CN109113780A - 一种基于季风的隧道竖井或斜井通风排烟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于季风的隧道竖井或斜井通风排烟装置，在隧道顶部或侧上方设有与竖井或斜井相连通的排烟道，竖井或斜井与外界连通，排烟装置包括：所述排烟道内设有防火安全阀，在竖井或斜井合适位置连接有进口为喇叭形的竖井或斜井送风道，竖井或斜井送风道内设有风力储存仓、风门、空气压缩机及风轮，所述风力储存仓进风口端连通空气压缩机且仓内设有自动安全阀，所述风力储存仓出风口端连通竖井上送风口与下送风口且设有风速控制阀，所述空气压缩机与设置在喇叭形风口处风轮相连通；竖井或斜井内沿竖井竖向均匀分布设有蓄热装置，本发明可加快排烟道及竖井或斜井内气流流通速率，从而能提升隧道内自然通风方式下的通风排烟效率。
Description
技术领域
本发明涉及交通安全领域，具体的是一种基于季风的竖井或斜井通风排烟装置。
背景技术
近年来，随着中国经济的快速发展，在山岭重丘区隧道也被广泛采用，特长隧道也不断增多。隧道是一种修建在地下或水下铺设铁路并供机动车辆通行的建筑物。而隧道是一个半封闭空间，在隧道的日常运营中，车辆排放出如CO、NOx等有害废气和烟尘，当排放的有害废气和烟尘超过一定浓度时会严重损害隧道内驾驶员与乘客的身体健康，且一旦隧道内发生难以扑救的火灾，隧道内的温度和烟气都会迅速累积，因此必须对隧道进行通风。
利用定向射流风机等进行隧道纵向机械排烟是当下一种比较成熟的通风方式，但是这种机械排烟方式会造成较大的能耗。为了节省能源和优化排烟效果，国内外近几年来十分关注适宜于隧道的竖井或斜井自然排烟方式，它是指在隧道顶部每间隔一定距离与外界大气相连通的通风竖井，在日常运营中使得隧道内的废气与烟尘与外界新鲜空气进行交换；当隧道内发生火灾时，可利用烟气在竖井或斜井中的烟囱效应进行自然排烟。自然排烟方式在运行过程中无需消耗电能，因此大大节省了隧道运营成本，具有非常明显的经济性。
然而，使用竖井或斜井自然排烟时，竖井的通风能力与竖井内气流的强度与方向、竖井或斜井内外温差密切相关。一般来说，竖井或斜井内气流强度越大，方向为正向时，竖井的或斜井通风能力越好。但是，由于日常隧道和竖井内风速大小及方向的不确定性导致竖井通风日常排气及火灾时排烟效果难以保证。如何保证此类隧道及竖井或斜井内的气流强度与方向就成了棘手的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于季风的隧道竖井或斜井通风排烟装置，以期能加快排烟道及竖井或斜井内气流向上传输速率从而能提升隧道排烟效率。
为实现上述目的，本发明采用技术方案如下：
一种基于季风的隧道竖井或斜井通风排烟装置，在隧道顶部或侧上方设有与竖井或斜井相连通的排烟道，竖井或斜井与外界连通，所述排烟道内设有防火安全阀，在竖井或斜井合适位置连接有进口为喇叭形的竖井送风道或斜井送风道，所述竖井送风道或斜井送风道与竖井或斜井通过上送风口与下送风口连通，且上送风口与下送风口内均设置了控制阀门；竖井送风道或斜井送风道内设有风力储存仓、风门、空气压缩机及风轮，所述风力储存仓进风口端连通空气压缩机且仓内设有自动安全阀，所述风力储存仓出风口端连通竖井或斜井的上送风口与下送风口且设有风速控制阀，所述空气压缩机与设置在喇叭形风口处风轮相连通，所述风门设立在风力储存仓出风口端位置；竖井或斜井内沿竖井或斜井竖向均匀分布设有蓄热装置，竖井或斜井顶部设有风力涡轮机发电装置。
