CN114508376A - 隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布一种隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置及控制方法，属于隧道排烟技术领域。包括固定框架，所述固定框架安装在隧道墙体两侧，烟流气流通道安装在固定框架上构成主体结构，还包括无线信号传输模块，无线信号传输模块接收无线信号，将指令传输给电源电路模块，驱动风机动力模块运作，风机动力模块产生气流通过烟流气流通道沿隧道形成气幕。该装置在隧道内发生火灾后，同时开启两道气幕，吹出的气幕形成阻挡防止烟气扩散范围增大，通过吸气将有毒有害烟气、吹出气流和部分卷吸空气排出，吹吸结合，将烟气控制在一定范围内，保障人员和车辆的安全疏散，避免烟气伤害。

Description

隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置及运行方法

技术领域

本发明涉及隧道防排烟技术，尤其涉及一种隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置。

背景技术

近年来，随着隧道建设进程不断发展，隧道建设进程不断向前推进，给人们的生活和出行带来了巨大的方便。但是，隧道在高速建设发展的过程中，也带来了诸多安全方面的问题，火灾安全就是人们关注的重点之一。由于隧道是狭长且相对封闭的空间，一旦发生火灾事故，极易快速发展，产生大量烟气而不易排出，降低能见度，造成拥堵，影响人员逃生。因此，研究隧道的防排烟系统具有重要的现实意义。

目前，常用的隧道排烟方法主要有自然排烟和机械排烟两种。自然通风指的是不使用任何风机设备，将隧道内的高温有害烟气排出的一种通风方式，但是效率低。机械排烟又分为纵向排烟和横向排烟。纵向排烟指的是利用风机风压，在隧道内产生空气流动，从而达到通风目的的一种排烟方式。但是，如果纵向通风风速小于临界风速，隧道顶部热烟气层将产生回流现象。横向排烟则是利用隧道顶部的排烟风管均匀排风、均匀补风，但是，隧道建设投资较大。

单喷式气幕具有较好的隔烟效果，但其本身并没有排烟功能，需要配套排烟设施以达到更好的控烟效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置，通过开启两道气幕，将烟气控制在一定范围内，吹吸结合，有效地提高隧道排烟效果，在发生火灾时保证人员和车辆的安全疏散。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置，包括固定框架、电源电路模块、无线信号传输模块、风机动力模块和烟流气流通道；所述电源电路控制模块、所述风机动力模块和气流通道固定于所述固定框架内部并构成完整电路通路，所述固定框架固定于隧道两侧，所述气流通道吸入侧出口连接排烟通道。

进一步地，所述固定框架、烟流气流通道选用耐高温硬质材料。

进一步地，所述电源电路模块、无线信号传输模块做隔热处理并固定于固定框架上；无线传输模块安装需保证信号稳定。

进一步地，所述烟流气流通道接口处设有橡胶垫片增加气密性；所述吸气幕与吹气幕正对安装于隧道两侧；所述吸气幕与吹气幕均通过固定骨架固定于墙体；所述吹气幕由外壳、气道和导流板组成，出口位置设置弧形利用康达效应卷吸气体增加流量。所述吸气幕由外壳、气道和导流板组成。

进一步地，所述风机动力模块分为吸气幕动力模块与吹气幕动力模块，其中吹气侧包括附属电机保护罩，保护罩后方的固定钢梁设有四个开孔方便固定于隧道墙体；所述电机外壳装有固定支架并通过螺栓固定于电机保护壳；所述电机的转轴连接离心式风机叶轮以及吸气口处叶轮；所述电机壳固定在支架上并一同固定于电机保护罩内；所述吸气幕动力模块的电机底部固定于两根固定横梁，上部电机轴安装叶扇；所述固定横梁固定于钢制圆筒上使轴流式风机处于排烟通道中。

