一种地铁车站轨顶风道结构及布置方法

1.本发明涉及轨道通风散热领域，更具体的是涉及一种地铁车站轨顶风道结构及布置方法。


背景技术：

2.城市轨道交通列车a型车主要有两种车型，以6辆编组为例，其中包括4动2拖，总长度约为140m，简称为6a车，但是这两种6a车型的每节车厢的长度有差别，尤其是车顶冷凝器排热风口中心距差别还是较大。
3.如图1所示，可见这两种6a车型的车顶冷凝器排热风口中心距差别，其中第一种车型的车顶冷凝器排热风口间距较小同一辆车车顶冷凝器排热风口中心距10770mm，两辆车之间车顶排热风口中间距12030mm；第一种车型的车顶冷凝器排热风口间距较大同一辆车车顶冷凝器排热风口中心距12600mm，两辆车之间车顶排热风口中间距10200mm。
4.那么按照传统方式进行地铁车站隧道内的工程施工，轨顶风道排热风口开设如果按照对应第一种车型车顶冷凝器排热风口就对应不上第二种车型车顶冷凝器排热风口；如果对应第二种车型车顶冷凝器排热风口，就对应不上第一种车型车顶冷凝器排热风口；并且车辆设备招标比较滞后，招标后还需要联络厂家设计，这个过程耽搁的时间比较长，造成施工轨顶风道土建结构一直需要等待车辆招标、并设计厂家联络确定后才能确定轨顶风口布置和尺寸，会造成生产工期的延误和推迟。
5.另外，车站隧道内大部分热量由列车制动产热及车顶冷凝器排热组成，若不及时排除，车站隧道内空气温度会逐渐升高，对列车空调运行产生不利影响；为了及时有效排除列车在制动和停站过程中产生的热量，同时提高排热效率，应尽量避免热量进入区间隧道，因此地铁车站设计时需在车站轨行区的设置轨道排风系统，尤其是站台轨顶风口处配套使用的排风设备作用至关重要，可影响集中排放列车产生的热量的散热效果。
6.根据风道中空气流动规律，吸风量一定时，吸风口外某截面上的空气流速与该截面到吸风口距离的平方成反比，即随着距吸风口距离的增加，截面上的气流速度将迅速衰减；因此轨顶风道的排风口应正对列车的发热部位，且国内地铁轨顶风孔均按此要求进行设置；另有研究表明：当风口与列车的发热部位错开时，错风口工况冷凝器附近空气温度最高达到60℃，车体平均温度也超过45℃，隧道内温度分布不平均，故不建议将轨顶风道的风口与列车冷凝器排热风口位置错开。


技术实现要素：

7.为了解决上述轨顶风道排热风口布置以及轨顶排风设备配合散热的技术问题，本发明提供一种地铁车站轨顶风道结构及布置方法。
8.本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
9.一种地铁车站轨顶风道结构，包括在车站隧道顶部两侧平行设置的两条相同的轨顶风道，单条轨顶风道均由独立工作的两段独立风道组成，分别为第一段风道和第二段风
道，且第一段风道和第二段风道之间为中心隔断墙，第一段风道延伸到车站一端连通设置第一站端排风机，第二段风道延伸到车站另一端连通设置第二站端排风机；这两段独立风道上均开设有面积不等且可调节风量的风口，且这些风口的位置与轨道列车的冷凝器排热风口位置相关联。
10.进一步，所述独立风道均从中心隔断墙向站端排风机方向上依次延伸开设大面积风口，中面积风口、小面积风口。
11.对应6a车的顶冷凝器排热风口的位置，所述轨顶风道上间隔设置小面积风口、小面积风口、中面积风口、中面积风口、大面积风口、大面积风口、大面积风口、大面积风口、中面积风口、中面积风口、小面积风口、小面积风口，共12处风口位置。
12.进一步，所述大面积风口是由三个方形风孔组成，所述中面积风口是由两个方形风孔组成，所述小面积风口为单个方形风孔。
13.对应6a车的顶冷凝器排热风口的位置，在轨顶风道上开设12处风口位置，则这条轨顶风道上对应开设方形风孔数量依次为1：1：2：2：3：3：3：3：2：2：1：1。
