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隧道內射流風機反轉的確定方法及系統

985   編輯:中冶有色技術網   來源:河北省高速公路延崇管理中心  
2024-04-08 15:02:02
權利要求書: 1.一種隧道內射流風機反轉的確定方法,其特征在于,包括:獲取隧道內的自然風速和參數集合;所述參數集合包括:隧道長度、隧道斷面當量直徑、反向開啟射流風機時射流風機的效率、隧道內射流風機的組數、每組射流風機的數量、射流風機的出口風速、射流風機的出口面積、隧道凈空斷面積和隧道風速;所述隧道風速為隧道內的自然風速與射流風機風速的矢量和;

基于所述參數集合計算最小自然風速;

根據所述最小自然風速和所述自然風速確定是否控制隧道內射流風機反轉;

所述基于所述參數集合計算最小自然風速,具體為:根據公式 計算最小自然風速,其中, 表示最小自然風速,η0表示反向開啟射流風機時射流風機的效率,n表示隧道內射流風機的組數,k表示每組射流風機的數量,Aj表示射流風機的出口面積,Ar表示隧道凈空斷面積,vj表示射流風機的出口風速,vr表示隧道風速,η表示射流風機位置摩阻損失折減系數,L表示隧道長度,ξc表示隧道入口損失系數,λr表示隧道壁面摩阻損失系數,Dr表示隧道斷面當量直徑,t0表示最小控制周期。

2.根據權利要求1所述的一種隧道內射流風機反轉的確定方法,其特征在于,所述根據所述最小自然風速和所述自然風速確定是否隧道內射流風機是否反轉,具體包括:判斷所述自然風速是否大于或等于所述最小自然風速;

若是,則關閉射流風機并在設定時間段后控制所述射流風機反轉。

3.根據權利要求2所述的一種隧道內射流風機反轉的確定方法,其特征在于,所述設定時間段為1800秒。

4.一種隧道內射流風機反轉的確定系統,其特征在于,包括:獲取模塊,用于獲取隧道內的自然風速和參數集合;所述參數集合包括:隧道長度、隧道斷面當量直徑、反向開啟射流風機時射流風機的效率、隧道內射流風機的組數、每組射流風機的數量、射流風機的出口風速、射流風機的出口面積、隧道凈空斷面積和隧道風速;所述隧道風速為隧道內的自然風速與射流風機風速的矢量和;

最小自然風速確定模塊,用于基于所述參數集合計算最小自然風速;

反轉確定模塊,用于根據所述最小自然風速和所述自然風速確定是否控制隧道內射流風機反轉;

所述最小自然風速確定模塊,包括:最小自然風速確定單元,用于根據公式 計算最小自然風速,其中, 表示最小自然風速,η0表示反向開啟射流風機時射流風機的效率,n表示隧道內射流風機的組數,k表示每組射流風機的數量,Aj表示射流風機的出口面積,Ar表示隧道凈空斷面積,vj表示射流風機的出口風速,vr表示隧道風速,η表示射流風機位置摩阻損失折減系數,L表示隧道長度,ξc表示隧道入口損失系數,λr表示隧道壁面摩阻損失系數,Dr表示隧道斷面當量直徑,t0表示最小控制周期。

5.根據權利要求4所述的一種隧道內射流風機反轉的確定系統,其特征在于,所述反轉確定模塊,具體包括:

判斷單元,用于判斷所述自然風速是否大于或等于所述最小自然風速;

反轉確定單元,用于若是,則關閉射流風機并在設定時間段后控制所述射流風機反轉。

6.根據權利要求5所述的一種隧道內射流風機反轉的確定系統,其特征在于,所述反轉確定單元中的所述設定時間段為1800秒。

說明書: 一種隧道內射流風機反轉的確定方法及系統技術領域[0001] 本發明涉及隧道通風控制技術領域,特別是涉及一種隧道內射流風機反轉的確定方法及系統。

背景技術[0002] 公路特長隧道的營運通風有其特殊要求,它直接涉及到工程土建、設備投資規模以及隧道建成后的運營效率和安全問題?!豆匪淼劳L設計細則》規定了射流風機的控制

