thiết kế điều khiển hệ thống thông gió hầm đường bộ

Các thiết bị trong hệ thống thông gió hầm đường bộ thủ thiêmChương 2: tính toán và lựa chọn thiết bị động lực2.1 Các động cơ sử dụng trong hệ thống2.2 Lựa chọn biến tần2.3 Các thiết bị b

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2022-2023

THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG THÔNG GIÓ HẦM

ĐƯỜNG BỘ

Sinh viên thực hiện:

Lê Thị Tuyết - 201513857 Nguyễn Văn Tuấn - 201513854 Nguyễn Tuấn Phúc - 201507316 Đặng Văn Tùng – 201513855 Lớp: Trang bị điện trong công nghiệp và giao thông 2

Khóa: 61 Giáo viên hướng dẫn: TS An Thị Hoài Thu Anh

Hà Nội – 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG THÔNG GIÓ HẦM

ĐƯỜNG BỘ

Sinh viên thực hiện:

Đặng Văn Tùng, Nguyễn Tuấn Phúc, Lê Thị Tuyết, Nguyễn Văn Tuấn

Lớp: Trang bị điện trong công nghiệp và giao thông 2

Khóa: 61

Giáo viên hướng dẫn: TS An Thị Hoài Thu Anh

Hà Nội – 2023

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Điều khiển, giám sát hệ thống thông gió hầm đường bộ

- Nhóm Sinh viên thực hiện:

Đặng Văn Tùng, Nguyễn Tuấn Phúc, Lê Thị Tuyết, Nguyễn Văn Tuấn

- Lớp: Trang Bị Điện 2

- Khoa: Điện-Điện tử

- Số năm đào tạo: 4,5

- Người hướng dẫn: TS.An Thị Hoài Thu Anh

2 Mục tiêu đề tài: Đề tài “thiết kế hệ thống giám sát,điều khiển và giám sát quạt thông giótrong hầm” để giám sát, điều khiển lượng khí thải ở ngưỡng cho phép chống cháy nổ, vàđảm bảo sức khỏe cho người tham gia giao thông trong hầm đường bộ

3 Tính mới và sáng tạo:

- Kết nối hệ thống điều khiển quạt cấp, quạt thải qua internet

4.Kết quả nghiên cứu:

- Xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát hầm đường bộ sử dụng PLC

- Điểu khiển tốc độ của các quạt thải và quạt cấp

- Xây dựng mô phỏng hệ thống điều khiển và giám sát

- Kết nối hệ thống điều khiển quạt cấp, quạt thải qua internet

5 Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và khả năng

áp dụng của đề tài:

Sản phẩm của đề tài có khả năng triển khai thực tế, góp phần trong việc lưu thông và đảmbảo an toàn cho người dân về việc sử dụng hầm đường bộ Tránh gây ra tai nạn khi có hỏahoạn xảy ra trong hầm

6 Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài:

Ngày tháng năm

Sinh viên chịu trách nhiệm

chính thực hiện đề tài

(ký, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực

hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

Ngày tháng năm

Người hướng dẫn

(ký, họ và tên)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường Đại học GTVT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỀ TÀI

BỘ MÔN KĨ THUẬT ĐIỆN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Sinh viên: Đặng Văn Tùng, Nguyễn Tuấn Phúc, Lê Thị Tuyết, Nguyễn Văn Tuấn

Yêu cầu và nội dung đề tài :

Chương 1: Tổng quan công nghệ hệ thống thông gió hầm đường bộ

Chương 2: Tính toán và thiết kế phần mạch lực

Chương 3: Tính toán và Thiết kế phần điều khiển

Chương 4: Xây dựng chương trình điều khiển, giám sát cho hệ thống

Chương 5: Đánh giá, kiểm nghiệm mô hình

Phụ lục Chương 1: Tổng quan công nghệ thông gió hầm đường bộ

1.1 Các giải pháp thông gió hầm đường bộ

1.2 Các thiết bị trong hệ thống thông gió hầm đường bộ thủ thiêm

Chương 2: tính toán và lựa chọn thiết bị động lực

2.1 Các động cơ sử dụng trong hệ thống

2.2 Lựa chọn biến tần

2.3 Các thiết bị bảo vệ và đóng cắt

Chương 3: tính toán và lựa chọn thiết bị điều khiển

3.1 Tính số lượng đầu vào, đầu ra

3.2 Lựa chọn PLC và module mở rộng

3.3 Lựa chọn các cảm biến đầu vào

3.3.1 Thiết bị chỉ báo tầm nhìn – VI

3.3.2 Thiết bị đo nồng độ CO

3.3.3 Thiết bị báo tốc độ gió và hướng gió - AV

3.4 Bảng phân bố địa chỉ vào, đầu ra

Chương 4: xây dựng chương trình điều khiển, giám sát cho hệ thống

4.1 Xây dựng thuật toán chương trình điều khiển

4.1.1 Chế độ làm việc, chế độ điều khiển

Chương 5: Đánh giá, kiểm nghiệm mô hình thông gió hầm đường bộ KẾT LUẬN

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ THÔNG GIÓ HẦM ĐƯỜNG BỘ

1.1 CÁC GIẢI PHÁP THÔNG GIÓ HẦM ĐƯỜNG BỘ

1.1.1 Tầm quan trọng của việc thông gió trong hầm

Để duy trì sự sống và hoạt động binh thường con người cần có đủ lượng khôngkhí sạch để thở

