CN110395284A - 一种高速地铁列车车内压力智能控制系统 - Google Patents

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周朝晖
张学飞
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
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    • B61D27/00—Heating, cooling, ventilating, or air-conditioning
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Abstract

本发明提供了一种高速地铁列车车内压力智能控制系统，通过获得列车速度、位置及车内外压力等信息对未来一定时间内车内压力值的预测，在出现大的压力变化率之前的一定时间内通过调整新风送风量和排风量预先对车内空气物质量进行预调整，以克服在未来的时间内大的压力变化量，提高人体舒适性，避免车内压力变化引起乘客不适。

Description

一种高速地铁列车车内压力智能控制系统
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种高速地铁列车车内压力智能 控制系统。
背景技术
随着城市规模的扩大及数量的增多，人们对公共交通需求巨大，而城市轨 道交通是解决城市交通问题的有效工具，其中地铁有着其它城市交通工具无可 比拟的优势，而备受关注。
在车速提高后列车在地铁隧道内运行时会引起压力变化，这种压力变化由 于目前地铁车辆基本没有密封性而基本不衰减的传入到车内，引起乘客耳感不 适性，目前在增大隧道断面积的同时逐渐采用有气密性的车体，这种车体类似 高铁列车，就是使用压差传感器，在测得车内外压差大于一定值后给新风口阀 门给一个信号关闭新风口，以减少车内压力波动；在压差小于一定值后打开新 风口阀门。
研究表明，列车引起的压力变化明显的情况是发生在列车通过地铁风井 时，由于地铁风井间距较小，如果采用简单的关闭新风口的方式，可能因为关 闭频率高而引起车内新风量不足，引起乘客乘坐不适性。日本高铁列车通过获 取车内外压力来控制新风送风量和排风量来实现对车内压力的控制，但这种是 被动的。这种获取方式对于气密性好的新造列车效果是很好的，但由于引起车 内压力变化率的车外压力变化是在很短的时间内完成的，车内压力的变化与车 内空气物质量有之间关系，而物质量的改变是一个时间积累量，采用被动式的 方式将随着列车气密性的下降而效果不好。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术之不足，本发明提供一种 通过获得列车速度、位置及车内外压力等信息对未来一定时间内车内压力值的 预测，在出现大的压力变化率之前的一定时间内通过调整新风送风量和排风量 预先对车内空气物质量进行预调整，以克服在未来的时间内大的压力变化量的 一种高速地铁列车车内压力智能控制系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高速地铁列车车内压力智能控制系统，通过新风风机和排风机控制列车车内压力，包括主控制器和由主控 制器控制开启和关闭的新风风机和排风机，列车车内和车外均安装有安装有压 力传感器，所述压力传感器测得列车运行前车内压力p0、列车运行中的车内压 力p1，在预设的预调整量Δp作用下，通过控制新风风机转速和排风机转速调节 列车的送排风量调节列车车内压力，使得列车运行中车内压力p1符合人体需求。
进一步的，所述的预调整量Δp具有如下测定步骤：
A、测定列车区间隧道长度，隧道直径，隧道两端设置喇叭口，在区间隧道 内设置两个车站分别为第一车站和第二车站，第二车站与区间隧道通过缓变段 相连，在区间随到上设计竖井，并测量列车气密指数；
B、列车以预设速度从区间隧道外运行并驶入隧道，依据列车运行规律，在 两个车站完成启停，在列车运行过程中采取车内车外的压力数据；
