CN113482696A - 一种隧道自然排烟竖井蓄烟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道自然排烟竖井蓄烟装置，包括：排烟竖井和蓄烟池，所述蓄烟池设置在所述排烟竖井下方，且所述蓄烟池与所述排烟竖井相连通，所述蓄烟池的底面敞口且与隧道主体相对接；所述蓄烟池的高度为0.4m‑0.6m，所述蓄烟池在隧道宽度方向上的尺寸小于或者等于隧道宽度的0.8倍。通过在排烟竖井下方增加蓄烟池，使得当烟气进入蓄烟池后会先被聚集，再从蓄烟池排入排烟竖井中，从而减弱空气卷吸效应，提高排烟竖井排出烟气的浓度，从而提高排烟竖井排烟效率。
Description
技术领域
本发明涉及隧道安全设施技术领域，特别涉及一种隧道自然排烟竖井蓄烟装置。
背景技术
目前国内外的隧道内主要采用机械通风排烟和竖井自然排烟排出火灾时产生的烟气。与机械通风排烟相比，竖井自然排烟施工成本低，不消耗能源且不产生噪音，因此得到广泛应用。竖井自然排烟利用火灾时高温产生的烟囱效应进行排烟，但受限于竖井高度和横截面积，竖井可以提供的抽吸力有限。另外，由于烟气纵向蔓延的惯性力较大，烟气在竖井下方无法有效聚集，导致竖井在排出烟气同时，也会排除大量的冷空气，更进一步降低了竖井自然排烟效率。因此提升竖井抽吸力或烟气在排烟竖井下方的聚集度对提升竖井排烟效率显得十分重要。
传统的隧道竖井自然排烟通常通过加大竖井横截面积或加高竖井等方法提高竖井排烟效率，但这些方法存在一些不足，例如：(1)竖井横截面积受到隧道宽度限制，在宽度较小的隧道内无法使用较大横截面积的竖井进行排烟；(2)竖井高度受到隧道埋深的限制，在埋深较浅的隧道内无法使用较大高度的竖井进行排烟；(3)增大竖井高度和竖井横截面积施工成本较高，且会对隧道结构产生一定影响；(4)在竖井高度和横截面积增大时，竖井在排除烟气时卷吸的空气的量也会增加，因此对提升排烟效率性价比不高。
因此，针对现有隧道排烟结构的不足，发明一种能够减弱空气卷入、提高竖井排放烟气浓度以及耐火性能好的排烟装置成为本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种隧道自然排烟竖井蓄烟装置，在隧道自然排烟竖井下方增加一个“蓄烟池”结构，当烟气进入蓄烟结构后会先被聚集，再从蓄烟结构排入排烟竖井中，从而减弱空气卷吸，提高竖井排出烟气的浓度，从而提高竖井排烟效率；本发明的隧道竖井自然排蓄烟装置具有施工成本低，可靠性强，对隧道结构影响小的优点，可以有效提高竖井自然排烟的排烟效率。为了解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
本发明的一种隧道自然排烟竖井蓄烟装置，所述装置包括：排烟竖井和蓄烟池，所述蓄烟池设置在所述排烟竖井下方，且所述蓄烟池与所述排烟竖井相连通，所述蓄烟池的底面敞口且与隧道主体相对接；所述蓄烟池的高度为0.4m-0.6m，所述蓄烟池在隧道宽度方向上的尺寸小于或者等于隧道宽度的0.8倍。这样，通过在排烟竖井下方增加蓄烟池，使得当烟气进入蓄烟池后会先被聚集，再从蓄烟池排入排烟竖井中，从而减弱空气卷吸，提高排烟竖井排出烟气的浓度，从而提高排烟竖井排烟效率。
进一步地，所述排烟竖井和所述蓄烟池的水平横截面形状为矩形或者圆形或者正多边形或者椭圆形。若所述排烟竖井和所述蓄烟池的水平横截面形状为矩形，则所述蓄烟池水平横截面长度和宽度分别是所述排烟竖井水平横截面长度和宽度的2.5-3.5倍；若所述排烟竖井和所述蓄烟池的水平横截面形状为圆形，则所述蓄烟池水平横截面直径是所述排烟竖井水平横截面直径的2.5-3.5倍；若所述排烟竖井和所述蓄烟池的水平横截面形状为正多边形或者椭圆形，则所述蓄烟池水平横截面上某一尺寸长度是所述排烟竖井水平横截面对应尺寸长度的2.5-3.5倍，比如为正多边形时对应的边长，为椭圆形时对应的长短轴。
进一步地，所述排烟竖井与所述蓄烟池之间还设置有梯形过渡结构或者弧形过渡结构；若所述排烟竖井与所述蓄烟池之间为梯形过渡结构，则所述梯形过渡结构的斜面与竖直方向的夹角为30°-60°。
