CN104480823A - 用于冷却高速公路大尺度冻土路基的冷风采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷却高速公路大尺度冻土路基的冷风采集装置及方法。冻土路基通风管道需要一种能够根据外界温度变化和管内外温差来控制通风的冷风采集装置。本发明的管内、管外温度探头将采集到的温度数据经数模转换模块转换后传递给单片机，单片机通过计算二者差值和管外温度是否与预设控制阀值相符，判定是否启动逆变器，当管内外温差高于其预设阀值，并且外界气温低于其设定阀值时，启动逆变器，将输入的直流电转换成交流电，启动风机，较冷的空气流经通风管道，从而降低路基和下部土体的温度。本发明成本低廉，经济实用，在施工现场直接与直流电源和通风管道，实现路基通风管道冷风的自动采集，大大增强通风管道的降温效能。

Description

用于冷却高速公路大尺度冻土路基的冷风采集装置及方法

技术领域

    本发明涉及调控冻土工程温度场技术领域，具体涉及一种用于冷却高速公路大尺度冻土路基的冷风采集装置及方法。

背景技术

冻土是指具有负温和含冰的土体和岩石，按生存时间主要分为多年冻土和季节冻土。我国多年冻土面积约占国土面积的22.4%，是世界第三冻土大国。冻土中由于冰以及未冻水的存在，其性质极复杂且对温度极为敏感。道路工程施工以及全球气候变暖，都会引起冻土的升温，给路基带来融沉病害，严重危害冻土道路的稳定性。因此，稳定性对冻土道路十分重要。

为维护冻土道路的稳定性，保护下伏多年冻土，伴随着青藏铁路工程和青藏公路工程等的修建和养护，国内科研工作者提出了一系列行之有效的保护冻土的工程措施。埋设于路基中的通风管道是其中工程应用效果较好，工程成本较低，应用最为普遍的一种。其原理是利用通风管道将外界空气导入路基内部，通过空气与通风管管壁之间的强迫对流作用降低路基及下部冻土的温度。

随着青藏地区经济社会的飞速发展，建设青藏高速公路已经成为一种现实必要，并且已经纳入国家高速公路发展规划。对于穿越青藏高原多年冻土区的高速公路，由于路基宽度大于20米，且采用吸热性强的黑色沥青路面，其下伏冻土吸热量更大，冻土问题和路基稳定性问题更为严峻。对于冻土区高速公路宽幅路基而言，照搬应用于现有铁路路基和普通公路路基的通风管道将无法达到降温作用，主要有如下三个方面的原因：其一，通风管道在冷季导入较冷的气流的同时也会在暖季将较热的空气导入路基，致使路基吸热增加，对下部冻土产生不利影响；其二，通风管道的通风量大大受限于气象条件及路基走向等，例如，在气温较低时风速较小，或者风向垂直于管道风向，都将会削弱通风管道的通风能力和降温能力；其三，通风管道长度成倍增加以后，自然风可能会因压力不足和管道沿程阻力较大而无法吹透通风管道，无法形成强迫对流，从而限制其降温能力。针对这一实际问题，可在通风管进风口安装自动冷风采集装置，在外界气温较低或通风管道内外温差达到某一特定条件时，启动风机，将较冷空气导入通风管道；而当外界气温较高时，停止风机，通风管道内无气流通过，最大程度减小路基吸热。因此，为最大程度增强通风管道在20米以上大尺度路基中的通风降温能力，就需要一种能够根据外界气温变化和管内外温差自动控制的冷风采集装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于冷却高速公路大尺度冻土路基的冷风采集装置及方法，自动为路基通风管道提供冷风，增强通风管道对大尺度路基的降温效能。

本发明所采用的技术方案是：

用于冷却高速公路大尺度冻土路基的冷风采集装置，其特征在于：

包括主板，主板由单片机和数模转换模块构成；

包括置于环境空气中的管外温度探头和置于通风管内的管内温度探头，均接入数模转换模块后接入单片机；

单片机接入逆变器，逆变器上连接直流输入端口和风机，风机位于通风管口。

所述单片机的型号为ＡＴＭＥＧＡ１６Ａ。

如所述的用于冷却高速公路大尺度冻土路基的冷风采集装置的冷风采集方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

置于环境空气中的管外温度探头和置于通风管内的管内温度探头分别采集相应的温度数据，经数模转换模块转换后传递给单片机，单片机通过计算二者差值和管外温度判定是否启动逆变器；

当管内外温差高于其控制阀值，并且外界气温低于其设定阀值时，启动逆变器，将输入的直流电转换成交流电输出，直接为风机提供电源，风机启动后，通风管内发生强迫对流，从而降低路基和下部冻土的温度。

本发明具有以下优点：

本发明结构简单，成本低廉，经济实用，在施工现场，可直接由直流电源驱动，实现路基通风管道冷风的自动采集，增强通风管道的通风能力和降温效能，从而达到保护高速公路大尺度路基下部冻土的目的。

附图说明

图1为本发明布置示意图。

图2为本发明结构图。

图中，1-冷风采集装置，2-通风管道，3-路基，4-直流输入端口，5-管内温度探头，6-管外温度探头，7-主板，8-逆变器，9-风机，10-单片机，11-数模转换模块。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种用于冷却高速公路大尺度冻土路基的冷风采集装置，连接于路基3中通风管2的端部，包括主板7，主板7由单片机10和数模转换模块11构成。包括置于环境空气中的管外温度探头6和置于通风管内的管内温度探头5，均接入数模转换模块11后接入单片机10。单片机10接入逆变器8，逆变器8上连接直流输入端口4和风机9。

置于环境空气中的管外温度探头6和置于通风管内的管内温度探头5分别采集相应的温度数据，经数模转换模块11转换后传递给单片机10，单片机10通过计算二者差值和管外温度判定是否启动逆变器8，当管内外温差高于其控制阀值，并且外界气温低于其设定阀值时，启动逆变器8，将输入的直流电转换成交流电输出，直接为风机9提供电源，风机9启动后，通风管2内发生强迫对流，从而降低路基3和下部冻土的温度，达到保证路基稳定的目的。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.用于冷却高速公路大尺度冻土路基的冷风采集装置，其特征在于：

包括主板（7），主板（7）由单片机（10）和数模转换模块（11）构成；

包括置于环境空气中的管外温度探头（6）和置于通风管内的管内温度探头（5），均接入数模转换模块（11）后接入单片机（10）；

单片机（10）接入逆变器（8），逆变器（8）上连接直流输入端口（4）和风机（9），风机（9）位于通风管口。

2.根据权利要求1所述的用于冷却高速公路大尺度冻土路基的冷风采集装置，其特征在于：

所述单片机（11）的型号为ＡＴＭＥＧＡ１６Ａ。

3.如权利要求1所述的用于冷却高速公路大尺度冻土路基的冷风采集装置的冷风采集方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

置于环境空气中的管外温度探头（6）和置于通风管内的管内温度探头（5）分别采集相应的温度数据，经数模转换模块（11）转换后传递给单片机（10），单片机（10）通过计算二者差值和管外温度判定是否启动逆变器（8）；

当管内外温差高于其控制阀值，并且外界气温低于其设定阀值时，启动逆变器（8），将输入的直流电转换成交流电输出，直接为风机（9）提供电源，风机（9）启动后，通风管（2）内发生强迫对流，从而降低路基（3）和下部冻土的温度。