способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей в зимний период

Формула изобретения

Способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей в зимний период, включающий подачу наружного воздуха в тоннель под действием поршневого эффекта от транспортных средств и естественной тяги, подогрев его до положительной температуры за счет смешения с тоннельным воздухом, предварительно отбираемым из сечения тоннеля с положительной температурой, направляемым к порталу с входящей вентиляционной струей, нагреваемым у него до необходимой температуры, и вывод исходящей струи наружу через противоположный портал, отличающийся тем, что тоннельный воздух разделяют на две части, устанавливая в центральной части тоннеля вентиляционный затвор, частично перекрывающий сечение тоннеля при отсутствии в нем транспортных средств, причем одну часть тоннельного воздуха у портала с исходящей вентиляционной струей забирают из тоннеля, подогревают до положительной температуры и подают к центральной части, где смешивают со второй частью тоннельного воздуха со стороны портала с входящей вентиляционной струей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области вентиляции горных выработок и может быть использовано для управления тепловым режимом железнодорожных тоннелей, расположенных в районах с суровыми климатическими условиями.

Известен способ регулирования теплового режима угольных шахт, работающих в зоне вечной мерзлоты, основанный на подогреве воздуха в зимнее время до отрицательных температур, обеспечивающих принцип нулевого теплового баланса (см. Дядькин Ю.Д. Основы горной теплофизики для шахт и рудников Севера, М., "Недра", 1968, с. 173).

Недостатком данного способа регулирования применительно к железнодорожным тоннелям является создание благоприятных условий для образования панелей, т.к. в результате теплообмена с наружным холодным воздухом происходит замерзание воды, дренирующейся в тоннель.

Известен способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей, включающий подачу нагретого до положительной температуры наружного воздуха в тоннель по шахтному стволу и отвод его через порталы тоннеля (см. Цодиков В. Я. Вентиляция и теплоснабжение метрополитенов. М., "Недра", 1975, с. 375).

Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает безаварийную эксплуатацию тоннелей, так как приводит к созданию условий, гарантирующих отсутствие наледеобразования у порталов тоннеля. Это связано с тем, что воздух, достигающий порталов тоннеля, имеет температуру, недостаточно высокую для компенсации холода, вносимого поездами в тоннель, в период действия поршневого эффекта.

Известен способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей (авт. свид. СССР N 1090886, М.Кл. 5 E 21 F 3/00, 1984), в котором подачу нагретого наружного воздуха в тоннель осуществляют периодически в периоды отсутствия поезда в тоннеле и прекращают в течение времени его движения по туннелю, причем подачу воздуха осуществляют в сечение тоннеля с температурой тоннельного воздуха, близкой к нулю, и обеспечивают его перемещение в направлении, обратном движению поезда, а количество воздуха и необходимую температуру его подогрева устанавливают по полученным соотношениям.

Недостатками этого способа являются сложный режим организации проветривания, приводящий к необходимости периодического включения и выключения вентиляторов, что негативно сказывается на их работоспособности, высокие энергетические затраты на подогрев воздуха и обеспечение его перемещения в заданном направлении в необходимом количестве.

Известен способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей в зимний период (авт. свид. N 1627723, М.Кл. 5 F 21 F 3/00, 1/00, 1991), принятый за прототип, включающий подачу наружного воздуха в тоннель под действием естественной тяги, подогрев его до положительной температуры за счет смешения с тоннельным воздухом, предварительно отбираемым из сечения тоннеля с положительной температурой, направляемым к порталу с входящей вентиляционной струей, нагреваемым у него до необходимой температуры, и вывод исходящей струи наружу через противоположный портал.

