隨著隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展， 中國城市化進程進一步加快， 城市人口快速增長， 交通供需矛盾 13 益突出， 大型城市交通擁堵越來越嚴重。 城市軌道交通具有運能效率高、 能耗染小快速、 準時及安全等明顯優(yōu)點， 是解決城市交通問題的主要手段。 風(fēng)機在地鐵和隧道中的作用毋庸置疑， 它能直接的影響一個城市的新型軌道交通的運行。

2 地鐵和隧道風(fēng)機的市場前景

2. 1 地鐵風(fēng)機市場前景

中國軌道交通自 20 世紀 60 年代北京有了*條地鐵以來， 發(fā)展緩慢。 直到十五期間(2001～2005) 才開始迅猛發(fā)展。 十五期間， 我國軌道交通投資 2000 億元， 建成 550km 城市軌道交通。 十一五(2006--2010) 規(guī)劃建設(shè) 1700km 軌道交通， 投資總額近 6000 億元。 2010年中國城市軌道交通建成里程。 由以上數(shù)據(jù)可粗略估算地鐵風(fēng)機的市場前景。 據(jù)北京城建設(shè)計院估算， 地鐵風(fēng)機投資占地鐵總投資的 0． 2％J-左右。 十一五期間軌道交通投資 6000 億元， 因軌道交通包括地鐵、 輕軌、 磁懸浮列車等， 假設(shè)地鐵投資占軌道交通總投資的 3／ 4，則十一五期間地鐵投資為 4500 億元， 其中 0． 2％11P 9 億元為地鐵風(fēng)機市場， 平均每年近

10 億元。 按已規(guī)劃的 8000 億元軌道交通投資， 每年增速 6％左右， 以上估計不很準確， 僅供參考。

2. 2 隧道風(fēng)機市場前景

隧道主要有高速公路， 普通公路隧道， 鐵路隧道及江河、 海底隧道等。

2. 2. 1 鐵路里程和投資規(guī)劃

十一五期間， 中國鐵路運行總里程將從 2005 年的 7． 5 萬 km 增加到 9 萬 km 以上， 同比增速20％(年增速 4％) ， 新建鐵路 1． 7 萬 km， 是十五期間的 2． 3 倍， 總投資超過 12500 億元(2008年 10 月 24 日鐵道部新聞發(fā)言人王勇說國務(wù)院已批復(fù)投資 2 萬億元) 。

2. 2. 2 高速公路里程和投資規(guī)劃

2005 年底全國國家級高速公路 4． 1 萬 km， 居世界第二位， 2006 年新增 4460km， 總里程達 4． 546 萬 km， 規(guī)劃 2010 年達 5． 5 萬 km(普通公路達 210-230 萬 km) ， 新增國家級高速公路近萬 kin(年增速 4％) ， 按高速公路平均投資 500 萬美元／ km 計算， 十一五期間需投資 3500 億元。 由以上統(tǒng)計的鐵路和高速公路建設(shè)里程， 每年以 4％左右增加， 隧道風(fēng)機的市場需也應(yīng)同步增加。

3 地鐵風(fēng)機的系列品種、 特點和應(yīng)用范圍

3. 1 目 前國內(nèi)地鐵通風(fēng)排煙系統(tǒng)概況

地鐵的通風(fēng)排煙系統(tǒng)大致分為兩類” *類是通風(fēng)和排煙同為一個系統(tǒng)， 即通風(fēng)和排煙系統(tǒng)共用風(fēng)機、 消聲器、 風(fēng)口、 風(fēng)道和風(fēng)亭。 通過風(fēng)機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)， 開啟或關(guān)閉各種管網(wǎng)上的閥門來實現(xiàn)系統(tǒng)對某一地點(如車站、 隧道、 設(shè)備管理用房) 的送風(fēng)或排煙， 使系統(tǒng)對正常狀態(tài)或事故狀態(tài)運行模式的切換。 當(dāng)然風(fēng)機的正反轉(zhuǎn)、 閥門的切換都是通過遠程遙控實現(xiàn)的， 北京的地鐵采用此類通風(fēng)排煙系統(tǒng)。 第二類是通風(fēng)系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)分開設(shè)置， 各自分別形成相對獨立的系統(tǒng)。 即通風(fēng)系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)是由各自獨立的風(fēng)機、 消聲器、 風(fēng)道、 風(fēng)口和風(fēng)亭組成。 排煙口設(shè)置在站臺頂部， 站臺內(nèi)煙氣流動為垂直向上由風(fēng)機抽出至風(fēng)亭排出。

