CN106525377A - 研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验装置,包括列车模型和隧道模型,所述隧道模型包括行车隧道和未行车隧道,还包括动力牵引系统和风速测量系统;沿所述隧道模型的长度方向有一段隧道模型设置为救援站,在救援站部分设置有多条连接行车隧道与未行车隧道的疏散横通道,且所述隧道模型用于为列车模型提供行车通道;所述动力牵引系统用于为列车模型提供牵引力;所述风速测量系统用于测量并分析隧道模型内的风速。通过本发明,用户或研究人员能够在可控前提下开展列车紧急停靠救援站过程中,对隧道内活塞风的测量研究工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种实验装置及实验方法,具体涉及一种研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验装置及方法。
背景技术
铁路隧道是修建在地下或水下并铺设铁轨供机车车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为三大类:为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道;为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道;为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道,这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。近年来,伴随我国国民经济的快速发展,铁路建设规模不断扩大,在建设标准不断提高的同时,诞生了越来越多的长的铁路隧道,根据铁路“十二五”规划,铁路系统将加快铁路发展,提升现代化水平,建设与经济社会发展基本适应的铁路网,到2015年,铁路运营里程达到12万公里,截至2014年底,我国铁路运营总里程已突破11万公里,其中高铁运营总里程超过1.5万公里。在我国铁路隧道建设向着埋深越来越大、长度越来越长的方向发展的同时,隧道建设及运营中的安全问题是关注的重大技术问题。
列车在隧道中运行时,由于车头对前方空气的推动以及车尾负压区域对后方空气的影响,使隧道内列车前后的空气向列车行驶方向流动,形成了活塞风。产生活塞风的根本原因在于,列车经过前后隧道内压差的形成。当列车在铁路隧道中发生火灾时,需要快速开往救援站停靠,进行防灾救援及人员疏散。这一过程中,列车将从匀速行驶经历减速,直到停止状态,隧道内活塞风表现出多样的变化形式,会对火灾时救援站的通风排烟产生影响,火灾隧道内的烟流将通过救援站横通道流向未火灾隧道(或平导),致使高温烟气会随着风流由横通道窜向未火灾隧道(或平导),对疏散人员造成危害。
通过查阅文献可知,国内外对列车发生火灾等紧急情况驶向救援站(匀速、减速、停止)这一复杂的行驶过程中所产生的活塞风的研究几乎是空白。
发明内容
本发明所要解决的问题是:现有技术缺少对列车在隧道内发生火灾等紧急情况下驶向救援站(匀速、减速、停止)这一复杂的行驶过程中所产生的活塞风的研究,提供一种研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验装置及方法,通过该实验装置及方法,能够在可控前提下开展列车紧急停靠救援站过程中,对隧道内活塞风的测量研究工作。
本发明通过下述技术方案实现:
一种研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验装置,包括隧道模型和列车模型,所述隧道模型包括行车隧道和未行车隧道,还包括动力牵引系统和风速测量系统;沿所述隧道模型的长度方向有一段隧道模型设置为救援站,在救援站部分设置有多条连接行车隧道与未行车隧道的疏散横通道,且所述隧道模型用于为列车模型提供行车通道;所述动力牵引系统用于为列车模型提供牵引力;所述风速测量系统用于测量并储存隧道模型内的风速。使用本发明时,将列车模型置于隧道模型的行车隧道进口外一定距离处,列车模型在动力牵引系统的作用下驶入行车隧道,并在动力牵引系统的作用下停靠在行车隧道内的救援站部分,列车模型在这一过程会经历加速、匀速、减速和停止四种状态,而隧道模型的行车隧道在这一过程中会产生活塞风,用户通过风速测量系统可以在可控前提下开展列车紧急停靠救援站过程中,对隧道内活塞风的测量研究工作。