14.具体的，所述方形风孔是由四条角钢条形成的框架结构，所述角钢条贴在风口支撑结构上进行包边设置，电动百叶风阀覆盖方形风孔，并与角钢条固定连接。
15.具体的，所述电动百叶风阀包括风阀叶片，风阀叶片旋转轴，风阀叶片联动杆，旋转执行电动机构，所述风阀叶片联动杆在风阀侧边板中设置，并通过螺栓将风阀侧边板与对应的钢条固定连接。
16.一种地铁车站轨顶风道布置方法，用于根据车型布置上述一种地铁车站轨顶风道结构，包括如下步骤：
17.步骤一，通过ses软件确定轨顶风道的设计风量；
18.结合ses软件进行模拟，测算出站端排风机需要达到的设计风量为30m3/s；
19.步骤二，根据车型确定风口位置；
20.两种不同车型车顶冷凝器排热风口位置相对比后，得到对照位和错开位两种位置形态；对应着所述的对照位和错开位的位置在轨顶风道确定的风口位置，包括正对位和中间位；正对位是对应着对照位进行风口位置确定，所述中间位是对应着错开位的中间位置进行风口位置确定的；
21.步骤三，确定风口位置的面积；
22.根据风道中各处风口面积随距离风机的距离增大而增大的原理，具体采取施工措施是在每段独立风道从中心隔断墙向站端排风机方向上依次延伸开设大面积风口，中面积风口、小面积风口；
23.再考虑工程的可实施性，方便施工单位预制模板，各处风口面积以统一尺寸的方形风孔且方形风孔数量不同进行布置，其中大面积风口由三个方形风孔组成，中面积风口由两个方形风孔组成，小面积风口由单个方形风孔组成；
24.步骤四，测算方形风孔尺寸；
25.根据步骤一种的站端排风机的设计风量为30m3/s，单段独立风道中有6处风口，则每处风口的风量为30m3/s
÷
6＝5m3/s，根据规范要求，排烟口风速不应大于7m/s，距离风机最近的风口为最不利点，该处风口的有效面积不应小于0.71m2,即5m3/s
÷
7m/s＝0.71m2，且该处风口中的方形风孔的数量为1个，因此方形风孔统一按照0.8m*1.0m进行设置；
26.步骤五，方形风孔处设置电动百叶风阀；
27.为了保证单个方形风孔的排风散热效果可调节，在每个方形风孔处均设置电动百叶风阀，通过控制调整电动百叶风阀的开合程度，使得风阀叶片呈90
°
全开状态、0
°
～90
°
任意角度的半开状态或者0
°
关闭状态。
28.以6a编组的两种列车为参照，第一种车型的车顶冷凝器排热风口间距较小同一辆车车顶冷凝器排热风口中心距10770mm，两辆车之间车顶排热风口中间距12030mm；第二种车型的车顶冷凝器排热风口间距较大同一辆车车顶冷凝器排热风口中心距12600mm，两辆车之间车顶排热风口中间距10200mm。
29.以上述6a编组的两种列车为参照，在步骤二中，两种6a车型对比车顶冷凝器排热风口位置得到对照位和错开位，且对照位和错开位交错产生，则地铁车站的轨顶风道对应上述对照位和错开位交替开设正对位和中间位，得到轨顶风道上的12处风口位置。
30.以上述6a编组的列车为基础，在步骤三中，根据步骤二所得的12处风口位置，则在单条轨顶风道开设方形风孔数量依次为1：1：2：2：3：3：3：3：2：2：1：1。
31.本发明的有益效果如下：
32.1、本发明一种地铁车站轨顶风道布置方法，对比轨道交通常用的两种6a车型，得到了一种地铁车站轨顶风道结构，此结构中的轨顶排热风口能够适用两种6a车型，能够保证列车冷凝器散热热量能够及时的排出车站隧道之外，且散热效果良好。
33.2、本发明根据风道中各处风口面积随距离风机的距离增大而增大的原理，在独立风道上开设面积不同的风口，以能够更好的完成排风散热工作；并且风口位置处以数量不同但统一尺寸的方形风孔来形成不同面积的风口，这样使得施工难度降低，并且利于管理，也利于适配风阀设备；对应每处的方形风孔均配套设置电动百叶风阀，以便于调节风量大小。
