CN108374685B - 一种利用自然风的与射流式通风相结合的隧道竖井送风系统 - Google Patents
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Abstract
一种利用自然风的与射流式通风相结合的隧道竖井送风系统，包括竖井、利用自然风的竖井顶部送风装置、风管和用于产生负压抽风的射流风机，所述竖井顶部送风装置安装在所述竖井的顶部，所述竖井的下部自上而下穿入隧道内，所述风管位于隧道的上方且安装在所述竖井的底部上，所述风管横向布置且与所述竖井连通，所述射流风机安装在隧道内且与风管的安装高度相同；所述竖井顶部送风装置包括空心转轴、尾舵和导流叶片，所述空心转轴的底部可转动的安装在所述竖井的顶部上，所述导流叶片安装在空心转轴的顶部开口内。本发明提供了一种结构简单、成本较低、节能的利用自然风的与射流式通风相结合的隧道竖井送风系统。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程通风技术领域，，尤其是涉及一种利用自然风的与射流式通风相结合的隧道竖井送风系统。
背景技术
随着中国经济的迅速发展，交通运输行业也蓬勃发展，公路隧道的数量和长度均快速增长，但也由此带来了巨大的能源负担。据统计，中国交通运输行业的能源消耗约占社会总能耗的20％，且逐年上升，而隧道能耗则是其中的大头。对于山岭地区的高速公路，大型隧道作为其不可或缺的重要组成部分，在缩短行车路线、改善路线指标方面扮演着至关重要的角色，但同时也是能源消耗大户。大型隧道的通风系统规模较大，不仅在建设阶段需要投入大笔费用，在隧道运营阶段，其通风费用亦是一比巨大的开支，且通风系统的运营费用是随着时间的推移不断积累的。中国是人口众多、资源相对不足的发展中国家，节约资源是一项基本国策，公路建设特别是隧道建设要想实现持续良性发展，必须走节约能源的道路，大力发展节能技术。
大型隧道多位于偏远山区，这些地区多拥有丰富的风能资源，特别是对于采用竖井式通风模式的山岭隧道，其竖井顶部通常会延伸到山顶附近。山顶附近由于海拔较高，气压较低，所以风速较大，拥有更为巨大的风能资源。如果能有效的利用这种风能资源为隧道的通风系统服务，将极大的节约隧道通风系统的能源消耗，显著减少运营费用，发挥最大的社会经济效益。
发明内容
为了克服现有隧道通风系统存在能源消耗较大的缺陷，本发明提供了一种结构简单、成本较低、节能的利用自然风的与射流式通风相结合的隧道竖井送风系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种利用自然风的与射流式通风相结合的隧道竖井送风系统，包括竖井、利用自然风的竖井顶部送风装置、风管和用于产生负压抽风的射流风机，所述竖井顶部送风装置安装在所述竖井的顶部，所述竖井的下部自上而下穿入隧道内，所述风管位于隧道的上方且安装在所述竖井的底部上，所述风管横向布置且与所述竖井连通，所述射流风机安装在隧道内且与风管的安装高度相同；
所述竖井顶部送风装置包括空心转轴、尾舵和导流叶片，所述空心转轴的底部可转动的安装在所述竖井的顶部上，所述导流叶片安装在空心转轴的顶部开口内，所述尾舵位于所述空心转轴的上方且通过连接件固定在空心转轴的顶部上；
所述空心转轴的顶部开口为一倾斜面，所述倾斜面的高端靠近尾舵一侧，所述倾斜面的低端远离尾舵一侧。
进一步，所述尾舵的外端面到空心转轴中轴线的距离大于空心转轴半径。
再进一步，所述连接件包括连接杆件和圆形杆件，所述圆形杆件水平布置且固定在空心转轴顶部内，所述空心转轴的中轴线通过所述圆形杆件；所述连接杆件为直角倒L型，所述尾舵固定在连接杆件的上端，所述连接杆件的下端固定在所述圆形杆件的中心处且与圆形杆件垂直。
再进一步，所述尾舵与空心转轴中轴线在同一平面上，，且通过空心转轴顶部开口边缘的最高点。
