CC BY
11
Kazymov Ivan Maksimovich, postgraduate, bahek1995@mail.ru, Russia, Barnaul, Altai State technical University,
Kompaneets Boris Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, head of the department, kompbs@,mail.ru, Russia, Barnaul, Altai State technical University
УДК 004.94:624
АНАЛИТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ СРАВНЕНИЕ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ ТОННЕЛЕЙ
ЯК. Исаева
В работе проводится сравнение при использовании имитационного программного обеспечения нескольких видов систем вентиляции тоннелей: естественной и искусственной. Делаются выводы о целесообразности применения механических побудителей движения воздуха.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, тоннель, поток, метод конечных элементов, имитационное моделирование, сравнительный анализ, подземное строительство, давление.
Имитационное компьютерное моделирование способно решить широкий спектр задач, в том числе и сложных, включающих в себя несколько разделов физики и химии [1-6]. В том числе, с помощью данного подхода возможно решение задачи о вентилировании тоннелей. Так как тоннели обычно используются в качестве транспортной артерии для движения автомобилей или поездов, то в таком случае остро стоит вопрос об обеспечении безопасного проезда или остановки автотранспорта (в случае дорожных пробок и т.п.) для людей. Так как в результате работы двигателей внутреннего сгорания или работы двигателей тепловых поездов в воздухе образуются вредные вещества то обновление воздуха в тоннеле является обязательным условием для сохранения жизни и здоровья человека [7-8]. При этом в тоннелях, которые являются подземными сооружениями, используется 2 вида вентиляции:
естественная (ветер и создаваемый в результате движения автомобилей или поездов движение воздушных масс);
искусственная (применение искусственных (механических) побудителей движения воздуха).
Необходимость в вентиляции в автомобильных или железнодорожных тоннелях обусловлена следующим:
снижения концентрации вредных газов в воздухе; снижения уровня пыли и задымленности в воздухе в тоннеле; придание нормальных климатических условий. При этом обновление воздуха в тоннеле необходима для:
обеспечения нормальных условий труда и жизнедеятельности водителей, пассажиров, людей (обеспечивающих ремонтные работы);
продления срока службы укрепительных сооружений, материала, дорожного полотна и др. за счет придания нормальных температурных режимов, а также влажности.
Поэтому для решения проблемы вентилирования в данной работе будет проведено имитационное компьютерное моделирование движения воздуха в тоннелях. Данное исследование проводилось в программе Ansys. Начальная скорость ветра составляла 1 м/с, и проводилось сравнение скорости ветра в конце восьмидесятиметрового
109
тоннеля при отсутствии вентиляторов и при их наличии. Вентиляторы имели диаметральный размер 450 мм. Высота тоннеля составляла 10 м, а ширина 17 м. В результате имитационного моделирования были получены изображения скорости ветра в сечениях начала тоннеля и его конца (рис. 1). Скорость нагнетаемого вентиляторами ветра составляет 7 м/с.
[гп «М]
™ г
и О.ОООе-МЮ I 1тз".1|
О О О О О
д
Рис. 1. Скорость движения воздуха в сечениях: а, в, д — в начале тоннеля;
б, г, е — в конце тоннеля
В случае естественного вентилирования тоннеля скорость ветра по всему сечению тоннеля была постоянной (рис. 1, а и б). При использовании вентиляторов (рис. 1, г и е) скорость ветра поднимается, особенно в верхней части тоннеля (рис. 2).
Для количественной оценки скорости ветра и давления были вычислены средние величины по сечениям с занесением полученных данных в таблицу.
V''
_ 7 206с 1-00
6.04Ве-ОЗ (гП5Л-1|
Рис. 2. Движение воздуха при использовании вентиляторов
а
в
е
Оцениваемые величины
Тип вентиляции Расположение Средняя скорость, м/с Среднее давление, Па
Естественная вентиляция Начало тоннеля 0,99 0,99
Конец тоннеля 1,01 1,1
Искусственная вентиляция с 3 вентиляторами Начало тоннеля 1,148 2,09
Конец тоннеля 1,12 0,97
Искусственная вентиляция с 5 вентиляторами Начало тоннеля 1,24 1,82
Конец тоннеля 1,21 0,962
За счет применения искусственных побудителей движения воздуха его скорость возрастает на 12 и 21% при использовании соответственно 3 и 5 вентиляторов, при этом среднее давление падает. В итоге для более интенсивного обновления воздуха в тоннеле возможно применение вентиляторов, при этом в зависимости от скорости движения естественного ветра необходимо подбирать сами вентиляторы: их число, мощность и расположение. Таким образом имитационное компьютерное моделирование позволяет изучить физические и механические явления, происходящие в тоннелях.
