Обоснование параметров вентиляторов-эжекторов для сквозного проветривания транспортных тоннелей в период их сооружения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат наук Савенков, Евгений Алексеевич

• Савенков, Евгений Алексеевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Савенков, Евгений Алексеевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЕНТИЛЯТОРОВ-ЭЖЕКТОРОВ ДЛЯ СКВОЗНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ В

ПЕРИОД ИХ СООРУЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров вентиляторов-эжекторов для сквозного проветривания транспортных тоннелей в период их сооружения»

Актуальность работы. В последнюю четверть века в России многократно возросли темпы строительства транспортных тоннелей. Эти работы охватывают не только железнодорожные тоннели, обеспечивающие грузовые и пассажирские перевозки, но и автодорожные тоннели, сооружаемые для разгрузки наземных магистралей от автотранспорта в таких городах как Москва, Санкт-Петербург, Уфа, Сочи.

Заключение диссертации по теме «Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика», Савенков, Евгений Алексеевич

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой содержится решение актуальной задачи по обеспечению аэрологической безопасности при сквозной схеме проветривания транспортных тоннелей в период их сооружения.

Основные научные выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Аэрологическая безопасность транспортных тоннелей период их сооружения или реконструкции при одновременном повышении эффективности использования горнотранспортного оборудования может быть обеспечена за счет организации сквозной схемы проветривания, использующей в качестве источника тяги вентилятор-эжектор, вынесенный за пределы тоннеля и расположенный с возможностью подачи воздушной струи непосредственно в сечение портала.

2. При выборе аэродинамических параметров струйных вентиляторов, расчетные результаты, полученные на основе типовых методик, необходимо корректировать с учетом данных натурных замеров, осуществленных в условиях, максимально соответствующих фактическому размещению вентиляторов относительно конструктивных элементов обустройств тоннеля.

3. Для приближенного физического подобия аэродинамических процессов в реальных тоннелях и их моделях при сквозной схеме их проветривания, определяемого равенством безразмерных скоростей воздушного потока в тоннелях и осуществляемого с помощью вентиляторов-эжекторов, установленных на поверхности перед порталом тоннелей, достаточно обеспечить равенство пяти безразмерных чисел подобия, два из которых представляют собой соответственно произведение полного аэродинамического сопротивления тоннеля на отношение четвертой степени его гидравлического радиуса к плотности воздуха и отношение значение естественной тяги к квадрату скорости воздуха на выходе из вентилятора и плотности воздуха, а другие равны отношениям средних скоростей воздуха в тоннеле и на выходе из вентилятора, расстояния удаления вентиляторов от портала

к диаметрам их выходных отверстий, диаметров тоннелей к диаметрам выходного отверстия вентиляторов.

4. Результаты математического моделирования показывают, что использование струйных вентиляторов, вынесенных за пределы горной выработки, с помощью которых формируется свободная воздушная струя, направленная в ее устье, позволяет обеспечить устойчивую вентиляцию выработки без использования дополнительных вентиляторов.

5. Достоверность данных, полученных при экспериментальных исследованиях с точностью до 15% подтверждается сопоставлением с результатами математического моделирования, выполненного для тоже же диапазона изменения чисел подобия.

6. Область использования способа организации сквозной вентиляции при сооружении транспортных тоннелей устанавливается по соотношению между величиной потребного для проветривания количества воздуха и значением естественной тяги, ориентированной в направлении обратном планируемому направлению движения воздуха. При этом должны быть учтены как конструктивные параметры вентилятора- эжектора и расстояние его установки относительно порталов тоннелей, так и сопоставительный анализ стоимостных затрат на проветривание тоннеля при сквозной схеме, предполагающей использования в качестве источников тяги вентиляторов-эжекторов, и схемах проветривания при размещении вентиляторов внутри тоннеля, в том числе в специально сооруженном вентиляционном шлюзе.

7. Расчетный экономический эффект от применения предлагаемого способа для проветривания транспортного тоннеля, по своим характеристикам аналогичному железнодорожному и автодорожному тоннелям первого комплекса на совмещенной дороге Адлер-Горноклиматический курорт «Альпика - Сервис», по сравнению с традиционными способами вентиляции, использующими реверсивные вентиляторы местного проветривания с трубопроводами и вентиляционный шлюз в центральной части тоннелей, составил около 8 млн. рублей без учета эксплуатационных затрат.

