地铁活塞风作用下屏蔽门的气动特性分析
地铁隧道活塞风实测及特征分析
可见，各测点的风速和温度随着列车的驶入和驶离呈周期性的变化。活塞风道内的测点VP1和VP3受室外进出气流的影响不仅风速变化显著，而且温度也起伏有序地变化。冬季活塞风道中测点VP1和VP3风速的波动幅度较夏季的小，且其温度冬、夏季分别在3～14 ℃和28～35 ℃之间波动。站台隧道进站端测点VP7的风速波动幅度比出站端测点VP5的风速波动幅度大，但因其均处于隧道内部，故温度整体稳定，仅有微小波动。冬季早高峰测点VP5温度为17.49 ℃左右，VP7的为18.54 ℃左右；夏季晚高峰测点VP5温度为26.02 ℃左右，VP7的为25.59 ℃左右。
1.1 测试仪器
测试仪器选用能达到微风启动的、可以同时测量温度、湿度、风速、压力等多个参数、储存容量约为1.8 G的 Testo480多功能测量仪，内置2个K型热电偶接头和3个数字探头，该仪器由一高度约为1.3 m的三脚架支撑。该仪器温度测量范围为-200.0～+1 370.0 ℃，精度为±(0.3 ℃+测量值的0.1%)；所内置的差压传感器的量程为-25～25 hPa，精度为±0.3 Pa，分辨率为0.1 Pa；内置的大气压传感器的量程为700～1 100 hPa，精度为±3 hPa，分辨率0.1 hPa；内置的热线风速传感器的量程为0～20 m/s，精度为±0.03 m/s，分辨率为0.01 m/s。
根据流体力学的基本原理，当管内流体雷诺数Re>4 000时，流动逐渐转化为湍流。地铁活塞风可视为湍流，且整个流动横断面上的速度及温度分布比较均匀，可近似视为沿隧道方向的一维流动[4-5]。因此，监测隧道横断面上某点的风速可代表整个断面的平均风速。
城市地铁活塞风对地铁环境的影响规律与有效应用分析
编号：AQ-JS-05998( 安全技术)单位：_____________________审批：_____________________日期：_____________________WORD文档/ A4打印/ 可编辑城市地铁活塞风对地铁环境的影响规律与有效应用分析Influence law and effective application analysis of piston wind on Subway Environment城市地铁活塞风对地铁环境的影响规律与有效应用分析使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。
活塞风通过隧道和出入口引起地铁环境的变化,是地铁能耗的重要影响因素，在过渡季节和冬季充分利用活塞风是实现地铁通风系统进一步节能的有效措施。
风口屏蔽门系统可有效利用活塞风,因其兼具安全、舒适的特点，较之传统的半高安全门系统和屏蔽门系统具有许多优点，重点探讨活塞风对地铁环境的影响规律、活塞风的有效利用对地铁通风空调系统能耗的影响和带风口屏蔽门系统在北方城市的适用性。
某城市地铁概况某城市地铁里程全长26.188公里，全线共设22座车站，其中高架站有8座，地下站有13座，地面车站有1座，站间距离最小为0.784公里，最大为1.624公里，平均为1.225公里，站台有效长度均为120m，站台两端部均有站端风井，每站4条，区间隧道有双跨矩形有中柱(双线单洞)、双跨矩形有隔墙、单跨矩形、圆型盾构四种，车站两端各有两个机械风井，既有线各区间中部均有两个机械风井，列车车厢尺寸长宽高值分别为19.52m、2.8m、3.51m，动车自重37t，拖车自重27t,带司机室车定员252人，一列载额定乘客列车总质量为298.2t。