进一步地,所述动力牵引系统包括动力装置和牵引装置;所述列车模型通过牵引装置与动力装置相连。牵引装置起到连接列车模型与动力装置的作用,将牵引装置与动力装置分开设置,便于维护和更换,同时也方便使用者操作。
进一步地,所述牵引装置包括牵引线、第一绕线轮和第二绕线轮,所述动力装置为电动机;所述第一绕线轮设置于行车隧道的进口侧,第二绕线轮设置于行车隧道的出口侧,且第二绕线轮的中心与电动机的转轴固定连接;所述牵引线的一端与列车模型的尾部相连,牵引线的另一端依次绕过第一绕线轮和第二绕线轮后穿过行车隧道与列车模型的头部相连。使用本发明时,列车模型位于第一绕线轮和第二绕线轮之间,牵引线始于列车模型尾部(头部),经过两个绕线轮,止于列车模型头部(尾部),形成一个闭合回路,电动机作为动力机构,当电动机运行时,电动机的转轴带动第二绕线轮转动,第二绕线轮带动牵引线移动,牵引线带动列车模型运动,当电动机改变转速或转动方向时,列车模型也随之改变运动速度或运动方向,此外,也可以通过改变第一绕线轮和第二绕线轮的轮径来调整列车模型的运动速度。因此,本发明可以对不同条数疏散横通道的救援站、不同行车速度、不同行车状态进行组合,从而可实现对现实情况下含救援站的特长铁路隧道的多种工况下活塞风实验的分析研究工作。
进一步地,所述牵引线为钓鱼线。使用钓鱼线可以节约本发明的成本,而且便于更换,易于操作。
进一步地,所述电动机为变频调速电机。电机采用变频调速,可以使调速更加容易并可以实现无极调速,而且变频调速器在使用中无火花,具有防爆和环境适应能力强的优点。
进一步地,所述风速测量系统包括风速测量器、数据采集器和数据处理器;所述风速测量器用于测量隧道模型内的风速并将风速转化为电信号,然后将电信号传递给数据采集器;所述数据采集器用于接收风速测量器传递的电信号并将该电信号传递给数据处理器;所述数据处理器用于接收数据采集器传递的电信号并将电信号转换为风速数据,然后对该风速数据进行储存。
进一步地,行车隧道的救援站进口处、行车隧道的救援站出口处、未行车隧道的救援站进口处、未行车隧道的救援站出口处以及疏散横通道与未行车隧道的连接处均设置有风速测量器。通过在隧道模型内多个位置设置风速测量器,使采集的数据更加准确全面,也更加接近现实情况,从而使模拟效果更真实,有利于研究人员的分析研究;另外,在疏散横通道与未行车隧道的连接处设置风速测量器,可以研究隧道发生火灾时活塞风可能对救援站通风排烟产生的影响,从而有助于工作人员采取科学有效的疏散措施,减少财产损失和人员伤亡。
进一步地,所述风速测量器的型号为YGM210。
进一步地,所述隧道模型的材料为PVC管。PVC管具有较好的抗拉、抗压强度,并且不受潮湿水分和土壤酸碱度的影响,管道铺设或粘接时不需任何防腐处理,易于保存。
为使用户更好的了解和使用本实验装置,提供一种研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验方法,包括以下步骤:
步骤一:启动风速测量系统,通过数据处理器控制风速测量器每0.5s采集一次数据,并记录启动风速测量系统的时刻;
步骤二:启动动力牵引系统,使列车模型在进入行车隧道前匀速行驶,并记录启动动力牵引系统的时刻;
步骤三:使列车模型匀速驶入行车隧道,并在动力牵引系统的作用下停靠在行车隧道内的救援站,并记录列车模型停靠在行车隧道内的救援站时的时刻;
步骤四:在列车模型停靠在行车隧道内的救援站一段时间后,关闭风速测量系统,并记录关闭风速测量系统的时刻;
步骤五:根据研究需要,对需要的时间段内的数据进行分析。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
1、本发明可以填补现有技术中列车在隧道内发生火灾等紧急情况下驶向救援站(匀速、减速、停止)这一复杂的行驶过程中对所产生活塞风的研究的空白,通过本发明,研究人员能够在可控前提下开展列车紧急停靠救援站过程中对隧道内产生的活塞风的测量研究工作。
2、本实验装置可对不同条数疏散横通道的救援站、不同行车速度、不同行车状态进行组合,从而可实现对现实情况下含救援站的特长铁路隧道多种工况活塞风实验的分析研究工作。
3、在数据采集方面,研究人员可以通过风速测量器、数据采集器及数据处理器对隧道及救援站内各测点数据进行采集记录与分析研究,模拟效果好,研究结果还原度高,参考价值大。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明的风速测量器安装位置示意图。
附图中标记及对应的零部件名称:
