К вопросу учета поршневого действия поездов при автоматическом регулировании частоты вращения ротора тоннельного вентилятора метрополитена Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 62-543.2: 624.191.94

К ВОПРОСУ УЧЕТА ПОРШНЕВОГО ДЕЙСТВИЯ ПОЕЗДОВ

ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОМ РЕГУЛИРОВАНИИ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

РОТОРА ТОННЕЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРА МЕТРОПОЛИТЕНА

Дмитрий Владиленович Зедгенизов

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории рудничной аэродинамики, тел. (383)205-30-30, доп. 339, е-mail: dimzed2001@mail.ru

Рассматривается задача автоматического регулирования частоты вращения ротора станционного вентилятора метрополитена мелкого заложения в условиях существенного аэродинамического возмущения от поршневого действия поездов. Обсуждаются результаты натурного эксперимента по измерению производительности вентилятора, работающего на пониженной частоте вращения ротора при разной интенсивности движения поездов. Оценивается степень снижения фактического расхода воздуха на пассажирской платформе станции метрополитена, вызванного движением поездов.

Ключевые слова: ^стема регулирования, частота вращения ротора, управление проветриванием, вентилятор, метрополитен.

CORRECTION FOR PISTON-TYPE EFFECT OF TRAIN TRAFFIC IN AUTOMATED ROTOR FREQUENCY CONTROL OF SUBWAY TUNNEL FAN

Dmitry V. Zedgenizov

Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Ph. D., Assistant Professor, Senior Researcher, Mine Aerodynamics Laboratory, tel. (383)205-30-30, extension 339, е-mail: dimzed2001@mail.ru

Under consideration is the problem of automated control of rotor rotation frequency of stationary fan in shallow subway under intensive aerodynamic disturbance generated by piston-type train traffic. Discussion covers the in-situ test measurements of fan performance operating at lowered rotor rotation frequency and different train traffic intensities. It is estimated the actual reduction in air flow consumption thanks to train traffic at subway passenger platform.

Key words: controlling system, rotor rotation frequency, aeration management, fan, subway.

Автоматическое регулирование производительности тоннельных вентиляторов метрополитена в соответствии с требуемым воздухораспределением является актуальной задачей в связи с ростом требований к энергосбережению всего оборудования метрополитена. Модернизация вентиляторов, осуществляемая в последнее время метрополитенами, позволяет регулировать производительность тоннельных вентиляторов с помощью преобразователя частоты питающего напряжения, изменяя таким образом, энергопотребление на проветривание. Однако, как показали натурные эксперименты, при уменьшении частоты вращения вала вентилятора в условиях действующего метрополитена наблюдается существенное снижение расхода воздуха, проходящего через вентилятор, от его требуемого значения. В статье рассматриваются результаты эксперимента по измерению расхода воздуха через тоннельный вентилятор (ТВ) станции «Октябрьская» Новосибирского метрополитена.

Объектом исследований являлся модифицированный тоннельный вентилятор ВОМД-24 с диаметром рабочего колеса 2400 мм. Вал вентилятора приводился во вращение асинхронным электродвигателем 4АМ315М12, мощностью 55 кВт, скоростью вращения 500 об/мин. Для изменения частоты вращения вала вентилятора использовался преобразователь частоты АШуаг 61 с выходной частотой тока 0,5 - 500 Гц. Схема участка вентиляционной сети метрополитена приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема участка вентиляционной сети метрополитена г. Новосибирска в окрестности станции «Октябрьская»:

ТВ - тоннельный вентилятор с приводным электродвигателем и преобразователем частоты тока; ЗГО - затвор гражданской обороны

Эксперимент проводился при двух частотах тока, питающего электродвигатель вентилятора:

- 18 Гц, что определялось максимальной допустимой скоростью вращения вентилятора (установившийся расход воздуха на этой частоте составил 50 м3/с);

- 10 Гц, что являлось 55 % от допустимой скорости вращения вентилятора (при этом расход воздуха составил 27,5 м3/с).

Целью эксперимента являлось определение степени влияния поездов, движущихся в метрополитене на производительность станционного тоннельного вентилятора [1 - 3]. Исследования проводились в различное время суток, при нескольких ин-тенсивностях движения поездов на линии метрополитена.

На рис. 2 представлены графики изменения расхода воздуха через вентилятор при заданной производительности вентилятора 27,5 (10 Гц) и 50 м3/с (18 Гц). Интенсивность движения поездов в этом эксперименте составила 7 и 15 пар в час.

Поршневое действие поездов, подходящих к вентиляционной камере (ВК) вызывает увеличение расхода воздуха через вентилятор, работающий в режиме вытяжки воздуха со станции. Как только поезда удаляются от ВК, расход воздуха через ТВ снижается, что особенно заметно на пониженных частотах вращения ротора вентилятора.