8. Применения предлагаемого способа для проветривания горных выработок с малым аэродинамическим сопротивлением и сквозной вентиляционной струей позволяет избежать необходимости размещения вентиляционных установок непосредственно в самой выработке, что повышает мобильность строительно-монтажных работ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Савенков, Евгений Алексеевич, 2015 год

1. Абрамов Ф.А. Рудничная аэрогазодинамика. - М.: Недра, 1972

2. Абрамов Ф.А., Тян Р.Б., Потемкин В.В. Расчёт вентиляционных сетей шахт и рудников. М.: Недра, 1978.

3. Абрамов Ф.А. Рудничная аэрогазодинамика. М.: Недра, 1972.

4. Абрамов Ф.А., Долинский В. А., Идельчик И. Е. Аэродинамические сопротивления горных выработок и тоннелей метрополитена. М.: Недра, 1964. 186 с.

5. Абрамович Г.Н. Турбулентные свободные струи жидкостей и газов. М.: Госэнергоиздат, 1948. 216 с.

6. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Наука, 1970. 197 с.

7. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Наука, 1970. 824 с.

8. Авт. свид. № 1141204 СССР. Способ управления вентиляцией автодорожных тоннелей с односторонним движением транспортных средств / В.И. Фомичев, И.И. Медведев, В.А. Рогалев. - № 7, 1985.

9. Алабужев П. М., Геронимус В.Б., Минкевич Л.М., Шеховцов Б.А. Теория подобия и размерностей. Моделирование. М.: Высшая школа, 1968. 206 с.

10. Алехичев С.П., Калабин Г.В. Естественная тяга и тепловой режим рудников / С.П. Алехичев, Г.В. Калабин. - Л.: Недра, 1975.

11. Алыменко Д. Н. Эжекторная установка с жесткими аэродинамическими характеристиками // Материалы международного симпозиума. БЫМ - 95 «Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций». - Екатеринбург: УРО РАН, 1997. С. 234-237.

12. Алыменко Д.Н. Аэродинамика эжекторных установок. // Материалы международной конференции: Горные науки на рубеже 21 века. Екатеринбург: УрОРАН, 1998.С. 184-188.

13. Алыменко Д.Н. Расчет вентиляторной эжекторной установки. // Международный научно- технический сборник: Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых. Новокузнецк: СибГИУ, 1998. С. 154-159.

14. Алыменко Д.Н. Эжектроная вентиляционная установка, работающая через перемычку. Сборник научных докладов конференции «научно-педагогическое наследие профессора И.И. Медведева» (1929-1999 гг.) 10 - 12 февраля. СПб: Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы, 1998. С. 186-191.

15. Алыменко Н.И., Минин В.В. Вентиляторные установки и их применение. Екатеренбург: УрО РАН, 1999. 224 с.

16. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. М., 1982. 224 с.

17. Бухаров И. И., Медведев И. И. Коэффициенты аэродинамических сопротивлений горных выработок калийных рудников. // Горный журнал. 1969. № 8. С. 65-66.

18. Вассерман А.Д. Расчет депрессии естественной тяги в условиях горной местности / А.Д. Вассерман, М.А. Резников // Шахтное строительство. - 1984. -№12.-С. 10-11.

19. Вишневский Е.П. Проектные решения и технические средства вентиляции тоннелей // C.O.K. 2008. № 6.

20. Воронин В.Н. Основы рудничной аэрогазодинамики. М.: Углетехиздат,

1951.

21. Воронин В. Н. Основы рудничной аэрогазодинамики. М.: Углетехиздат, 1951.491 с.

22. Гендлер С.Г. Проблемы проветривания транспортных тоннелей. Горный информационный бюллетень. Тематическое приложение Безопасность. Москва, 2005, с. 281-295

23. Гендлер С.Г., Савенков Е.А. Физическое моделирование продольной схемы проветривания тоннелей с помощью вентиляторов-эжекторов, установленных на поверхности перед порталом // Горный информационно-аналитический бюллетень №4. Специальный выпуск №17. М., 2015, с. 15-22.

24. Гендлер С.Г., Савенков Е.А. Использование струйных вентиляторов для проветривания железнодорожных тоннелей // Промышленная безопасность предприятий минерально-сырьевого комплекса в XXI веке. Горный информационно-аналитический бюллетень. Специальный выпуск №7. Москва, 2015. с. 26-31.