上海、 廣州地鐵的通風(fēng)排煙系統(tǒng)是上面兩種方式的結(jié)合， 即隧道內(nèi)采用*種方式， 站臺上采用第二種方式。 由于地鐵通風(fēng)排煙和空調(diào)系統(tǒng)耗電量占整個地鐵耗電量的 l／ 2—1／ 3，因此從節(jié)能、 安全考慮， 對地鐵通風(fēng)排煙和空調(diào)系統(tǒng)不斷進行改造更新， 所以除以上兩種方式外還可能有其它方式不斷出現(xiàn)。

3. 2 地鐵風(fēng)機的分類

根據(jù)我國地鐵風(fēng)機用戶的需要和我國地鐵風(fēng)機生產(chǎn)廠家目前已有的產(chǎn)品情況， 我國地鐵風(fēng)機可以分為三類： *類是雙向軸流風(fēng)機(可逆轉(zhuǎn)軸流風(fēng)機) ； 第二類是單向軸流風(fēng)機； 第三類是射流風(fēng)機。

3. 2. 1 雙向軸流風(fēng)機

此類風(fēng)機適用于需要通過葉輪正、 反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)通風(fēng)排煙系統(tǒng)運行模式的切換， 如 2． 1

所述的*類通風(fēng)排煙系統(tǒng)中應(yīng)用的風(fēng)機。 風(fēng)機應(yīng)滿足以下用戶要求 Pl。

(1) 風(fēng)機葉輪可以正、 反轉(zhuǎn)運行， 且其風(fēng)壓、 風(fēng)量基本保持不變， 風(fēng)機正、 反轉(zhuǎn)運行效率要高， 達到節(jié)能降耗的目的。

(2) 具有耐高溫的特點： 安裝于車站通風(fēng)排煙系統(tǒng)中要求風(fēng)機能在 250℃介質(zhì)通過時連續(xù)工作 lh， 在 280 c12 介質(zhì)通過時連續(xù)工作 0． 5h。 安裝于隧道通風(fēng)排煙系統(tǒng)中要求風(fēng)機能在150℃介質(zhì)通過時連續(xù)工作 lh。

(3) 風(fēng)機正、 反轉(zhuǎn)切換應(yīng)在 60s 內(nèi)完成。

(4) 噪聲低， 地鐵設(shè)計規(guī)范 GB50157-92(地下鐵道設(shè)計規(guī)范》 規(guī)定： 隧道通風(fēng)設(shè)備傳至車站的噪聲不得超過 70dB(A) ， 傳至地面風(fēng)亭的噪聲應(yīng)符合“城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準” (GB3096—93) 。 對地鐵一般屬于 4 類區(qū)域， 噪聲不能超過 55-70dB(A) 。

