据优选通风网络的开启相应横通道后还对开启的横通道的开启度进行控制，其具体方法为：

根据优选通风网络的开启相应横通道后还对开启的横通道的开启度进行控制，其具体方法为：

采用通路法进行网络风量的调节计算，即在每台主风机工作的区域内，选出A步算出的该网络中阻力最大一条风路为标准阻力P_H，则标准阻力与其他风路的通风阻力P_i的差值，即为相应的通风阻力调节量，ΔP_pi＝P_H-P_i(i＝1，2，...H-1，H+1，...n)，进而求得相应横通道的通风面积的变化量 $\mathrm{\Δ}{A}_i=\frac{q_i{A}_i}{q_i+0.759A_i\sqrt{\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{pi}}}},$ 其中A_i，q_i分别为相应横通道的面积及风量，控制系统根据横通道通风面积变化量ΔA_i控制相应横通道的开启度。

以下给出一个9横通道的隧道的横通道控制的具体计算结果：

对称性选取开启1条、3条、5条、9条横通道的四种开启方式对应构成四个通风网络，解算出其能耗矩阵为E＝(1543，697，550，430)，网络相对稳定性矩阵为S＝(0.0021，0.0358，0.0370，0.2410)。转换准数K＝6402.49，转换后的相对能耗矩阵为E′＝(0.2410，0.1088，0.0859，0.0671)。按通风能耗和相对稳定性的权重a₁、a₂分别为0.5，由判别矩阵ES＝0.1216，0.0723，0.0614，0.1541)，由此判定开启5条横通道的通风网络为优选网络，控制系统即控制开启对称的5条横通道。

Claims (3)

1.一种公路隧道的平导压入通风的横通道控制方法，在隧道旁开设与隧道平行的导坑即平导，隧道与平导之间设置有若干个连通隧道与平导的横通道，平导的两端设置主风机，通过主风机向平导内压风；再由控制系统控制横通道的开启，将平导压入的气流送入隧道内，并由隧道两端排出，其特征在于，所述的控制系统控制横通道开启的具体作法为：

A、通风网络的解算：控制系统输入拟开启的隧道、平导、横通道结构和相互关系的几何信息，得出通风网络图；并按给定总需风量，进行通风网络解算，得到通风网络中各风路的风量q_i，通风阻力p_i及自然风压变化引起的风路风量变化的均方差s，主风机的能耗e；

B、能耗及相对稳定性矩阵的获得：改变拟开启的横通道数量、位置，重复A步的步骤得到m个通风网络主风机能耗构成的能耗矩阵E＝(e₁，e₂，...，e_m)，m个通风网络中各风路风量变化的均方差s构成的相对稳定性矩阵S＝(s₁，s₂，...，s_m)，m为通风网络的序号；

C、相对能耗矩阵的确定：根据B步得到的能耗矩阵E＝(e₁，e₂，...，e_m)，通风网络相对稳定性矩阵S＝(s₁，s₂，...，s_m)，确定出转换准数

将能耗矩阵除以k得到相对能耗转换矩阵E’＝(e′₁，e′₂，...，e′_m)；

D、通风网络的选取：将B步的通风网络相对稳定性矩阵S＝(s₁，s₂，...，s_m)和C步的相对能耗转换矩阵E’＝(e′₁，e′₂，...，e′_m)分别乘以其各自的权重a₁、a₂，得到横通道开启的判别矩阵ES＝(e’₁×α₁+s₁×α₂，e’₂×α₁+s₂×α₂，...，e’_m×α₁+s_m×α₂)，取ES中最小的元素所对应通风网络，作为当前隧道的优选通风网络，由控制系统按该优选通风网络的横通道开启数量及位置开启相应的横通道。

2.如权利要求1所述的一种公路隧道的平导压入通风的横通道控制方法，其特征在于：所述的通风网络中各风路风量变化的均方差s的具体计算方法为：

测出通风网络各风路在一个周期内的自然风量的平均值qn_i并计算出其变化的均方差σ_i，通过通风网络解算分别得到自然风量为其平均值qn_i以及平均值加上均方差qn_i+σ_i条件下的各风路的实际风量

和q_i，再计算出各风路的相对风流稳定系数

各风路均值

最后求得各风路实际风量变化的均方差

i＝1，2...n，其中i为风路的序号。

3.如权利要求1所述的一种公路隧道的平导压入通风的横通道控制方法，其特征在于：根据优选通风网络的开启相应横通道后，还对开启的横通道的开启度进行控制，其具体方法为：

采用通路法进行网络风量的调节计算，即在每台主风机工作的区域内，选出A步算出的该网络中阻力最大一条风路为标准阻力PH，则标准阻力与其他风路的通风阻力P_i的差值，即为相应的通风阻力调节量ΔP_pi＝P_H-P_i(i＝1，2，...H-1，H+1，...n)，进而求得相应横通道的通风面积的变化量其中A_i，q_i分别为相应横通道的面积及风量，控制系统根据横通道通风面积变化量ΔA_i控制相应横通道的开启度。