34.3、本发明中的布置方法能够利于轨顶风道的提前设计和施工，不会因为无法确定列车类型而导致工期延误；并且本发明中的布置方法能够满足不同车型的散热需求，并且使得排风散热效果良好。
附图说明
35.图1是6a车的两种车型对比车顶冷凝器排热风口中心距差别的示意图；
36.图2是本发明轨顶风口的布置示意图(含方框部分的放大示意图)；
37.图3是本发明方形风孔处安装电动百叶风阀的结构示意图(仰视视角)；
38.图4是图3中a-a视角的示意图；
39.图5是图3中b-b视角的示意图；
40.图6是本发明中电动百叶风阀的结构示意图；
41.图7是轨顶风口的布置位置与两种车型车顶冷凝器排热风口位置的关系示意图；
42.图8是本发明中风道布置的原理示意图；
43.附图标记：1-第一站端排风机，2-第一段风道，3-中心隔断墙，4-第二短风道，5-第二站端排风机，6-大面积风口，7-中面积风口，8-小面积风口，9-角钢条，10-连接螺栓，11-风口支撑结构，12-风阀侧边板，13-风阀叶片，14-风阀叶片旋转轴，15-风阀叶片联动杆，16-旋转执行电动机构。
具体实施方式
44.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
45.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.实施例1
47.如图2到6所示，本实施例提供一种地铁车站轨顶风道结构，包括在车站隧道顶部两侧平行设置的两条相同的轨顶风道，如图2所示，以其中一条风道为例具体说明轨顶风道的结构，单条轨顶风道均由独立工作的两段独立风道组成，分别为第一段风道2和第二段风道4，且第一段风道2和第二段风道4之间为中心隔断墙3。
48.其中第一段风道2中的空气散热流向与第二段风道4中的空气散热流向相反，这两段独立风道均是以靠近中心隔断墙3为始端的方形风道，所述的第一段风道2的末端通向车站一端，且第一段风道2末端连通设置第一站端排风机1，而第二段风道4的末端通向车辆另一端，且第二段风道4末端连通设置第二站端排风机5。
49.如图2中方框部分的放大示意图，所述第二段风道4上设置有轨顶排热风口，根据风道中各处风口面积随距离风机的距离增大而增大的原理，分别设置呈大面积风口6，中面积风口7以及小面积风口8，其中大面积风口6靠近中心隔断墙3开设，然后延伸向第二站端排风机5再开设中面积风口7，接着开设小面积风口8；同样的，如图2所示，所述第一段风道2上从中心隔断墙3向第一站端排风机1方向上延伸开设大面积风口6，中面积风口7、小面积风口8。
50.上述风道中各处风口面积随距离风机的距离增大而增大的原理，具体内容如下：
51.如图8所示，将风道分为若干份，那么在断面n位置处的负压值为：
[0052][0053]
式中，pn为断面n位置处负压值，p0为风机入口处负压值，即风机风压，为断面n位置距离风机入口的压力损失；其中δpi为断面i-1至断面i这段范围内的平均远程阻力；l为断面i-1至断面i这段范围内的距离。
[0054]
从上述公式可以看出，风道中负压值随距离风机的距离增大而减小。
[0055]
另一方面，负压值与风量、风口面积和风口局部阻力系数有关，具体计算公式如下：
[0056][0057]
式中，pn为断面n位置处负压值，ε为风口局部阻力系数，ρ为空气密度，v为风量，m为风口面积。
[0058]
由于各处风量相同，因此各处风口面积与负压值的平方根成反比。
[0059]
综上所述，各处风口面积随距离风机的距离增大而增大。
[0060]
考虑工程的可实施性，方便施工单位预制模板，各处风口面积以统一尺寸的方形风孔且方形风孔数量不同进行布置，如图2所示。
[0061]
所述大面积风口6是由三个方形风孔沿着风道方向排列而成，并且中心风孔的正中位置与列车顶冷凝器排热风口呈对应关系，其余两个风孔位于中心风孔两侧。
