CN107201706B - 一种伸缩式调控路基对流换热的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伸缩式调控路基对流换热的方法，该方法是指首先将轴心杆固定于通风管管壁之上，并将转轴套管套接在所述轴心杆上；然后将风门固定于所述转轴套管上；最后在所述轴心杆的中心设置支撑杆，该支撑杆通过链接器Ⅰ与波纹伸缩管的一端相接；所述波纹伸缩管的另一端通过链接器Ⅱ与所述风门相接。本发明结构简单、安装方便、稳定性高，完全可以适应青藏高原极端恶劣环境，并满足工程施工特殊要求，最大程度提高通风路基的降温效能。

Description

一种伸缩式调控路基对流换热的方法

技术领域

本发明涉及冻土工程技术领域，尤其涉及一种伸缩式调控路基对流换热的方法。

背景技术

在我国青藏高原、东北等多年冻土区，通过长期的演化、发展和变化，形成了厚达几米、甚至十几米、各具形态的厚层地下冰。随着气候环境的变化及受到人类工程活动的影响，冻土和地下冰会发生退化和融化，从而引起各种工程灾害的产生，进而对各种重大工程建筑稳定性产生重要影响。

采用保护冻土工程措施，主动冷却冻土基础，是保证冻土工程长期安全运营、稳定的关键途径。在这些措施中，有效调控冻土工程的对流换热过程，是保护冻土基础重要的工程措施的一个类型。该类措施，通过有效促进冬季或夜晚低温环境条件下基础与外界环境的换热过程，有效抑制暖季或白天高温环境条件下基础的换热过程，由此达到冷能在路基内部的不断存储、冻土地温的不断降低、基础稳定性不断增强的目的。

面对国家“十三五”战略规划的出台，青藏高速公路即将修筑，但是，高速公路与普通公路相比，普通公路与铁路相比冻土问题都更为突出。已有研究表明（俞祁浩等. 我国多年冻土区高速公路修筑关键问题研究. 中国科学（技术科学），2014，44（4）: 425 ~ 432），由于黑色路面的强烈吸热、沥青路面隔水和阻止水分蒸发散热的影响，使得相同条件下公路路基的吸热强度是铁路的3 倍多，且路基吸热的主要途径集中在路堤的中心部位，并难以向周围冻土散热。而高速公路与普通公路相比, 更加剧了该种现象的出现。当公路路基宽度增加约1 倍时，路堤底面的吸热强度增加约0.6 倍，路基吸热进一步聚集在路基的中心部位，由此产生更加明显的“聚热效应”，并导致冻土更加快速的退化。面对更高的技术标准、更宽的公路路面，高速公路与冻土之间的热作用更加显著，在多年冻土区修筑高速公路将会面对更为突出的冻土问题和修筑技术难题。由于传热途径、强度等方面的根本改变，使得青藏铁路等获得的成功经验、先进技术难以在青藏高速公路建设中直接应用。

虽然，现有相近技术对通风管的对流换热进行了调控，但是，青藏高原高寒极端自然环境，特殊工程条件，都对通风管调控风门的稳定性、风门的敏感性、风门安装和运维过程的便利性等都提出了更高的要求，现有一些技术难以完全满足工程实际需要。

俞祁浩等①（俞祁浩，程国栋. 用于路基通风管的零温度控制开关:中国,200510065354.5）以及俞祁浩等②（俞祁浩，常小晓，钱进.一种重力平衡式的对流控制风门:中国201010241354.7）对自控风门进行了发明。但是，这两项发明尚有不足之处：

⑴部件较多，发明①中除了风门和传动活塞，还有活塞桶及其内部的弹簧，且这些风门和传动组件分开放置，增加了布设困难。

⑵结构复杂，发明②中使用了油和水构成的部件作为重力单元，其内部是存在放油容器放置于放水容器内部的情况，增加了加工和维护难度。

⑶在青藏高原等环境恶劣地区风沙较大，存在活塞的部件容易受到堵塞以及冻住不能工作的情况，而使用水油作为重力源的设计在低温状态下不能保证液体很好的流动。

⑷部件较多。由此导致结构较为复杂、稳定性较差，且导致青藏高原运维困难、使用成本较高。

由此可见，这些技术在青藏高原极端环境下难以有效工作，难以满足工程实际需要。因此，亟需多角度研发能够满足工程实际的对流调控风门，满足多年冻土区高速公路建设需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、安装方便、稳定性高的伸缩式调控路基对流换热的方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种伸缩式调控路基对流换热的方法，其特征在于：该方法是指首先将轴心杆固定于通风管管壁之上，并将转轴套管套接在所述轴心杆上；然后将风门固定于所述转轴套管上；最后在所述轴心杆的中心设置支撑杆，该支撑杆通过链接器Ⅰ与波纹伸缩管的一端相接；所述波纹伸缩管的另一端通过链接器Ⅱ与所述风门相接。