Không khí sạch là không khí có tỷ lệ nhất định về các chất khí, có rất ít bụi và tỷ

lệ các chất khí độc ở dưới mức cho phép

Khi các phương tiện giao thông qua lại trong hầm nhiên liệu bị đốt cháy sẽ thảivào trong hầm nhiều loại khí độc cùng bụi, khói, hơi nước, nhiệt độ cao, làm cho khôngkhí trong hầm nhiễm bẩn Không khí bẩn gây nguy hại cho sức khỏe của hành khách vàcông nhân khi lưu thông trong hầm

Mặt khác trong địa tầng cùng tồn tại nhiều loại chất khí độc như CO2, CH4, H2S

do quá trình phân hủy sinh vật hoặc phân giải hóa học của nước dưới đất

Muốn không khí trong hầm luôn trong sạch cần phải đưa vào hầm một lượngkhông khí sạch cần thiết để hòa loãng và đẩy khí độc ra ngoài Quá trình ấy gọi là thônggió

1.1.2 Các giải pháp thông gió hầm đường bộ

1.1.2.1 Thông gió tự nhiên

Để đưa lưu lượng khí sạch vào hầm có nhiều giải pháp, trong đó có việc khôngkhí tự lưu thông qua hầm do tác động của các điều kiện tự nhiên, gọi là thông gió tựnhiên

Các điều kiện tự nhiên tác động làm không khí lưu thông qua hầm bao gồm:

1 Chênh lệch áp suất không khí do sự chênh lệch cao độ giữa 2 cửa hầm

Ta biết rằng càng lên cao áp lực không khí càng giảm Khi giữa 2 cửa hầm cóchênh lệch độ cao là H thì chiều cao cột thủy ngân ( cửa khí áp kế) có chênh lệch độ cao

Về mùa hè, do không khí bên ngoài hầm bị đốt nóng nên nhiệt độ cao hơn tronghầm và nhiệt độ ở cửa hầm dưới sẽ cao hơn nhiệt độ không khí ở cửa hầm trên Dokhông khí trong hầm lạnh hơn nên áp suất không khí trong hầm lớn hơn áp suất khôngkhí phía cửa hầm dưới nên có chuyển động của không khí từ trong hầm xuống cửa hầmthấp.

Về mùa đông nhiệt độ không khí bên ngoài thấp hơn nhiệt độ trong hầm nên có sựchuyển động của không khí từ cửa hầm thấp qua hầm ra cửa hầm cao

3 Chênh lệch áp suất do chuyển động của gió thiên nhiên bên ngoài hầm

Khi bên ngoài hầm có gió thiên nhiên chuyển động , không khí sẽ được thổi vàohầm Áp suất do gió thiên nhiên tùy thuộc vào tốc độ chuyển động của chúng và hướnggió so với cửa hầm Nếu cửa hầm thẳng với hướng gió thì áp suất lớn và luồng không khívào hầm nhiều, còn khi cửa hầm vuông góc với hướng gió thì gió chỉ lướt qua mà khôngvào được trong hầm

1.1.2.2 Thông gió nhân tạo

Khi lưu lượng không khí vào hầm và ra khỏi hầm do thông gió tự nhiên khôngđảm bảo lưu lượng yêu cầu thì cần phải thông gió nhân tạo

Thông gió nhân tạo thực hiện bằng quạt đẩy gió vào hầm hay hút gió bẩn tronghầm ra ngoài bằng các thiết bị quạt gió và dẫn gió

Các phương pháp thông gió nhân tạo dựa trên phương pháp dẫn gió trong hầm Cóthể phân làm thông gió dọc, thông gió ngang và thông gió hỗn hợp

Hình 1 1: Hệ thống thông gió dọc

Các nhóm thông gió dọc:

- Nhóm 1: Thông gió dọc đơn giản

Dọc theo hầu hết chiều dài của luồng hầm ô tô chạy, dòng không khí chỉ chuyểnđộng một chiều, không có thay đổi đột biến về động năng và thành phần bởi cácbiện pháp thông gió phụ trợ ( cửa gió, quạt, máy điều hòa không khí, máy lọcbụi…)

Trên thực tế, phương pháp thông gió dọc đơn giản chỉ nên áp dụng để thông giócác đường hầm ô tô có độ dài L ≤1000 m Trong đó, các đường hầm ô tô có độ dài

L ≤ 400 m có thể thông gió tự nhiên

- Nhóm 2: Thông gió dọc có đổi sức

Toàn bộ chiều dài luồng hầm ô tô chạy được chia làm hai hay nhiều đoạn, mỗiđoạn chừng 100- 300m Tại những vị trí chuyển tiếp các đoạn với nhau, nhờ hoạtđộng của thiết bị thông gió hỗ trợ để thay đổi hạ áp ( thường là quạt hướng trục treotrên trần luồng hầm ô tô chạy), dông không khí trong luồng hầm ô tô chạy tuykhông có được sự thay đổi về thành phần đáng kể nhưng đã có sự đột biến về nănglượng ( bổ xung hoặc tiêu thụ bớt động năng ) theo yêu cầu thông gió và phòngchống cháy

Trên thực tế các hầm đường ô tô có độ dài L 550m có thể phối hợp thông giódọc tự nhiên với thông gió dọc cưỡng bức nhờ các quạt gió trung gian Còn các hầmđường ô tô có độ dài L 1200m có thể phối hợp thông gió dọc cưỡng bức nhờ các

quạt của các trạm (quạt) cửa hầm với thông gió dọc cưỡng bức nhờ các quạt hướngtrục trung gian treo trên nóc hầm.

