严寒地区地铁通风用防寒调节型组合风阀及其控制方法

摘要

一种严寒地区地铁通风用防寒调节型组合风阀及其控制方法，设置于地铁的活塞风道、排风道、新风道内，包含多个阀体模块、两组执行器和传动机构，所述阀体模块包含阀体框架和两层单体阀片，所述阀体框架为长方形框体，两层单体阀片在阀体模块的中间形成双层阀体空腔，在双层多腔组合阀体的两侧分别设有多个执行器和传动机构；由此，本发明调节性能强，小风量工况的调节更接近直线调节特性，占地面积小，为绿色节能型产品，冬季提供了适宜的新风量，达到了节省通风能耗和提升站内舒适度的目的；双层设计、多腔设计密封效果好，减小了严寒地区冬季地铁车站及区间的电保温能耗；夏季减小了室外高温空气进入，提升站内舒适度。

说明书

技术领域

本发明涉及地铁通风的技术领域，尤其涉及一种严寒地区地铁通风用防寒调节型组合风阀及其控制方法。

背景技术

近年来，我国地铁建设爆发式增长，但地铁建设尚未达到饱和状态，大量线路处于建设与规划中。地铁环控系统是关系到乘客乘车舒适度、消防排烟安全及运行能耗的重要设备系统，环控系统与地域气候特点密切相关，尤其是严寒气候会对其产生巨大影响。当地铁列车在隧道中运行时，隧道中的空气被列车带动而顺着列车前进的方向流动，这一现象称为列车的活塞作用，由此所形成的气流称为活塞气流，因此我国地铁车站两端通常设置活塞风道来保持空气压力的平衡。为了保持地铁车站、隧道内的空气流通，通常在每个地铁车站的两端设置排风井、新风井，以满足地铁车站及隧道通风换气、热湿环境需求。

列车的活塞风全年存在，是站内与站外空气交换的重要途径，合理调节活塞风大小对地铁车站环控系统至关重要。活塞风属于自然通风，活塞作用可以给车站及区间隧道提供新鲜空气，维持车站及区间隧道的二氧化碳浓度在合理范围内。在严寒地区，夏季室外通风计算温度较低，活塞风可有效排除车站及隧道余热；在冬季，过大的活塞风量则会使车站及区间隧道出现冻害。

目前我国严寒地区地铁车站土建风道内设置组合风阀来控制风道的开闭与风量大小调节，以适应不同的工况。土建风道的过风面积较大，大部分风道面积达到20平方米甚至更大，因此普遍采用组合风阀，组合风阀由多个单体阀片组成，单体阀片由一条或者多条上下传动轴进行阀片开闭控制，每个组合风阀由多个单体叶片组成，均需现场组装，过大的风阀面积和粗糙的土建风道等因素导致组合风阀加工精度误差、装配精度误差较大，风阀漏风现象严重，当风阀关闭时漏风严重，难以达到封闭风道的效果；当需要小风量维持隧道及车站内小新风工况时，调节性能差导致风阀难以根据需要调节。

如图2A、图2B和图2C所示，现有的组合风阀由阀体框架106和阀片105组成，组合风阀的面积较大，阀片较多，阀体框架将阀片分成六块甚至更多块，由一个执行器103通过传动机构104控制所有的阀片动作，执行器动作牵动所有的阀片动作，小风量工况下难以根据需要调节风量，且通过在站外风井侧1和站内风道侧2之间设置一到两道风阀，但单道组合风阀密闭容错性低，某个模块出现漏风，整个阀体出现漏风；双道的组合风阀阀体模块之间形成了双道阀之间的检修空间11，两者之间相互贯通，第一道阀的漏风通路8和第二道阀的漏风通路9之间密闭容错率低。