进一步地；所述电源电路控制模块分为两部分，分别是：吸气幕电源电路模块、吹气幕电源电路模块；所述吹气幕电源电路模块安装于电机保护罩内部，电机上部一侧；所述吸气幕电源电路模块安装于固定风机的钢制圆筒外部一侧；所述吸气幕电源电路模块与吹气幕电源电路模块相互独立；所述电源电路模块的控制由无线信号传输模块收发指令进行。

进一步地，所述无线信号传输模块可与隧道的检测监控系统结合使用；检测监控包括烟雾传感器，烟雾传感器布置在隧道顶部检测到的信息传输到中央控制室；控制室发出指令通过无线信号传输模块使得相应的电机开始工作。

进一步地，所述吹吸式气幕其吹气幕及相关部件与吸气幕相关部件为一套装置；所述每套气幕间隔为50～100m。

进一步地，所述烟流气流通道经过特殊弧形设计，根据康达流体(水流或气流)有偏离原本流动方向，改为随着凸出的物体表面流动的倾向，形成负压区卷吸隧道空气增加射流流量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.在单喷式气幕的基础上再增设一道吸风口，形成的吹吸式气流既可以阻隔烟气，又可以及时排出烟气。单喷式气幕的挡烟效果随其射流速度增大呈先增大后减小的趋势，射流速度一旦超过临界值就会将更多的氧气送至火源处导致烟气变多，而吹吸式气幕可以通过提高吹吸风速以获得更好的排烟效果。吹吸式气幕可能能够用较低的风量控制更大的火灾并且不影响疏散，将烟气控制在一定范围内，吹吸结合，以改善单喷式气幕的不足，有效地提高隧道排烟效果，在发生火灾时保证人员和车辆的安全疏散。

2.在吹气幕出口设置曲面，利用康达效应卷吸空气提高射流流量；装置中设有防回流机构，可以保证烟气不回流。

3.通过控制装置，在火灾发生后第一时间内开启气幕，实现对隧道内烟气蔓延情况的动态监测，根据实际情况，调整出风口和吸气口流量。当烟气越过该道空气幕后，即该道空气幕失守后，下一道空气幕可在人工控制或经感烟探测器触发后立即开启，尽可能地控制烟气蔓延速度。

附图说明

图1是本发明装置三维图；

图2是吸气幕三维图；

图3是吹气幕三维图；

图4吹气幕离心式风机电机箱三维透视图；

图5离心式风机三视图；

图6除圆筒风道外的轴流式风机三维图；

图7电控模块电路图；

图8电源电控盒结构示意图；

图9导流板及其水平剖视图；

图10吸气幕集气罩及固定框架放大图；

图11导流部件结构示意图；

图12吹气幕射流出口及其水平剖视图；

图13智能化控制逻辑图；

图中：1、固定支架：1-1、吹气幕固定横梁；1-2吸气幕固定横梁；1-3、吸气幕风机固定支架；1-4吹气幕风机固定支架；1-5、螺栓孔；1-6、隧道；1-7、电机支架；2、电源电路模块；2-1、导线；2-2、电机驱动器；2-3、电机控制器；2-4、遥控开关；2-5、电源；2-6、开关；2-7、电源电路集成盒二；2-8、控制器；2-9、电源电路集成盒一；3、无线信号传输模块；3-1、天线；3-2、无线信号处理器；4、风机动力模块；4-1、轴流式风机叶片；4-2、离心式风机叶片；4-3、吸气幕风机外壳；4-4、吹气幕风机外壳；4-5、吹气幕电机箱外壳；4-6、离心式风机进气口处叶片；4-7、吹气幕电机；4-8、吹气幕电机轴；4-9、电机壳盖板；4-10、吸气幕电机；4-11、吸气幕电机轴；5、烟流气流通道；5-1、吹气幕射流出口；5-2、吸气幕导流板框架；5-3、吸气幕导流板；5-4、吸气罩；5-5、转接筒一；5-6；吸气幕烟流气道；5-7、吸气幕格栅；5-8、吸气幕导流板；5-9、气道；5-10、吹气幕导流板；5-11、集气道；5-12、防回流盖板；5-13、转接筒二。

