CN113706989A - 一种地铁隧道列车运行状态灾害耦合模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地铁隧道列车运行状态灾害耦合模拟系统，包括隧道主体、列车模型、灾害发生系统和试验测量系统，列车模型放置在隧道主体底部的导轨上，列车模型通过驱动装置改变行驶速度；灾害发生系统包括火源和地震模拟装置，火源设置在列车模型内部，地震模拟装置包括放置在地震台上的模拟箱，模拟箱内部放置隧道主体，模拟箱上部铺设覆土层；试验测试系统包括温度传感器、气体成分分析仪、流速传感器和压力传感器。本发明通过设置列车运行状态、地震等级等参量进行模拟，采集隧道内的环境参数和列车运行参数，研究火灾和地震灾害耦合下的风险隐患，为地铁工程设计、列车运行安全和人员疏散提供理论和技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于地铁隧道灾害模拟技术领域，尤其涉及一种地铁隧道列车运行状态灾害耦合模拟系统。
背景技术
现有对地铁隧道列车灾害研究主要集中于隧道内无列车或列车处于阻塞状态下的火灾场景，当列车处于运行状态时会产生活塞效应，使得隧道内的流场发生改变，且运行列车起火为一动态过程，目前缺乏关于这一方面的研究。另外，关于地铁隧道列车灾害种类的研究与风险防控，主要集中于火灾这一场景，而对于其它灾害场景及多灾种耦合场景的研究相对较少。且隧道列车火灾方面的研究主要基于数值模拟方法，火灾场景和边界条件的设计主观性较强，缺少实地实验数据支撑，难以对实际设计方案提供指导。
发明内容
针对上述现有技术中存在的在对地铁隧道列车灾害研究中，多灾种耦合场景的研究相对较少的技术问题，本发明的目的在于提供一种地铁隧道列车运行状态灾害耦合模拟系统。
为达到上述目的，本发明提出了一种地铁隧道列车运行状态害耦合模拟系统，包括隧道主体、列车模型、灾害发生系统和试验测量系统，列车模型放置在隧道主体底部的导轨上，列车模型通过驱动装置改变行驶速度；灾害发生系统包括火源和地震模拟装置，火源设置在列车模型内部，地震模拟装置包括放置在地震台上的模拟箱，模拟箱内部放置隧道主体，模拟箱上部铺设覆土层；试验测试系统包括温度传感器、气体成分分析仪、流速传感器和压力传感器，温度传感器、气体成分分析仪、流速传感器和压力传感器均通过电缆与数据采集仪连接。
本发明对火灾和地震灾害耦合的场景进行模拟，开展列车运行状态下的风险防控研究，通过设置列车运行状态、地震等级等参量进行模拟，采集隧道内的环境参数和列车运行参数，研究火灾和地震灾害耦合下的风险隐患，为地铁工程设计、列车运行安全和人员疏散提供理论和技术支撑。
进一步地，温度传感器设置在隧道主体顶棚下方和列车模型内部顶部位置。
进一步地，气体成分分析仪设置在隧道主体内靠近列车模型尾部位置和列车模型内部靠近车门位置，气体成分分析仪距离地面1-2m。
进一步地，流速传感器设置在列车模型内部靠近车门位置和隧道主体的轴线位置。
进一步地，压力传感器设置在隧道主体壁面和列车模型表面位置。
进一步地，隧道主体由隧道模块组成，隧道模块之间法兰连接，隧道主体底部固定在液压操作平台上，液压操作平台用于调节隧道主体的坡度。液压操作平台可以改变隧道主体的坡度，进而研究坡度对隧道灾害的影响。
进一步地，列车模型的驱动装置包括两个带轮、主动轴、联轴器、驱动电机、同步带、从动轴，主动轴通过联轴器与驱动电机相连，驱动电机带动主动轴转动，从而带动两个带轮转动，两个带轮通过从动轴连接，同步带通过螺钉与列车模型底部的中间位置固接，同步带在带轮的带动下运动，从而带动列车模型运动
进一步地，列车模型为不锈钢材质。
相对于现有技术，本发明的技术效果为：本发明涉及的地铁隧道列车运行状态灾害耦合模拟系统，通过对火灾和地震灾害耦合的场景进行模拟，开展列车运行状态下的风险防控研究，通过设置列车运行状态、地震等级等参量进行模拟，采集隧道内的环境参数和列车运行参数，研究火灾和地震灾害耦合下的风险隐患，为地铁工程设计、列车运行安全和人员疏散提供理论和技术支撑。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为地震起火灾害耦合模拟系统结构图；