在严寒地区冬季室外气温较低，为避免车站及区间冻害，地铁环控系统需要转换为防寒工况。白天地铁运营时间段内，满足车站与隧道新风量要求的基础上，应尽可能减小车站、隧道与站外的空气交换，活塞风道内设置的组合风阀开启一定角度维持车站新风量，目前活塞风道内的组合风阀调节精度差、调节难度大，往往出现活塞风过大或者过小的情况，使得车站出现冻害或车站二氧化碳浓度超标；夜间地铁停止运营后，室外气温远低于白天，车站对新风量基本无需求，此时车站两端的活塞风井、新风井、排风井应关闭，避免车站与室外的空气交换，而目前风道内采用的组合风阀密封性能较差，漏风严重，防寒效果较差。在严寒地区的夏季，当站外温度高于站内设计温度时，需要采用闭式运行模式，需要减小车站与室外的空气交换，控制活塞风大小，目前风道内组合风阀调节性能差，难以达到夏季闭式运行的调节效果。为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种严寒地区地铁通风用防寒调节型组合风阀，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种严寒地区地铁通风用防寒调节型组合风阀及其控制方法，其结构简单，操作方便，克服现有技术的缺陷，可实现更加精确的控制，还可实现更好的保温效果，节能效果好，极具实用性。

为实现上述目的，本发明公开了一种严寒地区地铁通风用防寒调节型组合风阀，设置于地铁的活塞风道、排风道和新风道内，其特征在于：

包含多个阀体模块、两组执行器和传动机构，所述阀体模块包含阀体框架和两层单体阀片，所述阀体框架为长方形框体，两层单体阀片分别可旋转地设置在阀体框架上以形成前单体阀片和后单体阀片，从而在阀体模块的中间形成双层阀体空腔，在双层多腔组合阀体的两侧分别设有两组执行器和传动机构，在双层多腔组合阀体前侧的执行器和传动机构连接至各阀体模块的前单体阀片做0°～90°的往复运动来实现阀体模块前端的开启和关闭，在双层多腔组合阀体后侧的执行器和传动机构连接各阀体模块的后单体阀片做0°～90°的往复运动来实现阀体模块后端的开启和关闭。

其中：包含六个及以上双层阀体模块，该六个及以上阀体模块呈矩形组合拼装，阀框将各个阀体模块之间分隔，各个阀体模块之间空气不贯通，形成六个及以上独立的腔体，形成双层多腔组合阀体。

其中：在双层多腔组合阀体的前侧设有两个执行器和传动机构，在双层多腔组合阀体的后侧对应设有两个执行器和传动机构，前侧的其中一执行器通过传动机构连接至其中一个阀体模块的前单体阀片，后侧的其中一执行器通过传动机构同样连接至所述其中一个阀体模块的后单体阀片，从而通过前后的一组执行器对应控制同一个阀体模块中单体阀片。

其中：前侧的另一个执行器通过传动机构连接至其中五个及以上阀体模块的前单体阀片，后侧的另一个执行器通过传动机构同样连接至所述其中相同阀体模块的后单体阀片，从而通过前后的两个执行器对应控制五个及以上阀体模块中单体阀片。

其中：所述阀体模块的单体阀片通过传动机构进行联动，所述执行器的另一端连接至传动机构以实现阀体模块的单体阀片进行整体联动。

其中：所述传动机构为连接至阀体模块的单体阀片的传动杆。

其中：所述传动杆为一根传动至单体阀片一侧的连杆或两根分别联动至单体阀片两侧的连杆。

其中：所述传动机构为连杆传动机构。

其中：所述执行器为伺服电机或直线电机，其输出端连接至传动机构的一端，所述传动机构的另一端连接至单体阀片。

还公开了上述的严寒地区地铁通风用防寒调节型组合风阀的控制方法，其特征在于：所述控制方法为独立顺序控制方法，控制器根据风阀所需的流量率控制各个执行器动作，从而实现相应组合风阀模块的启闭动作，控制器根据所需的流量率控制两组执行器顺序动作，实现两组组合风阀模块顺序开启，冬季白天地铁运营模式下，控制器控制一组小执行器开启所需的角度，夜间地铁停运后，控制器控制执行器关闭所有的风阀模块，夏季开式运行模式下，控制器控制两组执行器均全部开启，最先限度利用活塞风排除车站余热，夏季高温闭式运行工况下，控制器控制一组小执行器开启一定的角度，满足车站及区间新风量需求。