[0062]
所述中面积风口7是由两个方形风孔沿着风道方向排列而成，这两个风孔中间位置与列车顶冷凝器排热风口呈对应关系。
[0063]
所述小面积风口8为单个方形风孔，这个风孔中心位置与列车顶冷凝器排热风口呈对应关系。
[0064]
上述的三种轨顶排热风口中所有的方形风孔均沿着同一风道长度方向整齐设置。
[0065]
如图3-6所示，所述方形风孔是由四条角钢条9形成的框架结构，所述角钢条9贴在风口支撑结构11上进行包边设置，所述风口支撑结构11优选为混凝土结构且是轨顶风道的组成部分，另外有电动百叶风阀在方形风孔处设置，电动百叶风阀与角钢条9固定连接。
[0066]
如图6所示，所述电动百叶风阀包括风阀叶片13，风阀叶片旋转轴14，风阀叶片联动杆15，旋转执行电动机构16，在使用时，由旋转执行电动机构16控制风阀叶片联动杆15动作，并带动风阀叶片旋转轴14转动，使得风阀叶片13呈90
°
全开状态、0
°
～90
°
任意角度的半开状态或者0
°
关闭状态。
[0067]
如图5所述，所述风阀叶片联动杆15在风阀侧边板12中设置，并通过螺栓10将风阀侧边板12与对应的钢条9固定连接。
[0068]
本实施例在使用时，在列车驶入车站后，方形风孔处的负压将列车顶部的热空气抽吸进入到轨顶风道中，轨顶风道也有负压，空气会沿着轨顶风道被抽吸到车站两端，并被站端排风机抽出排放。
[0069]
实施例2
[0070]
在实施例1的基础上，提供一种对应6a车两种车型的优选的轨顶风道结构
[0071]
对应6a车的顶冷凝器排热风口的位置，如图7所示，轨顶风道的优选结构，如图2所示，从第二段风道4的始端到末端，所述第二段风道4上间隔设置两处大面积风口6，两处中面积风口7以及两处小面积风口8，同样的，从第一段风道2的始端到末端，所述第一段风道2间隔设置两处大面积风口6，两处中面积风口7以及两处小面积风口8，共12处风口。
[0072]
所述大面积风口6是由三个方形风孔组成，中面积风口7是由两个方形风孔组成，小面积风口8为单个方形风孔，则上述12处风口位置对应开设方形风孔数量依次为1：1：2：2：3：3：3：3：2：2：1：1。
[0073]
作为优选的，所述方形风孔的尺寸为1.0*0.8m。
[0074]
实施例3
[0075]
结合实施例2中的一种地铁车站轨顶风道结构，其中轨顶风道结构是根据一种地铁车站轨顶风道布置方法设计所得，所述的一种地铁车站轨顶风道布置方法能够有效解决列车停靠车站内散热问题。
[0076]
一种地铁车站轨顶风道布置方法，如图7所示，以6辆编组为例，其中包括4动2拖，总长度约为140m，简称为6a车；第一种车型100的车顶冷凝器排热风口间距较小同一辆车车
顶冷凝器排热风口中心距10770mm，两辆车之间车顶排热风口中间距12030mm；第二种车型200的车顶冷凝器排热风口间距较大同一辆车车顶冷凝器排热风口中心距12600mm，两辆车之间车顶排热风口中间距10200mm，具体布置方法包括如下步骤；
[0077]
步骤一，通过ses软件确定轨顶风道的设计风量；
[0078]
所述的轨顶风道主要针对6a车车顶冷凝器排热，通过在车站隧道内布置温度传感器，测试隧道内的温度分布情况且监控试隧道内的温度分布情况，结合ses软件进行模拟，并得到隧道内不同位置的温度情况，在标准工况下(空调负荷率为100％时)，测算出站端排风机需要达到的设计风量为30m3/s，在根据温度传感器监控表明，设计风量能够保证隧道内最高温度不超过40℃，满足规范对车辆排热的要求。
[0079]
根据上述内容选定所需的tef风机作为站端排风机，以满足30m3/s风量的使用需求。
[0080]
步骤二，根据车型确定风口位置；
[0081]
