本發(fā)明涉及凍土工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自穩(wěn)調(diào)控路基對流換熱的方法。

背景技術(shù)：

在我國青藏高原、東北等多年凍土區(qū)，通過長期的演化、發(fā)展和變化，形成了厚達(dá)幾米、甚至十幾米、各具形態(tài)的厚層地下冰。隨著氣候環(huán)境的變化、人類工程活動的影響，會導(dǎo)致凍土和地下冰退化和融化，從而導(dǎo)致各種工程災(zāi)害的產(chǎn)生，對各種重大工程建筑穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。

通過保護(hù)凍土工程措施的采用，主動冷卻凍土基礎(chǔ)，是保證凍土工程長期安全運(yùn)營、穩(wěn)定的關(guān)鍵途徑。而在這些措施中，有效調(diào)控凍土工程的對流換熱過程，是保護(hù)凍土基礎(chǔ)重要的工程措施的一個類型。該類措施通過有效促進(jìn)冬季或夜晚低溫環(huán)境條件下基礎(chǔ)與外界環(huán)境的換熱過程，有效抑制暖季或白天高溫環(huán)境條件下基礎(chǔ)的換熱過程，由此達(dá)到冷能在路基內(nèi)部的不斷存儲、凍土地溫的不斷降低、基礎(chǔ)穩(wěn)定性不斷增強(qiáng)的目的。

面對國家“十三五”戰(zhàn)略規(guī)劃的出臺，青藏高速公路即將面臨修筑，但是，高速公路與普通公路相比，普通公路與鐵路相比凍土問題都更為突出。已有研究表明（俞祁浩等.我國多年凍土區(qū)高速公路修筑關(guān)鍵問題研究.中國科學(xué)（技術(shù)科學(xué)），2014，44（4）:425~432），由于黑色路面的強(qiáng)烈吸熱、瀝青路面隔水和阻止水分蒸發(fā)散熱的影響，使得相同條件下公路路基的吸熱強(qiáng)度是鐵路的3倍多，且路基吸熱的主要途徑，主要集中在路堤的中心部位，并難以向周圍凍土散熱。而高速公路與普通公路相比,更加劇了該種現(xiàn)象的出現(xiàn)。當(dāng)公路路基寬度增加約1倍時，路堤底面的吸熱強(qiáng)度增加約0.6倍，路基吸熱進(jìn)一步聚集在路基的中心部位，由此產(chǎn)生更加明顯的“聚熱效應(yīng)”，并導(dǎo)致凍土更加快速的退化。面對更高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、更寬的公路路面，高速公路與凍土之間的熱作用更加顯著，在多年凍土區(qū)修筑高速公路將會面對更為突出的凍土問題和修筑技術(shù)難題。由于傳熱途徑、強(qiáng)度等方面的根本改變，通過青藏鐵路等獲得的成功經(jīng)驗(yàn)、先進(jìn)技術(shù)難以在青藏高速公路建設(shè)中直接應(yīng)用。

雖然，現(xiàn)有相近技術(shù)對通風(fēng)管的對流換熱進(jìn)行了調(diào)控，但是，青藏高原高寒極端自然環(huán)境，特殊工程條件，都對通風(fēng)管調(diào)控風(fēng)門的穩(wěn)定性、風(fēng)門的敏感性、風(fēng)門安裝和運(yùn)維過程的便利性等都提出了更高的要求，現(xiàn)有一些技術(shù)難以完全滿足工程實(shí)際需要。如：俞祁浩（俞祁浩，常小曉，錢進(jìn).一種通風(fēng)管重力平衡式的對流控制風(fēng)門：中國，201020278498.5[p]，2011-3-9），由于液壓體系等裝置全部安放于風(fēng)門之上，過重的重量不利風(fēng)門的長期穩(wěn)定；同時，由于液體較輕，引起的不同方向的扭矩較小，也難以有效、穩(wěn)定開啟、或關(guān)閉風(fēng)門。又如：俞祁浩（俞祁浩，程國棟，何乃武.用于路基中通風(fēng)管隔熱傳冷控制開關(guān)：中國，200520004195.3[p]，2006-9-13），俞祁浩（俞祁浩，程國棟，馬魏.路基的荷載式液壓自動溫控通風(fēng)裝置：中國，03218744.0[p]，2004-8-18）設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)，在青藏高原極端環(huán)境下難以有效工作。因此，亟需多角度研發(fā)能夠滿足工程實(shí)際的對流調(diào)控風(fēng)門，滿足多年凍土區(qū)高速公路建設(shè)需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、穩(wěn)定性高的自穩(wěn)調(diào)控路基對流換熱的方法。

