CN113790067A - 一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，该系统由冷空气隔离模块和暖空气隔离模块组成，安装于隧道两端及内部，可多级组合，每个模块左右两侧和顶部立体送风，形成三气流组合，分区拦截冷空气侵入和阻止隧道内沉积的热量流出，相比顶吹空气幕，拦截送风距离减少50％，末端风速提高两倍以上，冷空气隔离模块利用隧道外侧冷空气，阻断入侵的隧道外冷空气对流，暖空气隔离模块利用隧道内侧暖空气，阻断隧道内暖空气对流，避免隧道内热量损失，利用隧道内围岩土壤的散热，保持内壁温度，实现隧道保温，无需第三方加热设施，无热能消耗，保障安全运营，降低隧道运营养护成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统。
背景技术
随着我国东北、内蒙古和新疆北部、西藏北部、青海等寒区隧道公路、铁路交通建设的不断发展，低温气候对寒区隧道的破坏问题日趋显现，由于隧道外冷空气对流影响，洞内温度逐步降低，最终造成隧道内围岩冻结，衬砌层冻胀破坏，洞内渗水结冰，严重威胁行车安全，甚至造成隧道报废，大大增加隧道运营养护成本。
常见的寒区隧道防冻害的措施，主要有在隧道口安装顶吹空气幕或热风幕拦截外部冷空气，对于350km/h的高铁来说，隧道净空宽度是12-13米，高度是9-10米，即使空气幕出口风速30m/s，由于风速衰减快，到达地面的末端风速不足1-2m/s，当地面冷空气移动对流速度大于末端风速时，冷空气直接侵入隧道内侧，造成隧道内部温度不断下降，这种拦截措施效果差，运行能耗大，实际应用中无法实现隧道防冻害。
开发行之有效的隧道空气隔离保温系统，真正达到寒区隧道防冻害的目的，保障隧道安全运营，降低隧道运营成本，具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，该系统由冷空气隔离模块和暖空气隔离模块组成，安装于隧道两端，嵌入隧道墙体或安装于隧道峒口处，不影响车辆运行，每个模块左右两侧和顶部同时送风，形成三气流组合，分区拦截冷空气侵入和阻止隧道内沉积的热量流出，左、右、顶部三个方向立体送风，相比顶吹空气幕，拦截送风距离减少50％，末端风速提高两倍以上，冷空气隔离模块利用隧道外侧冷空气，阻断隧道外冷空气入侵，暖空气隔离模块利用隧道内侧暖空气，阻断隧道内暖空气向外流失，避免隧道内产生烟囱效应，利用隧道内围岩土壤的散热，保持内壁温度，实现隧道保温，无需第三方加热设施，无热能消耗，保障安全运营，降低隧道运营养护成本。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
所述一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，根据不同的严寒地区和隧道对流温度，冷空气隔离模块和暖空气隔离模块为一套组合应用，可采用单冷、单暖、双冷单暖或双冷双暖空气隔离模块多级组合安装，加强保温效果。
进一步的，所述冷空气隔离模块安装于隧道峒口外侧或嵌入隧道峒口墙体，暖空气隔离模块嵌入隧道内侧墙体，不影响车辆运行，安装于隧道外侧的冷空气隔离模块，配置户外防雨雪措施，每个模块可独立控制，单独启动或同时启动。
进一步的，冷空气对流风速较大的寒区隧道，采用在隧道内部加装多组暖空气隔离模块，分区阻断，阻止隧道内部空气对流形成，保障隧道两端的冷空气隔离模块和暖空气隔离模块整体空气隔离保温效果。
进一步的，所述冷空气隔离模块和暖空气隔离模块拦截空气方向不同，峒口外侧的冷空气隔离模块吸入隧道外侧冷空气，通过左右两侧和顶部三个方向的高速气流组合向外喷出，形成冷空气隔离墙，把冷空气拦截在隧道外，避免造成峒内暖空气负压；峒口内侧的暖空气隔离模块吸入隧道内侧空气，通过左右两侧和顶部三个方向的高速气流组合向内喷出，形成暖空气隔离墙，把隧道内部沉积的热量拦截在隧道里，避免造成峒内暖空气正压，维持隧道内温度稳定。
进一步的，所述冷空气隔离模块左右两侧高速气流，利用隧道顶部和地面做导流面，形成“V”形冷空气隔离墙，顶吹高速气流布置于左右侧吹气流的外侧上方，由上向下向外倾斜送风，先行拦截隧道外侧冷空气侵入，降低入侵的冷空气风速，减少左右两侧送风阻力，增强冷空气拦截效果。
进一步的，所述暖空气隔离模块左右两侧高速气流，利用隧道顶部和地面做导流面，形成“V”形暖空气隔离墙，顶吹高速气流布置左右侧吹气流的内侧上方，由上向下向内倾斜送风，阻止隧道内部沉积的热量流出，维持隧道保温蓄热。
进一步的，所述冷空气隔离模块和暖空气隔离模块，左右两侧及顶部送风口均采用平行流送风口，将高速气流由动压变静压整流后，平直送出，避免气流扩散，风速衰减小，末端风速高，送风距离长。
进一步的，所述冷空气隔离模块和暖空气隔离模块，送风口可调节风向，根据隧道内对流风速强度自动或手动调整送风角度，保障“V”形空气隔离墙角度形成，提高空气隔离效果。
进一步的，所述冷空气隔离模块和暖空气隔离模块，两侧和顶部进风口均采用鱼鳞式导流板进风口，利用左右两侧喷出的高速气流形成“V”形空气隔离墙，迫使被拦截的空气受阻后风压增加，左右分流，转向到两侧的鱼鳞式导流板进风口内，增加进风量。