Недостатки этого способа связаны со значительными затратами энергии на подогрев рециркуляционного воздуха до температуры, которая при его смешении с холодным наружным воздухом приведет к результирующей положительной температуре смеси. Снижение энергозатрат обеспечивается за счет сокращения количества наружного воздуха, подающегося в тоннель в период отсутствия в нем транспортных средств. Вместе с тем такое сокращение расхода воздуха приведет к ухудшению условий эксплуатации обделки тоннеля, примыкающей к порталу с исходящей вентиляционной струей. Это объясняется тем, что уменьшение расхода воздуха одновременно приводит к увеличению времени удаления из тоннеля воздуха, внесенного в него при движении транспортных средств в направлении, противоположном перемещению по тоннелю воздушной среды, что, в свою очередь, повышает время теплового взаимодействия холодного воздуха с бетонной обделкой тоннеля и увеличивает вероятность образования наледей.

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение энергетических затрат на подогрев воздуха при одновременном снижении вероятности обмерзания бетонной обделки во всей длине тоннеля.

В способе регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей в зимний период, включающем подачу наружного воздуха в тоннель под действием естественной тяги, подогрев его до положительной температуры за счет смешения с тоннельным воздухом, предварительно отбираемым из сечения тоннеля с положительной температурой, направляемым к порталу с входящей вентиляционной струей, нагреваемым у него до необходимой температуры, и вывод исходящей струи наружу через противоположный портал, тоннельный воздух разделяют на две части, устанавливая в центральной части тоннеля вентиляционный затвор, частично перекрывающий сечение тоннеля при отсутствии в нем транспортных средств, причем одну часть тоннельного воздуха у портала с исходящей вентиляционной струей забирают из тоннеля, подогревают до положительной температуры и подают к центральной части, где смешивают со второй частью тоннельного воздуха со стороны портала с входящей вентиляционной струей.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, где изображена одна из возможных вентиляционных схем его реализации. Схема вентиляции включает железнодорожный тоннель 1, вентиляционную штольню 2, ствол 3, подходящую штольню 4, кроссинг 5, техническую сбойку 6, обечайки 7, камеру вентиляторов 8, камеру вентиляционного затвора 9, вентиляционный затвор 10, вентиляторы 11, калориферы 12, вентиляционные ворота 13. Ствол 3 и кроссинг 5 в основном используют для проветривания в летний период.

В зимний период при отсутствии транспортных средств холодный наружный воздух под действием естественных факторов затекает в один из порталов железнодорожного тоннеля 1, где смешивается с подогретым в калориферах 12 тоннельным воздухом, который с помощью вентиляторов 11 через сбойку отбирается из сечения железнодорожного тоннеля с положительной температурой воздуха и по вентиляционной штольне 2 и технологической сбойке 6 выдается в тоннель 1. После смешения воздух, имеющий положительную температуру, движется к противоположному порталу. Расход воздуха при этом регулируется с помощью вентиляционного затвора 10, который в момент отсутствия в тоннеле транспортных средств частично перекрывает тоннель. За вентиляционным затвором воздух в тоннеле смешивается с воздухом, поступающим из штольни 2, и продолжает движение к противоположному порталу, где часть воздуха отбирается с помощью вентиляторов 11 из тоннеля 1, также по сбойке 6 и штольне 2 направляется к центральной части тоннеля. При необходимости, а именно сразу после прохода по тоннелю транспортного средства в направлении, противоположном перемещению воздуха, что приводит к образованию со стороны портала с исходящей воздушной струей зоны с отрицательной температурой, воздух, подаваемый в штольню, предварительно подогревают в калориферах 12 до положительной температуры. Длительность работы калориферов определяется протяженностью этой зоны, а их мощность в течение этого периода уменьшается от максимального значения, вычисляемого по температуре наружного воздуха, до нуля.

При появлении в железнодорожном тоннеле 1 транспортных средств вентиляционный затвор 10 убирается в камеру 9, открывая тоннель 1 для прохода поезда. В зависимости от направления движения поезда поступление в тоннель холодного наружного воздуха и образование зоны отрицательных температур происходит то у портала с входящей вентиляционной струей, то у портала с исходящей из тоннеля вентиляционной струей.

Использование предлагаемого способа регулирования позволяет повысить безопасность эксплуатации железнодорожных тоннелей, расположенных в районах с суровым климатом, при одновременном снижении энергетических затрат.