安装了平均高度为1.4m的安全门，拓宽看乘客在候车时的站立空间,适当减少活塞风对站台的影响，降低列车进出站时产生的噪声，在过渡季和冬季还可以利用活塞风满足车站新风需求。
地铁出入口活塞风有效通风量分析
地铁出入口活塞风有效通风量分析在城市建设中，地铁是现代城市交通中不可或缺的一部分，它不仅能够减少城市交通拥堵，提高城市运行效率，还能便捷市民出行。
然而，在日渐严重的空气污染下，地铁站内的通风工作变得尤为重要。
本文将以地铁出入口活塞风有效通风量为研究对象，探讨其特点及其对地铁通风的影响。
一、地铁出入口活塞风的特点地铁出入口活塞风是指地铁行车过程中，由车厢运动而产生的一种气流，它在地铁的进站口及出站口中的作用较为显著。
活塞风的产生主要是由于车厢在隧道中移动时，挤压了前方气流，形成气压较高区域。
当车厢经过出入口时，压缩气体会形成压缩波，从而形成活塞风，这可使地铁站内湿度、温度、污染物等指标发生变化。
二、地铁出入口活塞风对通风的影响1. 活塞风对地铁站内环境的影响活塞风的产生会对地铁站内的环境产生影响，主要体现在以下几个方面：（1）影响人员出入。
由于活塞风已成为一种重要的地铁安全因素，因此，在地铁站的进出站口处设置了大量的风口和通风设备，也可在一定程度上调整活塞风的作用，以确保地铁站内的空气流通。
（2）影响空气质量。
活塞风会使地铁站内的空气流动加速，从而使空气中的有害物质扩散更加迅速，影响空气质量。
（3）影响舒适度。
由于活塞风会扰动站内空气，使得空气温度、湿度等指标波动，进而影响人员的舒适度。
2. 活塞风对地铁通风的作用活塞风对地铁通风的作用主要表现在以下几个方面：（1）通过活塞风能够加速地铁站内空气的流动，增加通风效果。
（2）对通风设备的配置有一定的要求。
在地铁站的进出站口处配置通风设备，能够形成气流，减小活塞风对地铁通风的影响。
（3）需要加强通风管理。
由于活塞风对地铁站内空气产生影响，因此在地铁站的通风管理上需要加强，在通风时应考虑到活塞风的影响，合理调整通风设备及其运行方式，确保空气质量的合格。
三、地铁出入口活塞风有效通风量的分析为了研究活塞风对地铁通风的作用，我们有必要对地铁出入口活塞风有效通风量进行分析，有效通风量作为地铁通风设计中的重要指标，它对于保障地铁站内空气质量有着重要的意义。
城市地铁活塞风对地铁环境的影响规律与有效应用分析
编号：AQ-JS-05998( 安全技术)单位：_____________________审批：_____________________日期：_____________________WORD文档/ A4打印/ 可编辑城市地铁活塞风对地铁环境的影响规律与有效应用分析Influence law and effective application analysis of piston wind on Subway Environment城市地铁活塞风对地铁环境的影响规律与有效应用分析使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。
活塞风通过隧道和出入口引起地铁环境的变化,是地铁能耗的重要影响因素，在过渡季节和冬季充分利用活塞风是实现地铁通风系统进一步节能的有效措施。
风口屏蔽门系统可有效利用活塞风,因其兼具安全、舒适的特点，较之传统的半高安全门系统和屏蔽门系统具有许多优点，重点探讨活塞风对地铁环境的影响规律、活塞风的有效利用对地铁通风空调系统能耗的影响和带风口屏蔽门系统在北方城市的适用性。
