淺談活塞風(fēng)對屏蔽門的影響與解決方案

摘要：談及活塞風(fēng)對屏蔽門的影響，提及相關(guān)的解決方案。當(dāng)同一區(qū)間兩輛列車同時(shí)運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的活塞風(fēng)疊加，影響屏蔽門的關(guān)閉;在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上，通過增加拓寬風(fēng)路來減緩活塞風(fēng)對屏蔽門的壓力，減少故障的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)列車的準(zhǔn)點(diǎn)出站。

關(guān)鍵詞：地鐵;列車;屏蔽門;活塞風(fēng)

廣州地鐵三號線北延段線路采用站臺屏蔽門設(shè)置，將列車與站臺候車隔離開來，防止乘客有意或無意跌入軌道，也可以阻斷區(qū)間隧道與站臺候車區(qū)域之間的空氣流通，降低區(qū)間隧道熱負(fù)荷對車站候車環(huán)境的影響，節(jié)約車站環(huán)控系統(tǒng)的運(yùn)營成本。由于屏蔽門對氣流的阻隔作用，列車的活塞效應(yīng)顯著增強(qiáng)，列車的氣壓荷載也隨之增加[1]，加之通風(fēng)系統(tǒng)的影響和地鐵運(yùn)行速度的不斷提高，活塞風(fēng)引起的交變壓力荷載顯著增大，同一區(qū)間兩輛列車同向行駛，活塞風(fēng)量疊加，對屏蔽門的在機(jī)械受力特性受到影響，使屏蔽門出現(xiàn)故障。因此，筆者根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)不同，各處理方法也存在一定的差異，提出相關(guān)優(yōu)化解決方案。

廣州地鐵三號線北延段總長30.9公里，從起點(diǎn)到終點(diǎn)站35分鐘，共11個(gè)站，假設(shè)區(qū)間開行23趟列車，晚點(diǎn)3輛列車，列車停車時(shí)間1分鐘，屏蔽門的故障處理時(shí)間為1分鐘。那么乘客的旅途速度、列車的正點(diǎn)率、列車的晚點(diǎn)率將會(huì)如何？乘客旅途速度=線路運(yùn)營長度÷單程時(shí)間。列車正點(diǎn)率=（實(shí)際開行列數(shù)-晚點(diǎn)列數(shù)）÷實(shí)際開行列數(shù)×100%。列車晚點(diǎn)率=晚點(diǎn)列數(shù)÷實(shí)際開行列數(shù)×100%。T=∑（T每個(gè)中間站的停站時(shí)間+T每個(gè)區(qū)間的運(yùn)行時(shí)間）+T兩端終點(diǎn)站時(shí)間。得出：乘客旅途速度為32.56公里/時(shí)，正點(diǎn)率為86%，晚點(diǎn)率為13.04%。從列車的晚點(diǎn)率出發(fā)找問題，最終發(fā)現(xiàn)屏蔽門的多次故障增加了列車的停站時(shí)間，延誤了列車的正常運(yùn)行。

針對此問題進(jìn)行了分析，正線列車數(shù)不斷的增加，通過行車調(diào)整方式同一區(qū)出現(xiàn)兩趟列運(yùn)行，前方列車停穩(wěn)后，自動(dòng)聯(lián)動(dòng)屏蔽門開啟，屏蔽門開啟過程中后方列車?yán)^續(xù)推進(jìn)，達(dá)到安全距離后停車，后方列車產(chǎn)生的活塞風(fēng)推進(jìn)加大活塞風(fēng)對屏蔽門的壓力，超過屏蔽門機(jī)械特性范圍，產(chǎn)生故障，影響列車的正常關(guān)門動(dòng)車。實(shí)踐證明每一趟列車因屏蔽門故障多停1分鐘，一班次列車經(jīng)過11個(gè)站，因屏蔽門故障導(dǎo)致的延誤在660秒，在處理屏蔽門時(shí)出現(xiàn)人員操作意外的，列車將會(huì)出現(xiàn)5分鐘以上的晚點(diǎn)，影響列車正點(diǎn)率以及增加列車晚點(diǎn)率。