所述波纹伸缩管的材质为金属或塑料，其内部填充自来水或纯水。

所述波纹伸缩管分别通过密封件与所述链接器Ⅰ、所述链接器Ⅱ相接。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、安装方便、无需能源。

本发明与以往措施相比，仅为波纹伸缩管与风门的组合，且结构简单，制作便利，安装和维护方便。同时风门开关仅利用天然冷能，无需外部动力能源，环境友好。

2、动作简便，灵敏性高。

本发明中的波纹伸缩管直接感应外界环境温度变化，可及时在设定温度条件下完成规定动作，且动作仅为波纹伸缩管的伸缩以及由此带动的风门的关闭，从而避免了通过中间物质转换或动力转换造成的不利影响。

3、稳定性高。

由于波纹伸缩管的动力源为内部水体的冻结、膨胀，其膨胀作用力非常的强大且稳定；同时，由于伸缩式波纹管完全密封，当冰体融化、体积收缩以后，产生的真空以及波纹伸缩管自身的弹性收缩，综合产生的收缩力也非常强大且稳定。因此，本发明所需风门开启、关闭的驱动力都非常的强大且稳定，这些都保证了风门在设定温度条件下的稳定运作。因而可有效避免青藏高原极端大风等不利因素的影响。

4、造价低廉，便于大规模使用。

本发明没有需要特别保护的部件，该风门构件均为普通材料，且结构简单，造价成本可以在较大程度得到降低，便于大规模使用。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明的侧视图。

图2为本发明的主视图。

图中：1—风门；2—轴心杆；3—转轴套管；4—波纹伸缩管；5—支撑杆；6—链接器Ⅰ；7—链接器Ⅱ。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种伸缩式调控路基对流换热的方法，该方法是指首先将轴心杆2固定于通风管管壁之上，并将转轴套管3套接在轴心杆2上；然后将风门1固定于转轴套管3上；最后在轴心杆2的中心设置支撑杆5，该支撑杆5通过链接器Ⅰ6与波纹伸缩管4的一端相接；波纹伸缩管4的另一端通过链接器Ⅱ7与风门1相接。

其中：波纹伸缩管4的材质为伸缩性和导热性良好且耐低温的金属或塑料，其内部填充自来水或纯水。

波纹伸缩管4分别通过密封件与链接器Ⅰ6、链接器Ⅱ7相接。

本发明工作原理：

在密闭的金属或塑料波纹伸缩管4内充满水并且密封。随着季节温度或环境温度的不断下降，当温度低于0℃时，波纹伸缩管4内水体会发生的冻结，水体冻结过程中会产生9%体积的膨胀，受波纹伸缩管4径向的限制作用，水-冰相变过程中发生膨胀的体积，使得波纹伸缩管4沿轴向膨胀、伸长。反之，当环境温度高于0℃时，波纹伸缩管4内冰体会发生融化，由于波纹伸缩管4封闭，冰体融化、体积收缩以后在波纹伸缩管4内产生的真空以及波纹伸缩管4自身的弹性收缩，综合产生的收缩力，使得波纹伸缩管4进行稳定收缩。由此可见，随着环境温度围绕0℃发生变化时，波纹伸缩管4就会随之沿轴向发生长度的伸长或缩短。

由于波纹伸缩管4的一端链接于风门1上，另一端与支撑杆5固定端链接。在波纹伸缩管4发生长度的伸长或缩短时，与风门1链接端与支撑杆5固定端之间的距离发生变化，即在相对低温环境下，随着波纹伸缩管4的伸长，两者的距离增加，由此推动风门1的开启。反之，在相对高温环境下，随着波纹伸缩管4的缩短，拉动风门1的关闭。

在自然环境季节温度或昼夜温度发生变化时，由于波纹伸缩管4内水体体积较小，极易发生水-冰相变过程，由此快速完成风门1的开启或关闭。

使用时，将本发明安装在多年冻土区通风式路基中通风管的一端或两端，通过风门1的开启或关闭，就可以有效调控通风路基的对流换热过程，由此达到有效降低路基地温场，充分利用冷能实现长期保护冻土路基的目的。

Claims (2)

1.一种伸缩式调控路基对流换热的方法，其特征在于：该方法是指首先将轴心杆（2）固定于通风管管壁之上，并将转轴套管（3）套接在所述轴心杆（2）上；然后将风门（1）固定于所述转轴套管（3）上；最后在所述轴心杆（2）的中心设置支撑杆（5），该支撑杆（5）通过链接器Ⅰ（6）与波纹伸缩管（4）的一端相接；所述波纹伸缩管（4）的另一端通过链接器Ⅱ（7）与所述风门（1）相接；所述波纹伸缩管（4）的材质为金属或塑料，其内部填充自来水或纯水。

2.如权利要求1所述的一种伸缩式调控路基对流换热的方法，其特征在于：所述波纹伸缩管（4）分别通过密封件与所述链接器Ⅰ（6）、所述链接器Ⅱ（7）相接。

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