某城市地铁概况某城市地铁里程全长26.188公里，全线共设22座车站，其中高架站有8座，地下站有13座，地面车站有1座，站间距离最小为0.784公里，最大为1.624公里，平均为1.225公里，站台有效长度均为120m，站台两端部均有站端风井，每站4条，区间隧道有双跨矩形有中柱(双线单洞)、双跨矩形有隔墙、单跨矩形、圆型盾构四种，车站两端各有两个机械风井，既有线各区间中部均有两个机械风井，列车车厢尺寸长宽高值分别为19.52m、2.8m、3.51m，动车自重37t，拖车自重27t,带司机室车定员252人，一列载额定乘客列车总质量为298.2t。
安装了平均高度为1.4m的安全门，拓宽看乘客在候车时的站立空间,适当减少活塞风对站台的影响，降低列车进出站时产生的噪声，在过渡季和冬季还可以利用活塞风满足车站新风需求。
城轨车辆车门控制系统—气动门的结构和工作原理
3．气动式内藏门实例分析——广州地铁1号线车辆客室车门
中 央 控 制 阀 集 成
任务1
任务1
2．内藏门驱动及锁闭装置
任务1
图5-3 气动式内藏门驱动装置
➢驱动装置的核心部件是双向作用的驱动风缸。 压缩空气经过中央控制阀的分配进入驱动风缸推动活塞运动，使车门 实现开启和关闭。
➢机械传动系统由钢丝绳及滑轮组成。当驱动风缸活塞杆带动左门页运 动时，作用力通过连接在左门页上的钢丝绳、导轨两端的钢丝绳滑轮 以及连接到右门页上的钢丝绳带动右门页动作，从而实现左右门页的 同步动作。
控制系统：DC110V电路，通过 整车、单节车、单门各级继电 器，控制车门中央控制阀动作 ，实现对驱动风缸的供、排气 控制，使车门按要求开关。
行程开关：检测车门状态，将 信息返回诊断系统及控制系统 ，实现对车门的监测。
任务1
1-右门页 2-左门页 3-导轨 4-锁钩/紧急手柄 5-左门驱动连杆 6-驱动风缸 7-解锁风缸 8-中央控制阀 9-导向衬块 10-橡胶密封条 11-防跳轮/支撑滚轮 12-锁闭行程开关S1 13-密封毛刷 14-钢丝绳 15-关闭行程开关S2
2．内藏门驱动及锁闭装置
任务1
图5-3 气动门页上的锁销、解锁风缸组成。 ➢ 当车门关闭时，锁钩下落至水平位置，钩住两门页上的锁钩，实现机械锁闭。车
门在锁闭位置时，两门页之间的关紧力靠进入驱动风缸右腔的压缩空气来保持。 ➢ 当开门时，压缩空气经中央控制阀进入解锁风缸，使之动作将锁钩顶开，同时驱
动风缸活塞向左运动，打开车门。 ➢ 当紧急情况下需要打开客室车门时，可以拉下紧急解锁手柄，这时驱动风缸内的
空气排往大气，用手可轻易将两门页推开。
3．气动式内藏门实例分析 ——广州地铁1号线车辆客室车门
屏蔽门系统地铁站采用单双活塞风道通风性能比较研究
屏蔽门系统地铁站采用单双活塞风道通风性能比较研究摘要：采用STESS ver3.0地铁热环境模拟计算软件通过保持活塞风道的长度、面积、阻力系数一致，对屏蔽门系统地铁站采用活塞风道设置的几种不同形式进行了详细的模拟计算，并列出下行区间隧道的风量模拟计算结果。
根据不同形式活塞风道设置方案比较，每站2条活塞风道，分别对应上下行区间列车出站端方式能够充分实现最优的区间隧道通风的气流组织，且不会引起屏蔽门造价的提高。
同时对于前后有无辅助线的标准地下车站提出活塞风道设置建议。
关键词：屏蔽门，活塞风道；冷却效果1.引言目前地铁车站站台边缘安装全封闭的屏蔽门，其特点为区间隧道与车站通过屏蔽门分隔开[1]。
由于屏蔽门将车站和区间完全隔离开，车站设置空调系统，对于区间来说列车运行时产生的活塞效应不能将车站冷量带入区间隧道对其进行冷却，需要设置活塞风道[2、3]。
设置活塞风道的目的，是为了充分利用室外新风来冷却隧道，降低隧道温度，从而满足中远期运行时对隧道温度的要求；同时通过活塞风道引入室外新风到区间隧道，满足列车在区间运行时乘客对新风量的要求[4]。
