电气化铁路隧道移动式运营通风系统研究

1、 摘 要 目前铁路隧道的运营通风均为固定式通风系统，点多、面广、初期投资大、运营管理困难。文章根据电气化铁路隧道的运营及环境特点，提出了移动式运营通风的概念，采用一套移动通风设备就能实现多座隧道的运营通风，经济合理，具有良好的推广应用前景。关键词 电气化铁路隧道 移动通风设备 运营通风中图分类号：U4535 文献标识码：A 随着我国铁路建设事业的不断发展，铁路隧道日渐增多，长隧道、隧道群也将增加，环境污染问题将日益突出，给隧道养护、维修、设备寿命、列车司乘人员的健康都将带来许多不利的影响。国内外的研究表明：在电气化铁路隧道中，高速运行机车的集电弓与供电线间局部脱离打火产生的少量氮氧化物、客货列

2、车排放的有机污染物在降解过程中产生的大量有害气体、隧道中的高温和高湿空气等都将对隧道造成污染。因而，电气化铁路隧道在通过一定的列车对数后进行适当的通风换气是很有必要的。目前国内外铁路隧道的运营通风均采用固定式运营通风系统，该系统在每座需要运营通风的隧道内均设置一套固定的机械通风装置，点多、面广，初期投资较大，且因工点分散，运营管理十分困难。对于牵引动力为蒸汽、内燃机车的铁路，污染源主要为蒸汽、内燃机车排放的有害气体，隧道内空气污染较重，每通过一趟上坡列车都需要通风，通风的频率高，适合采用固定式运营通风系统；对于电气化铁路，污染源主要以行车排放的有害物质为主(客货运输、维修施工产生的垃圾为污染源

3、)，隧道内空气污染相对不重，只有通过一定对数的列车、隧道内的污染物累积到一定程度后才需要通风，通风的频率相对较低，且通风具有不定时性，如果每座需要通风的隧道均设置一套完整的固定式通风系统，不仅初期投资加大，而且设备闲置的时间多，利用率不高，造成投资的浪费，不经济。为此，经过大量的分析、论证，我们提出一种全新的适用于电气化铁路隧道的运营通风方式动式运营通风。该方式采用以牵引动力车、发电车、通风车组成的移动式通风列车，在不影响线路通过能力的前提下，采用单开、合并、附挂等方式进行运营通风，具有装机功率小、设备的机动性高、通风性能好、利用率高及运营管理费用低等诸多优点，且采用一套设备能够同时满足数座隧

4、道的运营通风需要，既可作正常运营通风之用，也可供隧道内设备检修、施工或灾害抢险通风之用，是电气化铁路隧道较理想的运营通风方式。2 移动式运营通风系统理论研究21 移动式通风系统的作用原理电气化铁路隧道移动式运营通风系统是利用一套由牵引动力车、发电车、通风车组成的通风列车(图1)，以一定的速度在隧道内运行，同时车载的射流风机出口向前喷出高速气流，通过通风列车和车载射流风机的共同作用，推动隧道内的气流流向洞口，以达到通风车出洞时隧道内一次换气或部分换气的目的。 图1移动式通风列车示意 2. 2基本假定射流风机在隧道中运转时，其作用分为卷吸效应和增压效应两部分。卷吸效应在假定隧道中的气流为稳定流，隧

5、道中的空气为连续介质，具有不可压缩性。因此其运动符合稳定流的三项基本定律，即连续性定律、动量定律、能量守恒定律。23 移动式通风系统理论研究移动式运营通风系统如图2所示。 图2移动通风系统示意 由图2可知，当采用移动通风车进行隧道通风换气时，车载射流风机与通风车同速度运行，同时射 流风机出口向前喷出高速射流，和通风车共同推动 隧道内空气向前流动。设射流风机组推力为户E，根 据动量方程可得：公式1、2 将式(2)代人式(1)即得车载射流风机组的推力： 式中 ue、Qe隧道内风速(mi/s)及风量(m3s)；uj、Qj躺渺酣L出口风速(m/s)及风量(m3s)；uT、QT通风车速(nv's

6、)及通风车推动的空气量(m3s)；us、Qs通风车侧(环状面积)风速(m3s)及风量(m3s)；Fe隧道断面积(m2)；LT隧道长度(m)；de隧道断面当量直径(m)；FT 通风车断面积(m勺； Fs通风车与隧道之间的环状面积(m)； Xj移动通风车车载射流风机台数； Fj射流风机出口面积(m2) Kj射流损失系数，取Kj=105； 入隧道壁面摩擦阻力系数，取A=0020； Un隧道内自然风速(m8)。当Ue=uT，即通风车出洞时，隧道内达到一次换气，则式(3)可改写为： 当无竖井等旁通道的隧道内有自然风时，通风车运行产生的推力户E与隧道通风阻力户入和自然风阻力户。相平衡，即：公式5 将式(5

7、)代人式(3)或(4)，即得出移动通风车速、风机风速、隧道通风需要风速之间的关系。当隧 道长度一定、风机选型一定、移动通风车速一定时，即可求解出所需射流风机台数；反之，若已知射流风 机台数，风机型号、移动通风车速，则可求解能满足通风要求的隧道长度。24 简化计算法根据铁路“技规”规定：推行的移动通风车运行速度不大于30kmh，由于移动通风车较短1T=39m)， 且运行速度又低，故产生的活塞作用较小，若忽略移 动通风车车辆活塞作用及车侧风的作用，由(1)和 (5)式可得：公式6 式中：当un与ue同向时，取“”号；当un与u反向时，取“+”号。简化式(6)仍然反映了移动通风车速、风机风速、隧道通

8、风需要风速之间的关系，在隧道长度、风机型号、移动通风车速一定的条件下，由此式也可求出所需的射流风机台数；或已知射流风机台数、风机型号、移动通风车速，求解能满足通风要求的隧道长度。按简化式(6)可得移动通风车组的推力：公式7 此式表明，通风列车组的射流风机台数、型号一定，则通风列车组的推力随通风列车的车速及需要通风的风速变化而变化。25 计算实例以单线铁路直线隧道为例，设Fe=3115 m2, de=577 m，FT=9 m2，采用SLFJ100型射流风机，Fj=0785 m2，uj=35 ms，按通风列车出洞时隧道达到一次换气的要求，由不同隧道长度、不同通风车速、自然反风(15 ms)等不同状

9、况分别进行组合计算。按完全式(4)、(5)及简化式(6)计算，结果如图3所示。图3 图3射流风机台数与隧道长度、通风车速的关系 由上述结果分析可知：当通风车速较高时两式计算结果相差较大；当通风车速较低(uT30kmh) 时两式计算结果相差较小；如通风车速为30kmh时两式计算结果仅差25，十分接近。根据研究成果，推荐采用式(6)(简化式)进行移动式通风分析计算。 3结论(1)经牵引计算和通风理论分析可知，在一定条件下可达到电气化铁路隧道需要的通风效果。(2)隧道通风需要的射流风机数量随着隧道长度的增加和移动式通风列车车速的增大而增加。(3)由于移动式通风车前后与周围的气流状况比较复杂，再加上车载射流风机的喷射作用就更为复，采用简化式(6)进行计算与采用完全式(4)、(5)计算的结果