Рис. 2. Фактический расход воздуха через вентилятор при поршневом действии поездов, полученный в результате натурного эксперимента

Для дальнейшего исследования на основе анализа массива экспериментальных данных были определены следующие величины [4]:

- величина Q+ максимального превышения измеренного расхода воздуха над его установившимся значением (при подходе поездов к ВК), м3/с;

- величина Q- максимального снижения измеренного расхода воздуха по сравнению с его установившимся значением (при удалении поездов от ВК), м3/с;

- интервал времени А1 между проходами поездов мимо ВК, с.

Указанные величины представлены на рис. 3.

Исследованиями установлено, что амплитуда колебаний производительности вентилятора не зависит от интенсивности движения поездов, а определяется временем между проходами обоих поездов мимо вентиляционной камеры А! При увеличении А1 отклонение фактического расхода воздуха через вентилятор от его установившегося значения снижается, а наибольшее снижение расхода воздуха через станционный вентилятор наблюдается при одновременном проходе поездов мимо венткамеры [5].

о, %

__ / н» ___ ч -?- 10 Гц -

О- о — 18 Гц ■ ---е- о- __ _ — — <3 уст

е-- * 18 Гц ■---- \ — —

<2-

1 I — — — ■»

"..... 7 " ^ / 10 Гц

Рис. 3. Изменение величины Q+ и Q- в зависимости от интервала времени А1

между проходами поездов мимо ВК

В ходе дальнейших исследований возникла необходимость оценить степень влияния поездов на производительность частотно-регулируемого тоннельного вентилятора. Для этого по графикам рис. 2 были вычислены площади 8+ превышения фактического расхода воздуха, проходящего через вентилятор над установившимся значением его производительности без влияния поездов, а также площади 8-, соответствующие снижению фактического расхода ТВ поршневым действием движущихся поездов метро. На рис. 4 представлено изменение указанных величин в зависимости от промежутка времени между проходами поездов мимо венткамеры А1 при различной интенсивности движения поездов (7, 12 и 15 пар поездов на линии в час) для максимальной и минимальной частоты вращения ротора вентилятора.

1000

-1000

-2000

-3000

в+.м-5

(3 = 27.5 м /с (} = 50 м /с

1000

500

12 пар \ 7 пар

15 пар к

у

г

12 пар

К

\

7 пар

в-.м15 15 пар Д 1,с

-500 -1000 -1500 -2000 -2500

5+,м Л 12 пар 7 пар /

/ "8 -о

■Т- 12 пар \ 15 пар

о- -е

\ 15 пар

Я-м3 ^7 па Р д и

50 100 150 200 250 0 20 40 60 80

Рис. 4. Изменение площади 8+ и площади 8- при различной интенсивности

движения поездов

Исследованиями установлено, что поршневое действие поездов снижает объём воздуха, проходящий через станционный тоннельный вентилятор, работающий на вытяжку, в диапазоне от 1000 м3 до 2600 м3 за одну встречу поездов, что эквивалентно снижению производительности вентилятора от 8% до 39,3%. Указанное снижение объёма воздуха, проходящего через ТВ не зависит от интенсивности движения, а определяется случайной комбинацией встречных поездов, прошедших за определённый период мимо венткамеры и частотой вращения вала вентилятора.

Проведённые исследования позволили сделать следующие выводы:

1. Амплитуда колебаний производительности вентилятора не зависит от интенсивности движения поездов, а определяется временем между проходами обоих поездов мимо вентиляционной камеры.

2. Поршневое действие поездов снижает объём воздуха, проходящий через станционный тоннельный вентилятор, работающий на вытяжку, в диапазоне от 1000 м3 до 2600 м3 за одну встречу поездов, что эквивалентно снижению производительности вентилятора от 8% до 39,3%.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Красюк А. М. Тоннельная вентиляция метрополитенов - Новосибирск: Наука, 2006. - 164 с.

2. Красюк А. М., Косых П. В., Русский Е. Ю. Влияние возмущений воздушного потока от поршневого действия поездов на туннельные вентиляторы метрополитенов // ФТПРПИ. -2014. - № 2. - С. 144-153.

3. 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.

4. Зедгенизов Д. В., Розенталь П. А. Некоторые результаты экспериментального исследования характеристик управления регулируемого частотой вращения тоннельного вентилятора / Сборник трудов Всероссийской научной конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых с элементами научной школы «Горняцкая смена-2013». Изд. ИГД СО РАН. - Новосибирск. - 2013. - С. 333-340.

5. Попов Н. А., Красюк А. М., Лугин И. В., Павлов С. А., Зедгенизов Д. В. Совершенствование методических основ разработки систем тоннельной вентиляции метрополитенов мелкого заложения // ФТПРПИ - 2014. - № 5. - С. 175-186.

© Д. В. Зедгенизов, 2017