25. Гендлер С.Г., Савенков Е.А. Особенности обеспечения аэродинамической безопасности при сооружении и эксплуатации подземных сооружений транспортного назначения //Горный информационно-аналитический бюллетень №4. Специальный выпуск №17. Москва. - 2015, с. 3-9.

26. Гендлер С.Г., Савенков Е.А. Методика выбора параметров струйных вентиляторов для проветривания транспортных тоннелей // Горный информационно-аналитический бюллетень №4. Специальный выпуск №17. Москва, 2015, с. 9-15.

27. Гендлер С.Г. Проблемы проветривания транспортных тоннелей // Горный информационно-аналитический бюллетень. Тематическое приложение Безопасность. 2005. С. 281-295.

28. Гендлер С.Г. Тепловой режим подземных сооружений. Учебное пособие. JL: Ленинградский горный институт им. Г.В. Плеханова, 1987 г. 102 с.

29. Гендлер С.Г., Вишневский Е.П., Волков А.П., Чепурин Г.В., Савенков Е.А. Определение параметров продольной системы вентиляции автодорожных тоннелей. Рекомендации АВОК. М.: ООО «АВОК-ПРЕСС», 2013. 39 с.

30. Идельчик И. Е. Выравнивающее действие сопротивления, помещенного за диффузором. // Труды ЦАГИ, 1948, выпуск № 662. С. 25-52.

31. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. 560 с.

32. Карпов A.M., Фролов М.А., Чухонцев Н.Ф. Анализ случая работы «вентиляторов-толкачей» в шахтной вентиляционной Сети // Уголь, 1955, N11. С. 9-10.

33. Кирин Б.Ф., Диколенко Е.Я., Ушаков К.З. Аэрология подземных сооружений (при строительстве). Липецк.: Липецкое издательство, 2000. 456 с.

34. Кирин Б.Ф. Вентиляция горных выработок и подземных сооружений при их строительстве и эксплуатации. М.: Изд-во МГИ, 1977. 205 с.

35. Кирин Б.Н., Ушаков К.З. Рудничная и промышленная аэрология. М.: Недра, 1983. 319 с.

36. Комаров В.Б., Килькеев Ш.Х. Рудничная вентиляция. М.: Недра, 1969.

37. Комаров В.Б., Борисов Д. Ф. Рудничная вентиляция. М-Л.: ГОНГИ НКТП СССР Редакция Горнотопливной и геологоразведочной литературы, 1938.456 с.

38. Комаров В. Б., Килькеев Ш. X. Рудничная вентиляция. М.: Недра, 1970.

260 с.

39. Косман Е.Д., Шемехов А. П. Перераспределение воздуха вентилятором, работающим без перемычки. // Известие вузов: Горный журнал. 1977. № 2. С. 67- 69.

40. Лятхер В.М., Прудовский A.M. Гидродинамическое моделирование. М.:Энергоатомиздат, 1984. 392 с.

41. Маковский Л.В., Трофименко Ю.В., Евстигнеева H.A. Вентиляция автодорожных тоннелей: учебное пособие. М.: МАДИ (ГТУ), 2009. 148 с.

42. Маковский Л.В. Проектирование автодорожных и городских тоннелей. -М.: Транспорт, 1993. 302 с.

43. Маркин Н.С. Основы теории обработки результатов измерений. М.: Изд. Стандартов, 1991. 176 с.

44. Медведев И.И., Мохирев H.H., Рогалев В.А. Нетрадиционные методы проветривания горных выработок. СПб: Институт экологии и охраны труда, 1996. 146с.

45. Медведев И.И. Проветривание выработок большого сечения. Д.: ЛГИ, 1985. 53 с.

46. Медведев И.И., Патрушев М. А. Проветривание калийных и каменно-соляных рудников. М.: Пасгортехиздат, 1963. 160 с.

47. Медведев И. И. Исследование вспомогательных вентиляторов с конфузорами. // Технология и механизация горных работ. Пермь: ППИ, 1963. С. 17- 48.

48. Медведев И.И. Методика расчета проветривания выработок с использованием вентилятора- эжектора. Тепловые и механические процессы при разработке полезных ископаемых. М.: Наука, 1964. 137 с.

49. Медведев И.И., Мохирев Н. Н. Расчет вентиляционных схем с вспомогательными вентиляторами, работающими без перемычки. // Известие вузов: Горный журнал. 1970. № 9. С. 17-21.

50. Медведев И.И. Проветривание калийных рудников. М.: Недра, 1970.

207 с.