如图7所示，由于两种6a车型的车顶冷凝器排热风口中心距有差别，导致第一种车型100车顶冷凝器排热风口位置与第二种车型200的车顶冷凝器排热风口位置相对比后，得到对照位121和错开位122两种位置形态。
[0082]
如图7所示，第一种车型100与第二种车型200的对比下，对照位121和错开位122交替产生。
[0083]
在轨道列车停靠在地铁车站300中时，对应着所述的对照位121和错开位122的位置在轨顶风道确定的风口位置；则所述风口位置的也相应的具有两种形态，分别为正对位301和中间位302，并且风口位置是指车顶排热风口的中心位置。
[0084]
如图7所示，所述正对位301是对应着对照位121进行风口位置确定，所述中间位302是对应着错开位122的中间位置进行风口位置确定的。
[0085]
以6a编组的列车在地铁车站300停靠时，地铁车站轨顶风道对应车顶冷凝器排热风口位置所需的风口位置有12处。
[0086]
步骤三，确定风口位置的面积；
[0087]
根据风道中各处风口面积随距离风机的距离增大而增大的原理，具体内容如下：
[0088]
如图8所示，将风道分为若干份，那么在断面n位置处的负压值为：
[0089][0090]
式中，pn为断面n位置处负压值，p0为风机入口处负压值，即风机风压，为断面n位置距离风机入口的压力损失；其中δp
t
为断面i-1至断面i这段范围内的平均远程阻力；l为断面i-1至断面i这段范围内的距离。
[0091]
从上述公式可以看出，风道中负压值随距离风机的距离增大而减小。
[0092]
另一方面，负压值与风量、风口面积和风口局部阻力系数有关，具体计算公式如下：
[0093][0094]
式中，pn为断面n位置处负压值，ε为风口局部阻力系数，ρ为空气密度，v为风量，m
为风口面积。
[0095]
由于各处风量相同，因此各处风口面积与负压值的平方根成反比。
[0096]
综上所述，各处风口面积随距离风机的距离增大而增大。
[0097]
具体采取施工措施是在每段独立风道从中心隔断墙向站端排风机方向上依次延伸开设大面积风口6，中面积风口7、小面积风口8。
[0098]
再考虑工程的可实施性，方便施工单位预制模板，各处风口面积以统一尺寸的方形风孔且方形风孔数量不同进行布置，其中大面积风口由三个方形风孔组成，中面积风口7由两个方形风孔组成，小面积风口8由单个方形风孔组成，如图2所示，单段独立风道中6处风口位置对应开设方形风孔数量依次为1：1：2：2：3：3；则步骤二所设计的12处风口位置对应开设方形风孔数量依次为1：1：2：2：3：3：3：3：2：2：1：1。
[0099]
步骤四，测算方形风孔尺寸；
[0100]
以距离站端排风机最近的风口位置为最不利点，计算该处风口的有效面积，具体计算法方法如下：
[0101]
站端排风机的设计风量为30m3/s，火灾时，单段独立风道中有6处风口，则每处风口的风量为30/6＝5m3/s，根据规范要求，排烟口风速不应大于7m/s，距离风机最近的风口为最不利点，该处风口的有效面积不应小于5m3/s/7m/s＝0.71m2，且该处风口中的方形风孔的数量为1个，因此方形风孔统一按照0.8m*1.0m进行设置。
[0102]
步骤五，方形风孔处设置电动百叶风阀；
[0103]
为了保证单个方形风孔的排风散热效果可调节，在每个方形风孔处均设置电动百叶风阀，所述电动百叶风阀包括风阀叶片13，风阀叶片旋转轴14，风阀叶片联动杆15，旋转执行电动机构16，在使用时，由旋转执行电动机构16控制风阀叶片联动杆15动作，并带动风阀叶片旋转轴14转动，使得风阀叶片13呈90
°
全开状态、0
°
～90
°
任意角度的半开状态或者0
°
关闭状态。
[0104]
通过在方形风孔处出布置测试风速或者风压的传感器设备，测试该处的风速和风压情况，结合ses软件进行监控，再控制调整电动百叶风阀的开合程度，以满足该处的风速和风压要求。