IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

  Введение

Одним из основных элементов обеспечения пожарной безопасности подземных сооружений является система дымоудаления. Главным показателем эффективности ее работы при пожарах является обеспечение свежего воздуха на маршрутах эвакуации пассажиров, маршрутах движения пожарных подразделений и подразделений МЧС. Это в полной мере относится ко всем тоннелям, включая и тоннели метрополитенов. Вместе с тем, по количеству людей, которые могут быть застигнуты аварией, степени их защищенности и условиям спасения, метрополитены можно отнести к наиболее опасным объектам. Это относится, прежде всего, к критическим ситуациям, возникающим после остановки подвижного состава с горящим вагоном в тоннеле метрополитена. В таких случаях аварийный режим работы системы тоннельной вентиляции должен обеспечить, прежде всего, надежное удаление продуктов горения (дым и пожарные газы), исключая их появление на маршрутах эвакуации пассажиров.

Статистика пожаров в тоннелях [1] показывает, что, несмотря на относительную редкость таких пожаров, последствия их, как правило, более трагичны.

В большинстве случаев пожары в транспортных тоннелях сопровождаются сильным задымлением [1]. Специальные опыты показали, что автомобильный тоннель длинной 350 метров заполняется дымом за 3 мин.

Из общего количества пожаров в метрополитенах, примерно, 75% составляют пожары в подвижном составе.

Основу алгоритма составляет последовательность расчетов, предусматривающая возможность использования величин, характеризующих устойчивость вентиляционных потоков в тоннелях, в качестве критериев эффективности системы дымоудаления, обеспечивающей эвакуацию пассажиров при пожаре подвижного состава в тоннеле метрополитена.

1. Моделирование критической тепловой депресси при пожаре в тоннеле.

В условиях тоннелей метрополитена, погрешность расчетных зависимостей, во многом зависит от правильности формирования расчетных схем вентиляционных соединений на основе общей схемы вентиляции тоннелей метрополитена (рис. 1). В этой связи, расчетные зависимости для определения критических параметров тоннелей, представлены, в общем виде, позволяющем учитывать многообразие схем вентиляционных соединений перегонов, различные условия их формирования, возможное место возникновение пожара и предполагаемое направление дымоудаления. Расчетные схемы вентиляционных соединений перегонов ориентируются относительно станционных вентиляторных установок, т.е. представляются в виде сложного параллельного соединения, в котором станционная вентиляторная установка представляется ветвью, расположенной последовательно с этим соединением [2,3].

В общем случае  величина критической депрессии тоннеля определяется по расчетной схеме (рис. 2а,б),

по следующей формуле

Величина  определяется из соотношения

Величину коэффициента определяет соотношение

При восходящем проветривании критическая тепловая депрессия пожара (тепловая депрессия пожара, при которой возможно опрокидывание вентиляционной струи в параллельном тоннеле) определится, в общем виде, из выражения [4]

При исключении из расчетной схемы ветви, моделирующей переход между тоннелями, сопротивление аварийного тоннеля рассчитывается как эквивалентное ( ).

Коэффициент  определяется как отношение расходов воздуха в тоннелях перегона при работе системы тоннельной вентиляции в аварийном режиме и при одиночной работе станционной вентиляторной установки.

Величина  определяется из выражения

2. Подготовительные этапы для расчета критических параметров тоннеля.

Расчет критических параметров тоннеля - критической депрессии или критической тепловой депрессии - производится после выполнения нескольких подготовительных этапов, осуществляемых в следующей последовательности [5]:

• определяется ближайшая к аварийному тоннелю станционная вентиляторная установка (два вентилятора) работающая на вытяжку при пожаре (при этом направление движение воздуха в тоннеле должно совпадать с направлением движения воздуха в этом же тоннеле в аварийном режиме);
• готовится схема вентиляционных соединений участка метрополитена со станционной вентиляторной установкой;
• определяется суммарный расход воздуха в тоннелях перегонов, примыкающих к станции ( ), и расход воздуха в «аварийном» тоннеле ( ) при одновременной работе двух станционных вентиляторов;
• включаются в работу все вентиляторы, формирующие аварийный вентиляционный режим;
• измеряется расход воздуха в аварийном тоннеле ( ) при работе системы тоннельной вентиляции в аварийном режиме;

Рассмотрим последовательность расчетов на примере участка (рис. 2) метрополитена.

Схема вентиляционных соединений перегона включает в себя четыре путевых тоннеля и один переход между ними (рис. 2, участок 4-7). Предположим узел 4 расположен выше узла 7, тогда движение воздуха в направлении 4-5-7 является нисходящим, а в обратном направлении - восходящим [6]. По тоннелям первого пути поезда движутся в направлении 4-6-7, а по второму пути - в направлении 7-5-4.