C、通过广义黎曼特征线隧道压力波计算法得出未来列车车外压力变化，并 通过计算出车内压力变化，式中pi为车内压力波动值；po为车外压 力波动值，t为时间，τ为表示车辆气密性能的时间常数—气密指数，单位为s； Δp＝pi+p0-p1，p0为列车运行前车内压力，po为车外压力波动值。
更进一步的，新风量和排风量与车辆内与压力的关系可由理想气体状态方 程计算获得，即
式中p1为车内实际压力；G1、G2分别为新风风机送风量和排风机排风量；V 为车厢体积；ρ为空气密度；Δt为风机运行时间；T为当前温度；M为空气分子 量；
在p1、V、ρ、T、M为已知条件下，(G1-G2)*Δt数据可以计算，则新风风 机和排风机需要控制的送风量和排风量则可通过调节新风风机和排风机的排风 量和运行时间动态调节，即获得新风风机和排风机需要控制的送风量和排风量。
进一步的，所述的列车具有若干节车厢，每节车厢车外和车内均安装有压 力传感器，每节车厢上均设有与主控制器型号连接的光纤收发器，所述光纤收 发器则信号连接有风机控制器，所述风机控制器控制调节新风风机和排风机的 转速和送排风量。
本发明的有益效果是，本发明的提供的一种高速地铁列车车内压力智能控 制系统，改变地铁气密性车体新风口采用依据压力差被动式启闭方式，实行由 车速、位置、车内外压力以及由自主开发的车内压力计算预测程序预测信息来 控制新风和排风机风量，减缓车内压力变化率，可消除乘客耳感不适性等问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的原理图。
图2是本发明中地铁计算模型示意图。
图3是本发明中压力时间里程曲线。
图4是本发明中的控制原理图。
图中1、第一车站 2、第二车站 3、第一竖井 4、第二竖井 5、第三 竖井。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意 图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构 成。
如图1所示的一种高速地铁列车车内压力智能控制系统，是本发明最优实 施例，通过新风风机和排风机控制列车车内压力，包括主控制器和由主控制器 控制开启和关闭的新风风机和排风机，列车车内和车外均安装有安装有压力传 感器。所述的列车具有若干节车厢，每节车厢车外和车内均安装有压力传感器， 每节车厢上均设有与主控制器型号连接的光纤收发器，所述光纤收发器则信号 连接有风机控制器，所述风机控制器控制调节新风风机和排风机的转速和送排 风量。
压力传感器测得列车运行前车内压力p0、列车运行中的车内压力p1，在预 设的预调整量Δp作用下，通过控制新风风机转速和排风机转速调节列车的送排 风量调节列车车内压力，使得列车运行中车内压力p1符合人体需求，其中新风 量和排风量与车辆内与压力的关系可由理想气体状态方程计算获得，即
式中p1为车内实际压力；G1、G2分别为新风送风量和排风量；V为车厢体积；ρ 为空气密度；Δt为风机运行时间；T为当前温度；M为空气分子量。
在上述方案中，为了符合人体舒适，避免车内压力变化引起乘客不适，列 车运行前车内压力p0也为确定值，如果可以计算得知预调整量Δp，则p1可以计 算得出，相应的，可获得新风送风量和排风量G1、G2。
所述的预调整量Δp具有如下测定步骤：
A、测定列车区间隧道长度，隧道直径，隧道两端设置喇叭口，在区间隧道 内设置两个车站分别为第一车站1和第二车站2，第二车站2与区间隧道通过缓 变段相连，在区间随到上设计竖井，并测量列车气密指数；
B、列车以预设速度从区间隧道外运行并驶入隧道，依据列车运行规律，在 两个车站完成启停，在列车运行过程中采取车内车外的压力数据；
C、通过广义黎曼特征线隧道压力波计算法得出未来列车车外压力变化，并 通过计算出车内压力变化，式中pi为车内压力波动值；po为车外压 力波动值，t为时间，τ为表示车辆气密性能的时间常数—气密指数，单位为s； Δp＝pi+p0-p1，p0为列车运行前车内压力，po为车外压力波动值。