通过上述内容可知，本发明的严寒地区地铁通风用防寒调节型组合风阀及其控制方法具有如下效果：

1、调节性能强，分模块按需调节，通过两组执行器将组合风阀的阀片分模块控制，可精准调节小风量，实现组合风阀的按需调节。在冬季防寒运营工况下，将组合风阀应用于活塞风道、新风道、排风道内，可解决车站及隧道区间的新风供应问题，同时防止车站及隧道的冻害。可通过其中一组小执行器控制一个模块的阀片，另外一组大执行器控制其它模块的阀片。夏季闭式运行小风量工况下，利用一组小执行器控制其中一个模块阀片的动作，实现小风量工况的风量精准调节；开式运行工况下，两组执行器一起动作控制所有的模块全开。

2、采用双层设计，有效提高了风阀的密闭性，双层阀体之间的空气夹层提高了风阀的保温性，解决了传统单道组合风阀的密闭性差、保温性差的问题，且漏风量小，传热传质系数低。

3、所述组合风阀采用多腔设计，提高了风阀的密闭容错性，解决了传统的保温组合风阀的加工精度、装配精度差引起的漏风问题。在冬季夜间停运工况下，组合风阀应用于活塞风道、新风道、排风道，完全关闭状态下保温性能好。

4、采用一体化设计，节约了组合风阀的占地面积，减小了地铁车站的土建规模，克服了双道组合风阀的占地面积大的缺点。

5、为绿色节能型产品，冬季白天地铁运营工况下，利用了活塞风自然通风，为地铁车站及区间提供了适宜的新风量，达到了节省通风能耗和提升站内舒适度的目的；双层设计、多腔设计密封效果好，减小了严寒地区冬季地铁车站及区间的电保温能耗；夏季地铁车站闭式运行工况下，减小了室外高温空气进入，提升站内舒适度。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的调节特性图。

图2A显示了现有组合风阀的立面图。

图2B显示了图2A中单道组合风阀A-A向的剖视图。

图2C显示了图2A中双道组合风阀A-A向的剖视图。

图3A显示了本发明的严寒地区地铁通风用防寒调节型组合风阀的立面图。

图3B显示了图3A中单道组合风阀A-A向的剖视图。

图4A显示了本发明的阀体模块的分解示意图。

图4B显示了本发明的阀体模块的组合示意图。

图5A显示了本发明的严寒地区地铁通风用防寒调节型组合风阀的分解立体示意图。

图5B显示了本发明的组合立体示意图。

附图标记：

1-站外风井侧、2-站内风道侧、3-执行器、4-传动机构、5-单体阀片、6-阀体框架、7-双层阀体空腔、10-阀体模块、12-严寒地区地铁通风用防寒调节型组合风阀、13-直线调节特性曲线、14-快开调节特性曲线、16-控制器。

具体实施方式

参见图3A、图3B、图5A和图5B，显示了本发明的严寒地区地铁通风用防寒调节型组合风阀。

所述严寒地区地铁通风用防寒调节型组合风阀12设置于地铁活塞风道、新风道、排风道的站外风井侧1和站内风道侧2之间，其包含多个阀体模块10、两组执行器3和传动机构4，同时参见图4A和图4B，所述阀体模块10包含阀体框架6和两层单体阀片5，所述阀体框架6为长方形框体，两层单体阀片5分别可旋转地支撑在阀体框架6上以形成前单体阀片和后单体阀片，从而在阀体模块10的中间形成双层阀体空腔7，阀框将各个阀体模块之间分隔，各个阀体模块之间空气不贯通，形成若干个独立的腔体，而整个阀体模块在关闭状态下，双层阀体空腔7内的空气夹层内部气流扰动小，因此阀体模块10的传热系数小，空气夹层提升了风阀的保温性能，阀体框架6是各单体阀片的承重件，也是固定阀片做开闭的支撑件，多个阀体模块10组合拼装形成双层多腔组合阀体。