具体实施方式：

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以下是本发明的一个具体实施例，现结合附图对本发明做进一步说明。

具体如图1所示，隧道智能化吹吸式气幕防排烟装置包括吸气幕与吹气幕及相关设备组成。水平吹气幕固定横梁1-1通过膨胀螺栓固定于隧道1-6墙体，而后将气道5-9竖直安装于吹气幕射流出口5-1，将吸气幕风机外壳4-3通过转接筒一5-5连接至吸气幕烟流气道5-6保持齐平。吸气幕固定横梁1-2通过膨胀螺栓安装至隧道1-6另一侧墙体，吸气罩5-4中心正对吹气幕射流出口5-1，吸气幕导流板框架5-2通过焊接安装在吸气罩5-4前方，集气道5-11通过安装在吸气罩5-4侧面，集气道5-11将气体汇聚至吸气幕烟流气道5-6。

具体如图2、图9、图10、图11所示，吸气幕导流板5-3通过焊接固定于吸气幕导流板框架5-2上，吸气幕导流板5-3成弧形目的是减少风阻控制气流方向。吸气罩5-4中空右侧设有吸气幕格栅5-7，吸气罩右侧吸气幕格栅5-7处安装集气道5-11，安装时轮廓重合保证气密性。吸气幕烟流气道5-6内部装有吸气幕导流板5-8保证腔体内部压力均衡。吸气幕烟流气道5-6上方安装转接筒二5-13使得吸气幕风机外壳4-10能够契合，在风筒上安装有吸气幕风机支架1-3及吸气幕电机4-10及其配套设备。

具体如图3、图11、图12所示，吹气幕射流出口5-1后方有两个吹气幕固定横梁1-1，横梁上有4个螺栓孔1-5将其通过膨胀螺栓固定于隧道1-6一侧提供设备主体稳定性，保证其水平并正对于吸气幕中心。腔体内设有吹气幕导流板5-10控制气流。吹气幕右侧有条状开口用于连接气道5-9，采用对角焊接其余部分胶条密封。通过转接筒二5-13接通吸气幕风机外壳并打上胶构成完整的气流通路。转接筒上部安装防回流盖板5-12防止排烟道的烟气回流。如图12所示，高压气体通过气道5-9进入吹气幕射流出口5-1被弧形挡板分为两部分，分别从左右两个方向射出，在射流出口附近设计有弧度运用康达效应使得射流发生转向，中间形成负压吸入环境空气增加射流流量。

具体如图4、图5所示，将吹气幕电机4-7通过电机支架1-7安装在电机箱外壳4-5内；另一侧安装电源电路集成盒一2-9并接通外部隧道电缆，内部接通电过导线2-1接通电机盖上电机壳盖板4-9，并通过螺栓孔1-5将电机箱外壳4-5固定于墙体。将吹气幕风机壳4-4通过吹气幕风机固定支架1-4上的螺栓孔1-5固定于电机箱盖板上。离心式风机叶扇4-2与离心式风机进气口处叶片4-6固定与吹气幕电机轴4-8使其同轴转动。

具体如图6所示，吸气幕电机4-10通过螺栓安装在吸气幕风机固定支架1-3上，该支架固定于吸气幕风机外壳4-3上并打上密封胶条，吸气幕风机固定支架1-3侧面安装电源电路集成盒二2-7并接通外部隧道电缆，吸气幕电机轴4-11上安装有轴流式风机叶片4-1，叶扇正对于风流放向。

具体如图7、图8所示，电源电控模块与无线信号传输模块均集成在电源电路集成盒中。无线信号传输模块3包括天线3-1、无线信号处理器3-2设备，将其集成于电源电路控制盒，天线3-1与无线信号处理器3-2采用导线2-1连接。集成盒中有电机控制器2-3、电机驱动器2-2、无线信号传输模块3、天线以及连通外部的导线。通过导线2-1连接外部隧道电缆作为电源，天线3-1接受控制室发出的无线信号进行设备启停与功率调节，指令传输给控制器2-8，控制指令发给电机控制器2-3，将处理过的电压电流通过导线传输给电机驱动器2-2驱动电机进行做工。

