CN215164243U - 一种多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构，包括设在路堤填土中的沿垂直路基走向设置与外界相通的数个通风管道、设在每个所述通风管道一端管口的自动温控风门和设在所述路堤填土内所述通风管道周边的碎石块石层，其特征在于：每个所述通风管道的另一端管口连有固定在地表及路堤上的排风管道，该排风管道经旋转轴承连有排风口；所述排风口的侧面设有导风板；所述通风管道与所述路堤填土顶面之间设有保温层。本实用新型结构简单，造价便宜，不消耗机械动力，不受地表扰流影响，绿色环保，可实现通风管通风量的提升，进一步提升多年冻土地区路基的热稳定性，为更高等级的路基建设提供技术支撑。
Description
技术领域
本实用新型涉及多年冻土区路基结构技术领域，尤其涉及一种多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构。
背景技术
多年冻土是一种对温度变化十分敏感的土体，温度升高导致多年冻土融化，冻土上限下移，冻土地基承载力降低。在多年冻土地区修筑工程构筑物，会改变原有的地表条件和水热传输过程，导致多年冻土地温不断升高，承载力降低，进而威胁上部工程构筑物的稳定性。为增强多年冻土路基的稳定性，基于全球气候变暖和工程建造对冻土退化的双重影响，研究人员和工程设计人员借鉴国内外冻土工程的经验和教训，提出了基于调控传导、对流和辐射的多种冷却多年冻土路基的工程措施。通过在青藏公路、青藏铁路等冻土工程中的实际应用表明，这些工程措施能明显改善多年冻土路基对下伏多年冻土的热状况，对提高冻土路基的热稳定性有显著作用。
通风管路基是一种基于调节对流换热的主动冷却多年冻土路基的工程措施，在道路路基内部设置通风管，使得路基内部与周围环境空气之间产生对流换热作用，及时将路基吸收的热量散出，以此达到降温目的。但是由于结构形式、通风管壁材料及安装方式不同，对应于不同形式的路基其降温效果也不同。因此，通风管路基一直是技术开发和研究的热点。在实际工程中也开发了多种形式的通风管路基，发挥了一定了工程作用，但实际应用中仍然存在诸多问题，有必要进一步研发。
目前的通风管路基结构中，针对通风量的提升措施分为两类：
一是扩大管口面积，增大进风量。这种方法进风口在地表附近，地表风场表现为复杂的湍流运动，并受到路基结构和周围植被、建筑物等显著的扰动，管口附近风向不一定指向管内，因此造成通风管通风效率低下。比如文献《一种增进通风管路基通风效能的方法》（CN201610152051.5）中在通风管口设置鸭嘴形阔口以增加进风量，这种方法提高了管内风速和流量，但进风口仍然在地表附近，由于受地面扰流的影响，进风量无法实现较大增量。此外这种方法进风口固定，当风向与进风口倾斜时进风量会受到很大的影响。
二是通过风扇叶片的转动产生动能，再将动能转化为抽吸力从而增加通风管的通风量。这种方法避开了地表扰流的影响，但使用复杂的机械结构无法在工程上大范围使用，建设成本和维护成本较高，此外能量转化过程中的损失很大，通风效率并不会提升很高。比如文献《适用于多年冻土路基的直接抽吸式主动通风降温装置》（CN201820132801.7）、《适用于多年冻土路基的连杆式主动通风降温装置》（CN201820134152.4）、《适用于多年冻土路基的活塞式主动通风降温装置》（CN201820142105.4）中使用吸气扇和风能装换装置作为主动动力装置通风，这在一定程度上提高了通风管的通风效率，但是结构过于复杂，且在风能转化过程中管道弯曲过多，管内风压损失较大。
因此，上述方案中受结构形式、安装条件的约束，降温效果仍然难以满足实际工程需要，尤其面对更高技术标准、更宽的路面等高等级工程时更显得捉襟见肘。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、环保的多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构。
为解决上述问题，本实用新型所述的一种多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构，包括设在路堤填土中的沿垂直路基走向设置与外界相通的数个通风管道、设在每个所述通风管道一端管口的自动温控风门和设在所述路堤填土内所述通风管道周边的碎石块石层，其特征在于：每个所述通风管道的另一端管口连有固定在地表及路堤上的排风管道，该排风管道经旋转轴承连有排风口；所述排风口的侧面设有导风板；所述通风管道与所述路堤填土顶面之间设有保温层。