进一步地，所述排烟竖井与所述蓄烟池的水平横截面形状为相同，所述排烟竖井与所述蓄烟池水平横截面的几何中心线在竖直方向上重合。比如，排烟竖井与蓄烟池的水平横截面形状均为圆形时，两者同轴设置；排烟竖井与蓄烟池的水平横截面形状均为正方形时，两者的正方形中心线重合。
进一步地，所述排烟竖井内壁面和所述蓄烟池内外壁面上均喷涂有防火涂料，所述防火涂料的组分为：聚磷酸铵20％-30％、季戊四醇5％-15％、三聚氰胺5％-15％、硼酸三聚氰胺2％-8％、硅丙乳液20％-30％、成膜助剂0.5％-3％、余量为去离子水。通过喷涂该防火涂料，可以提高排烟竖井内壁面和蓄烟池内外壁面的耐火时间，从而提高了排烟竖井内和蓄烟池遇到火灾时的可靠性。
进一步地，所述防火涂料的组分为：聚磷酸铵25％、季戊四醇10％、三聚氰胺10％、硼酸三聚氰胺5％、硅丙乳液25％、成膜助剂1％、余量为去离子水。
进一步地，所述防火涂料的制备方法为：
首选，称取预定质量份的聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺和硼酸三聚氰胺加入到搅拌容器中，再加入预定质量份的去离子水，搅拌均匀；
然后，将上述混合料放到砂磨分散多用机中以700r/min-1500r/min高速搅拌15min-30min，得到连续雨滴状膨胀阻燃体系；
最后，将预定质量份的硅丙乳液和成膜助剂加入到上述膨胀阻燃体系中，搅拌均匀后放到砂磨分散多用机中以300r/min-800r/min低速搅拌15min-30min制得所述防火涂料。
进一步地，所述防火涂料的制备方法为：
首选，称取质量份为25％的聚磷酸铵、10％的季戊四醇、10％的三聚氰胺和5％的硼酸三聚氰胺加入到搅拌容器中，再加入24％的去离子水，搅拌均匀；
然后，将上述混合料放到砂磨分散多用机中以1000r/min高速搅拌20min，得到连续雨滴状膨胀阻燃体系；
最后，将质量份为25％的硅丙乳液和1％的成膜助剂加入到上述膨胀阻燃体系中，搅拌均匀后放到砂磨分散多用机中以500r/min低速搅拌20min制得所述防火涂料。
进一步地，合成所述硼酸三聚氰胺的化学方程式为：
进一步地，合成所述硼酸三聚氰胺的方法为：
首先，称取250mL的无水乙醇放置在烧杯中，再称取24.8g的硼酸缓慢加入到无水乙醇中，搅拌均匀，待硼酸溶解在无水乙醇中后倒入到带有温度计、搅拌器及回流装置的500mL三口烧瓶中，并将温度逐渐升高至80℃；
然后，将50.4g三聚氰胺在200mL的无水乙醇中溶解后缓慢滴入三口烧瓶中，并在80℃的温度下反应4h；
最后，将获得的反应产物过滤洗涤后，将得到的产物在65℃的干燥箱内干燥至质量恒定，得到白色产物硼酸三聚氰胺。
本发明提供的隧道自然排烟竖井蓄烟装置的有益效果是：
通过在排烟竖井下方增加蓄烟池，使得当烟气进入蓄烟池后会先被聚集，再从蓄烟池排入排烟竖井中，从而减弱空气卷吸，提高排烟竖井排出烟气的浓度，从而提高排烟竖井排烟效率。
通过在排烟竖井内壁面和蓄烟池内外壁面喷涂该防火涂料，可以提高排烟竖井内壁面和蓄烟池内外壁面的耐火时间，从而提高了排烟竖井内和蓄烟池遇到火灾时的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的隧道自然排烟竖井蓄烟装置结构示意图，为了清楚放映各结构之间的关系，图中均采用实线条绘制，部分在实际观察方向上被遮挡的线条也在图中有显示；
图2是本发明的装置中排烟竖井与蓄烟池之间设置梯形过渡结构时的纵截面示意图；
图3是本发明的装置中排烟竖井与蓄烟池之间设置弧形过渡结构时的纵截面示意图；
图4是本发明通过流体动力学软件模拟得到的没有设置蓄烟池的排烟竖井排烟时温度分布云图；
图5是本发明通过流体动力学软件模拟得到的设置有蓄烟池的排烟竖井排烟时温度分布云图；
