基于物联网的太阳能风泵隧道通风系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术属于隧道通风技术领域，具体涉及一种基于物联网的太阳能风泵隧道通风系统及其控制方法，其中系统包括若干竖井、斜井、太阳能发电装置、蓄电装置和隧道风机，太阳能发电装置与蓄电装置连接，竖井下部内设有电热装置，竖井上设有若干可变形为向内侧鼓起的变形部，变形部连接有驱动装置，变形部一侧设有气孔，气孔处设有闸门装置，斜井一端连通气孔，斜井另一端连通至相邻竖井；蓄电装置与电热装置、驱动装置电连接；还包括控制驱动装置、闸门装置以及鼓风机的中控系统，中控系统还连接有若干风速检测装置以及若干有害气体检测装置。本发明专利技术的技术方案能够强化高海拔隧道通风效果、节能减排。节能减排。节能减排。

Solar energy air pump tunnel ventilation system based on Internet of things and its control method

【技术实现步骤摘要】
基于物联网的太阳能风泵隧道通风系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于隧道通风
，具体涉及一种基于物联网的太阳能风泵隧道通风系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]高海拔、大埋深是高海拔地区隧道的普遍特点，高海拔地区隧道轨面高程集中在2000～4500m，最大埋深可达2000m。在我国在建或者拟建的川藏铁路线上，隧线比可高达80％以上，隧道长度往往超过20km，甚至30km，再加上低温(
‑
30℃)、低压(60％标准大气压)、低氧(60％基准含氧量)等不利条件以及对脆弱的生态环境保护等条件，对于隧道的通风换气也带来了极高的挑战性。
[0003]根据经验，对于短隧道采用自然通风的方式既经济又实用，而对于长大隧道而言，由于其长度过长，传统的自然通风方式，无法保证隧道内充分通风，因而一般要采用隧道风机和竖井结合的通风方式来增压增风，而隧道风机加大了耗能，这对于能源紧缺的高海拔地区来说，无疑极大地增加了运行成本，而如果过多地引入外部能源供给也不利于对高海拔地区脆弱生态环境的保护。而且，如果隧道内一旦某些区段的隧道风机发生故障，或者发生火灾，或者风压不足，有害废气无法及时排出，再加上低氧的不利条件，容易对线上运行列车上的人员带来安全威胁，即使安全监测人员/系统及时发现了问题并通知维修人员，由于地处偏远，维修人员也很难短时间到达现场，无疑又增加了安全运行的成本和风险。而高海拔地区普遍自然风条件好，光照充足，若能充分利用，将强化高海拔隧道通风效果、节能减排以及保护高海拔生态环境等方面发挥重要的作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种基于物联网的太阳能风泵隧道通风系统及其控制方法，以强化高海拔隧道通风效果、节能减排。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术是这样实现的：
[0006]基于物联网的太阳能风泵隧道通风系统，包括若干竖井、斜井、太阳能发电装置、蓄电装置和隧道风机，太阳能发电装置与蓄电装置连接，竖井下部内设有电热装置，竖井上设有若干可变形为向内侧鼓起的变形部，变形部连接有驱动装置，变形部一侧设有气孔，气孔处设有闸门装置，斜井一端连通气孔，斜井另一端连通至相邻竖井；蓄电装置与电热装置、驱动装置电连接；还包括控制驱动装置、闸门装置以及鼓风机的中控系统，中控系统还连接有若干风速检测装置以及若干有害气体检测装置。
