[發明專利]出入口有匝道的公路隧道風機設置方法

有效

• 申請號: 201610047985.2
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105715290B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 項小強;吳德興;李偉平;朱益軍
• 申請（專利權）人: 浙江省交通規劃設計研究院
• 主分類號: E21F1/08
• 分類號: E21F1/08
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司33109
• 代理人: 尉偉敏,閻忠華

1.一種出入口有匝道的公路隧道風機設置方法，其特征是，所述公路隧道包括入口匝道段(1)、n-1個依次排列的中間段(2)和出口匝道段(3)，入口匝道段包括入口主干道(11)和與入口主干道夾角為β的入口匝道(12)，出口匝道段包括出口主干道(31)和與出口主干道夾角為α的出口匝道(32)；每對相鄰中間段交界處均設有一個豎井(4)，各個豎井和各個中間段均按照從公路隧道入口至出口的順序依次編號；在入口主干道、入口匝道、各個中間段、出口匝道、出口主干道上均設置CO濃度檢測裝置；包括如下步驟：

(1-1)計算機中設有入口主干道斷面積為A_r1，空氣壓力為p₁；入口匝道斷面積為A_b1，空氣壓力為p_1zd；入口主干道和入口匝道匯合處的斷面積均為A_r2，空氣壓力為p₂；出口主干道斷面積為A_r(n+1)，空氣壓力為p_(n+1)；出口主干道和出口匝道分叉處的斷面積為A_rn，壓力為p_n；出口匝道的斷面積為A_en，空氣壓力為p_2zd；入口主干道的空氣流量Q_r1，入口主干道和入口匝道匯合處的空氣流量Q_r2，入口匝道的空氣流量Q_b1；出口主干道和出口匝道分叉處的空氣流量Q_rn，出口匝道的空氣流量Q_en，出口主干道的空氣流量Q_r(n+1)；

(1-1-1)建立第一動量方程：

A_r1p₁+A_b1p_1zdcosβ-A_r2p₂＝ρQ_r2v_r2-ρK_b1Q_b1v_b1cosβ-ρQ_r1v_r1，

其中，ρ為空氣密度系數，K_b1為入口匝道與入口主干道連接處的送風口升壓動量系數；

計算機利用公式

計算入口主干道的空氣流速v_r1，入口主干道和入口匝道匯合處的空氣流速v_r2，入口匝道的空氣流速v_b1；

計算機使p_1zd＝p₁，將v_r1、v_r2和v_b1代入第一動量方程，整理后得到入口匝道段送風壓力增量Δp_b1：

(1-1-2)建立第二動量方程

A_rnp_n-A_enp_2zdcosα-A_r(n+1)p_(n+1)＝ρQ_r(n+1)v_r(n+1)+ρK_enQ_env_encosα-ρQ_rnv_rn；

其中，K_en為出口匝道與主干道連接排風口升壓動量系數；

計算機利用公式

計算出口主干道和出口匝道分叉處空氣流速v_rn，出口匝道空氣流速v_en，出口主干道的空氣流速v_n(n+1)；

計算機使p_2zd＝p_(n+1)，將v_r1、v_r2和v_b1代入第二動量方程，整理后得到出口匝道段的排風壓力增量Δp_en：

(1-1-3)計算機設定

其中，Δp_ei為第i個豎井的排風口升壓力，Δp_bi為第i個豎井的送風口升壓力，i＝1，...，n-2；

Q_ri為第i個豎井的空氣流量，A_ri為第i個中間段的主干道斷面積，v_ri為第i個中間段的空氣流速，ν_r(i+1)為第i+1個中間段的空氣流速，A_r(i+1)為第i+1個中間段的斷面積，Δp_ei為第i個豎井的排風口升壓力，Q_ei為第i個豎井的排風口排風量，Q_ri為第i個中間段的空氣流量，K_ei為第i個豎井的排風口升壓動量系數，v_ei為第i個豎井的排風口空氣流速，Q_bi為第i個豎井的送風口送風量，Q_r(i+1)為第i+1個中間段的空氣流量，K_bi為第i個豎井的送風口升壓動量系數，v_bi為第i個豎井的送風口空氣流速，β_i為第i個豎井的送風通道與公路隧道頂部的夾角；