其中，在双层多腔组合阀体的两侧分别设有两组执行器3和传动机构4，在双层多腔组合阀体前侧的执行器和传动机构连接至各阀体模块10的前单体阀片做0°～90°的往复运动，实现阀体模块前端的开启和关闭，在双层多腔组合阀体后侧的执行器和传动机构连接各阀体模块10的后单体阀片做0°～90°的往复运动，实现阀体模块后端的开启和关闭。

其中，在图5A和图5B所示的实施例中，可包含六个阀体模块10，该六个阀体模块10呈两竖排三横排组合拼装形成双层多腔组合阀体，在双层多腔组合阀体的前侧设有两执行器3和传动机构4，在双层多腔组合阀体的后侧对应设有两执行器3和传动机构4，前侧的其中一执行器3通过传动机构4连接至其中一个阀体模块10的前单体阀片，后侧的其中一执行器3通过传动机构同样连接至所述其中一个阀体模块的后单体阀片，从而控制器16通过控制前后的两个执行器3对应控制同一个阀体模块10中单体阀片的联锁控制启停、调节，前侧的另一执行器3通过传动机构连接至其它阀体模块10的前单体阀片，后侧的另一执行器3通过传动机构同样连接至其它阀体模块10的后单体阀片以控制启停、调节。

其中，所述执行器3为伺服电机或直线电机，其输入端连接至控制器16，其输出端连接至传动机构4的一端，所述传动机构4的另一端连接至单体阀片。

其中，所述传动机构4为连杆传动机构。

其中，所述阀体模块10的单体阀片通过传动机构进行联动，所述传动机构4的另一端连接至执行器以实现阀体模块10的单体阀片进行整体联动。

其中，所述传动机构为连接至阀体模块10的单体阀片的传动杆，所述传动杆可为一根联动至单体阀片一侧的连杆。

其中，上述的严寒地区地铁通风用防寒调节型组合风阀的控制方法包含：所述控制方法为独立顺序控制方法，控制器根据风阀所需的流量率控制各个执行器动作，从而实现相应组合风阀模块的启闭动作，控制器根据所需的流量率控制两组执行器顺序动作，实现两组组合风阀模块顺序开启，冬季白天地铁运营模式下，控制器控制一组小执行器开启所需的角度，夜间地铁停运后，控制器控制执行器关闭所有的风阀模块，夏季开式运行模式下，控制器控制两组执行器均全部开启，最先限度利用活塞风排除车站余热，夏季高温闭式运行工况下，控制器控制一组小执行器开启一定的角度，满足车站及区间新风量需求。

严寒地区地铁通风用防寒调节型组合风阀，为绿色节能型产品，冬季白天地铁运营工况下，利用了活塞风自然通风，为地铁车站及区间提供了适宜的新风量，达到了节省风机能耗和提升站内热舒适度的目的；双层设计、多腔设计密封效果好，冬季夜间关闭严密，减小了严寒地区冬季地铁车站及区间的电保温能耗；夏季地铁车站闭式运行工况下，减小了室外高温空气进入，提升站内热舒适度。

由此，冬季白天地铁运营工况下，本实施例通过控制器16控制执行器3联动传动机构4，只控制与一个阀体模块配套的一组执行器3，调节此阀体模块10的单体阀片5的开度，实现小风量的精准调节，其余五个模块的阀片保持关闭状态，严密性可靠。本实施例充分利用了活塞风自然通风供应新风，节约了新风机能耗。