2.单、双活塞风道方案模拟计算分析目前，国内已建成的设置屏蔽门系统的地铁工程地下车站部分采用双活塞风道、部分采用双活塞风道[5，6]。
采用清华大学编写的具有独立知识产权的STESS ver3.0地铁热环境模拟计算软件对活塞风道设置的几种不同形式进行了详细的模拟计算与分析活塞风道的长度、面积、阻力系数都是一致的。
用于比较计算分析的区间通风方案见表1：表1活塞风道设置方案表对每个方案均模拟风量， 6对、20对、30对条件下的模拟结果详见图1～图9，由于车站设置的屏蔽门将上行、下行区间完全分隔开，所以，图纸仅列出下行区间隧道的风量模拟计算结果[7]。
图1. 四条活塞风道（方案一）开排热风机6对车模拟结果图2. 四条活塞风道（方案一）开排热风机20对车模拟结果图3. 四条活塞风道（方案一）开排热风机30对车模拟结果图4. 两条进站端活塞风道（方案二）开排热风机6对车模拟结果图5. 两条进站端活塞风道（方案二）开排热风机20对车模拟结果图6. 两条进站端活塞风道（方案二）开排热风机30对车模拟结果图7. 两条出站端活塞风道（方案三）开排热风机6对车模拟结果图8. 两条出站端活塞风道（方案三）开排热风机20对车模拟结果图9. 两条出站端活塞风道（方案三）开排热风机30对车模拟结果从图1、图4和图7中可以看出，当列车运行对数为6对，车站设置4条活塞风道（方案一）时，直接用于冷却下一区间隧道的新风量为15.33m3/s（24.24-8.91）；而设置两条出站端活塞风道（方案三）时，直接用于冷却下一区间隧道的新风量为24.61m3/s（42.35-17.74）；而设置两条进站端活塞风道（方案二）时，从活塞风道进入隧道的室外空气大部分被排热风机排走，仅有16.39m3/s的与列车带来的上一区间的空气掺混后的空气进入下一区间，其中室外新风约占74％左右。
地铁隧道风对屏蔽门关门影响的研究与分析
地铁隧道风对屏蔽门关门影响的研究与分析地铁隧道风对屏蔽门关门影响的研究与分析随着城市化的快速发展，地铁越来越成为人们出行的主要方式。
地铁站屏蔽门的关门效果直接关系到其出入口的安全性和通行效率。
然而，在地铁隧道内，由于列车高速行驶所产生的强大气流，对于屏蔽门的关门存在不小的影响。
本文将对地铁隧道风对屏蔽门关门的影响进行研究与分析。
一、地铁隧道风对屏蔽门关门的影响1.风速对屏蔽门影响的研究在地铁站屏蔽门的设计中，主要考虑了能否有效阻止外界风速对车站的影响。
然而，在地铁隧道内部，由于列车高速行驶，所产生的气流会对屏蔽门的关门效果产生明显影响。
在实际测量中，发现隧道内风速通常在7~10 m/s左右，这样的风速不仅对乘客乘坐的舒适度有影响，也会加大屏蔽门的关闭难度。
因此，科学的研究对于提高地铁站屏蔽门的设计和使用效果具有重要的意义。
2.风速调整的算法分析为了使屏蔽门具有良好的关闭效果，必须对隧道内的风速进行精确的调节。
现有的风速调节算法主要有基于人工经验和基于数学模型的方法，这两种方法都需要大量的试验和数据，才能制定出较为科学且适用性较强的算法。
然而，基于人工经验的方法存在随机性较大的问题，而基于数学模型的算法则需要大量的测试和计算，运算速度和计算精度存在一定的瓶颈。
二、屏蔽门设计及优化1.屏蔽门的设计要求从屏蔽门的设计角度出发，必须考虑到隧道内部的风速和其他因素对屏蔽门造成的影响。
首先，需考虑门翼的风压处理及堵隔处理，优化门翼结构，从而减少门翼在关闭过程中的摆动；其次，需要采用高品质、寿命长的组件，从而增加关门的效率和稳定性；最后，另外一个问题是检测屏蔽门是否关闭，多采用光电开关等，以及是否能够实现全闭锁等。