[0007]本方案的工作原理及有益效果在于：将风速检测装置、有害气体检测装置、隧道风机沿隧道均布安装。高海拔地区光照充足，太阳能发电装置将太阳能转换成电能并将其储存到蓄电装置中，以用于给隧道中各个装置供电，减少能源消耗，减少碳排放，进而保护高海拔生态环境。电池给电热装置供电后，电热装置对竖井下部内部空气加热，竖井内形成烟囱效应，从而构成太阳能风泵，加强气体在竖井内由下到上高速运动，加强隧道的通风效
果。
[0008]通过风速检测装置和有害气体检测装置检测隧道内的风速和有害气体量。当检测到某一区段内的风速过小或者存在的有害气体含量过高时，中控系统则启动最靠近该区段的竖井的驱动装置以及对应气孔上的闸门装置，驱动装置驱动变形部变形向内侧鼓起，同变形部上侧和下侧的竖井部分形成文丘里管，该竖井在文丘里效应的作用下，从其他竖井抽取风量，加强该竖井的烟囱效应，从而实现各隧道各区段之间的通风互补，进一步强化高海拔隧道通风效果。如果补充的通风效果还不够，则可以让多个竖井上的变形部同时鼓起形成文丘里管，此时相当于多个竖井之间抽取风量的串联，抽取风量和风速都会从相对于该区段竖井由远到近地累加，从而间接地实现从多个竖井中抽取风量，再一步强化该区段内的通风效果。
[0009]在不需要抽取风量时，则控制驱动装置反向运动，变形部不再鼓起。在抽取风量时，变形部只需要保持形状即可，相对于直接采用风泵抽取来说，更节省能源，也不会产生污染物的排放，更利于高海拔地区的生态环境保护；整个装置的结构也很简单，方便安装和维修，也更节省施工成本。
[0010]可选地，变形部包括固定环、滑动环和若干丝杠机构，丝杠机构沿滑动环的外周均布，丝杠机构包括丝杠、丝杠螺母和丝杠电机，丝杠与滑动环的轴线平行，丝杠螺母可拆卸连接在滑动环的外壁上，丝杠电机连接丝杠；还包括若干弹簧板，沿滑动环周向分布，弹簧板两侧分别与固定环和滑动环连接，弹簧板具有向内侧弯曲的趋势，所述气孔开设在至少一块弹簧板上，相邻弹簧板之间的缝隙通过密封膜密封；所述闸门装置包括对风管和闸板，对风管连通气孔，对风管远离气孔的一端与滑动环固定且与闸板相抵，闸板上包括封孔板和与气孔相配合的过风孔。固定环用于与竖井的下部固定，滑动环滑动连接在固定化下方的竖井外壁上，闸板用于安装在斜井口且与滑动环的滑动方向平行，过风孔在下，封孔板在上，过风孔与斜井连通。丝杠电机转动带动滑动环上下往复运动，滑动环上移，带动弹簧板向内侧弯曲，形成文丘里管，滑动环带动对风管从风孔板向过风孔移动，直至对风管与过风孔对齐，丝杠电机停止，该竖井即可通过斜井向邻近斜井抽取风量。电机反转，滑动环复位，弹簧板恢复平直，对风管与封孔板相抵，则停止抽取风量。
[0011]可选地，变形部包括C字形的气囊，气囊的上下两侧设有裙边，裙边固定连接到竖井上，气囊连接有充气泵，蓄电装置为充气泵供电，气囊上设有放气阀，放气阀为电磁阀，充气泵和电磁阀与中控系统连接，C字形的缺口侧朝向斜井的端口。C字形的缺口侧形成为气孔，气囊未充气时呈干瘪状态且纵向上保持一定的平直度，闸门装置(电动卷帘门)关闭，气流则在竖井中正常流动。当中控系统关闭放气阀并启动充气泵对气囊充气后，气囊鼓起后与竖井构成文丘里管，中控系统打开闸门装置，气囊处形成文丘里效应，从C字形的缺口处向邻近竖井抽取风量。关闭充气泵后，打开放气阀，即可让气囊复瘪。
[0012]可选地，竖井包括至少两个变形部，竖井之间设有至少两个斜井，至少一个斜井倾斜向上设置，至少一个斜井倾斜向下设置。便于从竖井两侧的相邻竖井中分别或者同时抽取风量。