冬季夜间地铁停止运营后，本实施例应用于新风道、排风道、活塞风道内，组合风阀均处于关闭状态，避免车站内与车站外的空气交换。如果出现某个双层阀体空腔7第一层阀的漏风通路8和另一个双层阀体空腔7第二层阀的漏风通路9同时漏风，但两个双层阀体空腔7独立腔体由于阀框的物理隔断，未形成气流通路；只有在同一双层阀体空腔7第一层阀的漏风通路8和第二层阀的漏风通路9同时漏风的情况，气流才会从站外风井侧1穿过双层多腔组合风阀12，进入站内风道侧2，形成漏风。其余腔体的漏风容错性此类似，因此本实施例密闭容错性高，夜间能有效减小车站与室外的空气交换，密闭保温效果好，节约了地铁车站电保温能耗。夏季当车站外温度高于车站设计温度时，车站需要转换为闭式运行工况，避免车站与站外的大量空气交换，本实施例应用于新风道、排风道、活塞风道内，组合风阀均处于小风量状态，减少车站内与车站外的空气交换。本实施例减小了闭式运行工况下站外空气对车站内环境的破坏，提升站内热舒适度效果显著。

如图1所示，当压力损失比为0时(理想特性)，阀门相对流量(即流量率)的变化与阀门相对开度(即叶片转角)的变化成正比，即图中直线调节特性曲线13，组合风阀应用于地铁风道内，组合风阀的压力损失比受活塞风道条件的影响，应用于不同活塞风道压力损失比有所不同，但都小于1，则组合风阀的实际工作特性出现畸变，直线特性偏向快开特性，如图1中快开调节特性曲线14。当阀门开度较小时，随着叶片转角的增大，流量率的增大幅度较大，难以实现精准的小风量控制。

本发明将组合风阀划分六个及以上(数量可变)模块，其中一个模块单独由一组小执行器控制，当只开启单独一个模块的组合风阀时，组合风阀的压力损失比变大，组合风阀偏离理想特性的程度变小，如图1中的曲线15-1，随着风量需求的增大，另一组执行器控制其余五个及以上风阀模块阀片开度，实现大风量工况的调节，如图1中的曲线15-2，共同实现了本实施例的调节特性曲线15，因此本实施例的调节特性更接近直线调节特性，可精准调节小风量。

目前采用的传统的组合风阀的允许漏风量如表一所示，活塞风压约为1.5kPa，经过单层组合风阀后，活塞风压降低为0.5kPa左右，因此经过第二层组合风阀时的风压为0.5kPa左右。传统的单层组合风阀在1.5kPa风压下允许漏风量为175m

由此可见，本发明的优点在于：

1、采用多腔设计，阀体由若干个独立的矩形组合风阀单体模块组成，每个阀体矩形模块由双层阀片形成一个立方体的独立空腔，模块与模块之间通过框架密封连接，如果不同腔体的第一层阀片和第二层阀片同时出现漏风，各个独立腔体未形成气流通路，此种情况不会漏风。只有在同一腔体的第一层阀和第二层阀同时漏风的情况，才会产生气流漏风通路，因此其密闭容错性高。本发明的多腔化设计避免了不同腔体的漏风蔓延，提高了组合风阀的密闭容错性，提高了组合风阀的密封性能，以便于风阀的精准调节。

2、组合风阀采用一体化设计，双层阀片之间无需传统双道阀之间的检修空间，只需预留阀片的动作空间即可，因此占地面积小，节约了安装空间。

3、利用了活塞风自然通风，为地铁车站及隧道提供了新风量，降低了车站及区间隧道新风机的能耗，属于绿色节能型产品。

4、分组控制开度，将阀体拆分为两个控制部分分别控制，减小了组合风阀的工作特性畸变，使得风阀的调节特性更接近直接特性调节，尤其对小风量工况的调节，实现风量的按需精准调节。

5、采用双层设计，提高了风阀密闭性，降低了组合风阀的漏风量；双层风阀之间设置空气夹层，有效降低了组合风阀的传热系数，提高了风阀保温性能。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。