[发明专利]出入口有匝道的公路隧道风机设置方法

摘要

本发明公开了一种出入口有匝道的公路隧道风机设置方法，所述公路隧道包括入口匝道段、n‑1个依次排列的中间段和出口匝道段，入口匝道段包括入口主干道和与入口主干道夹角为β的入口匝道，出口匝道段包括出口主干道和与出口主干道夹角为α的出口匝道；每对相邻中间段交界处均设有一个竖井，各个竖井和各个中间段均按照从公路隧道入口至出口的顺序依次编号；在入口主干道、入口匝道、各个中间段、出口匝道、出口主干道上均设置CO浓度检测装置。本发明具有计算速度快、计算精度高、有效节省建设成本的特点。

主权项

一种出入口有匝道的公路隧道风机设置方法，其特征是，所述公路隧道包括入口匝道段(1)、n‑1个依次排列的中间段(2)和出口匝道段(3)，入口匝道段包括入口主干道(11)和与入口主干道夹角为β的入口匝道(12)，出口匝道段包括出口主干道(31)和与出口主干道夹角为α的出口匝道(32)；每对相邻中间段交界处均设有一个竖井(4)，各个竖井和各个中间段均按照从公路隧道入口至出口的顺序依次编号；在入口主干道、入口匝道、各个中间段、出口匝道、出口主干道上均设置CO浓度检测装置；包括如下步骤：(1‑1)计算机中设有入口主干道断面积为Ar1，空气压力为p1；入口匝道断面积为Ab1，空气压力为p1zd；入口主干道和入口匝道汇合处的断面积均为Ar2，空气压力为p2；出口主干道断面积为Ar(n+1)，空气压力为p(n+1)；出口主干道和出口匝道分叉处的断面积为Arn，压力为pn；出口匝道的断面积为Aen，空气压力为p2zd；入口主干道的空气流量Qr1，入口主干道和入口匝道汇合处的空气流量Qr2，入口匝道的空气流量Qb1；出口主干道和出口匝道分叉处的空气流量Qrn，出口匝道的空气流量Qen，出口主干道的空气流量Qr(n+1)；(1‑1‑1)建立第一动量方程：Ar1p1+Ab1p1zdcosβ‑Ar2p2＝ρQr2vr2‑ρKb1Qb1vb1cosβ‑ρQr1vr1，其中，ρ为空气密度系数，Kb1为入口匝道与入口主干道连接处的送风口升压动量系数；计算机利用公式计算入口主干道的空气流速vr1，入口主干道和入口匝道汇合处的空气流速vr2，入口匝道的空气流速vb1；计算机使p1zd＝p1，将vr1、vr2和vb1代入第一动量方程，整理后得到入口匝道段送风压力增量Δpb1：(1‑1‑2)建立第二动量方程Arnpn‑Aenp2zdcosα‑Ar(n+1)p(n+1)＝ρQr(n+1)vr(n+1)+ρKenQenvencosα‑ρQrnvrn；其中，Ken为出口匝道与主干道连接排风口升压动量系数；计算机利用公式计算出口主干道和出口匝道分叉处空气流速vrn，出口匝道空气流速ven，出口主干道的空气流速vn(n+1)；计算机使p2zd＝p(n+1)，将vr1、vr2和vb1代入第二动量方程，整理后得到出口匝道段的排风压力增量Δpen：(1‑1‑3)计算机设定其中，Δpei为第i个竖井的排风口升压力，Δpbi为第i个竖井的送风口升压力，i＝1，...，n‑2；Qri为第i个竖井的空气流量，Ari为第i个中间段的主干道断面积，vri为第i个中间段的空气流速，νr(i+1)为第i+1个中间段的空气流速，Ar(i+1)为第i+1个中间段的断面积，Δpei为第i个竖井的排风口升压力，Qei为第i个竖井的排风口排风量，Qri为第i个中间段的空气流量，Kei为第i个竖井的排风口升压动量系数，vei为第i个竖井的排风口空气流速，Qbi为第i个竖井的送风口送风量，Qr(i+1)为第i+1个中间段的空气流量，Kbi为第i个竖井的送风口升压动量系数，vbi为第i个竖井的送风口空气流速，βi为第i个竖井的送风通道与公路