Список литературы
1. Морозов Е.М., Муйземнек А.Ю., Шадский А.С. ANSYS в руках инженера. Механика разрушения. М.: Ленанд, 2010. 456 с.
2. Косарев Н.П., Бухмастов A.B. Исследование системы вентиляции Байкальского тоннеля БАМа при эксплуатации в условиях низких температур // Прогноз и регулирование теплового режима в горных выработках. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1987. С. 34-37.
3. Исайкина А.М. Компьютерный анализ гидродинамических характеристик водопроводного потока // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 5. С. 253-255.
4. Калинин К.А. Аналитический метод сравнения аэродинамики сооружений// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 12. С. 100-103.
5. Крапивина Е.В. Движение воздушного потока в элементе вентиляционной системы // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. С. 210-213.
6. Попов А.Г. Исследование скоростных и температурных параметров вентиляционной системы с использованием программного обеспечения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 4. С. 144-146.
7. Фомичев В.И. Вентиляция тоннелей и подземных сооружений. Л.: Стройиз-дат, Ленинградское отделение, 1991. 200 с.
8. Маковский Л.В., Трофименко Ю.В., Евстигнеева Н.А. Вентиляция автодорожных тоннелей (учебное пособие) // Международный журнал экспериментального образования. 2009. № 4. С. 18-0.
Исаева Яна Константиновна, магистрант, den-arti777@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYTICAL AND COMPUTER COMPARISON OF TUNNEL VENTILATION SYSTEMS
Y.K. Isaeva
The paper compares several types of tunnel ventilation systems using simulation software: natural and artificial. Conclusions are made about the advisability of using mechanical inducers of air movement.
Key words: computer modeling, tunnel, flow, finite element method, simulation, comparative analysis, underground construction, pressure.
111
Isaeva Yana Konstantinovna, master, den-arti777@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.86:622
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ГОРНОМ ДЕЛЕ
М.С. Григорьев
В работе приводится анализ конструкций нескольких видов подъемно-транспортного оборудования, которое применяется в горном деле. Описываются особенности конструкции и особенности машин в целом.
Ключевые слова: подъемное оборудование, транспортные машины, горная добыча, горное оборудование, анализ, конструкция.
Грузоподъемные краны - представляют категорию специальной техники, необходимой для перемещения крупногабаритных и тяжеловесных грузов. В основном данные машины применяются при горной добыче, в строительстве, на производстве, на складах [1-7]. Этот вид машин может действовать по прерывному или цикличному принципу, они различаются назначением, конструкцией, техническими характеристиками.
Устройства для перемещения грузов, отличающихся большой массой и размерами, имеют собственную оригинальную конструкцию, определяющую назначение кранов.
Общие значимые технические параметры кранов:
Грузоподъемность - основной критерий машин для безаварийного выполнения работ с сохранением устойчивости, прочностных параметров и заданных сроков эксплуатации;
высота подъема/глубина опускания груза - показатель, определяющий расстояние перемещения груза по вертикали (от элемента захвата до пола) в начальную рабочую точку;
скорость подъема/опускания, перемещения груза - критерий, который зависит от конструктивных особенностей грузоподъемной машины. Данный показатель определяет общий темп работы крана.
Приведенные параметры - основные характеристики грузоподъемных механизмов, на которые необходимо обратить внимание при покупке или приобретении в прокат техники.
Для безопасного и эффективного выполнения работ следует правильно определиться с выбором подъемного средства. Каждый конкретный случай зависит от эксплуатационных условий, которые рассчитываются по техническим данным устройства. В арсенале подъемных средств, существующих в России и активно использующихся на строительных, и производственных площадках, можно отметить подъемное оборудование следующих видов.
Портальный кран. Название представляет производное от названия его основного узла - портала, на котором закреплена платформа с мощным грузоподъемным полноповоротным стреловым механизмом.
Схема подъемно-транспортного механизма портального крана состоит из следующих узлов (рисунок):
опорно-поворотный узел для передачи нагрузки от поворотной части платформы;