- Nhóm 3: Thông gió dọc từng đoạn

Toàn bộ chiều dài luồng hầm ô tô chạy được chia làm hai hay nhiều đoạn, với mỗiđoạn chừng 200-400m Tại các bị trí chuyển tiếp các đoạn với nhau nhờ hoạt động củadòng không khí từ công trình hoặc thiết bị thông gió hỗn hợp (cửa cấp gió, cửa hút gió,máy lọc gió, quạt hỗ trợ…) làm cho dòng không khí ở các đoạn liên tiếp với nhau trongluồng hầm ô tô chạy có sự khác nhau: hoặc là chỉ về hạ áp, lưu lượng và chiều gió hoặc

là về cả thành phần và chất lượng gió

+ Thông gió dọc từng đoạn, chiều gió không đổi

+ Thông gió dọc từng đoạn, chiều gió đối nhau

+ Thông gió dọc từng đoạn, chiều gió hỗn hợp các đoạn không đổi vớicác đoạn đối nhau

Mỗi đoạn luồng hầm ô tô chạy nằm giữa hai cửa gió, hai máy lọc gió cũng nhưgiữa các cửa gió với máy lọc gió có thể còn được phân chia thành hai hay nhiều phânđoạn bởi sự có mặt của thiết bị thông gió hỗn hợp, để thay đổi hạ áp tạo ra sự đột biến vềđộng năng của dòng không khí theo yêu cầu thông gió và phòng chống cháy/

Trong điều kiện thông gió bình thường, chất lượng gió của mỗi đoạn luồng hầm ô

tô chạy được thông gió dọc từng đoạn (nhóm 3), gần như chất lượng gió của một luồnghầm ô tô chạy được thông gió đơn giản (nhóm 1) có độ dài tương đương Nhưng khi gặp

sự cố thông gió, ví dụ xe cháy ở gần vị trí chuyển tiếp các đoạn với nhau thì tác hại củaluồng hầm ô tô dài chia đoạn lại lớn hơn rất nhiều so với tác hại của luồng hầm ô tô chỉ

có một đoạn

Cho nên phương pháp thông gió dọc từng đoạn không có quạt trung gian đổi sứcgió chỉ nên áp dụng cho những đường hầm ô tô có độ dài L 1500m Còn phương phápthông gió dọc từng đoạn có quạt trung gian đổi sức gió cũng chỉ nên áp dụng cho nhữngđường hầm ô tô có độ dài L 2000m

Riêng trường hợp các luồng hầm dài cho phép hoạt động đồng thời các làn xe ô tôchạy ngược chiều nhau, nói chung cần tránh sử dụng các quạt gió trung gian (treo trênnóc hầm) vào mục đích tăng sức gió

1.1.2.2.2 Thông gió ngang

Hình 1 2: Hệ thống thông gió ngang

Phương pháp thông gió tạo cho dòng không khí chủ đọa chuyển động theophương hầu như cắt ngang phương của luồng hầm ô tô chạy Dọc theo luồng hầm ô tôchạy, đồng thời với việc cấp gió sạch vào liên tiếp theo phương vuông góc với phươngcủa luồng hầm, thông qua các cửa (miệng ống) cấp gió sạch ở phía dưới (cao hơn mặt

phương của luồng hầm, nhưng thông qua các cửa (miệng ống) thu gió bẩn ở phía trên(thường bố trí trên trần luồng hầm ô tô chạy, đặc biệt có thể bố trí ở mức tường cao hơnnóc ô tô khoảng 1.0m).

Theo mỗi luồng ô tô chạy, mỗi loại cửa gió (nối với một loại luồng máng dẫn gió)được bố trí thành một hoặc một dãy riêng Các cửa gió liên tiếp trong một dãy thườngđược bố trí cách nhau chừng 3-10m Các cửa gió đồng loại của các dãy khác nhau nên bốtrí so le nhau

Thêm vào đó, với những hầm dài của đường ô tô có lưu lượng xe thông qua lớn,

để khí cháy nổ và khói độc hại trong luồng máng gió bẩn chỉ có hàm lượng dưới ngưỡng

an toàn, chiều dài luồng hầm ô tô chạy ở đây cũng có thể được chia thành hai hay nhiềuđoạn, với mỗi đoạn được phục vụ bởi một hệ thống máng dẫn gió riêng

Rõ ràng về mặt thông gió và chống cháy nổ trong hầm đường ô tô (nhất là khi ô tôcòn chạy bằng động cơ đốt trong) thì phương pháp thông gió ngang luôn là phương pháptích cực nhất Chất lượng gió rất tốt và gần như đều nhau theo chiều dài mỗi luồng hầm ô

tô chạy, không phụ thuộc chiều xe chạy cũng như số xe chạy trong mỗi chiều

Đặc biệt, khi bùng phát cháy nổ ở một địa điểm nào đó trong luồng hầm ô tô chạynày, nhờ có các hệ thống giám sát, báo động và điều khiển tự động, kết hợp với hệ thốngcác cửa thoát hiểm hợp lý Phương pháp thông gió ngang này cho phép hạn chế đượcthời gian sự cố, thời gian khắc phục sự cố và mức độ thiệt hại do đám cháy nổ đó gây ra.Cần nhấn mạnh rằng khi đó về mặt thông gió không làm ảnh hưởng đáng kể đến người,trang thiết bị, phương tiện, dụng cụ và kết cấu hầm nằm lân cận đám cháy nổ

