Czytaj dalej - Flakt Bovent

POWIETRZE
A R T Y K U Ł
S P O N S O R O W A N Y
Bartosz Pijawski
Fläkt Bovent Sp. z o.o.
Marmaray – projekt,
który zmienił standardy wentylacji tunelowej
4 sierpnia br. przeprowadzono pierwszy próbny przejazd kolei podmiejskiej ze wschodniej części Stambułu
do zachodnich dzielnic. Zrealizowano w ten sposób projekt, który był marzeniem mieszkańców tureckiej stolicy
od ponad stu lat. Obie części Stambułu rozdziela cieśnina Bosfor – wymagało to wykonania tunelu o długości
ponad 13 km w strefie często nawiedzanej przez trzęsienia ziemi i z natężonym ruchem nawodnym. Tunel
znajduje się 60 m poniżej poziomu morza, a jego strop 5 m pod morskim dnem. Wyjątkowa konstrukcja tunelu
wymagała równie wyjątkowych rozwiązań z zakresu wentylacji. Temu wyzwaniu sprostała brytyjska fabryka
koncernu Fläkt Woods.
N
owoczesne tunele kolejowe, w tym metra, różnią się znacznie od wszystkich
innych tuneli komunikacyjnych. Pojazdy szynowe osiągają coraz większe prędkości i są
najdłuższymi przemieszczającymi się w tunelach. Ich przejazd pomiędzy stacjami powoduje
powstawanie efektu tłoka (impulsu), który
wywołuje wzrost ciśnienia na czole składu
i jego gwałtowny spadek za składem. Jest to
zmiana ciśnienia rzędu 300–400 Pa. Ponieważ
nowoczesne stacje w trosce o komfort pasażerów chronione są przed wpływem warunków
atmosferycznych za pomocą przeszkleń i automatycznych drzwi, różnica ta w zależności
od długości tunelu pomiędzy stacjami może
rosnąć o kolejne 200 do 400 Pa. Oznacza to,
że wentylatory oddymiające w tunelu tego
typu muszą skompensować zmiany ciśnienia
sięgające prawie 1000 Pa, czyli blisko dwukrotnie wyższe niż wynikające z obliczeń dla
samego oddymiania tunelu.
Kolejnym problemem jest hałas urządzeń,
które pracują w przestrzeniach pozbawionych
elementów tłumiących (wykończenie z wykorzystaniem betonu, stali i kamienia naturalnego, bez roślinności, przeszkód, np. przegród lub
pawilonów, itp.). W takich warunkach hałas
pochodzący od wentylatorów często wręcz
ulega wzmocnieniu. To z kolei powoduje wzrost
zapotrzebowania na ciśnienie robocze wentylatora niezbędne do pokonania oporów tłumików
i przepustnic. Rośnie zatem konieczność zwiększenia sprawności układu, żeby efekt redukcji
hałasu na tłumikach nie został skonsumowany
przez zwiększenie ciśnienia akustycznego spowodowane wzrostem sprężu. Dodając do tego
wymagane wysokie wydajności, otrzymujemy
parametry, których nie można osiągnąć przy
użyciu standardowego wentylatora osiowego
z pojedynczym wirnikiem.
Wymagania dotyczące wentylatorów oddymiających w tunelu Marmaray wymagały
zastosowania całkowicie nowych konstrukcji.
84
wrzesień 2013
Najgorszy scenariusz przewidywał pożar pociągu, którego długość może przekraczać kilometr, w środku tunelu. Z tego względu zespół
wentylatorowy, składający się z wentylatora,
tłumików, ramy i elementów tłumiących drgania, musiał mieć następujące parametry:
Ciśnienie
3400 Pa
Impulsowa zmiana ciśnienia
± 500 Pa
Wydajność
144 m3/s
Moc wentylatora
710 kW
Sprawność minimalna
70%
Ciśnienie akustyczne
(od strony tunelu)
85 dBA
w odl. 10 m
od wentylatora
Ciśnienie akustyczne
(od strony atmosferycznej)
85 dBA
w odl. 10 m
od wentylatora
Certyfikacja wg EN 12101-3
250°C/1 h
Rewersyjność
Gęstość powietrza
100%
1,38 kg/m3
Wymagania dotyczące wydajności możliwe
są do osiągnięcia w przypadku osiowego wirnika o średnicy przekraczającej 2 m. Właściwe
ciśnienie mogą zapewnić wirniki o średnicy
co najmniej 2240 mm. Pojedynczy wirnik
o wielkości 2500 mm jest w stanie osiągnąć
wymagane parametry pracy przy odpowiedniej
sprawności (rys. 1).
W przypadku takiej konstrukcji występują
jednak dwa podstawowe problemy. Pierwszym jest wytrzymałość materiałowa łopatek.
Łopatki aluminiowe mogą osiągać maksymalną
prędkość na szczytowej krawędzi 175 m/s.
Dla średnicy wirnika 2500 mm przy prędkości
obrotowej 1500 rpm prędkość szczytu łopatki
jest większa od dopuszczalnej i wynosi 196 m/s.
Ze względu na ryzyko zbyt wysokich naprężeń
i w konsekwencji pęknięcia łopatki należałoby
użyć innego materiału. Sprawdzonym w przemyśle lotniczym rozwiązaniem jest tytan, jednak
poza zwiększeniem kosztów występuje tu drugi
problem – głośność urządzenia, przekraczająca
o 10 dB dopuszczalne wartości.
Można pozostać przy technologii aluminiowej, zmniejszając prędkość obrotową i stosując dwa przeciwbieżne układy silnik – wirnik.
