CC BY
13
УДК 62-543.2: 624.191.94
DOI: 10.18303/2618-981X-2018-5-39-43
К ВОПРОСУ СНИЖЕНИЯ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ НА ТОННЕЛЬНУЮ ВЕНТИЛЯЦИЮ МЕТРОПОЛИТЕНА
Дмитрий Владиленович Зедгенизов
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр., 54, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории рудничной аэродинамики, тел. (383)205-30-30, доп. 339, е-mail: dimzed2001@mail.ru
Произведена оценка энергопотребления на тоннельную вентиляцию типовой станции Новосибирского метрополитена при различных способах регулирования воздухораспределе-ния. В расчетах учитывается изменение числа пар поездов и пассажиропотока на линии за сутки. Даны рекомендации по степени открытия створчатых регуляторов воздухораспределения, установленных в вентсбойке между путевыми тоннелями для снижения мощности, потребляемой тоннельным вентилятором. Расчеты произведены для различных комбинаций взаимного расположения встречных поездов на линии метрополитена относительно венткамеры.
Ключевые слова: активная мощность, управление воздухораспределением, поршневое действие поездов, тоннельный вентилятор, метрополитен.
ON REDUCTION OFACTIVE POWER CONSUMED BY SUBWAY TUNNEL VENTILATION
DmitryV. Zedgenizov
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 54, Krasny Prospect St., Novosibirsk, 630091, Russia, Ph. D., Associate Professor, Senior Researcher, Mine Aerodynamics Laboratory, phone: (383)205-30-30, extension 339, е-mail: dimzed2001@mail.ru
Energy consumption for tunnel ventilation of a typical station in Novosibirsk subway with different modes of air distribution regulation is estimated. The calculations take into account the change in the number of train pairs and passenger traffic on the line per day. Recommendations on the opening degree of the valve regulators of air distribution are presented. The valve regulators are installed in the vent crosscut between track tunnels to reduce the power consumed by the tunnel fan. Calculations are made for various combinations of the mutual arrangement of the oncoming trains on the subway line relatively to the ventilation chamber.
Key words: active power,air distribution control, train pistol action, tunnel fan, subway.
Модернизация парка тоннельных вентиляторов Новосибирского метрополитена, проводимая в настоящее время, позволяет совершенствовать пути снижения энергопотребления на проветривание станций [1, 2].
Основным потребителем электроэнергии в системе регулирования возду-хораспределения на типовой станции метрополитена мелкого заложения является тоннельный вентилятор, приводимый во вращение электродвигателем мощностью 55 кВт, 500 об/мин. Нормативными актами [3] установлены требуемые значения расхода воздуха на пассажирской платформе станции, которые должны обеспечиваться в течение суток средствами тоннельной вентиляции (см. рис. 2).
Рис. 1. Схема типового участка метрополитена:
2ПДП - расход воздуха, вызванный поршневым действием поезда; - расход
воздуха через створкирегулятора воздухораспределения; 2ПЛ - расход воздуха через платформенный зал станции; 2ств - расход воздуха через тоннельный вентилятор; КВУ (клапан вентиляционный утепленный) - створчатый регулятор воз-духораспределения
Рис. 2. Типовой график изменения требуемого расхода воздуха на платформе станции «Октябрьская»:
2пжтф - требуемый расход воздуха на платформе; 2дп - расчетный расход воздуха, вычисленный на основе данных о пассажиропотоке; ЧПП - число пар поездов на линии в час; - требуемая частота тока двигателя вентилятора
Предлагается стабилизировать заданный расход воздуха на платформе станции метрополитена совместным регулированием угла открытия створок регулятора воздухораспределения в вентсбойке и частоты вращения ротора вен-
тилятора, учитывая поршневое действие поездовметро [4, 5]. Для вычисления требуемого расхода воздуха на платформе станции предлагается применить формулу:
япл = (£КВУ1 +*2КВУ2 ) 'кКВУ + бПдт + 6ПДП2 +оств 'кСТВ +*2ДОБ ,
где ^кву - коэффициент открытия створок;
^доб - расход воздуха, приходящий на платформу вследствие естественной тяги.
Активная мощность, потребляемая электродвигателем тоннельного вентилятора, может быть вычислена по формуле:
N = . Опд3 ' ^А ' КП
1000 'Лтв ' ЛДВ '
где ЯА - аэродинамическое сопротивление участка вентсети;
Кп - коэффициент пересчета, учитывающий, что только 64 % расхода воздуха, создаваемого тоннельным вентилятором, поступает на платформу; - к.п.д. вентилятора;
^дв - к п.д. электродвигателя вентилятора.
Результаты расчета активной мощности, потребляемой тоннельным вентилятором за час, при различной интенсивности движения поездов и степени открытия створок регулятора воздухораспределения приведены в табл. 1.