2.屏蔽门的优化措施如何针对屏蔽门的问题进行优化，提高其效率和质量，是屏蔽门制造商和设计师需要重点关注的领域。
目前，新型屏蔽门已经在国内外市场上应用，大大提高了关门效率和稳定性。
其中，电动屏蔽门的使用逐渐成为市场的趋势。
采用屏蔽门系统的地铁区间活塞风效应分析
３ １ １ 制 定 因子水 平表 （ ．． 见表 ３ ）
表 ３ 因子 水 平值
１ １） （２ ２２） （０ ３３） （２ １１ ） （２
㈤㈣ ２） ２㈤ ） ㈣ ２ ２
）
２２） （０ ３３ ） （ ２
１１） （ ２ ２２ ） （ ０
３ １２ 选 取考察 指标 ．．
见 表 ２ 。
表 ２ 数 学 模 型 中 各 ｓｇ ｎ 与 地铁 实 际各 单 元 的 对 照 ｅｍｅｔ
搭建屏 蔽 门系统 Ｓ Ｓ数学 模 型 （ Ｅ 列车 在下 行
线 运行 ） 。
各单元及节点范围
区 间隧 道 （ｏ ｅｌ ～ ｏｅ１ ， ｏｅ３ ｎｄ ｌ １ ｎｄ ｌ６ Ｎ ｄ ３７～ｎｄ３２ ｏｅ４ ）
１ ４
《 城市公用事业》
表 ５ 区 间 隧道 ｃ内 各 测点 精 确 位 置
３ ２ 正 交试 验分析 过程 ．
３２ １ １ 极差 分析法 ．． ． 由图 ｌ可知 ， 以区 间隧 道 内测 点 １温 度场 为
本 文采用 直观分 析 和统 计 分 析两 种 方 法 （ 即
极差 分析法 和方差 分析法 ） 析试验 结果 。 分
３３ ） （ ２
本 文主要 研究外 界环境 气温对 地铁 区间 降温
效果 的影响 ， 因此 ， 交试验 中 的考 察指标定 为 区 正 间 隧道 内的空 气平均 温度 。 ３ １ ３ 正 交试验 安排 ．．
３ １４ 数 值模 拟的模 型建立 ．． 正 交试验 的数 值模 拟 采 用 以上 建 立 的模 型 ， 研 究对 象为 Ｃ、Ｄ站 之问 的区 间 隧道 ｅ内各单 元
图 １ 极 差 分析 法各 因子 各 水 平 下 测 点 １ 度 场 均值 温
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122
郑州大学学报 ( 工学版 )
20 09 年
离开而持续下降, 在车尾经过的瞬时压力降到最 低, 达到常压以下, 随着列车离去, 屏蔽门的压力 又缓慢回升至常压. 一般地铁车站两端均设置有 风井, 列 车 过 风 井 时 会 产 生 两 组 不 同 的 压 力 波 [ 7] , 如图 3 所示, 压力波在车 站区间隧道内传 播, 再次引起屏蔽门压力变化.
两端各延伸 11 m, 总长度 164 m, 站台两端距屏蔽 门端门 6. 8 m 处设 16 m2 活塞风井.
图 1 计算模型示意图 F ig. 1 Sch emat ic d iagram of ca lcu lation m ode l
1. 3 边界条件 隧道外部的无穷远处大气按照黎曼不变量的
道内运行过程, 研究了屏蔽门的 压力变化机理和压力时空变化特性, 并分析了列车运 行速度、阻塞比、活
塞风井面积、风阀状态和区间隧 道通风方案等诸多因素与 屏蔽门 压力之 间的影响 关系. 结果 表明: 屏蔽
门压力变化主要是由列车的有压科特湍流和区间隧道 内压力波 两方面 因素决 定, 其 中有压 科特湍 流是
2 活塞风作用下屏蔽门压力荷载特性
2. 1 活塞风作用下屏蔽门压力变化机理 活塞风作用下屏蔽门压力变化主要受列车的
有压科特湍流和区间隧 道内压力波两方 面的影 响. 图 2为列车即将进站时车体和站台屏蔽门附 近的压力分布图.