进一步的，所述冷空气隔离模块和暖空气隔离模块，风机优选离心式风机，也可选用无蜗壳式风机及防爆风机等。
进一步的，所述冷空气隔离模块和暖空气隔离模块，电机优选一级能效永磁无刷变频电机，也可选用异步变频电机、异步定频电机及异步防爆变频电机等。
进一步的，所述一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，依据监测机车车辆通过时的速度，调整风速或关闭风机，同时利用机车车辆通过时形成的活塞风补充隧道内新风，提高隧道内部空气品质，机车车辆驶出后，系统恢复运行。
进一步的，所述一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，通过监测隧道内的温度，自动调整风速或关闭风机，降低运营能耗，并将隧道实时温度无线远程传送到运营中心，便于运营管理、温度预警和数据分析储存。
附图说明
图1为一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统立体图。
图2为一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统俯视图。
附图标记说明：1隧道峒口；2冷空气隔离模块；3暖空气隔离模块；4顶部冷空气隔离模块；5顶部暖空气隔离模块；6隧道内部；7隧道外侧冷空气；8冷空气隔离模块鱼鳞式导流板进风口；9冷空气隔离模块平行流送风口；10冷空气隔离模块送风气流；11隧道内侧暖空气；12暖空气隔离模块鱼鳞式导流板进风口；13暖空气隔离模块平行流送风口；14暖空气隔离模块送风气流。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，包括以下步骤：
步骤一、所述一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，安装于隧道峒口1，嵌入隧道墙体，不影响车辆运行。
步骤二、启动冷空气隔离模块2，吸入隧道外侧冷空气7，经左右两侧冷空气隔离模块平行流送风口9，将气流由动压变静压整流后，平直高速送出，左右两侧冷空气隔离模块送风气流10形成向外的“V”形冷空气隔离墙。
步骤三、隧道外侧冷空气7遇到向外的“V”形冷空气隔离墙，受阻后的冷空气，风压增加，左右分流，转向到两侧的冷空气隔离模块鱼鳞式导流板进风口8内，经高压风机加速后，从两侧的冷空气隔离模块平行流送风口9再次喷出，形成向外的“V”形冷空气隔离墙。
步骤四、顶部冷空气隔离模块4布置于两侧的冷空气隔离模块平行流送风口9的外侧上方，受阻后的顶部冷空气，风压增加，转向到顶部冷空气隔离模块4鱼鳞式导流板进风口内，经高压风机加速后，向外侧地面倾斜送出，形成由上向下的冷空气隔离墙，主要承担拦截隧道顶部外侧冷空气7侵入，减少左右两侧冷空气隔离模块送风气流10的送风阻力，保护向外的“V”形冷空气隔离墙。
步骤五、通过以上步骤，冷空气隔离模块2利用隧道外侧冷空气，阻断入侵的隧道外冷空气对流，避免隧道内热量损失。
步骤六、启动暖空气隔离模块3，吸入隧道内侧暖空气11，经左右两侧暖空气隔离模块平行流送风口13，将气流由动压变静压整流后，平直高速送出，左右两侧暖空气隔离模块送风气流14形成向内的“V”形暖空气隔离墙。
步骤七、隧道内侧暖空气11遇到向内的“V”形暖空气隔离墙，受阻后的暖空气，风压增加，左右分流，转向到两侧的暖空气隔离模块鱼鳞式导流板进风口12内，经高压风机加速后，从两侧的暖空气隔离模块平行流送风口13再次喷出，形成向内的“V”形暖空气隔离墙。
步骤八、顶部暖空气隔离模块5，布置于两侧的暖空气隔离模块平行流送风口13的内侧上方，受阻后的顶部暖空气，转向到顶部暖空气隔离模块5鱼鳞式导流板进风口内，经高压风机加速后，向内侧地面倾斜送出，形成自上向下的暖空气隔离墙，拦截隧道内侧暖空气11流出，减少左右两侧暖空气隔离模块送风气流14送风阻力，保护向内的“V”形暖空气隔离墙。
步骤九、通过以上步骤，暖空气隔离模块3利用隧道内部6暖空气，阻断隧道内部6暖空气对流，实现隧道峒内保温。
步骤十、通过监测隧道内部6的温度，自动调整冷空气隔离模块2和暖空气隔离模块3的风机风速，单独启动任意模块，降低本系统的运行能耗。
步骤十一、冷空气对流风速较大的寒区隧道，采用在隧道内部6加装多组暖空气隔离模块3，分区阻断，阻止隧道内部6空气对流形成，保障隧道两端的冷空气隔离模块2和暖空气隔离模块3整体空气隔离保温效果。
所述一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，按照以上步骤对冷空气多级拦截，无需第三方加热设施，降低保温能耗，减少隧道运营投入，大大降低隧道运营养护成本。