51. Медведев И.И., Мохирев Н. Н. Некоторые вопросы моделирования работы вентилятора- эжектора. // Известие вузов: Горный журнал. 1971. № 6. С. 70- 74.

52. Медведев И. И., Мохирев Н. Н. Выбор вентилятора-эжектора при расчете сложных вентиляционных сетей. // Известие вузов: Горный журнал. 1972. № 5. С. 67-70.

53. Медведев И.И., Красноштейн А. Е. Аэрология калийных рудников. Свердловск: УрО АНСССР, 1990. 251 с.

54. Методическое руководство по ведению горных работ на рудниках Верхнекамского калийного месторождения. М.: Недра, 1992. 470 с.

55. Милетич А. Ф., Яровой И. М., Бойко В. А. Рудничная и промышленная аэрология. М.: Недра, 1972. 248 с.

56. Мостепанов Ю.Б., Веденин А.Н. Вентиляция при строительстве подземных сооружений. Ленинград: Стройиздат, 1988. 135 с.

57. Мохирев H.H., Радько В.В. Инженерные расчеты вентиляции шахт. Строительство. Реконструкция. Эксплуатация. М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2007. 324 с.

58. Мохирев H.H., Фоминых В.И., Папулов A.M. Способы нормализации вентиляционной обстановки на трудно проветриваемых участках // Безопасность труда в промышленности, 1994, N4. С.36-38.

59. Мохирев H.H., Радько В.В. Вентиляция бокситовых шахт (на примере ОАО «Севуралбокситруда»). Пермь: Издательство Пермского государственного технического университета, 2008. 302 с.

60. Мохирев H.H. Проветривание подземных горнодобывающих предприятий. Пермь: Издательство Пермского государственного технического университета, 2001. 280 с.

61. Мохирев H.H. Инженерные расчеты вентиляции шахт. Строительство. Реконструкция. Эксплуатация. М.: Недра, 2007. 324 с.

62. Мустель П.И. Рудничная аэрология. М.: Недра, 1970. 215 с.

63. Мустель П.И. Аэродинамическое сопротивление горных выработок. Л.: ЛГИ, 1965. 69 с.

64. Мустель П.И. Рудничная аэрология. М.: Недра, 1970. 216 с.

65. Плескунов В.А. Аэрогазодинамические процессы при проветривании железнодорожных тоннелей с транспортными средствами на дизельной тяге:

диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук : 25.00.20 : защищена 29.06.2011 / Плескунов Василий Анатольевич. - СПб., 2011. 180 с.

66. Правила безопасности при строительстве подземных сооружений (ПБ 03482-02). Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадхора России М.: 2002 405 с.

67. Рипп М.Г., Петухов А.И., Мирошник A.M. Рудничные вентиляционные и водоотливные установки. М.: Недра, 1968. 294 с.

68. Рудничная вентиляция: Справочник. Под ред. К. 3. Ушакова. М.: Недра, 1988.440 с.

69. Савенков Е.А. Математическое моделирование вентиляции выработок, осуществляемой свободными струями, созданными вентиляторами, расположенными перед их устьем // Горный информационно-аналитический бюллетень №4. Специальный выпуск №17. Москва, 2015, с. 22-29.

70. Самлан Ю.К. Проветривание группы очистных камер с применением вентиляторов местного проветривания с конфузором. Тр. НИИсланцев, 1966. Вып. 15. С.17-19.

71. Скочинский А. А., Комаров В. Б. Рудничная вентиляция. М.: Углетехиздат, 1951. 341 с.

72. Скочинский A.A., Комаров В.Б. Рудничная вентиляция. М.: Углетехиздат, 1959. 632 с.

73. СНиП 32-04-97. Тоннели железнодорожные и автодорожные. М.: ГУП ЦПП, 1997. 20 с.

74. Справочник по рудничной вентиляции под ред. А. И. Ксенофонтовой. М.: Госгортехиздат, 1962. 692 с.

75. Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции. М.: Гостройиздат, 1963. 340 с.

76. Ушаков К.З., Бурчаков A.C., Медведев И.И., Пучков JI.A. Аэрология горных предприятий. Учебник для вузов. М.: Недра, 1987. 421 с.

77. Ушаков К.З. Газовая динамика шахт. М.: МГУ, 2004. 481 с.

78. Ушаков К.З. Аэродинамика вентиляционных потоков в горных выработках. М.: Недра, 1975. 168 с.

