隧道风机的结构设计开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)


目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1国内外现状

随着国民经济的迅速发展,国家对基础设施建设的投入不断增大,越来越多的隧道、地铁建成通车。

截至2016年底,中国公路隧道为15181处、14039.7km,比2015年分别增加1175处1345.8km。

而在已投入运营的14120km铁路隧道中,高速铁路及城际铁路隧道约4080km,占28.9%;长度大于10km的特长隧道约102座,长约1411km,占运营隧道总长的10%;长度大于20km的隧道共有9座,总长约218.8km。

隧道和地下铁道处于地表面下数十米,隧道和地下铁道站光靠进出口的自然风是远远不够的,它必须安装隧道风机输送和调节空气或排除烟尘(隧道内通行汽车的排烟),以供工作人员和旅客之需。

长度超过的特长隧道大量出现,而隧道的通风能保证隧道运营过程中处于相对安全、健康和舒适的环境,杨超等提出自然通风不能满足隧道通风要求时必须安装通风设备;同时JTJ 026.1-1999《公路隧道通风照明设计规范》中明确规定短隧道或者部分中隧道靠自然通风便满足要求,而在长隧道且交通量大的隧道与特大隧道中,必须安装通风设施。

隧道的排气通风机以轴流式为主,要求是依据隧道内烟尘的浓度可自动运转,以动叶可调式为宜,可提高风机运行效率,并在发生火灾时能够逆转,使之迅速排烟。

而地下铁道给排气通风机则可用离心式或轴流式,也可通用隧道通风机。

由于设置地下隧道内,最好为小型。

由于给排气口处于市内的地面上,故要求风机噪声宜低。

在短隧道、长隧道或地下铁道可使用喷流式或轴流通风机。

隧道风机(射流风机)一般悬挂在隧道顶部或两侧,不占用交通面积,不需另外修建风道,土建造价低;风机容易安装,运行、维护简单,是一种很经济的通风方式。

隧道风机(射流风机)运行时,将隧道内的一部分空气从风机的一端吸入,经叶轮加速后,由风机的另一端高速射出。

这部分带有较高动能的高速气流将能量传送给隧道内的其他气体,产生克服隧道阻力的压升,从而推动隧道内的空气顺风机喷射气流方向流动。

当流动速度衰减到一定程度时,下一组风机继续工作。

这样,就实现了从隧道的一端吸人新鲜空气,从另一端排出污浊空气的目的。

示意图如图1所示。

图1 隧道风机实际工作示意图

1.2隧道风机的分类

隧道风机有多种称呼,最早叫着隧道式轴流风机,后来发展为隧道射流风机,和斜流风机、多级轴流风机(对旋式射流风机)、轴流式压缩机等一样,都属于轴流风机衍生而来。

图2 SDF型隧道施工用对旋轴流式通风机示意图

隧道风机从使用上来区分为:施工专用隧道风机,以SDF型对旋式轴流风机为代表(示意图如图2所示),再细分为变频式隧道风机、三级调速式隧道风机、四级对旋式隧道风机等等,主要用于单向通风,目前SDF型NQ13/2x132KW的隧道风机,在无斜井的情况下,配置直径1.5米的风袋最远的输送距离达到4000米;而隧道建好之后,为了保持隧道内需要有良好的空气、且预防如有发生火灾需要排放浓烟时,而使用的以双向射流型为主的SDS型隧道风机(示意图如图3所示),该风机要求在30秒内切换旋转方向,并保持若出现有火灾等紧急情况时,需要维持2小时的工作时间。

为减小对环境噪音的污染,风机的进出口端须配置消声器,同时可将风机的噪声控制在80dB以内。

根据通风形式的不同,隧道风机(隧道射流风机)分为单向隧道风机(隧道射流风机)和双向可逆隧道风机(隧道射流风机)两大类型。

单向隧道射流风机,一般用作单向通风;在特殊情况下风机反转,可提供50%~80%的正向推力。

双向可逆隧道射流风机,可用作双向通风,方便用户对气流方向的控制,风机正、反转时的推力基本相等。

图3 SDS型隧道风机示意图

1.3目前隧道风机的优缺点

以SDF型隧道施工用对旋轴流式通风机为研究对象,该通风机由集流器、进风消音器、一级主机筒、一二级机壳、二级主机筒、出口消声器、风筒接头及电动机和一二两级叶轮等部件组成。

通风机外壳及结构件均由钢板焊接而成,内筒由多孔板焊接而成,内衬消声材料,电动机置于风道内,其外壳作为内风道,两级叶轮对旋。

如图2所示。

该通风机的第一级和第二级两个叶轮分别由两台非隔爆或隔爆型专用电动机驱动,叶轮直接安装在电机轴上,改变了保守的传动结构,既避免了传动装置的频繁损坏,消除了能量损耗,也提高了风机装置的传动效率,同时也提高了使用效率。

两级叶轮旋转方向互为对旋,减少了两级工作轮之间的导叶,降低了风机内部的阻力损失,提高了风机的静压效果。

空气流入一级叶轮,获得能量后,经二级叶轮排出。

二级叶轮兼备普通轴流式通风机中静叶栅的功能,在整直风流圆周方向速度分量的同时,增加气流能量,从而达到普通轴流通风机所不能达到的高效率、高风压。

但由于风机叶片发生轴向力、旋转力的剩余不平衡力、电磁拉力、风量风压变化将产生的推力等,这些风机运转中的径向力、轴向力形成当量动负荷,对轴承威胁是致命的损坏因素。

所以靠近电机轴伸端的轴承容易抱轴、烧毁,严重时整个定子绕组被烧毁,这不仅降低了轴承的寿命,同时降低了风机的使用寿命。

这一点在局扇上尤为突出。

风机压力大,通风距离长,通风距离与流量成反比,如果两级叶轮匹配性不好,二级电机负载增加比第一级快,当达到一定通风距离时,虽然两级风机的总功率没有达到单级的2倍,但是第二级电机的负载已经远远超出了额定功率,造成二级电机的超载,从而导致电机烧毁。

这些缺陷容易导致风机在掘进、采矿隧道工作中,因发热量过大与易爆气体接触而爆炸,有很严重的安全隐患,可能会给工作带来不便,甚至会危害工作人员的安全。

因此设计一款解决以上两点问题的隧道风机是很有必要的。



2. 研究的基本内容与方案

2.1设计的基本内容及要求

本文只要设计内容包括:

  1. 对旋式隧道风机的整体结构设计

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    3. 研究计划与安排

    时间

    任务安排

    第1-2周

    查阅中外文献,并做好有关笔记

    第3周

    编写开题报告,翻译外文文献

    第4周

    考虑总体方案,拿出绘制的总体方案草图

    第5周

    进行设计计算,包括工艺参数、结构尺寸、主要零件的校核

    第6-8周

    绘制总装配图

    第9-10周

    绘制零部件图

    第11-12周

    编写设计计算说明书

    第12-13周

    修改图纸(论文),老师评阅,准备答辩等

    4. 参考文献(12篇以上)

    [1]马振南.一种用于高速公路隧道风机的无刷直流电机设计与研究[j].电子技术与软件工程,2018(14):233-234.

    [2]刘琦,赵卫斌,刘松荣,韩坤林.公路隧道悬挂风机基础稳定性检测方法[j].公路交通技术,2018,34(01):126-128 132.

    [3]谢建,郑东,胡郁捷,吕斌.设配线的地铁车站隧道风机起动时电压下降计算[j].城市轨道交通研究,2015,18(11):55-58.

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