图 2 隧道内运行时车体表面压力分布 F ig. 2 A ir p ressure d istribu tion on externa l
B
0. 35 0. 40 0. 45 0. 50 0. 55 0. 60 0. 65 Av Bv
驶的过程而持续降低, 在车尾经过时降到最低 P 处 (对应图 4中的 D 点 ), 期间伴随着区间隧道内 压力波的交替小幅波动. 随着列车离去, 屏蔽门压 力逐渐恢复至常压. 2. 3 屏蔽门气压的空间分布
图 5为屏蔽门的正负压力 峰值 ( P + 、P - )和 压力幅值 $P 沿站台的分布.
图 3 列车过风井生成的附加压力波 F ig. 3 Pressure wave du rin g train passing shaft
,H=
Qw v - Syz Q( e+ V2 / 2) + N
0
Qfx
J = Qfy
.
Qfz
Q( ufx + vfy + w fz )
Qw
Quw - Szx
Qvw - Szy
,
Qw 2 + p - Szz
Q( e+ V2 / 2) + O
式中: Q, V 为空气密度和流速, u, v, w 为 V 分量; e
地铁活塞风作用下屏蔽门的气动特性分析
杨伟超 1, 彭立敏 1, 施成华 1, 胡自林2
( 1 中南大学 土木建筑学院, 湖南 长沙 410075; 2 广州市地下铁道设计研究院, 广东 广州 510010)
摘 要: 根据三维不可压缩 N av ier-S tokes方程 和标准 k-E湍流方程, 采用有限体积法模 拟列车在 区间隧
为单位内能; p 为总压, fx, fy, fz 分别为体积力分 量; M, N, O 分别为 pu - uSxx - vSxy - w Sxz, pv- uSyx - v Syy - w Syz, pw - uSzx - vSzy - w Szz.
湍流模型采用 k-E双方程 [ 5] :
9( Qui k) 9xi
=
9 9x i
( Leff +
ut Rk
9k 9xi
+ G - QEi
( 2)
9(
Qui E) 9x i
=
9 9xi
Leff +
ut RE
+ c1
kEG - c2
E2 k
Q
( 3)
式中: Gk = 2u2j, j + ( ui, j + uj, i ) 2; ut = Qcw k2 / E; cu =
无反射边界定义. 隧道侧壁及列车表面为静止墙 边界, 墙边界处无涡流, 气体的法向速度 un 和法 向压力梯度 9p /9n 为零. 根据 T. Cebec i[ 5] 粗糙管 壁模型试验确定隧道壁面粗糙度. 隧道及风井与 外部大气的连接处按压力出口边界定义, 计算区 域内产生的压力波一部分透射出边界, 一部分被 反射. 区间隧道通风口采用速度入口边界定义. 列 车与隧道之间的相对运动采用滑移网格处理. 1. 4 研究工况
1 计算模型
1. 1 控制方程 根据以上假设, 区间隧道内空气流动控制方
程如下:
9U 9t
+
9F 9x
+
9G 9y
+
9H 9z
=
J
( 1)
其中,
Q
Qu
Qu
Qu2 + p - Sxx
U= Qv
, F = Qvu - Sxy
,
Qw Q( e+ V2 /2)
Qwu - Sxy Q( e+ V2 /2) + M
区间隧道内的压力变化主要受列车的运行速 度、阻塞比和区间隧道通风方式等因素的影响. 考 虑以下 3种方案: 方案 1分析区间隧道阻塞比的 影响, 保持列车横断面不变, 调整区间隧道断面, 使区间隧道阻塞比 B= 0. 35~ 0. 65; 方案 2分析 列车运行速度的影响, 时速 Vr = 50~ 120 km / h过 站; 方案 3车站隧道风机正常运行, 区间隧道风机 送 /排风, 不同活塞风井风面积, 前后相邻车站隧 道风机送 /排风.
主要影响因素; 屏蔽门压力与阻 塞比和列车速度的平方呈 正比; 增加活 塞风井 面积、打开活 塞风阀 有利
于降低屏蔽门压力. 结构校核时 需要考虑区间隧道排风模式对屏蔽门压力的影响.