3. Аварийные режимы работы тоннельной вентиляции.

Предусмотрен следующий аварийный режим работы тоннельной вентиляции. При пожаре в двух первых вагонах поезда и остановке его на участке 4-6 первого пути, предусматривается работа: на вытяжку - двух вентиляторов ВУ 3 и двух вентиляторов ВУ 4, на подачу один вентилятор ВУ 2 и один ВУ 1.

Исходные данные для расчетов (см. рис. 2)

r₁, r₂, r₃, r₄, r₅ = r_с, r₆, = r_b, r₇ = r _i, r ₈ = r_j, r_д2 = r_д, r_в1 = r_в, - аэродинамические сопротивления тоннелей и переходов между тоннелями, Нс²/м⁸; r_n2 и r_n3 - сопротивления параллельных соединений из ветвей (тоннелей) r₁, r₂, r₃, r₄, Нс²/м⁸; q₅ - расход воздуха измеренный в тоннеле на участке 4-5 при работе двух вентиляторов ВУ 4 на вытяжку (остальные, ближайшие - ВУ 1. ВУ 2, ВУ 3, ВУ 5 - остановлены), м³/с; q_5а - расход воздуха на участке 4-5, измеренный в соответствующем аварийном режиме работы системы тоннельной вентиляции, м³/с; ∑Q_ВУ4 - суммарный расход воздуха в тоннелях (участки 2-4, 3-4, 4-5, 4-6), примыкающих к ВУ 4, при одновременной работе двух вентиляторов ВУ 4 на вытяжку, м³/с.

1. Определим величину по формуле (2)
2. Определяем величину сопротивления параллельного соединения
3. Определяем величины сопротивлений параллельных соединений  и
4. Определяем величину по формуле (3)
5. Определяем величину критической депрессии тоннеля по формуле (1)

Определить величину критической тепловой депрессии пожара, при которой может произойти остановка вентиляционной струи в тоннеле, параллельном аварийному.

Предусмотрен следующий аварийный режим работы системы тоннельной вентиляции. При пожаре в двух последних вагонах поезда и остановке его на участке 4-6 (см. рис. 2) первого пути, для дымоудаления предусматривается работа: на вытяжку - двух вентиляторов ВУ 2 и двух вентиляторов ВУ 1, на подачу один вентилятор ВУ 3 и один ВУ 4.

Исходные данные для расчетов (см. рис. 3):  = 0,0006 Нс²/м⁸;

 = 0,001 Нс²/м⁸; ∑Q_ВУ4 = 52,0 м³/с.

1. Определяем величину
2. Определяем величину
3. Определяем величину по формуле (6)
4. Определяем величину критической тепловой депрессии пожара по формуле (5)

Выводы

Оценка эффективности системы дымоудаления, обеспечивающая эвакуацию пассажиров при горении подвижного состава в тоннеле, включает в себя расчет критических параметров вентиляции тоннелей и тепловых факторов пожара, которые формируются, при работе системы тоннельной вентиляции метрополитенов, в режимах дымоудаления. Критическая депрессия тоннеля, критическая тепловая депрессия, тепловая депрессия пожара, критическая скорость воздуха рассчитываются с учетом возможного места расположения пожара в подвижном составе и предполагаемого направления удаления дыма и пожарных газов.

Библиографический список

1. Власов, С.Н. Аварийные ситуации при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей и метрополитенов / С.Н. Власов, Л.В. Маковский, В.Е. Меркин. - М.: ТИМР, 1997. - 183 с.
2. Беляцкий, В.П. Противопожарная защита и тушение пожаров подземных сооружений / В.П. Беляцкий, В.Ф. Бондарев. - М.: ВНИИПО, 1983. - 32 с.
3. Потапов, Ю.Б. Разработка математической модели распространения дымовых газов в начальной стадии пожара / Ю.Б. Потапов, К.Н. Сотникова, К.А. Скляров, С.А. Кончаков // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. - 2011. - № 1 (21). - С. 136-143.
4. Сушко, Е.А. Разработка методики расчета рациональных режимов систем вентиляции производственных помещений / Е.А. Сушко, К.Н. Сотникова, С.Л. Карпов // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. - 2011. - № 2 (22). - С. 143-149.
5. Кузнецов, С.Н. Моделирование распространения вредных веществ в сообщающихся помещениях / С.Н. Кузнецов, К.А. Скляров, А.В. Черемисин //  Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. - 2008. - № 1. - С. 109.
6. Мелькумов, В.Н. Исследование влияния перегородок на вентиляционные потоки в помещении // В.Н. Мелькумов, К.А. Скляров, А.В. Климентов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2006. - Т.1. - № 1. - С. 8.