Исследование параметров функционирования тоннельной вентиляции метрополитена при пожаре поезда в тоннеле

Кроме того, метрополитен обладает рядом специфических особенностей, к которым относятся: подземное расположение; большое скопление пассажиров в поездах и на платформах станций; ограниченное число выходов и т.п., что существенно повышает вероятность и негативные последствия аварийных ситуаций, связанных с возгораниями и задымлениями на станциях и в перегонных тоннелях. Для безопасной эвакуации пассажиров и обслуживающего персонала из аварийной зоны необходимо, чтобы пути эвакуации остались незадымленными, а поток свежего воздуха был направлен навстречу эвакуирующимся людям. Система тоннельной вентиляции метрополитена играет главную роль в обеспечении этого условия безопасности путей эвакуации. Поэтому весьма актуальным является исследование факторов, влияющих на работу системы тоннельной вентиляции и возникающих при остановке горящего поезда в тоннеле. Наиболее значительное влияние на работу тоннельной вентиляции и воздухораспределение в вентиляционной сети метрополитена при горении поезда в тоннеле оказывают следующие опасные факторы пожара (ОФП): дополнительное аэродинамическое сопротивление, вносимое остановившимся поездом в сопротивление перегонного тоннеля; дополнительная пожарная тепловая депрессия на аварийном участке; нагрев перегонного вентилятора, удаляющего горячие пожарные газы, до температуры выше предельной. При стандартной симметричной планировке участка линии (рис. 1 ~1~) наибольший интерес вызывает случай возгорания вагонов метропоезда, ближних к перегонной венткамере. При этом эвакуация происходит в направлении ближайшей станции, для создания потока свежего воздуха навстречу движущимся пассажирам, вентиляторы перегонной венткамеры включаются в вытяжном режиме для дымоудаления. Рассмотрим действие ОФП на примере этого варианта. Допустимо представить четыре тоннеля, подходящие к венткамере, как параллельное соединение участков с равным сопротивлением. Тогда, при дополнительном сопротивлении, вносимом стоящим поездом в аварийный тоннель (0,0054 км, по данным автора), воздухораспределение будет выглядеть следующим образом (рис. 2, а ~2~). Требуемая скорость воздуха при уклоне путевого тоннеля 10 %, по требованиям СП 32-108 «Метрополитены», составляет не менее 3,19 м/с, расход воздуха для тоннеля с обделкой из железобетонных тюбингов с площадью сечения 18,6 м2 равен 59,47 м3/с (рис. 2, б ~2~). т.е. суммарная производительность вентиляторов в перегонной венткамере должна равняться 448,27 м3/с, что более чем в три раза превосходит возможности двух включенных параллельно вентиляторов ВОМД-24 (установленных в большинстве метрополитенов России и СНГ). При уклонах менее 10 % требуемая скорость воздуха должна быть не ниже 1,7 м/с, для обеспечения незадымления путей эвакуации. Воздухораспределение при таких параметрах показано на рис. 2в ~2~. Суммарная производительность вентиляторов перегонной венткамеры составляет 237,7 м3/с, что также не может быть достигнуто двумя параллельно включенными вентиляторами ВОМД-24. Следовательно, регулирование работы системы вентиляции необходимо производить не только активными средствами (форсирование работы вентиляторов в перегонной венткамере), но и пассивными (применение быстровозводимых вентиляционных перемычек парашютного типа). Это позволяет достичь требуемого воздухораспределения, не выходя за пределы поля режимов вентиляторов ВОМД-24. Температура смеси пожарных газов и воздуха, удаляемой через вентилятор, зависит от температуры пожарных газов, с которой они подходят к венткамере, температуры холодного воздуха и относительного массового расхода компонентов смеси. Проведено математическое моделирование температурного режима потока пожарных газов при его движении по тоннелю. В целях упрощения расчета, теплофизические характеристики пожарных газов приняты идентичными воздуху при соответствующей температуре. Температуры газов от очага горения приняты по данным [1]. При движении по тоннелю температура пожарных газов снижается в зависимости от длины пройденного участка (рис. 3 ~3~). При горении поезда в тоннеле возникает дополнительная пожарная тепловая депрессия, вызванная разницей температур воздуха в тоннеле до и по сле возгорания и разницей высотных отметок начала и конца задымленного участка. Величина пожарной депрессии определяется с помощью гидростатического метода [2]. По мере роста температуры пожарных газов в очаге возгорания, возрастает и значение пожарной депрессии. Расчеты показывают, что пожарная депрессия может достигать 60–100 Па. Поэтому необходимо учитывать ее при расчетах воздухораспределения, т.к. депрессия, развиваемая параллельно включенными осевыми вентиляторами ВОМД-24, при работе в противопожарном режиме составляет 350–600 Па. Температура смеси пожарных газов и воздуха перед вентилятором определяется по формуле (1): GCM _ cCM _ tCM = = GX _ cX _ tX + (1) + GPG _ cPG _ tPG, где G — массовый расход, кг/с; с — изобарная теплоемкость воздуха, Дж/(кг•K); t — температура, К; СМ, Х, ПГ — индексы, обозначающие, соответственно, смесь газов и воздуха, холодный воздух и горячие пожарные газы. Результаты решения уравнения (1) относительно температуры смеси пожарных газов и свежего воздуха по данным для участка тоннеля Новосибирского метрополитена при горении крайнего вагона поезда приведены на рис. 4 ~4~. Вентилятор ВОМД-24 снабжен приводом с клиноременной передачей, надежность работы которого обеспечивается при температуре не выше 60°С [3]. Отказ вентилятора приводит к нарушению требуемого воздухораспределения и задымлению путей эвакуации. Время достижения смесью температуры 60°С при горении ближайшего к перегонной венткамере вагона составляет 9–23 мин в зависимости от длины задымленного участка. При нахождении горящего поезда далее 300 м от перегонной венткамеры критическая температура смеси за время горения вагона не достигается. Время, за которое температура смеси пожарных газов и воздуха достигает 60°С, является предельным для определения времени безотказной работы перегонного вентилятора при дымоудалении. ОФП при горении поезда в тоннеле зависят от температуры пожарных газов в очаге горения и от его месторасположения на аварийном участке. Необходимо учитывать эти факторы при составлении плана ликвидации аварии и разработке режимов включения тоннельной вентиляции. Выводы При обеспечении безопасности путей эвакуации пассажиров в случае возгорания поезда в тоннеле метрополитена для создания требуемого воздухораспределения необходимо производить его регулирование не только активными, но и пассивными средствами. Также необходимо учитывать время нагрева дымоудаляющих вентиляторов до температуры выше критической. При определении требований к вновь разрабатываемым тоннельным вентиляторам необходимо повысить их устойчивость к высокотемпературным воздействиям.

Литература 1. А.Д. Голиков, Г.Д. Негодаев, В.П. Чижиков. Требуемый предел огнестойкости обделок тоннелей метрополитена. Борьба с пожарами в метрополитенах. Сборник научных трудов. М., ВНИИПО МВД РФ, 1992. 2. А.Ф. Воропаев. Тепловое кондиционирование рудничного воздуха в глубоких шахтах. М., «Недра», 1979. 3. ГОСТ 1284 «Приводные ремни». И.В. ЛУГИН, к.т.н., н.с., Институт горного дела СО РАН (Новосибирск)