1—列车模型,2—隧道模型,3—行车隧道,4—未行车隧道,5—疏散横通道,6—电动机,7—第二绕线轮,8—第一绕线轮,9—牵引线,10—风速测量器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1和图2所示,本实施例提供一种研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验装置,包括列车模型1、隧道模型2、动力牵引系统和风速测量系统,隧道模型2包括行车隧道3和未行车隧道4,沿所述隧道模型2的长度方向有一段隧道模型2设置为救援站,在救援站部分设置有多条连接行车隧道3与未行车隧道4的疏散横通道5,且隧道模型2用于为列车模型1提供行车通道,动力牵引系统用于为列车模型1提供牵引力,风速测量系统用于测量并储存隧道模型2内的风速。
动力牵引系统包括动力装置和牵引装置,列车模型1通过牵引装置与动力装置相连;动力装置为电动机6,牵引装置包括牵引线9、第一绕线轮8和第二绕线轮7,第一绕线轮8设置于行车隧道3的进口侧,第二绕线轮7设置于行车隧道3的出口侧,且第二绕线轮7的中心与电动机6的转轴固定连接,牵引线9的一端与列车模型1的尾部相连,牵引线9的另一端依次绕过第一绕线轮和第二绕线轮后穿过行车隧道3与列车模型1的头部相连;风速测量系统包括风速测量器10、数据采集器和数据处理器;风速测量器10用于测量隧道模型2内的风速并将风速转化为电信号,然后将电信号传递给数据采集器;数据采集器用于接收风速测量器10传递的电信号并将电信号传递给数据处理器;数据处理器用于接收数据采集器传递的电信号并将电信号转换为风速数据,然后对风速数据进行储存。
本实施例中,行车隧道3的救援站进口处、行车隧道3的救援站出口处、未行车隧道4的救援站进口处、未行车隧道4的救援站出口处以及疏散横通道5与未行车隧道4的连接处均设置有风速测量器10;此外,牵引线9为钓鱼线,电动机6为变频调速电机,风速测量器10的型号为YGM210,隧道模型2的材料为PVC管。
实施本实施例时,将列车模型1置于隧道模型2的行车隧道3的进口外一定距离处,且列车模型1位于第一绕线轮8和第二绕线轮7之间,牵引线9始于列车模型1尾部(头部),经过两个绕线轮,止于列车模型1头部(尾部),形成一个闭合回路,电动机6作为动力机构,当电动机6运行时,电动机6的转轴带动第二绕线轮7转动,第二绕线轮7带动牵引线9移动,牵引线9带动列车模型1运动,当电动机6改变转速或转动方向时,列车模型1也随之改变运动速度或运动方向,此外,也可以通过改变第一绕线轮8和第二绕线轮7的轮径来调整列车模型1的运动速度。因此,列车模型1可以在电动机6的带动下驶入行车隧道3,并在电动机6的作用下停靠在行车隧道3内的救援站部分,列车模型1在这一过程会经历加速、匀速、减速和停止四种状态,而隧道模型2的行车隧道3在这一过程中会产生活塞风,从而模拟列车紧急停靠救援站的过程,并且可以对不同条数疏散横通道5的救援站、不同行车速度、不同行车状态进行组合,用户通过设置在隧道模型2内的多个风速测量器10实现对现实情况下含救援站的特长铁路隧道的多种工况下活塞风实验的分析研究工作。
本实施例通过在隧道模型2内多个位置设置风速测量器10,使采集的数据更加准确全面,也更加接近实际情况,从而使模拟效果更真实,有利于研究人员的分析研究;另外,在疏散横通道5与未行车隧道4的连接处设置风速测量器10,可以研究隧道发生火灾时活塞风可能对救援站通风排烟产生的影响,从而有助于工作人员在实际情况中采取科学有效的疏散措施,减少财产损失和人员伤亡。
实施例2
在实施例1的基础上,本实施例中,隧道模型2采用1:50的缩比例模型,且隧道模型2长100m,列车模型1长8m,列车模型1的在实验初停靠在行车隧道3的进口外8m处;另外,救援站设置在隧道模型2的中部,救援站长11m,救援站部分包括11条疏散横通道5。
实施例3
在实施例2的基础上,本实施例中,在每条疏散横通道5与未行车隧道4的连接处都设置有风速测量器10,风速测量器10的数量一共为15个。
实施例4
在实施例1的基础上,本实施例提供一种研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验方法,包括以下步骤:步骤一:启动风速测量系统,通过数据处理器控制风速测量器10每0.5s采集一次数据,并记录启动风速测量系统的时刻;步骤二:启动动力牵引系统,使列车模型1在进入行车隧道3前匀速行驶,并记录启动动力牵引系统的时刻;步骤三:使列车模型1匀速驶入行车隧道3,并在动力牵引系统的作用下停靠在行车隧道3内的救援站,并记录列车模型1停靠在行车隧道3内的救援站时的时刻;步骤四:在列车模型1停靠在行车隧道内的救援站一段时间后,关闭风速测量系统,并记录关闭风速测量系统的时刻;步骤五:根据研究需要,对需要的时间段内的数据进行分析。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验装置,包括列车模型(1)和隧道模型(2),所述隧道模型(2)包括行车隧道(3)和未行车隧道(4),其特征在于,还包括动力牵引系统和风速测量系统;