Tuy nhiên, về mặt thiết kế và kinh tế tổ chức, phương pháp thông gió này lại gây

ra những phức tạp đáng kể, như vốn đầu tư cao hơn, diện tích mặt cắt ngang các luồngmáng dẫn gió chiếm khoảng 30-50% diện tích mặt cắt ngang các luồng hầm ô tô chạy.Cho nên, phương pháp thông gió này không nên áp dụng khi đường hầm ô tô ngắn (đặcbiệt khi có thêm điều kiện lưu lượng xe ô tô qua hầm không cao) Vấn đề này đã được đềcập đến trong tiêu chuẩn thiết kế hầm đường sắt và hầm đường ô tô TCVN-4527-1988

1.1.2.2.3 Thông gió nửa ngang (thông gió hỗn hợp)

Hình 1 3: Hệ thống thông gió nửa ngang

Thông gió nửa ngang là phương pháp phối hợp thông gió dọc với thông gióngang Về nguyên lý, sự phối hợp này có thể bao gồm hai hình thức:

+ Gió sạch chạy dọc trong luồng hầm ô tô chạy giống phương pháp thông gió dọcrồi hút gió bẩn qua các cửa gió để tập trung về các luồng máng dẫn gió bẩn độc lập giốngnhư phương pháp thông gió ngang

+ Gió sạch qua các cửa gió nối với các luồng máng dẫn gió sạch độc lập giốngphương pháp thông gió ngang, còn gió bẩn chạy dọc luồng hầm ô tô chạy giống phươngpháp thông gió dọc

Trong thực tế thông gió hầm đường ô tô, hình thức phối hợp thứ hai này thườnggặp nhiều hơn hình thức phối hợp thứ nhất Đặc biệt là khi trong luồng hầm ô tô chạymột chiều

Phương pháp thông gió dọc xuất hiện trước tiên và đến nay vẫn được chú ý ápdụng trong phạm vi rộng rãi Cho nên, để nhấn mạnh yếu tố thông gió ngang trongphương pháp thông gió hỗn hợp, tốt nhất là dùng thuật ngữ thông gió nửa ngang

Phương pháp thông gió nửa ngang tuy đã khắc phục được phần nào các nhượcđiểm của các phương pháp thông gió thành phần đã nói, nhưng vẫn chưa đảm bảo hiệuquả thông gió và an toàn cao, đặc biệt trong khi luồng hầm ô tô chạy đã dài, lại 2 chiềuvới lưu lượng lớn Cho nên phương pháp này chỉ nên áp dụng để thông gió các luồnghầm ô tô chạy có chiều dài L 1500m.

1.2 CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG THÔNG GIÓ HẦM ĐƯỜNG BỘ 1.2.1 Kết cấu công trình hầm đường bộ.

1.2.1.1 Hầm dìm

Hầm dìm dài 370.8m bao gồm 04 đốt hầm nối kết lại với nhau, từ Km 13+959.2 đến Km14+330, kết cấu hầm dìm là BTCT loại bêtông dự ứng lực C6 với xi măng thủy hóa thấpcường độ 30N/mm2, mặt cắt ngang dạng hộp đôi, rộng 33,3 m, cao 8,9 m, tĩnh khôngthông xe 4,5 m bao gồm hai đường xe chạy riêng biệt, trong đó :

 Chiều rộng đường xe chạy : 10,5m

 Chiều cao đường xe chạy : 4,5m

 Đường thoát hiểm : 2,0m (rộng) x2,5m (cao)

 Đường phục vụ kiểm tra : 0,75m (rộng) x 2,5m (cao)

1.2.1.2 Hầm đào lấp

Hầm đào lấp có kết cấu bê tông cốt thép, bao gồm hai đường xe chạy riêng biệt Kết cấu

là loại BTCT cường độ 24N/mm2, mặt cắt ngang dạng hộp đôi, rộng 33,7 m, cao 10.2 m,tĩnh không thông xe 4,5 m được bố trí ở hai phía như sau:

- Kích thước đường xe chạy : 10,5m

- Chiều cao đường xe chạy : 4,5m

- Đường thoát hiểm : 2,0m (rộng); 2,5m (cao)

- Đường phục vụ kiểm tra : 0,75(rộng); 2,5(cao)

Hình 1 4: Sơ đồ bố trí hệ thống thông gió trong hầm Thủ Thiêm

1.2.2.1 Trạm lọc bụi tĩnh điện (EP)

 Hệ thống lọc bụi tĩnh điện được lắp đặt tại mỗi tháp thông gió có chức năng làmsạch bụi và khói trong đường hầm, đảm bảo tầm nhìn tốt cho lái xe và cải thiện môitrường xung quanh đường hầm Yêu cầu tỷ lệ luồng không khí xử lý là 500m3/s,hiệu suất thu bụi hơn 80% Các thiết bị điều khiển tự động, thiết bị phụ trọ, thiết bịcung cấp khí vận hành (máy nén khí), máy biến điện áp một chiều, hệ thống cápđiện động lực