图2为本发明隧道列车模型和试验测量仪器布置结构图；
图3为列车模型和试验测量仪器布置结构图；
图4为本发明列车模型单节车厢和试验测量仪器布置结构图。
附图标记说明：
隧道主体1、列车模型2、温度传感器3、压力传感器4、气体成分分析仪5、流速传感器6、车门7、模拟箱8、地震台9、机械拖动装置10、覆土层11。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的地铁隧道列车运行状态灾害耦合模拟系统。
如图1-图4所示，模型试验装置与原型尺寸的比例为1：10，该地铁隧道列车运行状态灾害耦合模拟系统包括隧道主体1、列车模型2、灾害发生系统和试验测量系统，列车模型2放置在隧道主体1底部的导轨上，列车模型2通过驱动装置改变行驶速度；灾害发生系统包括火源和地震模拟装置，火源设置在列车模型2内部，地震模拟装置包括放置在地震台9上的模拟箱8，模拟箱8内部放置隧道主体1，模拟箱8上部铺设覆土层11；试验测试系统包括温度传感器3、气体成分分析仪5、流速传感器6和压力传感器4，温度传感器3、气体成分分析仪5、流速传感器6和压力传感器4均通过电缆与数据采集仪连接。
隧道1总长100～180m，截面为圆形，直径为0.5m，隧道1主体由隧道模块组成，隧道模块之间法兰连接，隧道主体1底部固定在液压操作平台上，液压操作平台用于调节隧道坡度。隧道底部铺设金属导轨，可放置地铁列车模型2。隧道主体1放置在模拟箱8中。模拟箱8的上部铺设覆土层11，使得模拟场景贴近现实场景，模拟箱8整体放置在震动台9上，震动台9由设置在其上的机械拖动装置10拖动进行地震模拟，通过设置不同的震级强度参数，实现对地震场景的模拟。另外，实验火源采用油池火或气体火，火源放置于列车模型2顶部及内部不同位置处，以模拟列车不同位置起火的场景。
地铁列车模型2放置在隧道主体1的导轨上，采用不锈钢板材质，分为A、B、D、L四种型号，对应的单节列车模型2的长度分别为2.28m、1.9m、2.28m、1.6m，宽度分别为0.3m、0.28m、0.33m、0.28m。列车模型2包括多节车厢，可根据需要设置为固定和运动两种状态，当列车处于运动状态时，通过驱动装置改变列车行驶速度，包括速度大小和方向。驱动装置包括两个带轮、主动轴、联轴器、驱动电机、同步带、从动轴等，主动轴通过联轴器与驱动电机相连，驱动电机带动主动轴转动，从而带动两个带轮转动，两个带轮通过从动轴连接，同步带通过螺钉与列车模型2底部的中间位置固接，同步带在带轮的带动下运动，从而带动列车模型2直线运动。
试验测试系统包括温度传感器3、气体成分分析仪5、流速传感器6和压力传感器4。温度传感器3用于测量隧道及列车模型2内的顶棚温度，采用K型铠装热电偶对烟气温度实时测量，其测量量程为0～1000℃，温度传感器3通过电缆线连接到数据采集仪。如图2-图4所示，温度传感器3设置在隧道主体1顶棚下方5cm处和列车模型2内部顶部位置，每间隔0.5m布置1个温度传感器3。气体成分分析仪5用于测量烟气成分如颗粒物、CO2、CO、NOx等可能对人员造成危险的有害物质的成分和浓度，气体成分分析仪5通过电缆线连接到数据采集仪。气体成分分析仪5设置在隧道主体1内靠近列车模型2尾部位置和列车模型2内部靠近车门7位置，具体设置在列车模型2内部第一节车厢车门7附近及隧道内列车模型2尾部位置，气体成分分析仪5距离地面1.5m。流速传感器6通过电缆线连接到数据采集仪，主要用于获取试验场景中的气流速度。流速传感器6采用多通道风速仪对隧道主体1及列车模型2内关键节点的气流速度进行测量，风速仪的测量量程为0～30m/s，测量精度为0.01m/s，采样频率1Hz，测量误差为±0.05％。流速传感器6设置在列车模型2内部靠近车门7位置和隧道主体1的轴线位置，距离地面高度为1.5m。具体设置位置为，在列车模型2内部的流速传感器6设置在第一节车厢车门7附近，在隧道内的流速传感器6设置在隧道轴线位置处。压力传感器4通过电缆线连接到数据采集仪，用于获取试验场景下隧道主体1壁面及列车模型2车体的压力变化。压力传感器4设置在隧道主体1壁面和列车模型2表面位置，如图2-图4所示，每间隔1m设置1个压力传感器4。