(5) 在各種運行工況下不發(fā)生喘振

(6) 裝備比較完善的監(jiān)控和安全保護系統(tǒng)。

(7) 安裝簡便， 體積小和質(zhì)量輕。

3. 2. 2 單項軸流風(fēng)機

此類風(fēng)機適用于通風(fēng)排煙系統(tǒng)在任何模式運行只要求風(fēng)機單向運行

3. 2. 3 射流風(fēng)機

此類風(fēng)機在地鐵中應(yīng)用較少， 只在折返線和盡端線隧道中應(yīng)用。

4 風(fēng)機的效率

4． 1 3 種葉型風(fēng)機的效率評估

根據(jù)已掌握的資料和信息， 在地鐵風(fēng)機運行工況范圍內(nèi)單向地鐵軸流風(fēng)機的*高全壓效率為 7596---8096， 反、正風(fēng)量之比為 7096 左右。*近有文章報道*高全壓效率能達到 82％，這是乞今為止此類風(fēng)機報道的的*高效率。 對于雙向可逆非對稱葉型風(fēng)機， 達到的*高全壓效率要比單向風(fēng)機的低一些， 反、 正風(fēng)量之比要高一些。 德國 VoithN018 地鐵風(fēng)機實測的*高全壓效率為 77％(按 GBfI' 1236-2000《工業(yè)通風(fēng)機用標(biāo)準化風(fēng)道進行性能試驗》 ) ， 反、正風(fēng)量之比為 6096-7096。 對于雙向可逆完全對稱葉型， 此類風(fēng)機的氣動力學(xué)原理決定其效率較低， 一般只有 50％-65％。 但正、 反風(fēng)量之比為 100％， 正反性能曲線完全一樣。

4． 2 影響效率的測試因素

4. 2． 1 測試標(biāo)準

20 多年前的老標(biāo)準(GBl236-76(通風(fēng)機性能試驗方法》 ) 曾用風(fēng)機葉輪環(huán)形面積計算風(fēng)機出口動壓，從 1985 年開始(GBl236—85(通風(fēng)機空氣動力性能試驗方法》) 到現(xiàn)在的 GBfI' 1236—2000， 規(guī)定用風(fēng)機出口圓形面積計算風(fēng)機動壓， 二者效率相差 6％-1096， 應(yīng)該統(tǒng)一用GBfrl236-2000 的標(biāo)準來測試計算風(fēng)機的效率， 有些生產(chǎn)廠樣本上風(fēng)機效率達到 88％， 可按老標(biāo)準， 按新標(biāo)準是不可能達到 88％的。

4. 2. 2 效率的定義

(1) 風(fēng)機進口一葉輪出口定義為風(fēng)機級效率(嚴格說還要減去進風(fēng) El 損失) 。

(2) 風(fēng)機進口—擴壓器出口定義為風(fēng)機效率。

(1) 、 (2) 的效率一般相差 6％一 10％。 地鐵風(fēng)機一般用風(fēng)機進口一擴壓器出口的全壓效率來衡量風(fēng)機的節(jié)能水平。

4. 2. 3 測試誤差， 尤其是流量測量的誤差較大。

4. 3 對提高地鐵風(fēng)機效率、 節(jié)能降耗的建議

4. 3. 1 繼續(xù)在氣動設(shè)計優(yōu)化方面進行探討， 例如環(huán)量沿葉高分布， *優(yōu)輪轂比等。

4. 3. 2 單向軸流風(fēng)機可以采用 R+S(轉(zhuǎn)子+后導(dǎo)葉) ， 后導(dǎo)葉葉型為機翼型， 效率可提高 3％～5％。 后導(dǎo)葉兼做電機支撐。

4. 3. 3 風(fēng)機用戶在選型時不要過分強調(diào)正、 反風(fēng)性能 10096 完全一致。 實踐和理論證明： 正、反風(fēng)性能完全一致的對稱葉型風(fēng)機效率低， 與非對稱葉型風(fēng)機相比， 低 8％-10％， 這對耗能是一個十分可觀的數(shù)字。 德國 Voith 地鐵風(fēng)機， 作為地鐵事故抽， 排風(fēng)兩用風(fēng)機的主力產(chǎn)品， 其反、 正風(fēng)之比為 70％左右。 我國援建伊朗鐵用的 200 多臺地鐵風(fēng)機， 其反、 正風(fēng)量之比為 60％-． -7096。 按國內(nèi)地鐵風(fēng)機樣本選型， 達到全壓 1000Pa． 風(fēng)量 60m3／ s， 若按單向風(fēng)機選型， 選 Nol8 即可， 但按可逆風(fēng)機選型， 需選 N020， 效率降低 8％o 為了解決可