Hình 1 5: Hệ thống lọc bụi tĩnh điện Hình 1 6: Hệ thống máy phụ

 Nguyên tắc hoạt động của bộ lọc bụi tĩnh điện:

 Tủ điều khiển hệ thống lọc bụi tĩnh điện chính và tại chỗ có chức năng điều khiểncấp-ngừng cấp điện cao áp 11 KV-DC, rửa các khối lọc bụi tĩnh điện, xả nước saukhi rửa và sấy khô các khối lọc bụi tĩnh điện Tín hiệu điều khiển từ tủ này sẽ liênđộng- điều khiển phối hợp với tủ cấp điện cao áp (High Voltage Generator) và tủvận hành máy phụ (Auxiliary Machine Panel)

 Bộ lọc bụi tĩnh điện (ESP) dùng phương pháp phóng điện hóa (Corona Discharge)được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lọc bụi trong nhà cũng như ở các môitrường khác Trong giai đoạn ion hóa, Corona Discharge ion hóa các hạt lơ lửng.Trong giai đoạn kết tủa, các hạt lơ lửng được kết tủa và tập trung trong điện trường

 Hệ thống lọc bũi tĩnh điện gồm các bộ lọc bụi tĩnh điện được lắp đặt kếthợp với nhau trong các khung thép, cứ 2 bộ hút bụi tĩnh điện được đặt trong mộtkhung thép có cửa đóng mở Bộ phận kết tủa gồm các thành phần nạp và kết tủa.Điện áp cao có thể được áp dụng riêng lẻ cho hai thành phàn này Luồng khí dướihầm được 6 quạt Jetfan đẩy đến 2 miệng hút => hệ thống cánh dẫn dòng 4/4 => cửachắn gió damper => hệ thống hút bụi tĩnh điện => hệ thống cánh dẫn dòng 3/4 =>quạt hút => hệ thống cánh dẫn dòng => bộ giảm âm => dẫn lên tầng mái => thải rangoài

1.2.2.2 Quạt hút (Tunnel Ventilation Fan/ Exhaust Fan )

 Quạt hút được đặt bên trong tháp thông gió và kết nối với phần cuối của đường hầmvới hai phía Đông và Tây, qua ống dẫn khí bằng bê tông Quạt hút có chức năngđiều khiển góc mở cánh quạt bằng thủy lực để điều chỉnh lưu lượng dòng không khínhằm hạn chế tối đa điện năng tiêu thụ với sự kết hợp của yêu cầu về tầm nhìn vànồng độ khí CO trong hầm dựa trên cảm biến tầm nhìn ( cảm biến VI) và cảm biếnkhí CO Mỗi góc của ống dẫn không khí đều có cánh dẫn dòng để giảm thiểu sụt ápdòng không khí Trước mỗi điểm thải khí thải trong hệ thống thông gió được lắp đặt

bộ phận giảm thanh nhằm đạt độ ồn trong phạm vi yêu cầu xung quanh tháp thônggió

 Quạt hút có thể thay đổi góc mở của cánh quạt để điều tiết lưu lượng dòng khí trongtháp kết hợp với yêu cầu về tầm nhìn, nồng độ khí CO trong hầm dựa trên Cảmbiến tầm nhìn (VI) và Cảm biến khí CO Bộ phận điều chỉnh góc mở cánh quạt baogồm: đĩa cam, cơ cấu dẫn động thuỷ lực và đồng hồ đo dịch chuyển Thời gian điều

chỉnh góc từ tối thiểu tới tối đa là 60s Mỗi quạt hút có một tủ điều khiển góc mởcánh quạt đặt cạnh vị trí lắp quạt.

 Mỗi quạt hút có hai bơm cung cấp dầu thủy lực để thay đổi góc mở cánh quạt, haibơm này hoạt động luân phiên, mỗi bơm có công suất 0,37kw Động cơ của quạthút có công suất 510kw và có bộ phận sấy động cơ trước khi hoạt động Mỗi động

cơ có một cơ cấu khởi động riêng

Bảng 1 1: Thông số kỹ thuật của quạt hút

Hình 1 7: Quạt hút

1.2.2.3 Quạt đẩy (Jet Fan)

 Quạt đẩy được lắp đặt trong đường hầm để hỗ trợ quá trình hoạt động của quạt hútqua việc điều chỉnh tốc độ luồng khí trong đường hầm Quạt đẩy hoạt động nhờđộng cơ hai chiều 3 pha với nút điều chỉnh để hạn chế tối đa sự thoát khí và ngắnmạch từ lối thoát đường hầm Cảm biến tốc độ dòng khí được sử dụng để điềukhiển động cơ 3 pha Trong trường hợp xảy ra cháy quạt đẩy sẽ được sử dụng đểhút khói ra khỏi đường hầm nhờ bộ lọc bụi tĩnh điện được lắp đặt trong hệ thốngnày, quạt hút sẽ được dừng hoạt động nhờ van gió có gắn động cơ (Moto Damper)

để cô lập tháp thông gió với đường hầm và khói sẽ được đẩy ra ngoài qua lối vàohầm hoặc lối thoát

 Quạt đẩy được lắp đặt trên đỉnh đường hầm để hỗ trợ hoạt động của quạt hút quaviệc điều chỉnh tốc độ dòng khí trong đường hầm bằng cách thay đổi số lượng cặpquạt phản lực chạy trong hầm