具体试验模拟步骤如下：
(1)选取一种型号的列车模型；
(2)将火源设置在列车内部；将温度传感器设置在隧道主体顶棚下方5cm处和列车模型内部顶部位置，每间隔0.5m布置1个温度传感器；将气体成分分析仪设置在列车内部第一节车厢车门附近及隧道内列车尾部位置；在列车内部的流速传感器设置在第一节车厢车门附近，在隧道内的流速传感器设置在隧道轴线位置处。
(3)将列车模型放置在隧道内，将隧道放置在模拟箱中，并将模拟箱放置在地震台上。
(4)调节列车驱动装置改变列车的运行速度方向。
(5)设置地震参数，点燃火源，模拟地震起火场景。
(6)采集烟气温度、有害气体浓度、气流速度、压力变化等数据。
(7)分析地震火宅场景下烟气温度特性及蔓延扩散规律，压力场、流场变化规律及危害程度。
(8)选取另一种型号的列车模型重复步骤(2)-(7)。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种地铁隧道列车运行状态灾害耦合模拟系统，其特征在于，包括隧道主体、列车模型、灾害发生系统和试验测量系统，所述列车模型放置在所述隧道主体底部的导轨上，所述列车模型通过驱动装置改变行驶速度；所述灾害发生系统包括火源和地震模拟装置，所述火源设置在所述列车模型内部，所述地震模拟装置包括放置在地震台上的模拟箱，所述模拟箱内部放置所述隧道主体，所述模拟箱上部铺设覆土层；所述试验测试系统包括温度传感器、气体成分分析仪、流速传感器和压力传感器，所述温度传感器、所述气体成分分析仪、所述流速传感器和所述压力传感器均通过电缆与数据采集仪连接。
2.如权利要求1所述的地铁隧道列车运行状态灾害耦合模拟系统，其特征在于，所述温度传感器设置在所述隧道主体顶棚下方和所述列车模型内部顶部位置。
3.如权利要求1或2所述的地铁隧道列车运行状态灾害耦合模拟系统，其特征在于，所述气体成分分析仪设置在所述隧道主体内靠近所述列车模型尾部位置和所述列车模型内部靠近车门位置，所述气体成分分析仪距离地面高度为1-2m。
4.如权利要求3所述的地铁隧道列车运行状态灾害耦合模拟系统，其特征在于，所述流速传感器设置在所述列车模型内部靠近车门位置和所述隧道主体的轴线位置。
5.如权利要求4所述的地铁隧道列车运行状态灾害耦合模拟系统，其特征在于，所述压力传感器设置在所述隧道主体壁面和所述列车模型表面位置。
6.如权利要求5所述的地铁隧道列车运行状态灾害耦合模拟系统，其特征在于，所述隧道主体由隧道模块组成，所述隧道模块之间法兰连接，所述隧道主体底部固定在液压操作平台上，所述液压操作平台用于调节所述隧道主体的坡度。
7.如权利要求6所述的地铁隧道列车运行状态灾害耦合模拟系统，其特征在于，所述列车模型的所述驱动装置包括两个带轮、主动轴、联轴器、驱动电机、同步带、从动轴，所述主动轴通过所述联轴器与所述驱动电机相连，所述驱动电机带动所述主动轴转动，从而带动两个所述带轮转动，两个所述带轮通过所述从动轴连接，所述同步带通过螺钉与所述列车模型底部的中间位置固接，所述同步带在所述带轮的带动下运动，从而带动所述列车模型运动。
8.如权利要求7所述的地铁隧道列车运行状态灾害耦合模拟系统，其特征在于，所述列车模型为不锈钢材质。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211126 |
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