Таблица 1
Расчетное энергопотребление тоннельного вентилятора N
ЧПП, Qцл, N ^НЕРЕР N N ^КВУ 1 Экономия
пар/час м /с кВтч кВтч кВтч за час, %
7 10 732 462 434 36-40
12 15 2 472 1 083 781 56-68
15 20 5 859 2 234 974 62-83
15 40 час пик 46 888 28 210 11 630 40-75
Из таблицы 1 наглядно виден вклад створчатого регулятора воздухораспределения. При полностью открытых створках регулятора (^ву 0) в зависимости от количества поездов на линии возможна экономия 36-62 % электроэнергии, а при закрытом положении створок (^ву ^ эта цифра достигает
40-83 % от энергопотребления в отсутствии суточного оперативного регулирования производительности. Этот значительный эффект достигается управляемым перераспределением воздушных потоков, индуцированных движущимися поездами, при котором удается уменьшить производительность вентилятора.
Натурный эксперимент, проведенный на станции метро «Октябрьская» в г. Новосибирске показал, что параметры воздухораспределения на станции существенно зависят от времени, в течение которого встречные поезда проходят мимо тоннельного вентилятора венткамеры [6]. Время это изменяется случайным образом, но может быть вычислено на основе информации о следовании поездов на линии.
Результаты расчета мощности, потребляемой вентилятором при различных промежутках времени между проходами встречных поездов мимо венткамеры А/в зависимости от степени открытия створок КВУ приведены в табл/ 2.
Таблица 2
Расчетные значения мощности, потребляемой вентилятором за час (кВтч)
-5
при ЧПП 12 пар в час и расходе воздуха на платформе 15 м/с
ккву А/, с
0 50 100 150 200 250 один поезд
0 створки открыты 1 615 1 307 1 086 1 083 1 202 1 465 1 737
0,5 1 558 1 157 839 827 993 1 363 1 586
1 створки закрыты 1 552 1 141 800 781 952 1 337 1 568
Результаты расчета можно представить в виде графика (рис. 3).
Рис. 3. Мощность, потребляемая вентилятором за час, при интенсивности движения поездов 12 пар в час и требуемом расходе воздуха
-5
на платформе 15 м/с в зависимости от степени открытия створок КВУ
По графику видно, что меньше всего электроэнергии можно сэкономить при одновременном проходе поездов мимо венткамеры, а больше всего - при их движении в противофазе, когда в зависимости от расстояния от камеры до платформы и темпов приближения поездов с учетом времени их стоянки на станции начало влияния следующего поезда совпадает с окончанием влияния прошедшего.
Выводы:
1. Оперативное регулирование производительности тоннельного вентилятора в соответствие с поршневым действием поездов при закрытых створках КВУ позволяет экономить напроветриваниев зависимости от числа пар поездов и требуемого расхода воздуха на платформе от 36 до 83 % электроэнергии по сравнению с нерегулируемым режимом.
2. Для экономии электроэнергии на проветривание режим работы створок КВУ, при котором через регулятор проходит только половина возможного расхода (КВУ 0,5) можно считать не целесообразным. Для упрощения конструкции регулятора и его системы управления можно принять два рабочих режима: полностью открытый (КВУ 0) и полностью закрытый (КВУ 1).
Работа выполнена в рамках научного проекта 1Х.132.3.2. ФНИ, № гос. регистрации АААА-А17-117091320027-5.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Красюк А. М. Тоннельная вентиляция метрополитенов - Новосибирск : Наука, 2006. - 164 с.
2. Зедгенизов Д. В. К вопросу учета поршневого действия поездов при автоматическом регулировании частоты вращения ротора тоннельного вентилятора метрополитена // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2017. XIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология» : сб. материалов в 4 т. (Новосибирск, 17-21 апреля 2017 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2017. Т. 2. - С. 205-209.
3. СП 32-105-2004. Свод правил по проектированию и строительству. Метрополитены. - М. : ФГУП ЦПП, 2004. - 18 с.
4. Юркевич В. Д., Мальцев И. В., Зедгенизов Д. В. Управление воздухораспределением в системе тоннельной вентиляции метрополитена // Сборник тезисов докладов Всероссийской конференции с международным участием «Индустриальные информационные системы» - ИИС-2015. - Новосибирск : КТИ СО РАН, 2015. - С. 44-45.
5. Зедгенизов Д. В. Система регулирования воздухораспределения на станции метрополитена мелкого заложения // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. -2016. - № 3, Т. 2. -С. 64-68.
6. Зедгенизов Д. В. Результаты экспериментального исследования процесса регулирования частоты вращения ротора тоннельного вентилятора метрополитена // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. - 2017. -№ 1, Т. 4. - С. 11-14.
© Д. В. Зедгенизов, 2018