 Có tổng cộng 12 chiếc quạt đẩy được lắp trong hầm, mỗi lối đi có 6 quạt Trongtrường hợp xảy ra cháy nổ, quạt phản lực có thể chạy đảo chiều để giải phóng khói

Hình 1 8: Quạt phản lực

Hạng mục Đặc tính kỹ thuậtLoại Dòng hướng trục ngang hai cấpKích thước quay dài 3450 mm

Đường kính cánh quạt 1250mmTốc độ không khí ít nhất 30m/sLưu lượng không khí ít nhất 36.9m3/sCông suất liên tục

Loại cách điện Loại F

Độ bảo vệ IP –23 đến IEC 527

Mức độ tiếng ồn dưới 95dBHiệu suất quạt Ít nhất 75%

Nhiệt độ bên ngoài 10-40 0Động cơ 3 pha 3 dây 380V 50 hz

Bảng 1 2:Thông số kỹ thuật của quạt phản lực

1.2.2.4 Cửa chắn gió (Damper)

Cửa chắn gió được lắp đặt ở sau cửa hút và trước bộ lọc bụi tĩnh điện Bao gồmnhiều cánh chắn gió bằng thép có thể đóng mở từ 0-90o , được thiết kế đủ lực cơ khí vớitốc độ không khí 30m/s

Áp suất thiết kế cửa là 1.5bar Thời gian mở đóng (0-90o) phải dưới 40s Các trục

đỡ phải được tự bôi trơn bằng dầu mỡ

Động cơ điều khiển góc mở là động cơ 3 pha 200V, 50Hz, 0.4kW với thắng điện

từ Mức độ cách điện cấp E Vỏ bọc bộ điều khiển hướng gió dầy ít nhất 9mm bằng thépcán nóng JIS G3101

Hình 1 9: Cửa chắn gió

1.2.2.5 Thiết bị đo chất lượng không khí

Cảm biến tầm nhìn (VI), cảm biến mức đo Carbon Monoxide (CO) và tốc độ gió(AV) được lắp đặt ở hai bên đường hầm để cung cấp thông số cho tủ điều khiển thônggió chính điều chỉnh quạt hút và quạt đẩy thích hợp đạt được chất lượng không khí tốt vàtiết kiệm năng lượng

Tất cả cảm biến lắp với tủ điều khiển chất lượng không khí do nhà sẳn xuất cảmbiến cung cấp Số liệu đầu ra của mỗi cảm biến sẽ được gửi về tủ điều khiển qua mạchvòng (4-20)mA hiển thị theo tín hiệu analog Các tín hiệu này là dữ liệu đầu vào đếnchương trình chất lượng không khí và đầu ra là một chế độ vận hành chuỗi cho nhiềuquạt hút và quạt đẩy dưới các tình huống khác nhau trong hầm Ngoài điều khiển bật- tắtquạt, nấc điều khiển góc độ cánh quạt của quạt hút cũng được điều khiển cho thích hợpvới điều kiện thực tế của chất lượng không khí trong hầm

Cảm biến đo chất lượng không khí được sử dụng để điều khiển số lượng quạt đẩyhoạt động và công suất của quạt hút

1.2.2.5.1 Thiết bị chỉ báo tầm nhìn – VI (Visibility Indicator)

Thiết bị chỉ báo tầm nhìn VI được lắp ở mỗi đường hầm trước cửa hút gió, hoạtđộng theo nguyên tắc khuếch tán ánh sáng nhìn thấy được.

Thiết bị bao gồm bộ thu và một bộ phát đặt cách nhau 100m với khả năng đo 100% tỷ lệ truyền và độ phân giải 2%

0-Nhiệt độ vận hành -10-40oC với độ ẩm tương đối 40-90%

Hình 1 10: Thiết bị đo tầm nhìn

Vị trí lắp đặt:

Hướng từ quận 1 sang quận 2: Km 14 + 370; Km 14 + 470

Hướng từ quận 2 sang quận 1: Km 13 + 732; Km 13 + 832

1.2.2.5.2 Thiết bị đo nồng độ CO ( Carbon Monoxide Level)

Thiết bị này được lắp ở mỗi đường hầm để đo nồng độ CO trong không khí, hoạtđộng theo nguyên tắc hấp thụ tia hồng ngoại không phân tán với mức độ đo từ 0-300ppm

Hình 1 11: Thiết bị đo CO

Độ phân giải 2% với thời gian phản hồi 1 phút

Vị trí lắp đặt:

Hướng từ quận 1 sang quận 2: Km 14 + 420

Hướng từ quận 2 sang quận 1: Km 13 + 782

1.2.2.5.3 Thiết bị báo tốc độ gió và hướng gió – AV indicator ( Wind speed and direction indicator)

Thiết bị được lắp ở mỗi đường hầm để đo tốc độ và hướng gió trong hầm với biên

độ do là 0-15m/s trong mỗi hướng

Độ chính xác sẽ là 4% số đọc tỷ xích tự nhiên, nhưng với tốc độ gió dưới 5m/s sẽ

Hướng từ quận 2 sang quận 1: Km 14 + 230

Kết luận chương 1

Từ những thông tin tổng hợp được cho thấy hầm đường bộ Thủ Thiêm sử dụng phương pháp thông gió dọc vì chiều dài của hầm L=1490m và chiều của dòng không khí (gió) chuyển động trong luồng ô tô chạy thỏa mãn các yêu cầu về phương pháp thông gió Hầm sử dụng hệ thống quạt đẩy JetFan để tiến hành thông gió cho hệ thống hầm Tuy nhiên hiện tại hầm đang sử dụng những tủ điều khiển để điều khiển quạt với nút bấm bằng tay và phải có công nhân vận hành Vì thế đồ án chúng em thiết kế hệ điều khiển và giám sát hệ thống thông gió của hầm với phương pháp điều khiển cụm quạt JetFan thông qua biến tần và thiết kế hệ thống giám sát giao diện HMI