逆風(fēng)機效率低的問題， *近有人設(shè)計將整臺風(fēng)機旋轉(zhuǎn) 1800 嘲， 但旋轉(zhuǎn)機構(gòu)比較復(fù)雜。

4． 3． 4 提高風(fēng)機運行效率

風(fēng)機的實際運行效率并不等于風(fēng)機的*高效率， 為使風(fēng)機實際運行工況處于風(fēng)機的高效區(qū)， 必須精心做好選型工作， 準確計算風(fēng)機的常用風(fēng)量、 風(fēng)壓和變工況范圍， 防止大馬拉小車現(xiàn)象。

4． 3． 5 加裝集流器和擴壓器在空間場地允許的條件下， 在風(fēng)機前加裝集流器， 風(fēng)機后加裝擴壓器。 集流器、 擴壓器需要精心設(shè)計。 集流器使進入風(fēng)機的氣流平整光滑， 減少渦流， 可增加風(fēng)機的效率， 降低噪聲； 后加擴壓器可回收動壓， 使風(fēng)機出口速度降低， 射出的氣流與空氣混合時減少噪聲， 并可在以后風(fēng)道或風(fēng)管的流動中減小損失。

4． 4 噪聲

地鐵風(fēng)機噪聲的要求是很高的， 從氣動力學(xué)設(shè)計可以降低一些噪聲， 但目前的水平不可能解決根本問題。 加裝消聲器是*好的選擇， 并且效果明顯， 完全可以達到國家有關(guān)規(guī)定。

4． 5 防喘振

防止喘振目前*常用的方法是設(shè)置放空閥門， 一旦發(fā)生喘振， 打開放空閥。 可以設(shè)置自動化系統(tǒng)， 當(dāng)風(fēng)機運行接近喘振點時， 發(fā)出警報并自動打開放空閥， 這是*簡單、 可靠、 成熟的方法。 目前在軸流風(fēng)機上獲得廣泛應(yīng)用。 還有一種方法是風(fēng)機葉片頂部前后加“防喘振環(huán)”， 防喘振環(huán)是一個內(nèi)裝分流小葉片的短圓環(huán)。 由于防喘振環(huán)的存在， 葉尖和機殼之間的