79. Ушакова К.З. Справочник по рудничной вентиляции. М.: Недра, 1987. -

440 с.

80. Фомичев В.И. Вентиляция тоннелей и подземных сооружений. Л.: Стройиздат, 1991. 164 с.

81. Харитонов В.П. Фундаментальные уравнения механики жидкости и газа М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 65 с.

82. Шепелев С Ф., Цой С., Залевский Ю.А. Воздушные завесы как средство регулирования воздухораспределения в выработках и методика их расчета при встречном взаимодействии струй. Труды ИГД АН КазССР, т. 5, 1960. С. 53-61.

83. Шередкин Д.М., Кизряков А.Д. Аэрогазодинамика подготовительных выработок. М.: Недра, 1985. 212 с.

84. Шувалов Ю.В., Гендлер С.Г., Сметанин М.М., Павлов И.А., Смирняков В.В. Вентиляция шахт, рудников и подземных сооружений. СПб.: СПГГИ(ТУ), 2007. 159 с.

85. Ярцев В.А., Дьяков В.В., Матросов А.Ф. Повышение эффективности проветривания камер большого объема с применением вспомогательных вентиляторов. // Известия вузов: Горный журнал. 1970. № 9. С. 76-80.

86. Ярцев В.А., Дьяков В.В., Матросов А. Ф. Выбор оптимальных параметров при проветривании камер большого объема с применением вспомогательных вентиляторов. //Известие вузов: Горный журнал. 1970.№ 11. С. 57-61.

87. Bettelini М., Seifert N. On the safety of short road tunnels // 6th International Conference «Tunnel safety and Ventilation - New Developments in Tunnel Safety. 2010. Graz University of Technology, p. 19- 27.

88. Bring A. Simulation and measurement of road tunnel ventilation / A. Bring, T.G. Malstrom, C.A. Boman // Tunnelling Underground Space Technol. Sweden, 1997. Vol. 13, №3. 417-424 p.

89. Gendler S.G., Sokolov V.A., Savenkov E.A. Usage pattern of jet fans for ventilation of railway tunnel // 6th International Conference «Tunnel safety and Ventilation - New Developments in Tunnel Safety. 23. - 25 April 2012. Graz University of Technology, p. 116- 123.

90. Ichiro Nakahoril, Atsushi Mitanil, Alan Vardy. Automatic control of two-way tunnels with simple longitudinal ventilation // 6th International Conference «Tunnel safety and Ventilation - New Developments in Tunnel Safety. 2010. Graz University of Technology, p. 74-84.

91. Kenrick B., Tabarra M., Sweetland I., Berthound J., Matthews R. Full-scale tunnel ventilation airflow measurements for Dallas Area Rapd Transit // 11th International Symposium on Aerodynamics & Ventilation of Vehicle Tunnels. UK: BHR GROUP, 2003. p. 829- 843.

92. Launder B.E., Spalding D.B. Lectures in Mathematical Models of Turbulence. London: Academic Press, 1972. 169 p.

9.3. Martegani A.D. An experimental study on the longitudinal ventilation system. BHRg / A.D. Martegani, G. Pavesi, C. Barbetta // 8th International Symposium Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels. UK, 1993. 3-16 p.

94. McKiney D. Use of CFD to estimate airflow through PSDs during train dwell //11th International Symposium on Aerodynamics & Ventilation of Vehicle Tunnels. UK: BHR GROUP, 2003. p. 631- 641.

95. Roche L. Meteorological influence on tunnel ventilation: three new field experiments // 7th International Symposium Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels. UK, 1991. 513-543 p.

96. Stacey C., Meissner M.. Maun Sim, a dynamic simulation of airflow and pollution for road tunnel networks with longitudinal ventilation // 11th International Symposium on Aerodynamics & Ventilation of Vehicle Tunnels. UK: BHR GROUP, 2003. p. 159- 169.

97. Sturm P.J., Beyer M., Bacher M., Schmölzer G. The influence of pressure gradients on ventilation design - special focus on upgrading long tunnels // 6th International Conference «Tunnel safety and Ventilation - New Developments in Tunnel Safety. 23.-25 April 2012. Graz University of Technology, p. 90- 99.

98. Tabara M., Abi-Zaden B., Mawjee N. Modeling smoke migration in the redeveloped King's Cross St Paneras underground station //11thInternational Symposium on Aerodynamics & Ventilation of Vehicle Tunnels. UK: BHR GROUP, 2003. p. 243255.