其中，C₁為第1個豎井底部的空氣濃度比，C_i為第i個豎井底部的空氣濃度比，C_i+1為第i+1個豎井底部的空氣濃度比，Q_req1為入口主干道的需風量，Q_req1與入口主干道檢測的CO濃度成正比，Q_req(i+1)為第i+1個中間段的需風量，Q_req(i+1)與第i+1個中間段檢測的CO濃度成正比，C_bi為第i個豎井的送風濃度比；

其中，C_b1為入口匝道的空氣濃度比，Q_req1zd為入口匝道的需風量，Q_req1zd與入口匝道檢測的CO濃度成正比，C_(n-2)為第n-2個豎井底部的空氣濃度比，Q_req2zd為出口匝道的需風量，Q_req2zd與出口匝道檢測的CO濃度成正比，C_2zd出口匝道的空氣濃度比；

Q_bi·(1-C_bi)＝Q_req(i+1)-(Q_ri-Q_ei)·(1-C_i)；

(1-2)計算機計算入口隧道段的送風量的初值及入口隧道段風量初值

m表示入口匝道段與首個送風量待定的豎井之間送風量已定豎井的個數；

Q_reqj為第j個中間段的需風量；

Q_bj為第j個豎井的送風量；

C_bj為第j個豎井的送風濃度比；

判斷入口匝道段與首個送風量待定的豎井中所有豎井底部的空氣濃度比C值，若有任意一豎井底部的空氣濃度比C＞1，則不斷增加入口匝道段的送風量，直至所有的豎井底部的空氣濃度比C均≤1時得到Q_b0，使Q_r1＝Q_b0；

當m＞0時，計算第2至第m+1個中間段的Q_r及v_r，其中Q_r利用遞推公式Q_r(j+1)＝Q_rj-Q_ej+Q_bj獲得；

判斷C時：

順序號為1的豎井底部的空氣濃度比

順序號＞1的豎井底部的空氣濃度比，采用如下公式求解：

(1-3)計算機計算下一個送風量待定豎井的送風量初值若當前送風量待定豎井的順序號為i，則：

其中，Q_reqj為第j個中間段的需風量，Q_sfi為第i個豎井底部氣流中的等效新鮮空氣量，Q_bj為第j個豎井的送風量，C_bj為第j個豎井的送風濃度比，m′表示當前送風量待定豎井與其前方首個送風量待定豎井之間送風量已定豎井的個數；

判斷當前送風量待定豎井前方至首個送風量待定豎井中所有豎井底部的空氣濃度比C值，若有任意一豎井底部的空氣濃度比C＞1，則不斷增加當前送風量待定豎井的送風量，直至所有的豎井底部的空氣濃度比C均≤1時得到Q_bi；

計算第i+1至i+m′+1個中間段的Q_r及v_r；

判斷C時采用公式求解；

(1-4)計算機循環步驟(1-3)，直至得到從入口匝道段至出口匝道段所有豎井的送風量Q_b，入口匝道段、出口匝道段和所有中間段的Q_r及v_r；

(1-5)計算機計算入口匝道段、出口匝道段和所有中間段的壓力Δp_i及所需射流風機臺數J_i；

(1-6)確定各個豎井內軸流風機參數和隧道內射流風機參數，返回步驟(1-1)，用得到的風機參數代替步驟(1-1)中預設的風機參數；

(1-7)計算機循環步驟(1-1)至(1-6)直至確定入口匝道段、出口匝道段和所有中間段合理的軸流風機及射流風機參數，安裝軸流風機及射流風機；

CO濃度檢測裝置包括MQ-2傳感器、MQ-135傳感器、CO傳感器和微處理器，微處理器分別與MQ-2傳感器、MQ-135傳感器、CO傳感器和計算機電連接；

還包括如下步驟：

MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和CO傳感器檢測氣體信號，微處理器收到CO傳感器的檢測信號S1(t)、MQ-2傳感器的檢測信號S2(t)，MQ-135傳感器的檢測信號S3(t)；

微處理器利用公式

signal(t)＝S1²(t)+(S1(t)-S2(t))²+(S1(t)-S3(t))²計算得到去除干擾后的氣體檢測信號signal(t)，微處理器計算并得到signal(t)在時間T內的平均值signal，計算機利用公式signal×SS計算并得到入口主干道、入口匝道、各個中間段、出口匝道、出口主干道的需風量；其中，SS為設定的需風量轉換系數。