沿所述隧道模型(2)的长度方向有一段隧道模型(2)设置为救援站,在救援站部分设置有多条连接行车隧道(3)与未行车隧道(4)的疏散横通道(5),且所述隧道模型(2)用于为列车模型(1)提供行车通道;
所述动力牵引系统用于为列车模型(1)提供牵引力;
所述风速测量系统用于测量并储存隧道模型(2)内的风速。
2.根据权利要求1所述的研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验装置,其特征在于,所述动力牵引系统包括动力装置和牵引装置;所述列车模型(1)通过牵引装置与动力装置相连。
3.根据权利要求2所述的研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验装置,其特征在于,所述牵引装置包括牵引线(9)、第一绕线轮(8)和第二绕线轮(7),所述动力装置为电动机(6);所述第一绕线轮(8)设置于行车隧道(3)的进口侧,第二绕线轮(7)设置于行车隧道(3)的出口侧,且第二绕线轮(7)的中心与电动机(6)的转轴固定连接;所述牵引线(9)的一端与列车模型(1)的尾部相连,牵引线(9)的另一端依次绕过第一绕线轮和第二绕线轮后穿过行车隧道(3)与列车模型(1)的头部相连。
4.根据权利要求3所述的研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验装置,其特征在于,所述牵引线(9)为钓鱼线。
5.根据权利要求3所述的研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验装置,其特征在于,所述电动机(6)为变频调速电机。
6.根据权利要求1—5任意一项所述的研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验装置,其特征在于,所述风速测量系统包括风速测量器(10)、数据采集器和数据处理器;
所述风速测量器(10)用于测量隧道模型(2)内的风速并将风速转化为电信号,然后将电信号传递给数据采集器;
所述数据采集器用于接收风速测量器(10)传递的电信号并将该电信号传递给数据处理器;
所述数据处理器用于接收数据采集器传递的电信号并将电信号转换为风速数据,然后对该风速数据进行储存。
7.根据权利要求6所述的研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验装置,其特征在于,行车隧道(3)的救援站进口处、行车隧道(3)的救援站出口处、未行车隧道(4)的救援站进口处、未行车隧道(4)的救援站出口处以及疏散横通道(5)与未行车隧道(4)的连接处均设置有风速测量器(10)。
8.根据权利要求6所述的研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验装置,其特征在于,所述风速测量器(10)的型号为YGM210。
9.根据权利要求1所述的研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验装置,其特征在于,所述隧道模型(2)的材料为PVC管。
10.根据权利要求7的研究列车停靠隧道救援站时活塞风变化的实验方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:启动风速测量系统,通过数据处理器控制风速测量器(10)每0.5s采集一次数据,并记录启动风速测量系统的时刻;
步骤二:启动动力牵引系统,使列车模型(1)在进入行车隧道(3)前匀速行驶,并记录启动动力牵引系统的时刻;
步骤三:使列车模型(1)匀速驶入行车隧道(3),并在动力牵引系统的作用下停靠在行车隧道(3)内的救援站,并记录列车模型(1)停靠在行车隧道(3)内的救援站时的时刻;
步骤四:在列车模型(1)停靠在行车隧道内的救援站一段时间后,关闭风速测量系统,并记录关闭风速测量系统的时刻;
步骤五:根据研究需要,对需要的时间段内的数据进行分析。
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