徑向間隙大為增加， 在風(fēng)機正常運行時， 導(dǎo)致葉片壓力面流向吸力面大量的二次流； 并且防喘振環(huán)破壞了進入葉片氣流的均勻性和光滑性。 風(fēng)機接近喘振時， 葉尖邊界層發(fā)生嚴重分離并產(chǎn)生渦流， 防喘振環(huán)可以吸吮邊界層， 環(huán)內(nèi)分流小葉片可破碎渦流， 并對氣流整流， 使氣流均勻流入葉片， 延遲喘振或不發(fā)生喘振。 在正常運行時， 裝有防喘振環(huán)風(fēng)機的效率可降低3％-4％， 如果防喘振環(huán)設(shè)計不好或加工粗糙， 效降低得更多。 風(fēng)機發(fā)生喘振， 本身是一個事故。 風(fēng)機偏離設(shè)計點， 在喘振點附近運行， 說明管網(wǎng)阻力嚴重， 遠遠偏離設(shè)計值， 有兩個原因： 一是實際管網(wǎng)阻力與設(shè)計計算值相差較大， 風(fēng)機選型不當(dāng)； 二是發(fā)生突發(fā)事故使管網(wǎng)阻力驟然增大。 對于*個原因， 要檢查風(fēng)機廠家提供的樣本上的流量——壓力曲線和喘振線是否準確(包括反風(fēng)曲線) ； 二是地鐵設(shè)計者計算的管網(wǎng)阻力是否有誤； 對于第二個原因，當(dāng)突然事故發(fā)生后， 對于風(fēng)機來說， 應(yīng)保證風(fēng)機繼續(xù)運行， 輸送盡可能多的風(fēng)量。 打開放空閥雖然能保持風(fēng)機繼續(xù)運行， 但送風(fēng)量很小甚至沒有， 而加有防喘振環(huán)的風(fēng)機既能做到保持風(fēng)機運行， 還可輸送一些風(fēng)量。 *理想的是在葉輪前后設(shè)置可自動控制門開度的旁通管路，這樣效果更好。 在不發(fā)生事故時， 關(guān)上旁通閥門， 使風(fēng)機處于高效運行， 事故發(fā)生時， 調(diào)節(jié)閥門打開使風(fēng)機不發(fā)生喘振。 筆者認為： 對于地鐵風(fēng)機設(shè)置防喘振環(huán)， 弊大于利。 國外地鐵風(fēng)機， 如德國 Voith 地鐵風(fēng)機也未加防喘振環(huán)。 煤礦風(fēng)機應(yīng)用的歷史也可借鑒， 煤礦風(fēng)機在保證煤礦安全上所起的作用和重要性不亞于地鐵風(fēng)機。 在防止煤礦風(fēng)機喘振問題上， 也曾有過在風(fēng)機上是否要加防喘振環(huán)的爭論， 后來經(jīng)過實踐， 逐漸統(tǒng)一了 認識。 目前， 煤礦風(fēng)機已很少加有防喘振環(huán)， 而采用簡單實用的放空閥方法。 采用完全可逆風(fēng)機和防喘振環(huán)這兩項，使地鐵風(fēng)機在正常運行狀況下的*高效率降低 1096-1596， 多耗電是明顯的， 例如： 地鐵風(fēng)機*常見的 1000Pa， 60m3／ s 參數(shù)， 如風(fēng)機效率按 70％計算， 耗電 85． 7kW， 效率按 80％計算， 耗電 75kW， 每天按 20h 運行， 一年下來一臺風(fēng)機就多耗電 7． 7 萬 kW· h。

4. 6 風(fēng)機監(jiān)控和安全保護系統(tǒng)

用戶希望提供完善、 可靠的風(fēng)機監(jiān)控和安全保護系統(tǒng)， 包括對電機前后軸承溫度、 三相繞組溫度、 電機電流、 電壓、 功率， 風(fēng)機的風(fēng)量、 風(fēng)壓、 效率， 接近喘振點風(fēng)壓， 風(fēng)機裝置的振動等。 將這些參數(shù)進行動態(tài)實時監(jiān)控， 用計算機進行顯示、 記錄、 報警、 遠程遙控， 形成一個完整、 可靠的安全保護系統(tǒng)。 從目前的發(fā)展情況， 這些技術(shù)已相當(dāng)成熟。 其中風(fēng)機風(fēng)量和效率的遠程監(jiān)控比較麻煩， 但目前也已成功解決。 對于溫度、 壓力和電機參數(shù)的監(jiān)控可以說已經(jīng)非常成熟， 并且成本也非常低廉， 完全有條件建立比較完善的安全保護系統(tǒng)。

4. 7 風(fēng)機的外觀質(zhì)量

用戶反映國產(chǎn)地鐵風(fēng)機外觀質(zhì)量較差， 國外風(fēng)機工藝精美。 用戶還反映國外風(fēng)機體積小、質(zhì)量輕； 而國產(chǎn)風(fēng)機比較笨重， 這要從工藝上下功夫。 另外是選配電機的問題， 例如對壓力1000Pa， 風(fēng)量 60m3／ s 的地鐵常用參數(shù)， 德國 Voith 選用的風(fēng)機是№18， 電機為 6 極， 90kW，而我國一些風(fēng)機廠選用的是№20 風(fēng)機， 6 極電機， llOkW 甚至 132kW。