其中，所述排烟道、竖井或斜井、竖井送风道或斜井送风道、上送风口、下送风口均由钢筋混凝土搭建。
其中，所述风力储存仓与竖井送风道或斜井送风道为同一平面上下布置平行排列。
其中，所述上送风口与下送风口均沿竖井或斜井以一定倒角向上或向下。
其中，所述排烟道与竖井或斜井交口、上送风口与竖井或斜井交口、下送风口与竖井或斜井交口均为圆弧形。
其中，所述竖井或斜井内设有发热装置，所述发热装置由沿竖井或斜井竖向均匀分布的正方形热电阻丝组成，且竖井或斜井内壁涂有绝热材料。
其中，所述上送风口、下送风口、竖井送风道或斜井送风道、风力储存仓均设置在山体外，且位置为该地方季风风向正对位置；喇叭形风口可以有多个对应不同方向连接同一竖井送风道；上送风口、下送风口均与竖井或斜井为山体外连通。
其中，所述上送风口、下送风口、竖井送风道或斜井送风道整体底部设有承重柱。
其中，所述排烟道沿隧道全长或隧道中部每间隔一定距离纵向布设。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：相比较现有隧道自然通风排烟方式，注意到，在季风比较频繁的区域尤其在中国新疆、陕西等地区隧道较多且常年风力较大，在这种情况下本发明通过在竖井或斜井合适位置处，设置竖井送风口或斜井送风口，储存仓及自然流通道横向两端分别连接竖井送风口和空气压缩机，所述储存仓入口处设有自动安全阀，出口处设有风速控制阀，空气压缩机与设置在喇叭形风口处风轮相连接，自然风通过风口进入到喇叭口风轮处带动风轮转动，从而带动空气式压缩机工作，使风力急剧进入储存仓储存起来或者通过自然流通道进入竖井或斜井内，从而加速竖井或斜井内气流向上运动，同时，通过在竖井或斜井内沿竖井或斜井向上均匀设置热电阻丝的方法，加热竖井或斜井内的空气，驱动竖井或斜井内空气向上流动，两者相辅相成从而能提升隧道内自然通风方式下的通风排烟效率，减少烟气在隧道中纵向蔓延长度，可有效排除隧道日常运营时隧道内积聚的废气且可在隧道发生火灾时快速排烟。适用于各种断面的单、双向隧道。
在排烟道内设有防火安全阀，可保证在一侧隧道内发生火灾时，烟气不会蔓延至另一个隧道。在储存仓入口处设有自动安全阀，可在仓内压力超过额定值时自动打开关闭仓门，从而保证系统安全；在储存仓出口处设有风速控制阀，可控制仓内排出风力流速，从而更好的满足整个系统要求。
将储存仓与自然流通道设置为同一平面内上下排列，一方面在风力较大时，可根据当时隧道通风需求，既可将高压风力送入储存仓内储存起来，在需要的时候释放进竖井或斜井内，也可直接由自然流通道传输通过竖井送风口或斜井送风口进入竖井或斜井从而加速竖井或斜井内气流向上或向下运动。将排烟道送风口设置为一定倾角，可提高竖井或斜井内气流运动速率。
在竖井或斜井内设有正方形热电阻丝发热装置，可加热竖井或斜井内空气，使竖井或斜井内外产生密度差完成热压到风压的转换，驱动竖井或斜井内空气向上流动。竖井或斜井内壁涂有绝热材料，降低了竖井或斜井内气体热量散失，有助于加快竖井或斜井内气体温度的上升。
在竖井或斜井顶部装有风力涡轮机发电装置，可将由隧道内及竖井送风口提供的强大风力加以利用发电供隧道内用电需求。
将两排烟道与竖井或斜井交口、竖井或斜井送风口与竖井或斜井交口均设为圆弧形，有助于减少风能量损耗，提升隧道排烟效率。
将上送风口、下送风口、竖井送风道或斜井送风道、风力储存仓均设置在山体外，且位置为该地方季风风向正对位置；喇叭形风口可以有多个对应不同方向连接同一竖井送风道或斜井送风道，有助于最大程度利用隧道所在地区自然风。上送风口、下送风口均与竖井或斜井为山体外连通，有助于减少施工难度，降低施工成本。