所述排风口由一圆形带弯头的管道和圆锥形渐扩口连接而成；所述渐扩口的锥角接近90°，渐扩口深度为所述通风管道直径的一半。
所述排风管道的直径与所述通风管道的直径相等，该排风管道的高度略高于路堤上表面。
所述导风板为一矩形薄板，其宽度略小于所述通风管道的半径。
所述排风口的侧面通过中心轴与所述导风板相连。
所述通风管道的直径为0.3~0.8m，其轴线距离天然地表0.5~1.5m，相邻管轴线之间距离为管径的2~8倍。
所述自动温控风门的温度控制域范围为-5℃~5℃。
所述碎石块石层的铺设厚度大于所述通风管道的直径。
所述排风管道通过排风管道支撑杆固定在地表及路堤上。
所述保温层的厚度为10~40cm。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、本实用新型中通风管道的另一端管口连有排风管道，该排风管道经旋转轴承连有排风口，排风口的侧面设有导风板，由于自身的遮挡作用，在排风口出口处形成负压（如图3所示），通风管道内为正压或大气压，因此，排风口处的负压与管道内压力之间将形成压力差，在压力差的作用下使得管道内热空气向管外排放，从而达到降温效果。
2、本实用新型利用大气运动引起的风压为通风动力源，当风速超过1m/s时即可启动，圆锥形渐扩口对排风口断面平均风压系数提升明显，可达-1.04。通风管内风速可达到环境风速的0.5倍以上，显著提升管内风速和换热效能。
3、本实用新型通过导风板调整排风口指向，能够自动捕捉风向，无论自然风向与通风管道的夹角如何变化，都会稳定有效地达到通风效果。
4、本实用新型在冷季通过提高通风管内风速和分量，促进路堤与外界环境热交换，使路基蓄冷量增加。在暖季阻止路堤与外界热交换，降低路堤冷能耗散，从而提升冻土上限，防治冻土路基发生沉降。
5、本实用新型结构简单，造价便宜，不消耗机械动力，不受地表扰流影响，绿色环保，可实现通风管通风量的提升，进一步提升多年冻土地区路基的热稳定性，为更高等级的路基建设提供技术支撑。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为气流通过物体时的风压分布图。
图3为本实用新型的工作原理图。
图中：1—排风口，2—导风板，3—排风管道，4—旋转轴承，5—通风管道，6—自动温控风门，7—排风管道支撑杆，8—碎石块石层。
具体实施方式
如图1所示，一种多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构，包括设在路堤填土中的沿垂直路基走向设置与外界相通的数个通风管道5、设在每个通风管道5一端管口的自动温控风门6和设在路堤填土内通风管道5周边的碎石块石层8。每个通风管道5的另一端管口连有固定在地表及路堤上的排风管道3，该排风管道3经旋转轴承4连有排风口1；排风口1的侧面设有导风板2；通风管道5与路堤填土顶面之间设有保温层。
其中：排风口1由一圆形带弯头的管道和圆锥形渐扩口连接而成；渐扩口的锥角接近90°，渐扩口深度为通风管道5直径的一半。
排风管道3的直径与通风管道5的直径相等，该排风管道3的高度略高于路堤上表面。
导风板2为一矩形薄板，其宽度略小于通风管道5的半径。
排风口1的侧面通过中心轴与导风板2相连。
通风管道5的直径为0.3~0.8m，其轴线距离天然地表0.5~1.5m，相邻管轴线之间距离为管径的2~8倍。通风管的尺寸、位置可根据工程需要灵活调整。
自动温控风门6的温度控制域范围为-5℃~5℃。自动温控风门6可根据环境温度和时间变化，自动开启或关闭，高于温度控制阈值风门关闭，低于温度控制阈值风门开启。
碎石块石层8的铺设厚度大于通风管道5的直径。
排风管道3通过排风管道支撑杆7固定在地表及路堤上。
保温层的厚度为10~40cm。保温材料通常为聚苯乙烯板、聚氨酯板、注塑聚苯乙烯板等。
本实用新型工作原理：当气流吹过物体时，气流将发生绕流，经过一段距离后才恢复平行流动。气流由于受到阻挡，受到扰动的部分气流的压力分布将发生变化。迎风面的风速和风的紊流度会强烈影响气流的流动状况和物体表面及周围的压力分布。和远处未受扰动的气流相比，由于风的作用在物体表面所形成的空气静压力变化称为风压。当风吹向物体时，如果以周围的未受扰动气流的压力为零，则在物体迎风面的压力为正值。如果迎风面上有孔口或者缝隙，空气就会流入室内。气流受阻后，绕过物体，由于物体占据了部分断面，物体的两侧和背风面动压上升，静压就相应减小，因此，此两处都是负压区，如果这些面上有孔口或者缝隙，空气即从此处流出。负压区一直延伸到恢复平行流动的断面为止。由于气流被挡而形成的负压区又称为空气动力阴影区。如图2所示，可以看到在物体侧面和背面都为负压区。
