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当前隧道工程施工通风系统中,对旋式轴流隧道风机凭借双电机驱动结构的性能优势,相较于传统单电机轴流风机,整机送风风压、送风动力显著提升,能够适配隧道长距离掘进的通风除尘基本需求,是隧道施工通风的核心设备。但结合大量现场施工工况反馈,该类风机在长距离送风作业过程中,当送风距离达到临界值后,会出现风量衰减过快、有效送风流量不足的问题,直接导致隧道掌子面通风效果不达标,粉尘、有害气体滞留,影响施工安全与进度。结合隧道施工现场复杂环境及通风系统运行特性,对风机长距离送风风量衰减的核心影响因素及优化调试方案梳理如下。
对旋式轴流隧道风机采用双电机同步驱动结构,风机额定转速、风压及风量输出均依托稳定的额定供电电压保障,电机运行转速与供电电压呈正相关特性。隧道施工现场用电环境复杂,临时施工电网负荷波动大、线路压降、供电稳压设备配置不足等问题普遍存在,极易出现电网电压不稳、电压偏低等情况。
当供电电压偏离额定标准时,双电机无法达到设计额定转速,风机叶轮做功效率大幅下降,直接导致风机实际输出风压、风量低于设计参数。在短距离送风工况下,电压波动造成的性能损耗影响尚不明显,但在长距离送风过程中,风压初始输出不足的缺陷会持续放大,气流输送动力持续衰减,最终造成末端风量大幅降低,无法满足隧道深处通风除尘需求。
风机送风过程中,气流需沿风筒、风管管路持续输送,管路固有阻力是造成气流能量损耗、风量衰减的固有因素。一方面,施工现场通风管路多为分段拼接敷设,不同管段截面尺寸存在轻微偏差,管路内壁平整度不一,会形成持续性的沿程阻力,气流在输送过程中不断与管壁摩擦消耗风压动能。
另一方面,隧道内部施工环境密闭、温湿度变化大,掘进作业产热、机械散热会导致隧道内空气温度持续波动,进而改变空气密度、粘度等流体特性。空气密度变化会直接影响气流输送阻力,温度越高、空气密度越小,气流输送能耗越高,风压损耗速率越快。随着送风距离不断增加,沿程阻力与流体特性变化带来的能量损耗持续累积,最终造成末端风量逐级衰减,送风距离越远,风量衰减幅度越显著。
现场施工不规范导致的风筒敷设缺陷,是长距离送风工况下风量大幅衰减、通风效率不足的最核心原因,也是现场可控性最强、影响最直接的问题,主要体现在三个方面。其一,风筒敷设规整度不足,管路存在松弛、偏移、凹凸变形等问题,导致送风管路局部截面突变,气流输送时产生局部涡流阻力,损耗气流动力。其二,隧道转弯、变坡路段风筒弯折、挤压变形严重,形成局部节流效应,大幅增加气流输送阻力,阻断气流顺畅输送。其三,风筒分段接缝密封不严、筒身破损开裂、接口松动等漏风问题突出,气流在输送全程持续外泄,大量有效送风流量直接流失,是末端风量不足的首要诱因。多重施工缺陷叠加后,长距离送风工况下的风量衰减问题被急剧放大,严重时会导致隧道掌子面通风完全不达标。
对旋式隧道风机正式投运后,针对运行过程中出现的风量偏大、偏小、末端送风不足等异常工况,需摒弃单一设备调试的思路,依托整套通风除尘系统开展全方位排查、针对性整改优化,全方位降低风量衰减幅度,保障通风系统稳定高效运行。
一是优化供电保障体系,稳定风机运行工况。配置专用稳压供电设备,规避施工用电负荷交叉干扰,定期检测供电线路压降、接线紧固度,及时更换老化破损线路,保障双电机供电电压稳定在额定区间,确保风机满转速、满负荷运行,从源头保障风机初始风压、风量输出性能。
二是规范管路选型与敷设,降低固有阻力损耗。统一选用同规格、内壁平整的标准风筒,杜绝不同截面管路混用;优化管路敷设路径,尽量减少管路弯折、变径、偏移路段,最大限度降低沿程阻力和局部阻力。同时根据隧道内温湿度变化规律,适时调整通风运行参数,适配流体特性变化,减少气流能量损耗。
三是严控施工安装质量,杜绝漏风损耗。风筒拼接施工时,采用专用密封配件对接缝进行加固密封,逐段检查筒身完整性,及时修补破损风筒、更换老化破损管路;严格把控敷设工艺,保证风筒全程平直、紧绷、无弯折,杜绝管路挤压变形,彻底解决因施工缺陷导致的漏风、阻风问题。
四是建立常态化巡检调试机制。定期检测风机运行转速、风压、风量参数,对比设计参数排查设备异常;全程排查通风管路运行状态,及时整改隐患问题;根据隧道掘进进度、送风距离变化,动态调试风机运行档位、通风组合模式,精准匹配现场通风需求,有效控制长距离送风风量衰减问题,保障隧道施工通风安全。
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