排烟道可以沿隧道全长或隧道中部每间隔一定距离纵向布设，只在隧道中部设置时，在隧道口两端不设排烟风道的路段长度应小于或等于规范值。
附图说明
图1为一种基于季风的隧道竖井或斜井通风排烟装置横断面示意图；
图2为有风未火灾时系统运行图；
图3为无风发生火灾时系统运行图；
图4为有风发生火灾时系统运行图；
图5为竖井横断面示意图；
图中：1为隧道，2为排烟道，3为防火安全阀，4为竖井或斜井，5为上送风口，6为下送风口，7为竖井送风道或斜井送风道，8为风力储存仓，9为空气压缩机，10为风轮，11为风力涡轮机，12为承重柱，13为山体，14为控制阀门，15为风门，16为自然风，17为烟气，18为热电阻丝。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示为一种基于季风的隧道竖井或斜井通风排烟装置横断面示意图。在隧道1侧上方与竖井或斜井4相连通的排烟道2，排烟道2一端连接隧道1侧上方设置的排烟风口，另一端连接竖井或斜井4，竖井或斜井4与外界连通，所述隧道1侧上方排烟风口其直径大小由隧道1日常运营稀释及排除隧道1废气以及火灾发生时为满足快速排烟所需求的风量、设计风速决定。所述排烟道2可以沿隧道全长或隧道中部每间隔一定距离纵向布设，只在隧道1中部设置时，在隧道口两端不设排烟风道的路段长度应小于或等于规范值。所述排烟道2内设有防火安全阀3，可保证在一侧隧道1内发生火灾时，烟气不会蔓延至另一个隧道1。在竖井或斜井4合适位置连接有进口为喇叭形的竖井送风道或斜井送风道7，所述竖井送风道或斜井送风道7与竖井或斜井4通过上送风口5与下送风口6连通，且上送风口5与下送风口6内均设置了控制阀门14；竖井送风道或斜井送风道7内设有风力储存仓8，所述风力储存仓8仓壁的耐压强度应能容纳数十个大气压其进风口端连通空气压缩机9且仓内设有自动安全阀，可在仓内压力超过额定值时自动打开从而关闭仓门阻断高压进入仓内，保证系统安全，所述风力储存仓8出风口端连通竖井或斜井4上送风口5与下送风口6且设有风速控制阀，所述风速控制阀可进行开度调节，控制仓内排出风力流速，以使得通过送风口的流量达到设计要求风量，从而更好的满足整个系统要求。所述风门15设立在风力储存仓8出风口端位置，这种设置形式可保证在风力储存仓8释放风力时，保证所释放高压气流方向进入竖井内，防止逆流竖井送风道降低效率。所述空气压缩机9与设置在喇叭形风口处风轮10相连通，自然风通过风口进入到喇叭口风轮处带动风轮转动，从而带动空气式压缩机工作，使风力急剧进入储存仓8储存起来或者通过自然流通道进入竖井或斜井4内，从而加速竖井内气流向上运动。竖井或斜井4内沿竖井或斜井竖向均匀分布设有发热装置，发热装置由沿竖井或斜井4竖向均匀分布的正方形热电阻丝18组成，发热装置的设置可加热竖井或斜井4内空气，使竖井或斜井4内外产生密度差完成热压到风压的转换，驱动竖井内空气向上流动。发热装置与竖井或斜井4送风口风力的组合，两者相辅相成加快了排烟道2以及竖井或斜井4的气体向上运动速率，从而提升隧道1内自然通风方式下的通风排烟效率。内壁涂有绝热材料，可减少竖井或斜井4内气体热量散失，有助于加快竖井或斜井4内气体温度的上升。竖井或斜井4顶部设有风力涡轮机发电装置，可将由隧道1内及竖井或斜井4送风口提供的强大风力加以利用发电供隧道1内用电需求。