图6是本发明在排烟竖井内壁面和蓄烟池内外壁面喷涂的防火涂料在燃烧过程中形成膨胀炭层的过程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参考图1至图6，本实施例的一种隧道自然排烟竖井蓄烟装置，该装置包括：排烟竖井1和蓄烟池2，蓄烟池2设置在排烟竖井1下方，且蓄烟池2与排烟竖井1相连通，蓄烟池2的底面敞口且与隧道主体3相对接；蓄烟池2的高度为0.4m-0.6m，蓄烟池2在隧道宽度方向上的尺寸小于或者等于隧道宽度的0.8倍。作为优选的实施方式，排烟竖井1与蓄烟池2的水平横截面形状为相同，排烟竖井1与蓄烟池2水平横截面的几何中心线在竖直方向上重合，比如，排烟竖井1与蓄烟池2的水平横截面形状均为长方形或者正多边形或者圆形。
作为更优选的实施方式，排烟竖井1和蓄烟池2的水平横截面形状为矩形或者圆形或者正多边形或者椭圆形；若排烟竖井1和蓄烟池2的水平横截面形状为矩形，则蓄烟池2水平横截面长度和宽度分别是排烟竖井1水平横截面长度和宽度的2.5-3.5倍；若排烟竖井1和蓄烟池2的水平横截面形状为圆形，则蓄烟池2水平横截面直径是排烟竖井1水平横截面直径的2.5-3.5倍；若排烟竖井1和蓄烟池2的水平横截面形状为正多边形或者椭圆形，则蓄烟池2水平横截面上某一尺寸长度是排烟竖井1水平横截面对应尺寸长度的2.5-3.5倍，如正多边形的边长、椭圆形的长短轴。
具体参考图2和图3，排烟竖井1与蓄烟池2之间还设置有梯形过渡结构4或者弧形过渡结构5；若排烟竖井1与蓄烟池2之间为梯形过渡结构4，则梯形过渡结构4的斜面与竖直方向的夹角为30°-60°。
作为进一步优选的实施方式，排烟竖井1内壁面和蓄烟池2内外壁面上均喷涂有防火涂料，该防火涂料的组分为：聚磷酸铵20％-30％、季戊四醇5％-15％、三聚氰胺5％-15％、硼酸三聚氰胺2％-8％、硅丙乳液20％-30％、成膜助剂0.5％-3％、余量为去离子水。优选地，该防火涂料的组分为：聚磷酸铵25％、季戊四醇10％、三聚氰胺10％、硼酸三聚氰胺5％、硅丙乳液25％、成膜助剂1％、余量为去离子水。图6所示为在排烟竖井内壁面和蓄烟池内外壁面喷涂防火涂料在燃烧过程中形成膨胀炭层的过程。
该防火涂料的制备方法为：首选，称取预定质量份的聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺和硼酸三聚氰胺加入到搅拌容器中，再加入预定质量份的去离子水，搅拌均匀；然后，将上述混合料放到砂磨分散多用机中以700r/min-1500r/min高速搅拌15min-30min，得到连续雨滴状膨胀阻燃体系；最后，将预定质量份的硅丙乳液和成膜助剂加入到上述膨胀阻燃体系中，搅拌均匀后放到砂磨分散多用机中以300r/min-800r/min低速搅拌15min-30min制得所述防火涂料。
针对上述更具体的组分，该防火涂料的制备方法为：首选，称取质量份为25％的聚磷酸铵、10％的季戊四醇、10％的三聚氰胺和5％的硼酸三聚氰胺加入到搅拌容器中，再加入24％的去离子水，搅拌均匀；然后，将上述混合料放到砂磨分散多用机中以1000r/min高速搅拌20min，得到连续雨滴状膨胀阻燃体系；最后，将质量份为25％的硅丙乳液和1％的成膜助剂加入到上述膨胀阻燃体系中，搅拌均匀后放到砂磨分散多用机中以500r/min低速搅拌20min制得所述防火涂料。
其中，合成所述硼酸三聚氰胺的化学方程式为：
该合成所述硼酸三聚氰胺的方法为：首先，称取250mL的无水乙醇放置在烧杯中，再称取24.8g的硼酸缓慢加入到无水乙醇中，搅拌均匀，待硼酸溶解在无水乙醇中后倒入到带有温度计、搅拌器及回流装置的500mL三口烧瓶中，并将温度逐渐升高至80℃；然后，将50.4g三聚氰胺在200mL的无水乙醇中溶解后缓慢滴入三口烧瓶中，并在80℃的温度下反应4h；最后，将获得的反应产物过滤洗涤后，将得到的产物在65℃的干燥箱内干燥至质量恒定，得到白色产物硼酸三聚氰胺。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种隧道自然排烟竖井蓄烟装置，其特征在于，所述装置包括：排烟竖井(1)和蓄烟池(2)，所述蓄烟池(2)设置在所述排烟竖井(1)下方，且所述蓄烟池(2)与所述排烟竖井(1)相连通，所述蓄烟池(2)的底面敞口且与隧道主体(3)相对接；
所述蓄烟池(2)的高度为0.4m-0.6m，所述蓄烟池(2)在隧道宽度方向上的尺寸小于或者等于隧道宽度的0.8倍。