再进一步，所述导流叶片倾斜布置，叶片方向与空心转轴顶部开口的倾斜面垂直且向空心转轴内部延伸。
再进一步，所述竖井的顶部周向设有一圈凹形滑槽，所述空心转轴的底部可转动的安装在所述凹形滑槽内，所述空心转轴的底部与所述凹形滑槽之间还设有用于减小摩阻力的滚珠。
更进一步，所述导流叶片中最长的一片导流叶片固定在圆形杆件上，其余导流叶片的两端直接固定于空心转轴内侧壁面上。
本发明的有益效果主要表现在：当自然风吹向尾舵时，竖井顶部的送风装置能自动调整最有利的风向，自然风通过导流叶片将外部空气吹入竖井，并由下部的负压抽风的射流风机将空气吹入隧道正洞；本发明充分利用了自然能源，与射流式通风相结合，送风量大，且结构简单，成本低，安装布置灵活方便，符合绿色发展的理念。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为竖井顶部送风装置的结构示意图。
图3为竖井顶部送风装置的俯视图。
图4为空心转轴与竖井顶部的连接结构示意图。
图5为尾舵及其连接杆件与通过空心转轴中轴线的圆形杆件的连接结构示意图。
图6为尾舵产生力矩的风向示意图。
图7是在图6的风向下装置上各部的力矩分布图。
图8为本发明的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图8，一种利用自然风的与射流式通风相结合的隧道竖井送风系统，包括竖井7、利用自然风的竖井顶部送风装置、风管8和用于产生负压抽风的射流风机9，所述竖井顶部送风装置安装在所述竖井7的顶部，所述竖井7的下部自上而下穿入隧道内，所述风管8位于隧道的上方且安装在所述竖井7的底部上，所述风管8横向布置且与所述竖井7连通，所述射流风机9安装在隧道内且与风管8的安装高度相同；
所述竖井顶部送风装置包括空心转轴5、尾舵1和导流叶片4，所述空心转轴5的底部可转动的安装在所述竖井7的顶部上，所述导流叶片安装在空心转轴5的顶部开口内，所述尾舵位于所述空心转轴5的上方且通过连接件固定在空心转轴5的顶部上；
所述空心转轴5的顶部开口为一倾斜面，所述倾斜面的高端靠近尾舵一侧，所述倾斜面的低端远离尾舵一侧。
进一步，所述尾舵1的外端面到空心转轴中轴线的距离大于空心转轴半径。
再进一步，所述连接件包括连接杆件2和圆形杆件3，所述圆形杆件3水平布置且固定在空心转轴5顶部内，所述空心转轴5的中轴线通过所述圆形杆件；所述连接杆件2为直角倒L型，所述尾舵1固定在连接杆件2的上端，所述连接杆件2的下端固定在所述圆形杆件3的中心处且与圆形杆件3垂直。
再进一步，所述尾舵1与空心转轴5中轴线在同一平面上，且通过空心转轴顶部开口边缘的最高点。
再进一步，所述导流叶片4倾斜布置，叶片方向与空心转轴顶部开口的倾斜面垂直且向空心转轴5内部延伸。
再进一步，所述竖井7的顶部周向设有一圈凹形滑槽6，所述空心转轴的底部可转动的安装在所述凹形滑槽6内，所述空心转轴5的底部与所述凹形滑槽6之间还设有用于减小摩阻力的滚珠。
更进一步，所述导流叶片4中最长的一片导流叶片固定在圆形杆件3上，其余导流叶片的两端直接固定于空心转轴5内侧壁面上。
如图1所示，隧道包括隧道正洞11和两边的掌子面10；尾舵1为等腰梯形板，通过连接杆件2与通过空心转轴5中轴线的圆形杆件3中点垂直固定连接。梯形板下端与空心转轴5顶部有一定距离，且梯形板厚度很小，不会产生风阻而影响通风。梯形板与空心转轴5的中轴线处于同一平面，这样可以使风在吹向梯形板时只产生沿空心转轴5圆周方向的力，从而减小摩阻力，更有利于空心转轴5整体转动，同时梯形板所在平面与导流叶片4垂直，并通过空心转轴5开口边缘的最高点，使梯形板根据风向调整最有利的方向时，导流叶片4一侧和空心转轴5高壁面内侧始终拥有最大的迎风面。