风力储存仓8与竖井送风道或斜井送风道7为同一平面上下布置平行排列，一方面在风力较大时，可根据当时隧道通风需求，既可将高压风力送入储存仓内8储存起来在需要的时候释放进竖井或斜井4内，也可直接由自然流通道传输通过竖井送风口进入竖井或斜井4从而加速竖井或斜井4内气流向上运动。为减少气流在该排烟装置中的损失，提高竖井或斜井4内气流运动速率，所述两排烟道2在竖井交汇处都沿竖井或斜井4以圆弧按照一定倒角向上与竖井连接，所述上送风口5、下送风口6分别以圆弧按照一定倒角向上或向下与竖井或斜井4连接，上述圆弧转弯半径不下于10m。
两排烟道2与竖井或斜井4交口、竖井或斜井4送风口与竖井或斜井4交口均为圆弧形，有助于减少风能量损耗，提升隧道1排烟效率。上送风口5、下送风口6、竖井送风道或斜井送风道7、风力储存仓8均设置在山体13外，且位置为该地方季风风向正对位置同时考虑地质条件、经济性和安全因素；喇叭形风口可以有多个对应不同方向连接同一竖井送风道或斜井送风道7，有助于最大程度利用隧道1所在地区自然风。上送风口5、下送风口6均与竖井或斜井4为山体13外连通，这种设置方式有助于减少施工难度，降低施工成本。
本发明工作原理如下：
正常工作时，如图2所示为有自然风未火灾时系统运行图，此时两排烟道2防火安全阀3为关闭正常通风状态，此时自然风由喇叭形风口风轮处带动风轮10转动，从而带动空气式压缩机9工作，关闭风门15，使风力急剧进入风力储存仓8储存起来，当风力储存仓8达到压力额定值时，自动安全阀控制关闭储存入口处仓门，同时风门15打开，上送风口5控制阀门打开，上送风口5控制阀门关闭，风力由自然连通道由下送风口6进入竖井或斜井4内，从而经由排烟道2从隧道1排烟风口吹入隧道1内，以达到稀释隧道1内由日常运营产生的废气目的，加速隧道内废气由隧道1两端出口排出，保证正常情况下隧道1内换气通风。当隧道1内日常运营时，隧道1内通行车辆较少，隧道1内废气较少或在指标范围内时，打开下送风口6控制阀门，关闭上送风口5控制阀门，风力由自然连通道由上送风口5进入竖井或斜井4内向上运动，从而带动竖井或斜井4顶部风力涡轮机发电装置转动工作，使得隧道1内及竖井或斜井4送风口提供的强大风力得到加以利用发电供隧道1内用电需求。
当隧道1内发生火灾且此时无自然风时，如图3所示：此时为未火灾隧道排烟道2内防火安全阀3打开，火灾隧道1内烟气由隧道1侧上方设置的排烟风口进入排烟道2从而由竖井或斜井4排出，此时风力储存仓8入口为关闭状态，出口打开，打开下送风口6控制阀门14，关闭风门15，风速控制阀根据系统排烟要求风速大小从而控制仓内排出风力流速由竖井或斜井4上送风口5进入竖井或斜井4带动排烟道及竖井或斜井4内烟气17加速向上运动，同时竖井或斜井4内加热装置打开，热电阻丝18工作发热，提高竖井或斜4内温度，辅助加速排烟道2及竖井或斜井4内废气17向上流动，从而带动隧道1内烟气加速进入与隧道1排烟风口连接的排烟道2，提高烟气排出速率，以起到快速排烟的效果。
当隧道1内发生火灾且此时有风时，如图4所示：此时未火灾隧道1排烟道2内防火安全阀3打开，火灾隧道1内烟气由隧道1侧上方设置的排烟风口进入排烟道2从而由竖井或斜井4排出，此时风力储存仓8入口与出口均为关闭状态，此时自然风由喇叭形风口风轮处带动风轮10转动，从而带动空气式压缩机9工作，打开下送风口6控制阀门14，使风力急剧由自然流通道进入通过上送风口5进入竖井或斜井4内带动排烟道及竖井内烟气17加速向上运动，同时竖井或斜井4内加热装置打开，热电阻丝18工作发热，从而提高竖井或斜井4内温度，辅助加速排烟道2及竖井或斜井4内气体17向上流动，从而带动隧道1内烟气加速进入与隧道1排烟风口连接的排烟道，提高隧道1内烟气排出速率，以起到快速排烟的效果。若在火灾未熄灭之前，自然风消失或减少不足以被系统利用时，此时可打开风力储存仓8出口，风门15关闭，风速控制阀根据系统排烟要求风速大小从而控制仓内排出风力流速由竖井送风口进入竖井或斜井4从而带动隧道1内烟气排出速率。