隧道顶部的夹角；其中，C1为第1个竖井底部的空气浓度比，Ci为第i个竖井底部的空气浓度比，Ci+1为第i+1个竖井底部的空气浓度比，Qreq1为入口主干道的需风量，Qreq1与入口主干道检测的CO浓度成正比，Qreq(i+1)为第i+1个中间段的需风量，Qreq(i+1)与第i+1个中间段检测的CO浓度成正比，Cbi为第i个竖井的送风浓度比；其中，Cb1为入口匝道的空气浓度比，Qreq1zd为入口匝道的需风量，Qreq1zd与入口匝道检测的CO浓度成正比，C(n‑2)为第n‑2个竖井底部的空气浓度比，Qreq2zd为出口匝道的需风量，Qreq2zd与出口匝道检测的CO浓度成正比，C2zd出口匝道的空气浓度比；Qbi·(1‑Cbi)＝Qreq(i+1)‑(Qri‑Qei)·(1‑Ci)；(1‑2)计算机计算入口隧道段的送风量的初值及入口隧道段风量初值m表示入口匝道段与首个送风量待定的竖井之间送风量已定竖井的个数；Qreqj为第j个中间段的需风量；Qbj为第j个竖井的送风量；Cbj为第j个竖井的送风浓度比；判断入口匝道段与首个送风量待定的竖井中所有竖井底部的空气浓度比C值，若有任意一竖井底部的空气浓度比C＞1，则不断增加入口匝道段的送风量，直至所有的竖井底部的空气浓度比C均≤1时得到Qb0，使Qr1＝Qb0；当m＞0时，计算第2至第m+1个中间段的Qr及vr，其中Qr利用递推公式Qr(j+1)＝Qrj‑Qej+Qbj获得；判断C时：顺序号为1的竖井底部的空气浓度比顺序号＞1的竖井底部的空气浓度比，采用如下公式求解：(1‑3)计算机计算下一个送风量待定竖井的送风量初值若当前送风量待定竖井的顺序号为i，则：其中，Qreqj为第j个中间段的需风量，Qsfi为第i个竖井底部气流中的等效新鲜空气量，Qbj为第j个竖井的送风量，Cbj为第j个竖井的送风浓度比，m′表示当前送风量待定竖井与其前方首个送风量待定竖井之间送风量已定竖井的个数；判断当前送风量待定竖井前方至首个送风量待定竖井中所有竖井底部的空气浓度比C值，若有任意一竖井底部的空气浓度比C＞1，则不断增加当前送风量待定竖井的送风量，直至所有的竖井底部的空气浓度比C均≤1时得到Qbi；计算第i+1至i+m′+1个中间段的Qr及vr；判断C时采用公式求解；(1‑4)计算机循环步骤(1‑3)，直至得到从入口匝道段至出口匝道段所有竖井的送风量Qb，入口匝道段、出口匝道段和所有中间段的Qr及vr；(1‑5)计算机计算入口匝道段、出口匝道段和所有中间段的压力Δpi及所需射流风机台数Ji；(1‑6)确定各个竖井内轴流风机参数和隧道内射流风机参数，返回步骤(1‑1)，用得到的风机参数代替步骤(1‑1)中预设的风机参数；(1‑7)计算机循环步骤(1‑1)至(1‑6)直至确定入口匝道段、出口匝道段和所有中间段合理的轴流风机及射流风机参数，安装轴流风机及射流风机；CO浓度检测装置包括MQ‑2传感器、MQ‑135传感器、CO传感器和微处理器，微处理器分别与MQ‑2传感器、MQ‑135传感器、CO传感器和计算机电连接；还包括如下步骤：MQ‑2传感器、MQ‑135传感器和CO传感器检测气体信号，微处理器收到CO传感器的检测信号S1(t)、MQ‑2传感器的检测信号S2(t)，MQ‑135传感器的检测信号S3(t)；微处理器利用公式signal(t)＝S12(t)+(S1(t)‑S2(t))2+(S1(t)‑S3(t))2计算得到去除干扰后的气体检测信号signal(t)，微处理器计算并得到signal(t)在时间T内的平均值signal，计算机利用公式signal×SS计算并得到入口主干道、入口匝道、各个中间段、出口匝道、出口主干道的需风量；其中，SS为设定的需风量转换系数。