5 隧道通風(fēng)系統(tǒng)類型和風(fēng)機選型

5. 1 縱向通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)氣流從隧道進口流向隧道出口， 不需要安裝通風(fēng)管道或設(shè)置土建通風(fēng)道。 縱向通風(fēng)由射流風(fēng)機來完成， 通常以一定數(shù)量的射流風(fēng)機(一臺或者兩臺并聯(lián)) 和一定的間距吊掛在隧道頂部， 風(fēng)機之間的間隔為隧道橫截面的當(dāng)量水力直徑的 10 倍以上。 新風(fēng)由射流風(fēng)機進口吸入， 氣流經(jīng)葉輪加功以 25-30m／ s 的速度從風(fēng)機出 121 噴出， 噴射氣流的動能傳遞給隧道內(nèi)的空氣， 從而產(chǎn)生隧道內(nèi)空氣壓差， 克服阻力使空氣沿著噴射方向向前運動， 經(jīng)一定距離空氣動能耗盡時， 又被下一臺射流風(fēng)機吸入， 經(jīng)葉輪加功， 繼續(xù)前進， 這樣“接力” 似的*終將廢氣排出洞口。 不難看出， 用射流風(fēng)機來完成縱向通風(fēng)， 隧道中的廢氣濃度是從進口端向出口端增加的 14t。 射流風(fēng)機縱向通風(fēng)系統(tǒng)只適合中等長度的隧道通風(fēng)(5-6km) ， 對隧道較長， 必須在隧道中間開設(shè)進、 排風(fēng)豎井， 組成縱、 橫向混合通風(fēng)系統(tǒng)。 可逆運轉(zhuǎn)的射流風(fēng)機可使隧道通風(fēng)工況具有較大的選擇性， 單洞雙向隧道可以雙向通風(fēng)， 在發(fā)生火災(zāi)事故時可反轉(zhuǎn)排煙。 射流風(fēng)機縱向通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)備費用和運營費用較低。

5. 2 全橫向通風(fēng)系統(tǒng)

沿隧道方向設(shè)置送、 排風(fēng)道， 新風(fēng)集中從進風(fēng)亭采集， 排風(fēng)集中從排風(fēng)亭排出。 一般將送風(fēng)道設(shè)置在道路下面， 排風(fēng)道設(shè)置在車道上部， 送風(fēng)道與排風(fēng)道每隔一定間距設(shè)有送、 排風(fēng)口。 在事故工況下沿隧道橫斷面及時排風(fēng)， 由此抽出煙霧。 此種通風(fēng)方式適合于長隧道，是各種通風(fēng)方式中*可靠、 *舒適的一種通風(fēng)方式。 全橫向通風(fēng)能保持整個隧道全程均勻的廢氣濃度和*佳的能見度， 但設(shè)備投資和運行費用*高。 全橫向通風(fēng)系統(tǒng)選用的送風(fēng)機和排風(fēng)機根據(jù)隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計者對風(fēng)機的全壓、 風(fēng)量的要求選配， 一般選配軸流風(fēng)機， 也有選配離心風(fēng)機的。 軸流風(fēng)機的調(diào)節(jié)方式可選用動葉可調(diào)， 動葉固定； 電機可選用雙速或三速。

5. 3 半橫向通風(fēng)系統(tǒng)

該系統(tǒng)又可分送風(fēng)型和排風(fēng)型兩種通風(fēng)方式。 送風(fēng)型是指新風(fēng)由風(fēng)機經(jīng)新風(fēng)道送至沿隧道長度布置的各個通風(fēng)口， 廢氣則由隧道兩端逸出； 排風(fēng)型則相反， 新風(fēng)從兩端洞口吸入。排風(fēng)由布置在隧道不同長度的各個排風(fēng)口抽出至排風(fēng)亭排出。 半橫向通風(fēng)系統(tǒng)選的風(fēng)機與全橫向通風(fēng)系統(tǒng)相同。

6 結(jié)論

本文經(jīng)過對地鐵和隧道風(fēng)機的理論研究和經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)支持從未來發(fā)展角度對風(fēng)機的應(yīng)用做了 論證， 得出風(fēng)機將在地鐵隧道中起到至關(guān)重要的作用。