原則:一方面,保持隧道內環境指標在標準允許的范圍內,主要包括CO濃度、能見度和風速

等;另一方面,將CO濃度和能見度的數值分成若干等級,與投入運行的風機臺數及運轉時間

建立對應關系,并在運營過程中根據實際情況不斷優化、完善和改進。

[0003] 在一定自然風速下,開啟一定數量的風機得到相應的隧道風速。風機開啟方向通長是正向,然而在自然風速達到某些范圍時,正向開啟風機,反而會使隧道風速下降,或者

效果不好,這時應當將風機反向運行,會在隧道風機運營階段起到較好的節能作用,然而現

在還沒有判定風機在什么情況下反轉的方法。

發明內容[0004] 本發明的目的是提供一種隧道內射流風機反轉的確定方法及系統,能夠準確控制風機的反轉時刻,在隧道風機運營階段起到較好的節能效果。

[0005] 為實現上述目的,本發明提供了如下方案:[0006] 一種隧道內射流風機反轉的確定方法,包括:[0007] 獲取隧道內的自然風速和參數集合;所述參數集合包括:隧道長度、隧道斷面當量直徑、反向開啟射流風機時射流風機的效率、隧道內射流風機的組數、每組射流風機的數

量、射流風機的出口風速、射流風機的出口面積、隧道凈空斷面積和隧道風速;所述隧道風

速為隧道內的自然風速與射流風機風速的矢量和;

[0008] 基于所述參數集合計算最小自然風速;[0009] 根據所述最小自然風速和所述自然風速確定是否控制隧道內射流風機反轉。[0010] 可選的,所述基于所述參數集合計算最小自然風速,具體為:[0011] 根據公式 計算最小自然風速,其中,表示最小自然風速,η0表示反向開啟射流風機時射流風機的效率,n表示隧道內射流

風機的組數,k表示每組射流風機的數量,Aj表示射流風機的出口面積,Ar表示隧道凈空斷面

積,vj表示射流風機的出口風速,vr表示隧道風速,η表示射流風機位置摩阻損失折減系數,L

表示隧道長度,ξc表示隧道入口損失系數,λr表示隧道壁面摩阻損失系數,Dr表示隧道斷面

當量直徑,t0表示最小控制周期。

[0012] 可選的,所述根據所述最小自然風速和所述自然風速確定是否隧道內射流風機是否反轉具體包括:

[0013] 判斷所述自然風速是否大于或等于所述最小自然風速;[0014] 若是則關閉射流風機并在設定時間段后控制所述射流風機反轉。[0015] 可選的,所述設定時間段為1800秒。[0016] 一種隧道內射流風機反轉的確定系統,包括:[0017] 獲取模塊,用于獲取隧道內的自然風速和參數集合;所述參數集合包括:隧道長度、隧道斷面當量直徑、反向開啟射流風機時射流風機的效率、隧道內射流風機的組數、每

組射流風機的數量、射流風機的出口風速、射流風機的出口面積、隧道凈空斷面積和隧道風

速;所述隧道風速為隧道內的自然風速與射流風機風速的矢量和;

[0018] 最小自然風速確定模塊,用于基于所述參數集合計算最小自然風速;[0019] 反轉確定模塊,用于根據所述最小自然風速和所述自然風速確定是否控制隧道內射流風機反轉。

[0020] 可選的,所述最小自然風速確定模塊包括:[0021] 最小自然風速確定單元,用于根據公式計算最小自然風速,其中, 表示最小自然風速,η0表示反向開啟射流風機時射流風機

的效率,n表示隧道內射流風機的組數,k表示每組射流風機的數量,Aj表示射流風機的出口

面積,Ar表示隧道凈空斷面積,vj表示射流風機的出口風速,vr表示隧道風速,η表示射流風

機位置摩阻損失折減系數,L表示隧道長度,ξc表示隧道入口損失系數,λr表示隧道壁面摩阻

損失系數,Dr表示隧道斷面當量直徑,t0表示最小控制周期。

[0022] 可選的,所述反轉確定模塊具體包括:[0023] 判斷單元,用于判斷所述自然風速是否大于或等于所述最小自然風速;[0024] 反轉確定單元,用于若是則關閉射流風機并在設定時間段后控制所述射流風機反轉。