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC

2.1 CÁC ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG

2.1.1 Tính toán lựa chọn động cơ quạt JetFan

Tải quạt thông gió cho hầm đường bộ Yêu cầu cao về chất lượng điều chỉnh tốc

độ, sử dụng động cơ điện kết hợp với bộ biến đổi ( bộ biến đổi bán dẫn)

Với yêu cầu tự động ổn định tốc độ thì đối với hệ truyền động điện mà nói thì đểthỏa mãn yêu cầu này thường sử dụng các loại phản hồi Có thể sử dụng tự phản hồi âmđiện áp, phản hồi dương dòng điện, phản hồi âm tốc độ, hoặc sử dụng kết hợp các loạiphản hồi trên Phân tích các đặc điểm của từng phản hồi rồi kết luận chọn loại phù hợpnhất

Do thông gió trong hầm đường bộ nhằm mục đích hút đi khí CO và các loại khíbẩn khác, đồng thời không khí tươi bên ngoài được đưa thay thế vào không khí bị lấy đibằng chênh lệch áp suất âm từ bên trong và dương từ bên ngoài

Công thức biểu diễn đặc tính tải quạt gió tổng quát:

11Equation Section (Next)212Equation Chapter 2 Section 1

Đặc tính cơ của tải quạt gió coi M co= 0

Hình 2 1: Dạng đặc tính tải quạt gió

Ta coi M co= 0 Khi đó đặc tính tải sẽ là :

2.1.1.1 Tính chọn động cơ quạt JetFan

Trong hầm đường bộ, hệ thống quạt JetFan có vai trò vận chuyển không khí tronghầm, giữ chất lượng không khí ở mức cho phép Việc lựa chọn động cơ quạt được tínhdựa trên các thông số liên quan đến khí thải trong hầm, không khí bị ô nhiễm do việc đốtcháy nhiên liệu của động cơ của phương tiện giao thông gây ra khí CO, CO2 Vì vậy,công việc đầu tiên là xác định lượng khí thải của phương tiện là cần thiết để căn cứ lựachọn động cơ

Tính lưu lượng gió cho quạt JetFan:

a Tính lượng khí độc do phương tiện thải ra trong hầm

Lượng khí độc chủ yếu là CO và CO2 do việc đốt cháy xăng và dầu của động

cơ thải ra Lượng khí này phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

+ Số lượng xe chạy trong hầm, N

+ Tốc độ xe chạy trong từng đoạn, vk

+ Lượng nhiên liệu mà xe tiêu thụ, qc

+ Hàm lượng oxitcacbon có trong khí thải

Theo Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7357:2010 (về Phương tiện giao thông đường

bộ - Khí thải gây ô nhiễm phát ra từ mô tô- Yêu cầu và phương pháp thử trong phê duyệt kiểu) và Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6785:2015 (về Phương tiện giao thông đường bộ - Khí thải gây ô nhiễm từ ô tô theo nhiên liệu dùng cho động cơ – Yêu cầu và phương pháp thử trong phê duyệt kiểu) ta có số liệu về lượng khí thải trung bình của 2 loại phương tiện chính lưu thông qua hầm.

Loại phương tiện Khí thải CO (g/km)

Bảng 2 1: Lượng khí thải CO do phương tiện thải ra theo tiêu chuẩn khí thải EURO3

Dựa vào công thức của giáo trính “Thiết kế công trình hầm giao thông” tác giảTS.Nguyễn Thế Phùng (chủ biên), TS Nguyễn Quốc Hùng, nxb Giao thông vận tải năm

2007, trang 183 Ta tiến hành tính lưu lượng khí như sau:

Lượng khí độc do phương tiện thải ra trong 1s:

3600vk

b i c i

525\* MERGEFORMAT (.)Trong đó:

ci: lượng khí thải do phương tiện thải ra, g/km.

Đối với xe máy

40 2 0,02( / )

60 2,3 0,038( / )

3600 3600

koto oto oto

v

727\* MERGEFORMAT (.)Lượng khí độc do xe thải ra trên đoạn hầm

860 7500 .0,038 0,02 4,294( / )

để giảm bớt khí Cox thì cũng đảm bảo khí NOx và các khí khác)

Xem hầm như một bình kín trong đó đang chứa một lượng khí độc Cần đưa vàohầm một lượng không khí sạch để hòa loãng khí độc đến nồng độ cho phép Khí độc ởđây chính là khí CO do các phương tiện thải ra trong quá trình di chuyển (nồng độ khí

CO cho phép là 20ppm hoặc tháp hơn 0,02g/m3 trong tiêu chuẩn “TCVN 4527:1988, mục

6 thông gió và phóng hỏa”)

Tên chất khí Nồng độ

Oxýt nitơ (N2O5)

Oxýt lưu huỳnh (SO2)

Sunfua hydrô (H2S)