2.根据权利要求1所述的隧道自然排烟竖井蓄烟装置，其特征在于，所述排烟竖井(1)和所述蓄烟池(2)的水平横截面形状为矩形或者圆形或者正多边形或者椭圆形；
若所述排烟竖井(1)和所述蓄烟池(2)的水平横截面形状为矩形，则所述蓄烟池(2)水平横截面长度和宽度分别是所述排烟竖井(1)水平横截面长度和宽度的2.5-3.5倍；
若所述排烟竖井(1)和所述蓄烟池(2)的水平横截面形状为圆形，则所述蓄烟池(2)水平横截面直径是所述排烟竖井(1)水平横截面直径的2.5-3.5倍；
若所述排烟竖井(1)和所述蓄烟池(2)的水平横截面形状为正多边形或者椭圆形，则所述蓄烟池(2)水平横截面上某一尺寸长度是所述排烟竖井(1)水平横截面对应尺寸长度的2.5-3.5倍。
3.根据权利要求2所述的隧道自然排烟竖井蓄烟装置，其特征在于，所述排烟竖井(1)与所述蓄烟池(2)之间还设置有梯形过渡结构(4)或者弧形过渡结构(5)；
若所述排烟竖井(1)与所述蓄烟池(2)之间为梯形过渡结构(4)，则所述梯形过渡结构(4)的斜面与竖直方向的夹角为30°-60°。
4.根据权利要求2所述的隧道自然排烟竖井蓄烟装置，其特征在于，所述排烟竖井(1)与所述蓄烟池(2)的水平横截面形状为相同，所述排烟竖井(1)与所述蓄烟池(2)水平横截面的几何中心线在竖直方向上重合。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的隧道自然排烟竖井蓄烟装置，其特征在于，所述排烟竖井(1)内壁面和所述蓄烟池(2)内外壁面上均喷涂有防火涂料，所述防火涂料的组分为：聚磷酸铵20％-30％、季戊四醇5％-15％、三聚氰胺5％-15％、硼酸三聚氰胺2％-8％、硅丙乳液20％-30％、成膜助剂0.5％-3％、余量为去离子水。
6.根据权利要求5所述的隧道自然排烟竖井蓄烟装置，其特征在于，所述防火涂料的组分为：聚磷酸铵25％、季戊四醇10％、三聚氰胺10％、硼酸三聚氰胺5％、硅丙乳液25％、成膜助剂1％、余量为去离子水。
7.根据权利要求5所述的隧道自然排烟竖井蓄烟装置，其特征在于，所述防火涂料的制备方法为：
首选，称取预定质量份的聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺和硼酸三聚氰胺加入到搅拌容器中，再加入预定质量份的去离子水，搅拌均匀；
然后，将上述混合料放到砂磨分散多用机中以700r/min-1500r/min高速搅拌15min-30min，得到连续雨滴状膨胀阻燃体系；
最后，将预定质量份的硅丙乳液和成膜助剂加入到上述膨胀阻燃体系中，搅拌均匀后放到砂磨分散多用机中以300r/min-800r/min低速搅拌15min-30min制得所述防火涂料。
8.根据权利要求6所述的隧道自然排烟竖井蓄烟装置，其特征在于，所述防火涂料的制备方法为：
首选，称取质量份为25％的聚磷酸铵、10％的季戊四醇、10％的三聚氰胺和5％的硼酸三聚氰胺加入到搅拌容器中，再加入24％的去离子水，搅拌均匀；
然后，将上述混合料放到砂磨分散多用机中以1000r/min高速搅拌20min，得到连续雨滴状膨胀阻燃体系；
最后，将质量份为25％的硅丙乳液和1％的成膜助剂加入到上述膨胀阻燃体系中，搅拌均匀后放到砂磨分散多用机中以500r/min低速搅拌20min制得所述防火涂料。
9.根据权利要求5所述的隧道自然排烟竖井蓄烟装置，其特征在于，合成所述硼酸三聚氰胺的化学方程式为：
10.根据权利要求9所述的隧道自然排烟竖井蓄烟装置，其特征在于，合成所述硼酸三聚氰胺的方法为：
首先，称取250mL的无水乙醇放置在烧杯中，再称取24.8g的硼酸缓慢加入到无水乙醇中，搅拌均匀，待硼酸溶解在无水乙醇中后倒入到带有温度计、搅拌器及回流装置的500mL三口烧瓶中，并将温度逐渐升高至80℃；
然后，将50.4g三聚氰胺在200mL的无水乙醇中溶解后缓慢滴入三口烧瓶中，并在80℃的温度下反应4h；
最后，将获得的反应产物过滤洗涤后，将得到的产物在65℃的干燥箱内干燥至质量恒定，得到白色产物硼酸三聚氰胺。
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