[0025] 可選的,所述反轉確定單元中的所述設定時間段為1800秒。[0026] 根據本發明提供的具體實施例,本發明公開了以下技術效果:本發明獲取隧道內的自然風速和參數集合,基于參數集合計算最小自然風速,根據最小自然風速和自然風速

確定是否控制隧道內射流風機反轉,能夠準確控制風機的反轉時刻,在隧道風機運營階段

起到較好的節能效果。

附圖說明[0027] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案,下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施

例,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創造性勞動性的前提下,還可以根據這些附圖

獲得其他的附圖。

[0028] 圖1為本發明實施例提供的隧道內射流風機反轉的確定方法的流程圖;[0029] 圖2為本發明實施例提供的隧道內射流風機反轉的確定系統的框圖。具體實施方式[0030] 下面將結合本發明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例?;?br />
本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他

實施例,都屬于本發明保護的范圍。

[0031] 為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂,下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

[0032] 本實施例提供了一種隧道內射流風機反轉的確定方法,如圖1所示,所述方法包括:

[0033] 步驟101:獲取隧道內的自然風速和參數集合。所述參數集合包括:隧道長度、隧道斷面當量直徑、反向開啟射流風機時射流風機的效率、隧道內射流風機的組數、每組射流風

機的數量、射流風機的出口風速、射流風機的出口面積、隧道凈空斷面積和隧道風速;所述

隧道風速為隧道內的自然風速與射流風機風速的矢量和。通過隧道內裝設的傳感器得到隧

道風速vr,此處隧道風速為實際隧道風速,是在風機控制系統中某一個周期中的隧道風速,

此時,隧道內可能有車輛通行,根據需要,隧道內風機也已經開啟并通過隧道內開啟的風機

數量及方向經過通風計算得到隧道內自然風速vn,隧道自然風速vn是自然通風力在隧道內

引起的風速變化值。自然通風力疊加風機產生的風壓與交通通風力所引起的隧道內風速變

化為隧道風速vr,隧道內風機反轉首先要克服隧道慣性風所造成的能量損失,其次還要考

慮風機反轉后風機效率下降而增加能量損耗。這兩部分應由隧道內自然風來彌補。

[0034] 步驟102:基于所述參數集合計算最小自然風速[0035] 步驟103:根據所述最小自然風速 和所述自然風速n確定是否控制隧道內射流風機反轉。

[0036] 在實際應用中,步驟102具體為:[0037] 根據公式 計算最小自然風速,其中, 表示最小自然風速,η0表示反向開啟射流風機時射流風機的效率,n表示隧道內射流風機的組

數,k表示每組射流風機的數量,Aj表示射流風機的出口面積,Ar表示隧道凈空斷面積,vj表

示射流風機的出口風速,vr表示隧道風速,η表示射流風機位置摩阻損失折減系數,L表示隧

道長度,ξc表示隧道入口損失系數,λr表示隧道壁面摩阻損失系數,Dr表示隧道斷面當量直

徑,t0表示最小控制周期。

[0038] 在實際應用中,步驟103具體包括:[0039] 判斷所述自然風速是否大于或等于所述最小自然風速。[0040] 若是則關閉射流風機并在設定時間段后控制所述射流風機反轉。[0041] 在實際應用中,所述設定時間段為1800秒。[0042] 本實施例還提供了一種與上述方法對應的隧道內射流風機反轉的確定系統,如圖2所示,所述系統包括:

[0043] 獲取模塊A1,用于獲取隧道內的自然風速和參數集合。所述參數集合包括:隧道長度、隧道斷面當量直徑、反向開啟射流風機時射流風機的效率、隧道內射流風機的組數、每

組射流風機的數量、射流風機的出口風速、射流風機的出口面積、隧道凈空斷面積和隧道風

速;所述隧道風速為隧道內的自然風速與射流風機風速的矢量和。

[0044] 最小自然風速確定模塊A2,用于基于所述參數集合計算最小自然風速。[0045] 反轉確定模塊A3,用于根據所述最小自然風速和所述自然風速確定是否控制隧道內射流風機反轉。

[0046] 作為一種可選的實施方式,所述最小自然風速確定模塊包括:[0047] 最小自然風速確定單元,用于根據公式計算最小自然風速,其中, 表示最小自然風速,η0表示反向開啟射流風機時射流風機