Mêtan (CH4)

Cácbonnic (CO2)

0,0050,020,010,002

5,0

Bảng 2 2: Nồng độ khí thải cho phép

Từ những dữ liệu trên ta có thể tính lưu lượng khí sạch cần đưa vào một hầm như sau:

34,294

214,7( / )0,02

Hình 2 2: Catalog quạt JetFan Zitron

Theo catalog của hãng ta chọn quạt JetFan JZ 12-37/4 thỏa mãn lưu lượng gió tính toán

Lưu lượng gió 37,5m3/s

Công suất động cơ kéo quạt 37kW

Bảng 2 3: Bảng thông số kỹ thuật của quạt JetFan

Trên thực tế hệ thống quạt phản lực của đường hầm sông Sài Gòn được thiết kế có 12quạt phản lực, là quạt 2 chiều, công suất 37kW, tốc độ không khí tối thiểu là 30m/s, lưulượng không khí ít nhất là 36,9m3 /s, động cơ 3 pha 380v – 50Hz Như vậy phương phápchọn quạt trên đã đảm bảo công suất sử dụng cho hệ thống hầm

d Lựa chọn động cơ và tính toán tham số động cơ quạt JetFan

Lưới điện xoay chiều 3~50Hz, 380V

Độ dao động điện áp lưới 3 380x V 5%5%

 Tính chọn công suất động cơ:

Bước 1: Xây dựng biểu đồ mômen của tải

Quạt có công suất 35,4kW và có tốc độ 1470 vòng/phút

Vì tải là quạt, ta có quan hệ mômen theo tốc độ là bậc Vậy mô men lớn nhất củaquạt là tại tốc độ lớn nhất:

3

35,4.109,55 9,55 230

1470

q q

xem xét tới mômen tải khi lựa chọn động cơ.

Bước 2: Xác định khoảng tốc độ làm việc và tính toán mômen tại tốc độ cao nhất

+ Khoảng tốc độ làm việc từ 0 tới 1470 vòng/phút

+ Mômen tải tại tốc độ cao nhất là 230Nm

Bước 3: Xác định mômen khởi động

Do quạt không yêu cầu về khởi động đặc biệt nên mômen khởi động cần bằngmômen động và bằng 3,6Nm

Bước 4:

- Chọn động cơ 2 cực (p=2)

Vẽ đặc tính tải lên đồ thị đường giới hạn khả năng mang tải theo nhiệt (giả thiết động cơ

là loại tự làm mát với điểm mômen tốc độ không là 60% mômen định mức là đường số 1trên hình vẽ

Hình 2 3: Chọn động cơ cho ứng dụng quạt

Tại tốc độ 1470 vòng/phút ta có mômen mang tải của động cơ là 84% nên mô men địnhmức tối thiểu của động cơ là:

230

273,80,84 0,84

Ta chọn động cơ 90kW theo catalog hãng ABB với các thông số 90kW, 380V, 151A,

2974 vòng/phút,   0,941

- Chọn động cơ 2 cực

Vẽ đặc tính tải lên đồ thị đường giới hạn khả năng mang tải theo nhiệt là đường số 2Tại tốc độ 1470 vòng/phút ta có mômen mang tải của động cơ là 98% nên mômen địnhmức tối thiểu của động cơ là:

230

234,70,98 0,98

nên ta có công suất định mức của động cơ phải thỏa mãn:

Chọn động cơ cho quạt JetFan là loại động cơ có 4 cực công suất 37kW

+ Tên động cơ: M2BAX 225SMA

0,85



e Kiểm nghiệm công suất động cơ:

Để khẳng định chắc chắn việc tính chọn đó là chấp nhận được ta cần phải kiểm nghiệmđược tính chọn đó

Yêu cầu về kiểm nghiệm việc tính chọn công suất động cơ gồm:

- Kiểm nghiệm phát nóng:  v v cf

- Kiểm nghiệm quá tải về mômen: Mmax M cmax

- Kiểm nghiệm mômen khởi động: M KD M co

Trong đó:

M cmax : mômen cản lớn nhất

M co : mômen cản khi khởi động (  0)

M max : mômen lớn nhất của động cơ

Ta thấy rằng việc kiểm nghiệm theo yêu cầu quá tải về mômen và mômen khởi động cóthể thực hiện dễ dàng Riêng về yêu cầu kiểm nghiệm phát nóng là khó khăn, không thểtính toán phát nóng động cơ một cách chính xác được (vì tính phát nóng động cơ là bàitoán phức tạp) Do đó ở đồ án này chỉ thực hiện kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện quátải và khởi động

+ Kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện quá tải

Ta có mômen của tải tại tốc độ cao nhất M cmax = 230Nm và momen định mức củađộng cơ Mđm đc =239Nm

max m dmdc 2,9.239 693,1( ) cmax 230

MERGEFORMAT (.)

 Mmax > Mcmax

Vậy động cơ thỏa mãn điều kiện quá tải về mômen

+ Kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện khởi động

Theo catalog của động cơ ta có hệ số khởi động

2,8

KD KD

dm

M M

18218\*MERGEFORMAT (.)

Do quạt không yêu cầu về khởi động đặc biệt nên mômen khởi động chỉ cần bằngmômen động và bằng 3,59Nm

Vậy động cơ thỏa mãn điều kiện mômen khởi động

STT Thông số kỹ thuật Giá trị Đơn vị