從數(shù)據(jù)上統(tǒng)計(jì)，加開列車前與加開后的故障對比，從4月班次加開開始，屏蔽門故障件數(shù)明顯增多，如下表：

表1??調(diào)整前屏蔽門故障件數(shù)

班次正常運(yùn)行

班次增加運(yùn)行

月份

1月

2月

3月

4月

5月

6月

故障數(shù)

28

21

30

88

87

95

廣州地鐵三號線北延段采用隧道風(fēng)機(jī)變頻技術(shù)，隧道風(fēng)機(jī)在高頻高速時(shí)排風(fēng)量為60m3/s，按正常單個(gè)區(qū)間運(yùn)行一趟列車來計(jì)算，假設(shè)列車前進(jìn)進(jìn)站時(shí)速度40km/h，由列車進(jìn)站時(shí)活塞的風(fēng)量，由計(jì)算公式[2]得：Q=V.A，V=7.84m/s，A=21.2m2?，列車進(jìn)站產(chǎn)生的風(fēng)量為：Q=7.84m/s?X?21.2m2=166.2m3/s。列車進(jìn)站前，一部分風(fēng)量從活塞風(fēng)井排出，部分風(fēng)量被推往前方隧道進(jìn)入排風(fēng)風(fēng)道由隧道風(fēng)機(jī)排出，剩余風(fēng)量在屏蔽門開啟時(shí)流向站臺。當(dāng)加后方加開列車在前車后50m停車時(shí)，產(chǎn)生的前方向前風(fēng)速約7.01m/s，產(chǎn)生的風(fēng)量約為148.61?m3/s。前方風(fēng)量與后方進(jìn)站產(chǎn)生的風(fēng)量疊加，影響了屏蔽門的正常關(guān)閉，從而影響了列車的正常進(jìn)出站時(shí)間。

筆者從節(jié)電耗能方面上考慮，提出了三個(gè)解決方案，并方案之間進(jìn)行比較。

方案1：從屏蔽門角度考慮，增大屏蔽門電機(jī)的輸出，提高加速門體的關(guān)閉速度。

方案2：從機(jī)械輔助排風(fēng)角度考慮，增加隧道風(fēng)機(jī)的開啟數(shù)量，提高可排風(fēng)量，減少活塞風(fēng)對門體的影響。

方案3：從氣流力學(xué)原理考慮，利用風(fēng)閥的調(diào)整，增加活塞風(fēng)的排風(fēng)路徑，達(dá)到對屏蔽門的減壓。

方案實(shí)施結(jié)果：

方案1：增加屏蔽門電機(jī)輸出功率，提高加速門體的關(guān)閉速度。利用電機(jī)輸出功率來提高對滑動(dòng)門的關(guān)閉力度。此方案實(shí)施后，電機(jī)輸出功率的加大，會(huì)嚴(yán)重影響屏蔽門的電機(jī)的性能和壽命，不利于屏蔽門電機(jī)的長期使用。

方案2：增加隧道風(fēng)機(jī)的開啟數(shù)量，提高可排風(fēng)量，減少對屏蔽門的影響。廣州地鐵三號線北延段采用功率90KW變頻隧道風(fēng)機(jī)，流量60m3/s，上、下行線開兩臺隧道風(fēng)機(jī)排風(fēng)時(shí)可以滿足，因隧道風(fēng)機(jī)屬大功率設(shè)備，產(chǎn)生的能耗也非常大，增加隧道風(fēng)機(jī)開啟數(shù)量，設(shè)備動(dòng)力用電量增加一倍，不利于節(jié)能環(huán)保。

方案3：利用風(fēng)閥的調(diào)整，增加活塞風(fēng)的排風(fēng)路徑，達(dá)到對屏蔽門的減壓。通過調(diào)整上、下行線之間的聯(lián)通風(fēng)閥，實(shí)行上行、下行線風(fēng)路互通，達(dá)到分流效果，降低活塞風(fēng)對屏蔽門的影響，從而減少風(fēng)阻對隧道風(fēng)機(jī)的影響，既能達(dá)到降低屏蔽的影響，又能節(jié)能環(huán)保。

