CN107201710B - 一种弹簧翘曲式调控路基对流换热的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹簧翘曲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；其次在所述轴心杆上设置限位器，该轴心杆的中心设置记忆合金；最后通过链杆将重力平衡块固定在风门上。本发明结构简单、安装方便，稳定性高、使用范围广，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

一种弹簧翘曲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，尤其涉及一种弹簧翘曲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、人类工程活动的影响，导致冻土和地下冰退化和融化，从而导致各种工程灾害的产生，对各种重大工程建筑稳定性产生重要影响。

通过保护冻土工程措施的采用，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。而在这些措施中，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，青藏高速公路即将面临修筑，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，主要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，通过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。如：俞祁浩（俞祁浩，程国栋，马巍. 路基的自动温控通风装置：中国，03218742.4[P]，2004-8-18）技术，整个装置安装在通风管外，通过杆件与通风管内风门相连。在极端恶劣环境下控制、动作单元不仅容易遭受破坏，而且连接杆件容易失效，导致整个装置的失效。同时，装置的安装，需要在通风管上单独钻孔、打眼，过程繁琐、效率低下。这些问题的存在都在较大程度上对该装置的使用、造价和运维成本都导致的了不利影响。又如：俞祁浩（俞祁浩，程国栋，何乃武. 用于路基中通风管隔热传冷控制开关：中国，200520004195.3[P]，2006-9-13），俞祁浩（俞祁浩，程国栋，马魏.路基的荷载式液压自动温控通风装置：中国，03218744.0[P]，2004-8-18）设计的液压系统，在青藏高原极端环境下难以有效工作。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、稳定性高的弹簧翘曲式调控路基对流换热的方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种弹簧翘曲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；其次在所述轴心杆上设置限位器，该轴心杆的中心设置记忆合金；最后通过链杆将重力平衡块固定在风门上。

所述记忆合金是指Ti Ni二元系、Ti Ni-X三元系、Cu基、Fe基形状记忆合金中的一种，其调控设定温度为-10℃~10℃。

所述重力平衡块是指金属、石材、混凝土中的一种。

所述链杆的长度为10~20cm。

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。

本发明与现有技术相比，仅为记忆合金、重力块与风门的组合。整体结构简单，制作便利、安装和维护方便。

2、稳定性高、使用范围广。

首先，本发明全部放置于通风管的内部，有效避免外界极端恶劣环境侵蚀和破坏影响，工作寿命大幅增加；其次，通过记忆合金不同弹力的设定，以及与不同重力平衡块的组合，可以根据使用环境的风力、温度等不同极端环境，可以设定开启或关闭风门扭转力矩的大小，由此增大风门控制单元动作、动力的强度，并增加动作完成后，维持风门所处状态的稳定性，以避免高原大风产生的不利影响。

3、动作简便，灵敏性高。

本发明通过重力平衡块与记忆合金弹簧之间的扭力变化，直接推动风门开启或关闭，动作简便，由此避免通过中间物质转换或动力转换造成的不利影响。同时，记忆合金直接感应环境温度的变化，动作感应单元的灵敏度大幅提高，响应时间也由此大幅缩短。

4、对流换热效能得到提高。

由于调控风门灵敏度的提高，对于不同季节条件下、或不同夜晚低温、或是白天高温环境条件，风门也可以及时开启或关闭，在最大程度利用冷能的同时，也有效避免相对暖空气的热影响。由此，进一步提高通风路基整体的降温效能。

5、对通风管空气流动过程影响进一步降低。

由于重力平衡块主要沿通风管的轴向分布、且横截面很小，在通风管开启状态下，所占通风管横截面积比例较其它技术更小，对通风管空气流动影响进一步得到有效降低。

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—限位器 5—记忆合金 6—重力平衡块 7—链杆。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种弹簧翘曲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；其次在轴心杆2上设置限位器4，该轴心杆2的中心设置记忆合金5；最后通过链杆7将重力平衡块6固定在风门1上。

其中：

记忆合金5是指Ti Ni二元系、Ti Ni-X三元系、Cu基、Fe基形状记忆合金中的一种，其调控设定温度为-10℃~10℃。

重力平衡块6是指金属、石材、混凝土中的一种。

链杆7的长度为10~20cm。

本发明工作原理为：

记忆合金5在高于奥氏体（Austenite）相变温度Af环境下，即在高于记忆合金5设定温度条件下，记忆合金5具有相对较高的弹性系数。在低于马氏体（Martenite）相变温度Mf环境下，即在相对较低温度环境条件下记忆合金5具有相对很低的弹性系数。因此，风门1的开启或关闭，主要通过记忆合金5与重力平衡块6之间的弹力和扭力各自大小进行控制。

风门1的开启过程。在环境温度低于设定温度条件下，由于记忆合金5处于马氏体状态，记忆合金5的弹性系数很低，此时，重力平衡块6与链杆7形成的扭力大于记忆合金5的弹力，在重力平衡块6的扭力推动下，转达到风门1水平限位器4限制位置，风门1开启。

风门1关闭过程。与上述条件相反，在环境温度高于设定条件下，记忆合金5处于奥氏体状态，记忆合金5的弹力恢复，并大于重力平衡块6扭力，在记忆合金5弹力的推动下，风门1向相反方向发生旋转，并旋转达到风门1垂直限位器4限制位置，完成正温环境条件下风门1的关闭。

Claims (4)

1.一种弹簧翘曲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；其次在所述轴心杆（2）上设置限位器（4），该轴心杆（2）的中心设置记忆合金（5）；最后通过链杆（7）将重力平衡块（6）固定在风门（1）上；风门（1）的开启或关闭，通过记忆合金（5）与重力平衡块（6）之间的弹力和扭力各自大小进行控制。

2.如权利要求1所述的一种弹簧翘曲式调控路基对流换热的方法，其特征在于：所述记忆合金（5）是指Ti Ni二元系、Ti Ni-X三元系、Cu基、Fe基形状记忆合金中的一种，其调控设定温度为-10℃~10℃。

3.如权利要求1所述的一种弹簧翘曲式调控路基对流换热的方法，其特征在于：所述重力平衡块（6）是指金属、石材、混凝土中的一种。

4.如权利要求1所述的一种弹簧翘曲式调控路基对流换热的方法，其特征在于：所述链杆（7）的长度为10~20cm。

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