各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明，实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型，例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例，因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，其特征在于：该系统由冷空气隔离模块和暖空气隔离模块组成，安装于隧道两端，嵌入隧道墙体或安装于隧道峒口处，不影响车辆运行，每个模块左右两侧和顶部同时送风，形成三气流组合，分区拦截冷空气侵入和阻止隧道内沉积的热量流出，左、右、顶部三个方向立体送风，相比顶吹风幕，送风距离减少50％，末端风速提高两倍以上，冷空气隔离模块利用隧道外侧冷空气，阻断隧道外冷空气入侵，暖空气隔离模块利用隧道内侧暖空气，阻断隧道内暖空气向外流失，避免隧道内产生烟囱效应，利用隧道内围岩土壤的散热，保持内壁温度，实现隧道保温，无需第三方加热设施，无热能消耗，保障安全运营，降低隧道运营养护成本。
2.根据权利要求1所述的一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，其特征在于：冷空气隔离模块安装于隧道峒口外侧或嵌入隧道峒口墙体，暖空气隔离模块嵌入隧道内侧墙体，不影响车辆运行，安装于隧道外侧的冷空气隔离模块，配置户外防雨雪措施，每个模块可独立控制，单独启动或同时启动。
3.根据权利要求1所述的一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，其特征在于：根据不同的严寒地区和隧道对流温度，冷空气隔离模块和暖空气隔离模块为一套组合应用，可采用单冷、单暖、双冷单暖或双冷双暖空气隔离模块多级组合安装，还可以在隧道内部增加暖空气隔离模块，阻止隧道内空气对流形成。
4.根据权利要求1所述的一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，其特征在于：冷空气隔离模块和暖空气隔离模块拦截空气方向不同，峒口外侧的冷空气隔离模块吸入隧道外侧冷空气，通过左右两侧和顶部三个方向的高速气流组合向外喷出，形成冷空气隔离墙，把冷空气拦截在隧道外，同时避免造成峒内空气负压；峒口内侧的暖空气隔离模块吸入隧道内侧暖空气，通过左右两侧和顶部三个方向的高速气流组合向内喷出，形成暖空气隔离墙，把隧道内部沉积的热量拦截在隧道里，维持隧道内温度稳定。
5.根据权利要求1所述的一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，其特征在于：冷空气隔离模块左右两侧高速送风气流，利用隧道顶部和地面做导流面，形成向外的“V”形冷空气隔离墙，顶吹高速气流布置于左右侧吹气流的外侧上方，由上向下向外倾斜送风，拦截隧道顶部外侧冷空气侵入，降低入侵的冷空气风速，减少左右两侧送风阻力，增强冷空气拦截效果；暖空气隔离模块左右两侧高速送风气流，利用隧道顶部和地面做导流面，形成向内的“V”形暖空气隔离墙，顶吹高速气流布置于左右侧吹气流的内侧上方，由上向下向内倾斜送风，阻止隧道内顶部沉积的热量流出，维持隧道保温蓄热。
6.根据权利要求1所述的一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，其特征在于：冷空气隔离模块和暖空气隔离模块，两侧和顶部进风口均采用相同的鱼鳞式导流板进风口，利用左右两侧喷出气流形成向外的或向内的“V”形空气隔离墙，迫使被拦截的空气受阻后左右分流，进入两侧鱼鳞式导流板进风口，增加进风量。
7.根据权利要求1所述的一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，其特征在于：风机优选离心式风机，也可选用无蜗壳式风机及防爆风机等；电机优选一级能效永磁无刷变频电机，也可选用异步变频电机、异步定频电机及异步防爆变频电机等。
8.根据权利要求1所述的一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，其特征在于：冷空气隔离模块和暖空气隔离模块，左右两侧及顶部送风口均采用平行流送风口，将高速气流由动压变静压整流后，平直送出，避免气流扩散，送风距离长，送风口可调节风向，根据隧道内对流风速强度自动或手动调整送风角度，保障“V”形空气隔离墙角度形成，提高空气隔离效果。
9.根据权利要求1所述的一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，其特征在于：依据监测机车车辆通过时的速度，调整风速或关闭风机，同时利用机车车辆通过时形成的活塞风补充隧道内新风，提高隧道内部空气品质，机车车辆驶出后，系统恢复运行。
10.根据权利要求1所述的一种用于寒区隧道的多级气流组合冷暖空气隔离保温系统，其特征在于：通过监测隧道内的温度，自动调整风速或关闭风机，降低运营能耗，并将隧道实时温度无线远程传送到运营中心，便于运营管理、温度预警和数据分析储存。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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