具体如图13所示，火灾信息通过隧道1-6内的传感器传输到控制室，控制室通过对信息处理得到灾情位置灾情大小等信息判断是否开启设备以及开启后的送风量、排风量。将信息送入指令发射台发出，设备收到指令后开始工作，该过程工作人员可随时干预。当送排风量均达到额定最大值时，安装在气幕两侧的其余气幕将启动。控制室可以满足智能化需求，也可以采用遥控器，安装有遥控的模块，控制器收到无线信号传输给设备控制器2-8，控制指令发给电机控制器2-3，将处理过的电压电流通过导线传输给电机驱动器2-2驱动电机进行做功。

隧道1-6内设有多个隧道智能化吹吸式气幕防排烟装置，每道吹吸式空气幕之间的间距为50～100m。烟流气流通道5为密封通道，各部件连接处密封，确保气流能顺利流出和收集。且固定框架1、烟流气流通道5采用耐腐蚀耐高温材料，导线2-1外附层采用高强度高熔点的隔热尼龙材质。

隧道智能化吹吸式气幕防排烟装置的运行工艺，步骤如下：

将设备固定与隧道两侧接通隧道电缆提供电力，并将吸气罩出口安装在隧道排烟通道中。可根据隧道长度将其安装多套设备，一般来说隧道安装该设备应在两套及以上。当隧道发生火灾烟雾弥漫，传感器将火灾信息传入控制室，系统根据信息判断火灾位置、大小，随即发出指令开启两套设备。在设备开启后，控制台通过隧道监控视频、烟雾传感器等设备调节气幕风量。吹气幕采用离心式风机驱动提供高压射流，高压射流在隧道中阻挡烟流前进并卷吸烟流至吸气幕附近。吸气幕的需要大流量，因此选用轴流式风机。两套设备中间为其控制区域，控制台会开启及火灾近的两套设备。当设备功率调节到最大依然检测到烟气逸散到其他控制区域时，控制台会发出信号开启火灾控制区域外部两套设备，依次递增直至所以设备满功率运行。当工作完成时，监控检测装置检测到烟雾浓度低于预定阈值时设备切断电源，防回流装置在重力作用下关闭，设备恢复原来状态。

Claims (10)

1.隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置，其特征在于：包括固定框架(1)，所述固定框架(1)安装在隧道(1-6)墙体两侧，烟流气流通道(5)安装在所述固定框架(1)上构成主体结构；还包括风机动力模块(4)，所述烟流气流通道(5)上安装有所述风机动力模块(4)，所述风机动力模块(4)电性连接有电源电路模块(2)，所述电源电路模块(2)电性连接有无线信号传输模块(3)；

所述无线信号传输模块(3)接收无线信号，将指令传输给所述电源电路模块(2)，驱动风机动力模块(4)运作，风机动力模块(4)产生气流通过烟流气流通道(5)沿隧道形成气幕。

2.根据权利要求1所述的隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置，其特征在于：所述无线信号传输模块(3)包括天线(3-1)和无线信号处理器(3-2)，两者采用导线(2-1)连接并安装在电源电路控制盒内。

3.根据权利要求2所述的隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置，其特征在于：所述电源电路控制盒内还安装有所述电源电路模块(2)，所述电源电路模块(2)包括控制器(2-8)，所述控制器(2-8)接收指令，将控制指令发给电机控制器(2-3)，转化为电流信号通过导线传输给电机驱动器(2-2)驱动电机运作；还包括遥控开关(2-4)、电源(2-5)及开关(2-6)，连接方式为导线(2-1)连接。