Claims (9)
1.一种基于季风的隧道竖井或斜井通风排烟装置，在隧道(1)顶部或侧上方设有与竖井或斜井(4)相连通的排烟道(2)，竖井或斜井(4)与外界连通，其特征在于：所述排烟道(2)内设有防火安全阀(3)，在竖井或斜井(4)合适位置连接有进口为喇叭形的竖井送风道或斜井送风道(7)，所述竖井送风道或斜井送风道(7)与竖井或斜井(4)通过上送风口(5)与下送风口(6)连通，且上送风口(5)与下送风口(6)内均设置了控制阀门(14)；竖井送风道或斜井送风道(7)内设有风力储存仓(8)、风门(15)、空气压缩机(9)及风轮(10)，所述风力储存仓(8)进风口端连通空气压缩机(9)且仓内设有自动安全阀，所述风力储存仓出风口端连通竖井或斜井(4)的上送风口(5)与下送风口(6)且设有风速控制阀，所述空气压缩机(9)与设置在喇叭形风口处风轮(10)相连通，所述风门设立在风力储存仓(8)出风口端位置；竖井或斜井(4)内沿竖井或斜井(4)竖向均匀分布设有蓄热装置，竖井或斜井(4)顶部设有风力涡轮机(11)发电装置。
2.根据权利要求1所述的一种基于季风的隧道竖井或斜井通风排烟装置，其特征在于：所述排烟道(2)、竖井或斜井(4)、竖井送风道或斜井送风道(7)、上送风口(5)、下送风口(6)均由钢筋混凝土搭建。
3.根据权利要求1所述的一种基于季风的隧道竖井或斜井通风排烟装置，其特征在于：所述风力储存仓(8)与竖井送风道或斜井送风道(7)为同一平面上下布置平行排列。
4.根据权利要求1所述的一种基于季风的隧道竖井或斜井通风排烟装置，其特征在于：所述上送风口(5)与下送风口(6)均沿竖井以一定倒角向上或向下。
5.根据权利要求1所述的一种基于季风的隧道竖井或斜井通风排烟装置，其特征在于：所述排烟道(2)与竖井或斜井(4)交口、上送风口(5)与竖井或斜井(4)交口、下送风口(6)与竖井或斜井(4)交口均为圆弧形。
6.根据权利要求1所述的一种基于季风的隧道竖井或斜井通风排烟装置，其特征在于：所述竖井或斜井(4)内设有发热装置，所述发热装置由沿竖井或斜井(4)竖向均匀分布的正方形热电阻丝(18)组成，且竖井内壁涂有绝热材料。
7.根据权利要求1所述的一种基于季风的隧道竖井或斜井通风排烟装置，其特征在于：所述上送风口(5)、下送风口(6)、竖井送风道或斜井送风道(7)、风力储存仓(8)均设置在山体(13)外，且位置为该地方季风风向正对位置；喇叭形风口可以有多个对应不同方向连接同一竖井送风道或斜井送风道(7)；上送风口(5)、下送风口(6)均与竖井或斜井(4)为山体(13)外连通。
8.根据权利要求1所述的一种基于季风的隧道竖井或斜井通风排烟装置，其特征在于：所述上送风口(5)、下送风口(6)、竖井送风道或斜井送风道(7)整体底部设有承重柱(12)。
9.根据权利要求1所述的一种基于季风的隧道竖井或斜井通风排烟装置，其特征在于：所述排烟道(2)沿隧道(1)全长或隧道中部每间隔一定距离纵向布设。
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