关键词: 地铁; 活塞风; 屏蔽门; 气动特性
中图分类号: U 45
文献标识码: A
0 引言
地铁屏蔽门 ( P latform Screen Doo r, PSD )作为 一种安全设施, 设置于站台边缘, 将列车与站台候 车室 (厅 )隔离开来, 不仅能防止乘客有意或无意 跌入轨道, 也可以阻断区间隧道与站台候车区域 之间的空气流通, 降低区间隧道热负荷对车站候 车环境的影响, 节约车站环控系统的运营成本. 自 2003年广州地铁二号线引入屏蔽门系统以来, 国 内的上海、深圳、重庆等城市地铁线路相继采用. 但在车站安装屏蔽门会出现一些新的问题, 比如: 引起区间内外空气的交换率下降, 车厢内空气质 量变差, CO 2 等有害气体浓度增大, 列车的乘坐舒 适性下降; 另外由于屏蔽门对气流的阻隔作用, 列 车的活塞效应显著增强, 列车的气压荷载也随之 增加, 加之通风系统的影响和地铁运行速度的不 断提高, 活塞风引起的交变压力荷载显著增大, 设 计时需要考虑活塞风压荷载作用下屏蔽门的结构 强度和使用寿命 [ 1] . 但目前国内外对屏蔽门的研 究主要 集中 在机 械受力 特性 和环 控系统 方 面 [ 2- 3] , 对屏蔽门的压力特性研究相对较少, 尚没 有明确的活塞风压荷载标准, 相关的设计也多根 据工程经验估计, 由于经验不同, 各处理方法也存 在一定的差异 [ 4 ] . 因此, 为 了能够对屏蔽 门的结 构强度和使用寿命等问题进行深入分析, 有必要 对 地 铁活 塞 风作 用下 屏 蔽门 的 气动 特 性进 行
探讨. 笔者对列车由区间隧道进入车站过程的运行
过程进行了模拟, 分析了活塞风作用下屏蔽门的 压力变化机理, 并对影响屏蔽门压力变化的列车 运行速度、阻塞比、活塞风井面积、风阀状态和区 间隧道通风方案等诸多因素进行了分析.
为了论述方便, 将文中使用的符号集中列出: Vr 为车速; 压力波幅值 $P = P+ + P - , 其 中, P + 为正压力峰值, P - 为负压力峰值; B= A r /A t, 其中, A r, A t 分别为列车及隧道面积; A d 为活塞风 井面积.
列车经过站台进口端活塞风井时, 隧道内气 流受列车头部挤压, 形成以音速向前传播的压缩 波, 压缩波到达站台出口端活塞风井后突然膨胀 转换成膨胀波, 并以音速向进口端返回; 当列车尾 部经过站台进口端活塞风井时情况正好相反, 形 成向站台出口端传播的膨胀波, 膨胀波到达站台 出口端活塞风井处转换成压缩波, 同样以音速向 进口端返回. 压缩波与膨胀波在活塞风井之间反 复转换与反射, 且同种类型的波叠加时, 压力波幅 值增加, 不同类型的波叠加时, 压力波幅值减小. 2. 2 屏蔽门压力的时程变化
收稿日期: 2008- 10- 14; 修订日期: 2009- 01- 13 作者简介: 杨伟超 ( 1978- ), 男, 河南许昌人, 中南大学博士研究生, 主要从事隧道 通风及空气动力学研究.
第 2期
杨伟超等 地铁活塞风 作用下屏蔽门的气动特性分析
1 21
Qv
Quv - Syx
G = Qv2 + p - Syy
3 影响屏蔽门压力的诸因素分析
3. 1 阻塞比对屏蔽门压力的影响 取列车速度 Vr = 70 km / h, B= 0. 35~ 0. 65,
活塞风井面积取 A d /A t = 0. 7, 10# 、15# 和 20# 门的 压力幅值见表 1.
表 1 不同阻塞比条件下屏蔽门压力幅值
T ab11 Com par ison of blockage ratio kP a
图 4为 B= 0. 4, 车速 90 km / h过站时屏蔽门 轨道侧气压力和区间隧道内压力波传播的对照变 化图.
图 4 屏蔽 门压力与站台内压力波传播对照 Fig. 4 T im e history of p ressure on PSD