空心转轴5顶部开口为一倾斜面，靠近尾舵1一侧空心转轴5壁面较高，远离尾舵1一侧空心转轴5壁面较低，导流叶片4也带有一定倾斜角度，叶片方向与空心转轴5顶部开口倾斜面垂直并向空心转轴5内部延伸。当自然风吹向开口时，自然风通过导流叶片4将外部空气吹入竖井。同时由于倾斜面的开口面积要大于垂直面，所以流入的风量更多，送风量更大。
空心转轴5安装在竖井7顶部。在竖井7顶部圆周内设一圈凹形滑槽6，将空心转轴底部12安装于凹形滑槽6内，该结构可使空心转轴5在竖井7顶部沿其圆周方向自由转动，并通过加入滚珠13减小摩阻力，有利于其转动。
如图6和图7所示，尾舵1到空心转轴5的中轴线的距离大于空心转轴5半径，当自然风沿某一不与尾舵1平行的方向吹向尾舵1时，必然会在尾舵1上产生一力矩M1，并在空心转轴5两侧产生M2，M3，只要总力矩M＝M1+M2-M3大于阻碍其自身转动的摩阻力即可。M1表示风作用在尾舵上时对整个装置产生的力矩，M2和M3分别表示风作用在空心转轴两侧时对装置产生的力矩，A-B表示空心转轴中轴线。可以根据当地的气象数据得出当地的最小风速，然后根据装置摩阻力的大小确定尾舵1到空心转轴5的中轴线的合适距离。
在竖井7底部安装一风管8，风管8上部与竖井7底部相通，安装高度与隧道内射流风机9安装高度相同，风管8后方的射流风机9将隧道内空气以风的形式吹向风管8，当风通过风管8时会在风管8内产生负压，从而对竖井7内空气产生抽吸作用。
当自然风吹向尾舵1时，竖井7顶部的送风装置能自动调整最有利的风向，自然风通过导流叶片4将外部空气吹入竖井7，并由下部的负压抽风装置将空气吹入隧道正洞11。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种利用自然风的与射流式通风相结合的隧道竖井送风系统，其特征在于：包括竖井、利用自然风的竖井顶部送风装置、风管和用于产生负压抽风的射流风机，所述竖井顶部送风装置安装在所述竖井的顶部，所述竖井的下部自上而下穿入隧道内，所述风管位于隧道的上方且安装在所述竖井的底部上，所述风管横向布置且与所述竖井连通，所述射流风机安装在隧道内且与风管的安装高度相同；
所述竖井顶部送风装置包括空心转轴、尾舵和导流叶片，所述空心转轴的底部可转动的安装在所述竖井的顶部上，所述导流叶片安装在空心转轴的顶部开口内，所述尾舵位于所述空心转轴的上方且通过连接件固定在空心转轴的顶部上；
所述空心转轴的顶部开口为一倾斜面，所述倾斜面的高端靠近尾舵一侧，所述倾斜面的低端远离尾舵一侧；
所述连接件包括连接杆件和圆形杆件，所述圆形杆件水平布置且固定在空心转轴顶部内，所述空心转轴的中轴线通过所述圆形杆件的一点；所述连接杆件为直角倒L型，所述尾舵固定在连接杆件的上端，所述连接杆件的下端固定在所述圆形杆件的中心处且与圆形杆件垂直；
所述尾舵与空心转轴中轴线在同一平面上，且通过空心转轴顶部开口边缘的最高点。
2.如权利要求1所述的一种利用自然风的与射流式通风相结合的隧道竖井送风系统，其特征在于：所述尾舵的外端面到空心转轴中轴线的距离大于空心转轴半径。
3.如权利要求1或2所述的一种利用自然风的与射流式通风相结合的隧道竖井送风系统，其特征在于：所述导流叶片倾斜布置，叶片方向与空心转轴顶部开口的倾斜面垂直且向空心转轴内部延伸。
4.如权利要求1或2所述的一种利用自然风的与射流式通风相结合的隧道竖井送风系统，其特征在于：所述竖井的顶部周向设有一圈凹形滑槽，所述空心转轴的底部可转动的安装在所述凹形滑槽内，所述空心转轴的底部与所述凹形滑槽之间还设有用于减小摩阻力的滚珠。
5.如权利要求1所述的一种利用自然风的与射流式通风相结合的隧道竖井送风系统，其特征在于：所述导流叶片中最长的一片导流叶片固定在圆形杆件上，其余导流叶片的两端直接固定于空心转轴内侧壁面上。
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