4.根据权利要求3所述的隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置，其特征在于：所述固定框架(1)、所述烟流气流通道(5)采用耐腐蚀耐高温材料，所述导线(2-1)外附层采用高强度高熔点的隔热尼龙材质。

5.根据权利要求3所述的隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置，其特征在于：所述风机动力模块(4)包括吹气幕电机(4-7)，所述吹气幕电机(4-7)水平安装在吹气幕电机箱外壳(4-5)内，电源电路集成盒一(2-9)安装在所述吹气幕电机箱外壳(4-5)侧面；吹气幕风机外壳(4-4)安装在所述吹气幕电机箱外壳(4-5)外部，离心式风机叶片(4-2)及离心式风机进气口叶片(4-6)安装在吹气幕风机外壳(4-4)内，两者与吹气幕电机轴(4-8)共轴转动；

吸气幕风机固定支架(1-3)密封安装在吸气幕风机外壳(4-3)上，吸气幕风机固定支架(1-3)内侧安装有吸气幕电机(4-10)，吸气幕电机轴(4-11)上安装有轴流式风机叶片(4-1)，所述吸气幕风机固定支架(1-3)外侧安装有电源电路集成盒二(2-7)。

6.根据权利要求5所述的隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置，其特征在于：所述烟流气流通道(5)包括气道(5-9)，所述气道(5-9)通过转接筒二(5-13)与吸气幕风机外壳(4-3)密封安装，所述气道(5-9)侧面竖直安装有吹气幕射流出口(5-1)，吹气幕射流出口(5-1)内设有吹气幕导流板(5-10)控制气流；

还包括吸气幕烟流气道(5-6)，其安装通过转接筒一(5-5)与吸气幕风机外壳(4-3)密封连接，所述吸气幕烟流气道(5-6)另一端安装有集气道(5-11)，所述集气道(5-11)将气体汇聚至所述吸气幕烟流气道(5-6)，所述集气道(5-11)安装在吸气罩(5-4)侧面；所述吸气罩(5-4)前侧外围安装有吸气幕导流板框架(5-2)，所述吸气幕导流板框架(5-2)内安装有若干吸气幕导流板(5-3)，所述吸气罩(5-4)中心正对吹气幕射流出口(5-1)。

7.根据权利要求6所述的隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置，其特征在于：所述转接筒安装防回流盖板(5-12)，防止排烟道的烟气回流；

所述吹气幕射流出口(5-1)为环形腔体，高压气体通过所述气道(5-9)进入吹气幕射流出口(5-1)被弧形挡板分为两部分，分别从两个方向射出；所述吹气幕射流出口(5-1)通过吹气幕固定横梁(1-1)安装于所述隧道(1-6)一侧墙体上；

所述吸气幕导流板(5-3)成弧形，所述吸气罩(5-4)中空右侧设有吸气幕格栅(5-7)，所述吸气罩(5-4)通过吸气幕固定横梁(1-2)安装于在隧道(1-6)另一侧墙体上。

8.根据权利要求1～7任一所述的隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置，其特征在于：所述隧道(1-6)内安装有一个以上的隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置，且每道吹吸式空气幕防排烟装置之间的间距为50～100m。

9.根据权利要求1所述的隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置，其特征在于：还包括控制室，所述控制室发出无线信号，由所述无线信号传输模块(3)接收。

10.权利要求1所述隧道智能化吹吸式空气幕防排烟装置的运行方法，其特征在于，所述方法为：

初始化控制系统变量，火灾信息通过传感器传输到控制室；

控制室进行信息处理，通过信息判断，未检测到则返回传感器继续监测，检测到则继续下一步；

控制室计算灾情位置和灾情大小，判断是否开启设备以及计算开启后的送风量、排风量；

控制室将信息送入指令发射台，指令发射台发射信号，设备收到指令后开始工作，该过程工作人员可直接干预；

当送排风量均达到额定最大值时，安装在气幕两侧的其余气幕将启动。

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