工作时，本实用新型能够捕捉来流风向并且迅速将排风口1调整到与来流风向呈180°的位置，这是因为来流风在导风板2上产生的力矩，该力矩使得本实用新型以中心轴为转轴，迅速改变其位置，直到来流风在导风板2上的作用力矩为零时，本实用新型停止转动。此时，排风口1正好对准来流风的背风侧，与其呈180°夹角。
冬季低温环境条件下，路基内温度高于环境温度，自动温控风门6开启，路堤与外界通过通风管道5对流换热。在外部风力作用下，排风口1朝向下风向，风口形成负压区，加速通风管道5内气体流动。同时通风管道5与块石层之间在不同的温差作用下也存在对流换热。多种效应综合作用下，提升路堤的降温效果，确保路堤稳定性。
暖季高温环境条件下，路堤温度低于环境温度，此时自动温控风门6关闭，由此阻止路堤与通风管道5内对流换热，有效阻止了热量向路堤内传播。同时保温层可有效阻止路面层吸收的热量向路堤内传播，最大程度地保存了路堤内冷能，并将路堤温度维持在一个较低的水平。
Claims (10)
1.一种多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构，包括设在路堤填土中的沿垂直路基走向设置与外界相通的数个通风管道（5）、设在每个所述通风管道（5）一端管口的自动温控风门（6）和设在所述路堤填土内所述通风管道（5）周边的碎石块石层（8），其特征在于：每个所述通风管道（5）的另一端管口连有固定在地表及路堤上的排风管道（3），该排风管道（3）经旋转轴承（4）连有排风口（1）；所述排风口（1）的侧面设有导风板（2）；所述通风管道（5）与所述路堤填土顶面之间设有保温层。
2.如权利要求1所述的一种多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构，其特征在于：所述排风口（1）由一圆形带弯头的管道和圆锥形渐扩口连接而成；所述渐扩口的锥角接近90°，渐扩口深度为所述通风管道（5）直径的一半。
3.如权利要求1所述的一种多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构，其特征在于：所述排风管道（3）的直径与所述通风管道（5）的直径相等，该排风管道（3）的高度略高于路堤上表面。
4.如权利要求1所述的一种多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构，其特征在于：所述导风板（2）为一矩形薄板，其宽度略小于所述通风管道（5）的半径。
5.如权利要求1所述的一种多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构，其特征在于：所述排风口（1）的侧面通过中心轴与所述导风板（2）相连。
6.如权利要求1所述的一种多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构，其特征在于：所述通风管道（5）的直径为0.3~0.8m，其轴线距离天然地表0.5~1.5m，相邻管轴线之间距离为管径的2~8倍。
7.如权利要求1所述的一种多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构，其特征在于：所述自动温控风门（6）的温度控制域范围为-5℃~5℃。
8.如权利要求1所述的一种多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构，其特征在于：所述碎石块石层（8）的铺设厚度大于所述通风管道（5）的直径。
9.如权利要求1所述的一种多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构，其特征在于：所述排风管道（3）通过排风管道支撑杆（7）固定在地表及路堤上。
10.如权利要求1所述的一种多年冻土区自动捕风排风通风管道路基结构，其特征在于：所述保温层的厚度为10~40cm。
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