[0013]可选地，蓄电装置包括主蓄电装置和副蓄电装置，主蓄电装置与发电风机、鼓风机、电热装置和驱动装置电连接，副蓄电装置与中控系统电连接。将为中控系统供电的副蓄电装置独立出来，优先保障中控系统的供电。
[0014]可选地，电热装置包括电热网，电热网为PTC加热器，电热网呈平板式的网状结构，电热网垂直于竖井的轴线安装。PTC加热器为陶瓷加热器，有热阻小、换热效率高的优点，是一种自动恒温、省电的电加热器，它还具有长期的电热稳定性，通电不会发红，着火，不耗氧，无火灾危险，无明火，不耗氧，对电压波动不敏感，使用电压范围宽，非常适用于高寒地区使用。电热网呈平板式的网状结构，一方面便于空气在穿过电热网时被加热，另一方面也可以利用电热网形成阻拦结构，防止竖井中的坠落物掉入隧道中。
[0015]可选地，还包括风力发电机，风力发电机与蓄电装置电连接，风力发电机安装于竖井中。利用竖井内的风力进行发电，可以与太阳能发电装置进行能量互补。
[0016]在本专利技术的另一个方面中，基于物联网的太阳能风本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于物联网的太阳能风泵隧道通风系统，其特征在于：包括若干竖井、斜井、太阳能发电装置、蓄电装置和隧道风机，太阳能发电装置与蓄电装置连接，竖井下部内设有电热装置，竖井上设有若干可变形为向内侧鼓起的变形部，变形部连接有驱动装置，变形部一侧设有气孔，气孔处设有闸门装置，斜井一端连通气孔，斜井另一端连通至相邻竖井；蓄电装置与电热装置、驱动装置电连接；还包括控制驱动装置、闸门装置以及鼓风机的中控系统，中控系统还连接有若干风速检测装置以及若干有害气体检测装置。2.根据权利要求1所述的基于物联网的太阳能风泵隧道通风系统，其特征在于：变形部包括固定环、滑动环和若干丝杠机构，丝杠机构沿滑动环的外周均布，丝杠机构包括丝杠、丝杠螺母和丝杠电机，丝杠与滑动环的轴线平行，丝杠螺母可拆卸连接在滑动环的外壁上，丝杠电机连接丝杠；还包括若干弹簧板，沿滑动环周向分布，弹簧板两侧分别与固定环和滑动环连接，弹簧板具有向内侧弯曲的趋势，所述气孔开设在至少一块弹簧板上，相邻弹簧板之间的缝隙通过密封膜密封；所述闸门装置包括对风管和闸板，对风管连通气孔，对风管远离气孔的一端与滑动环固定且与闸板相抵，闸板上包括封孔板和与气孔相配合的过风孔。3.根据权利要求1所述的基于物联网的太阳能风泵隧道通风系统，其特征在于：变形部包括C字形的气囊，气囊的上下两侧设有裙边，裙边固定连接到竖井上，气囊连接有充气泵，蓄电装置为充气泵供电，气囊上设有放气阀，放气阀为电磁阀，充气泵和电磁阀与中控系统连接，C字形的缺口侧朝向斜井的端口。4.根据权利要求1所述的基于物联网的太阳能风泵隧道通风系统，其特征在于：竖井包括至少两个变形部，竖井之间设有至少两个斜井，至少一个斜井倾斜向上设置，至少一个斜井倾斜向下设置。5.根据权利要求1所述的基于物联网的太阳能风泵隧道通风系统，其特征在于：蓄电装置包括主蓄电装置和副蓄电装置，主蓄电装置与发电风机、鼓风机、电热装置和驱动装置电连接，副蓄电装置与中控系统电连接。6.根据权利要求1所述的基于物联网的太阳能风泵隧道通风系统，其特征在于：电热装置包括电热网，...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐涛，许清，秦鹏，周林峰，张恒，盛量，吴文斌，梅洪俊，
申请(专利权)人：中铁八局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：