圖1?聯(lián)通閥開啟的風(fēng)路走向

三個(gè)方案相比較，從節(jié)能環(huán)保方面考慮，采用第三個(gè)方案，利用風(fēng)閥的調(diào)整，增加活塞風(fēng)的排風(fēng)路徑，達(dá)到對屏蔽門的減壓。

調(diào)整前：列車到達(dá)前方車站，列車前進(jìn)產(chǎn)生的活塞一部分由隧道風(fēng)機(jī)及活塞風(fēng)井處排除，另一部分由屏蔽門開啟后泄壓排至站臺，后方列車行駛，推進(jìn)活塞風(fēng)加大活塞風(fēng)速，前后風(fēng)量疊加，導(dǎo)致前方列車離站關(guān)閉屏蔽門時(shí)受到的風(fēng)壓壓力大于屏蔽門關(guān)門的應(yīng)力，產(chǎn)生屏蔽門電機(jī)過載故障。

調(diào)整后：聯(lián)通風(fēng)閥調(diào)整后，開設(shè)另一排風(fēng)路徑，風(fēng)路分流減壓，部分活塞風(fēng)由上行線通過風(fēng)道進(jìn)入下行線，通過迂回風(fēng)道時(shí)衰減被排除，少量風(fēng)進(jìn)入下行線，被下行線隧道風(fēng)機(jī)排除。整個(gè)過程主要通過聯(lián)通風(fēng)道增加排風(fēng)路徑，緩解風(fēng)速，減少活塞風(fēng)壓，最終降低風(fēng)壓對屏蔽門的影響。7月實(shí)施結(jié)果，屏蔽門故障件數(shù)明顯下降，如下表：

表2???調(diào)整后屏蔽門故障件數(shù)

班次正常運(yùn)行

班次加開運(yùn)行

調(diào)整設(shè)備

月份

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

故障數(shù)

28

21

30

88

87

95

31

（1）實(shí)踐得出三個(gè)方案都能解決活塞風(fēng)對屏蔽門關(guān)門的影響，從節(jié)能降耗考慮，尋求最優(yōu)化的解決方法，增加活塞風(fēng)通風(fēng)路徑降低活塞風(fēng)對屏蔽門的影響更有效，更能體現(xiàn)現(xiàn)代地鐵設(shè)計(jì)的理念。屏蔽門故障率下降300%，屏蔽門沒有發(fā)生同時(shí)多個(gè)屏蔽門報(bào)故障的現(xiàn)象，列車準(zhǔn)點(diǎn)率提升。

（2）在未來車站設(shè)計(jì)時(shí)，考慮單端雙活塞風(fēng)井的建設(shè)，減少活塞風(fēng)壓對車站的影響。

（3）在聯(lián)通風(fēng)閥調(diào)整后，當(dāng)隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)，該隧道的煙氣流組織？該聯(lián)通風(fēng)閥是否能隨火災(zāi)時(shí)，按照火災(zāi)模式的設(shè)定執(zhí)行，取決于監(jiān)控系統(tǒng)的程序設(shè)置。系統(tǒng)設(shè)置火災(zāi)模式擁有最高權(quán)限，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)送執(zhí)行火災(zāi)模式指令，聯(lián)通風(fēng)閥按照預(yù)定火災(zāi)模式自動(dòng)關(guān)閉，火災(zāi)模式正常執(zhí)行。

以上為筆者在實(shí)踐實(shí)施過程中得出的見解，目的想讓大家了解可以通過不同方式降低活塞風(fēng)對屏蔽門的影響，不當(dāng)之處望大家指出。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊偉超，彭立敏，施成華等.地鐵活塞風(fēng)作用下屏蔽門的氣動(dòng)特性分析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)：工學(xué)版，2009，30（2）：5

[2]沈翔.地下鐵道活塞風(fēng)特性的研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2004.

[3]GB50157-2003?地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范.

作者簡介：

吳志勝，男，助理工程師，從事機(jī)電一體化設(shè)備監(jiān)控，機(jī)電設(shè)備管理方向。