的效率,n表示隧道內射流風機的組數,k表示每組射流風機的數量,Aj表示射流風機的出口

面積,Ar表示隧道凈空斷面積,vj表示射流風機的出口風速,vr表示隧道風速,η表示射流風

機位置摩阻損失折減系數,L表示隧道長度,ξc表示隧道入口損失系數,λr表示隧道壁面摩阻

損失系數,Dr表示隧道斷面當量直徑,t0表示最小控制周期。

[0048] 作為一種可選的實施方式,所述反轉確定模塊具體包括:[0049] 判斷單元,用于判斷所述自然風速是否大于或等于所述最小自然風速。[0050] 反轉確定單元,用于若是則關閉射流風機并在設定時間段后控制所述射流風機反轉。

[0051] 作為一種可選的實施方式,所述反轉確定單元中的所述設定時間段為1800秒。[0052] 上述本實施例中計算最小自然風速的公式的具體推導過程如下:[0053] 1、隧道自然通風力:[0054] 參照《公路隧道通風設計細則》(JTGTD702?02?2014)(以下簡稱《細則?2014》)中的公式計算,因這里當自然通風力作隧道通風動力,故:

2

[0055] 其中,ΔPm表示隧道內自然風阻力,單位N/m ;ξc表示隧道入口損失系數;λr表示隧道壁面摩阻損失系數;L表示隧道長度,單位m;Dr表示隧道斷

2

面當量直徑,單位m, Ar表示隧道凈空斷面積,單位m ;Cr表示隧道斷面周長,單位

2

m;ρ表示隧道內空氣密度;vn表示自然風作用引起的洞內風速,單位m/s。

[0056] ξc和λr運營初期為預設參數,并需要在隧道運行中,經風機反向后運行的效果研判,對這兩個參數反復迭代,以使其合理的體現所處隧道的特性。

[0057] 2、隧道慣性風:[0058] 氣體有一定的密度和占空性,經計算得到隧道內空氣質量,再用隧道實際風速,簡單估算其動量,再依據動量定理,即可在一定時長的反向自然通風力下克服隧道慣性風。

[0059] ft=mvr[0060] ΔP·Ar·t=ρ·Ar·L·vr[0061] ΔP·t=ρ·L·vr[0062] 其中,f表示隧道內空氣受到的通風力;t表示力作用的時間;m表示隧道內空氣的質量;vr表示隧道風速;ΔP隧道風壓差。

[0063] 一般風機換向需經歷關閉風機,反向啟動風機兩個過程,因為射流風機的電機功率較大,為防止對電網造成較大沖擊,啟閉不宜頻繁。風機開啟一定時間后會依據隧道內污

染物或者污染物產生的因素變化進行調整,調整間隔不小于t0。從節能角度考慮,可以考慮

在t0時間內,自然風可以抵消慣性風以及逆向開啟風機效率下降造成的能量損失。時間t內

可取隧道風機最小調整間隔t0,并取1?σ(σ為0~1之間的數)倍的自然通風力來抵消隧道慣

性風,σ倍的自然通風力來抵消逆向開啟風機效率下降造成的風機壓力損失。最小自然風剛

好抵消這兩個參量時為最小換向自然風速,如隧道內實際自然風速vn大于換向對應的最小

自然風速nmin就應該控制風機換向,即

[0064][0065][0066] σ表示在最小控制時間間隔中用來抵消由于反向風機的效率下降在自然通風力的占比,t0表示最小控制周期。

[0067] 3、反向開啟風機效率降至η0,這種開啟方式在相同效果下,會增加一定的能耗,在隧道通風中體現為風機產生的風壓損失ΔPjs:

[0068] 單臺風機效率下降后在隧道內產生的風壓為[0069][0070] 其中,ΔPj表示單臺射流風機的升壓力(N/m2),η0表示反向開啟射流風機時射流風2

機的效率,vj表示射流風機的出口風速(m/s),Aj表示射流風機的出口面積(m),η表示射流

風機位置摩阻損失折減系數,可取0.7。

[0071] 一般隧道內裝設多組風機(按照n組,每組k臺風機考慮),按照風機全部反向運轉,風機效率下降導致的風壓損失為:

[0072][0073] 其中,ΔPjs表示風壓損失,n表示隧道內射流風機的組數,k表示每組射流風機的數量。

[0074] 因已取1?σ倍的自然通風力來抵消隧道慣性風,所以σ倍隧道自然通風力應補償風機效率下降導致的風壓損失。即:

[0075][0076][0077] 4、隧道最小自然風速,可令:[0078] 表示隧道內最小自然風阻力,整理得到:

[0079][0080] 代入自然通風力公式,可得:[0081][0082] 本實施例采用上述實施例提供的隧道內射流風機反轉的確定方法對延崇高速杏林堡隧道左洞進行處理,其隧道長L=5012m,海拔高度1150m,隧道凈空斷面積72.536m2,隧

道斷面周長33.713m。

[0083] 1、隧道自然通風力:[0084][0085] 式中:ξc表示隧道入口損失系數,初值可參考《細則?2014》取值,此時取0.5,運行中可通過迭代將此值逼近所處隧道真實值。

[0086] λr表示隧道壁面摩阻損失系數,初值可參考《細則?2014》取值,此時取0.02,運行中可通過迭代將此值逼近所處隧道真實值。

[0087] Dr表示隧道斷面當量直徑(m), 以杏林堡隧道左洞為例,經測算為8.6063m。

[0088] Ar表示隧道凈空斷面積(m2),以杏林堡隧道左洞為例,經測算為72.536m2。[0089] Cr表示隧道斷面周長(m),以杏林堡隧道左洞為例,經測算為33.713m。[0090] L表示隧道長(m)。以杏林堡隧道左洞為例,為5012m。[0091] 2、隧道慣性風:[0092] 規范規定風機開啟后調整間隔不小于30min,t0=30min=1800s:[0093][0094] 3、延崇高速棋盤梁隧道所裝設風機反向開啟風機效率降至95%,這種開啟方式在相同效果下,會增加一定的能耗,在隧道通風中體現為風機產生的風壓損失,以杏林堡隧道

左洞為例,其內裝設10組,每組2臺縱向射流風機:

[0095][0096] 式中:ΔPjs表示隧道內風機全部方向開啟的風壓損失(N/m2)。[0097] vj表示射流風機的出口風速(m/s),為29.4m/s。[0098] Aj表示射流風機的出口面積(m2),為0.9852m2。[0099] η表示射流風機位置摩阻損失折減系數,可取0.7。[0100][0101][0102] 4、為了得到隧道最小自然風速,可令:[0103][0104] 整理得到:[0105][0106][0107][0108] 當隧道自然風速大于在相應隧道風速下隧道風機換向應對的最小自然風速,且依據隧道內污染物濃度尚需開啟風機時應考慮隧道風機換向開啟。

[0109] 隧道入口損失系數ξc,隧道沿程摩阻系數λr,可先按給出的初值計算,經運行迭代后,使其符合控制系統所處隧道本體及運行的情況,使計算結果相對準確,為后續風機方向

控制提供依據。

[0110] 本發明的優勢和特點如下:[0111] 1、本發明在滿足隧道稀釋污染物及換氣的要求下達到了節能的目地,通過合理分配系數σ計算得到在隧道風機最小控制周期內能夠抵消隧道慣性風及隧道風機反向造成的

隧道風機效率下降等問題。

[0112] 2、隧道自然通風力的隧道入口損失系數及隧道壁面摩阻損失系數兩參數經反復迭代,能夠體現所處隧道的特性,通過這兩個參數使得風機是否反向控制更為合理。

[0113] 3、根據最小自然風速和自然風速確定是否控制隧道內射流風機反轉,能夠準確控制風機的反轉時刻,在隧道風機運營階段起到較好的節能效果。

[0114] 本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述,每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處,各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統

而言,由于其與實施例公開的方法相對應,所以描述的比較簡單,相關之處參見方法部分說

明即可。

[0115] 本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述,以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想;同時,對于本領域的一般技術人員,依據

本發明的思想,在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述,本說明書內容不

應理解為對本發明的限制。



聲明:
“隧道內射流風機反轉的確定方法及系統” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究,如用于商業用途,請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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