如图2所示，计算一个结构如图2所示地铁隧道。设置两个车站，每个车 站之间的区间隧道长5000m，隧道直径为7.0m，两端设置截面积为55m2的喇叭 口；第一车站截面积与区间隧道截面积相等，第二车站截面积为区间隧道截面 积的84％，且第二车站与区间隧道通过缓变段相连；设置3个截面积为16m2竖井。 列车具有一定密封性，其气密指数为2s。第一车站1前方具有5000m的隧道， 且第一车站1前方2500m位置处开有第一竖井3，第二车站2两端则分别开有第 二竖井4和第三竖井5。第一竖井3、第二竖井4、第三竖井5会通入空气，造 成第一车站1与第二车站2之间和前后的三段区间隧道内发生空气流动，造成 车外压力变化。
列车以140km/h速度从左端隧道外运行并驶入隧道，并依据地铁列车运行 规律，即在两个车站完成启停，依据这些信息采用广义黎曼特征线隧道压力波 计算法可以计算得出未来列车车外压力变化，并计算出车内压力变 化，这样就可以根据列车位置知道未来多久车内压力变化趋势而事先通过送排 风量来保证车内变化量。
本系统的控制原理图如图4所示，在实际设计中，本系统以嵌入式工控机 ARK-6321/1G/120GSSD为主控制器，通过光纤收发器与各车的采集控制模块(PLC 风机控制器)通讯，接受由车内压力传感器和车外压力传感器得到车内和车外 压力值，并通过写入工控机的压力预测及PID运算程序计算获得Δp，再传回采 集控制模块去驱动风机控制器从而实现对风机转速的改变。这里车外压力采用 绝压传感器PTX7517测量，而车内压力是采用差压传感器LP1000，再通过车外 绝对压力加上差压后计算获得。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作 人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。 本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围 来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种高速地铁列车车内压力智能控制系统，通过新风风机和排风机控制列车车内压力，其特征在于：包括主控制器和由主控制器控制开启和关闭的新风风机和排风机，列车车内和车外均安装有安装有压力传感器，所述压力传感器测得列车运行前车内压力p0、列车运行中的车内压力p1，在预设的预调整量Δp作用下，通过控制新风风机转速和排风机转速调节列车的送排风量调节列车车内压力，使得列车运行中车内压力p1符合人体需求。
2.如权利要求1所述的一种高速地铁列车车内压力智能控制系统，其特征在于：所述的预调整量Δp具有如下测定步骤：
A、测定列车区间隧道长度，隧道直径，隧道两端设置喇叭口，在区间隧道内设置两个车站分别为第一车站和第二车站，第二车站与区间隧道通过缓变段相连，在区间随到上设计竖井，并测量列车气密指数；
B、列车以预设速度从区间隧道外运行并驶入隧道，依据列车运行规律，在两个车站完成启停，在列车运行过程中采取车内车外的压力数据；
C、通过广义黎曼特征线隧道压力波计算法得出未来列车车外压力变化，并通过计算出车内压力变化，式中pi为车内压力波动值；po为车外压力波动值，t为时间，τ为表示车辆气密性能的时间常数—气密指数，单位为s；Δp＝pi+p0-p1，p0为列车运行前车内压力，po为车外压力波动值。
3.如权利要求2所述的一种高速地铁列车车内压力智能控制系统，其特征在于：新风量和排风量与车辆内与压力的关系可由理想气体状态方程计算获得，即
式中p1为车内实际压力；G1、G2分别为新风风机送风量和排风机排风量；V为车厢体积；ρ为空气密度；Δt为风机运行时间；T为当前温度；M为空气分子量；
在p1、V、ρ、T、M为已知条件下，(G1-G2)*Δt数据可以计算，即获得新风风机和排风机需要控制的送风量和排风量。
4.如权利要求3所述的一种高速地铁列车车内压力智能控制系统，其特征在于：所述的列车具有若干节车厢，每节车厢车外和车内均安装有压力传感器，每节车厢上均设有与主控制器型号连接的光纤收发器，所述光纤收发器则信号连接有风机控制器，所述风机控制器控制调节新风风机和排风机的转速和送排风量。
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