Zastosowanie dwóch wirników pozwala na
osiągnięcie żądanego sprężu już przy prędkości
oborowej ok. 900 rpm. Przeciwbieżne wirniki
dzięki wzajemnemu znoszeniu ruchu wirowego
powietrza na wyjściu wentylatora pozwalają
zwiększyć sprawność układu do 78% (rys. 2).
Jednak dwukrotnie większa liczba źródeł
hałasu powoduje, że mimo mniejszej prędkości obrotowej układ taki przekracza o 15 dB
przyjętą granicę hałasu w tunelu.
Trzecim rozważanym rozwiązaniem była
konstrukcja znana już od lat 50. zeszłego
stulecia – wentylator z dwoma wirnikami
zamontowanymi na przedłużonym wale silnika po obu stronach jego obudowy. Tego
typu rozwiązanie przy zwiększeniu średnicy
wirników do 2800 mm pozwala na uzyskanie
żądanego punktu pracy ze sprawnością 75%
i głośnością zestawu jedynie o 8 dB wyższą
niż zakładana (rys. 3). Pozwoliło to na zastosowanie relatywnie krótkich tłumików, a cały
zestaw był najkrótszy ze wszystkich trzech
rozpatrywanych wariantów.
Zmiana średnicy z 2,5 na 2,8 m umożliwiła
zapewnienie pełnej rewersyjności wentylatora
rynekinstalacyjny.pl
POWIETRZE
A R T Y K U Ł
Rys. 1. Charakterystyka wentylatora z jednym wirnikiem o średnicy 2,5 m
ze sprawnością 71% w punkcie pracy założonym dla tunelu Marmaray
Rys. 2. Charakterystyka dwuwirnikowego wentylatora o średnicy 2,5 m
ze sprawnością 78% w punkcie pracy założonym dla tunelu Marmaray
pomieszczeniach),
właśnie ta koncepcja została wybrana
do realizacji.
Problem wielkości wentylatorowni,
utrudnionego dostępu
do niej i do samych
urządzeń oraz bardzo
rygorystycznych warunków pracy wymusił zastosowanie modułowej konstrukcji
obudowy wentylatora, która pozwalałaRys. 3. Charakterystyka wentylatora z dwoma wirnikami o średnicy 2,8 m
by na demontaż jej
na wale jednego silnika ze sprawnością 75% w punkcie pracy
fragmentów w celu
założonym dla tunelu Marmaray
uzyskania dostępu do
oraz zmniejszenie prędkości obrotowej wirni- wnętrza urządzenia w konkretnym miejscu bez
ków do 890 obr/min. Dzięki temu kompletny konieczności demontażu całego zestawu.
zestaw wentylatora z dwoma dwudziestoWprawdzie Turcja nie należy do Unii Eułopatkowymi wirnikami oraz obustronnymi ropejskiej i na jej terenie nie obowiązują
tłumikami generował ciśnienie akustyczne dyrektywy unijne, jednak ze względu na
na poziomie 81 dB od strony tunelu i 82,3 dB europejskie aspiracje Stambułu w projekcie
od strony atmosferycznej. Ponieważ długość Marmaray założono, że wentylatory będą
wentylatorów wraz z tłumikami i konstrukcją certyfikowane zgodnie z normą EN 12101-3.
nośną jest jednym z kluczowych elementów Ponieważ norma ta dopuszcza certyfikację
wpływających na koszt budowy tunelu (wen- rodziny produktów różniących się rozmiarem
tylatory zostały zaplanowane w specjalnych na podstawie badań wybranego modelu,
dzięki testom nowo opracowanego wentylatora koncern Fläkt Woods uzyskał całą linię
dwuwirnikowych wentylatorów tunelowych
z certyfikatem w klasie F300 (300°C przez
2 godz.). Wybrano klasę F300 zamiast wymaganej w obiekcie niższej, jednogodzinnej
odporności na temperaturę 250°C. Klasa
F300 jest bardziej uniwersalna, a w dodatku
jako standardowa wymaga mniejszej liczby
testów i dokumentacji.
Dzięki pracy przy projekcie tunelu pod Bosforem zespół inżynierów z fabryki Fläkt Woods
Ltd. w Colchester wyznaczył nowe standardy
Wizualizacja wentylatora oddymiającego
dla projektu tunelu pod cieśniną Bosfor
dla wentylacji tuneli, korzystając z bogatego
rynekinstalacyjny.pl
S P O N S O R O W A N Y
doświadczenia w produkcji wentylatorów
na potrzeby górnictwa. Przesunięto również
granicę dostępnego sprężu roboczego z dotychczasowych 2000 Pa do prawie 4000 Pa,
co otwiera zupełnie nowe możliwości dla
wentylacji pożarowej i instalacji oddymia-
Gotowy wentylator przygotowany do wysyłki
jących. Jednocześnie rozwiązano problem
dostępu ekip serwisowych do wnętrza wentylatora poprzez specjalnie zaprojektowaną
modułową obudowę. Łączny koszt zespołów
wentylacyjnych dla tunelu Marmaray wyniósł
7 mln euro, co plasuje ten projekt wśród
największych tego typu na świecie i sprawia,
że jest to największy projekt wentylacji tuneli
realizowany w Europie.
Literatura
Sheard A.G., Daneshkhah K., The Conceptual Design
of High Pressure Reversible Axial Tunel Ventilation Fans,
w: „Advances in Acoustic and Vibration” Vol. 2012, Hindawi
Publishing Corporation.
Fläkt Bovent Sp. z o.o.
05-850 Ożarów Mazowiecki
Ołtarzew, ul. Południowa 2
www.flaktwoods.pl
wrzesień 2013
85