為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種自穩(wěn)調(diào)控路基對流換熱的方法，其特征在于：該方法是指首先在風(fēng)門的中部設(shè)置轉(zhuǎn)軸，然后在所述轉(zhuǎn)軸上設(shè)置限位器，最后在所述轉(zhuǎn)軸的中心設(shè)置重力平衡桿；所述重力平衡桿包括內(nèi)裝有波紋管的封閉的殼體；所述波紋管內(nèi)填充滿水，其一端通過固定件固定于所述殼體上，其另一端通過行程放大器與重力平衡塊相接，該重力平衡塊沿軸向通過彈簧固定于所述殼體上。

所述重力平衡桿包括內(nèi)裝有波紋管的封閉的殼體；所述波紋管的一端通過固定件固定于所述殼體上，其另一端沿軸向通過彈簧固定于所述殼體上；所述波紋管內(nèi)填充滿水，并放置重力桿，該重力桿的一端與所述波紋管的頂端固定，其另一端自由移動。

所述殼體與所述波紋管的材質(zhì)均為金屬或塑料。

所述重力平衡塊與所述重力桿均是指金屬或石材。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，僅為重力平衡桿與風(fēng)門的組合，結(jié)構(gòu)簡單，制作便利、安裝和維護(hù)方便。

2、穩(wěn)定性高。

首先，本發(fā)明自穩(wěn)重力控制單元，自成封閉體系，不受外界極端惡劣環(huán)境侵蝕和破壞影響，工作壽命大幅增加；其次，通過金屬重力平衡塊的使用，可以在不同程度上，放大開啟或關(guān)閉風(fēng)門扭轉(zhuǎn)力矩的作用，由此增大風(fēng)門控制單元動作、動力的強(qiáng)度，并增加動作完成后，維持風(fēng)門所處狀態(tài)的穩(wěn)定性，以避免高原大風(fēng)產(chǎn)生的不利影響。

3、動作簡便，靈敏性高。

本發(fā)明通過重力平衡桿內(nèi)部重心的變化，直接推動風(fēng)門開啟、或關(guān)閉，動作簡便，由此避免通過中間物質(zhì)轉(zhuǎn)換或動力轉(zhuǎn)換造成的不利影響。同時，金屬構(gòu)件可以靈敏感應(yīng)外界溫度的變化，及時在設(shè)定溫度條件下完成規(guī)定動作。

4、對通風(fēng)管空氣流動影響小。

由于重力平衡桿主要沿通風(fēng)管的軸向分布、且橫截面很小，在通風(fēng)管開啟狀態(tài)下，所占通風(fēng)管橫截面積比例較其它技術(shù)更小，對通風(fēng)管空氣流動影響進(jìn)一步得到有效降低。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明的側(cè)視圖。

圖2為本發(fā)明的主視圖。

圖3為本發(fā)明中重力平衡桿結(jié)構(gòu)i示意圖。

圖4為本發(fā)明中重力平衡桿結(jié)構(gòu)ii示意圖。

圖中：1—風(fēng)門2—轉(zhuǎn)軸3—重力平衡桿4—固定件5—波紋管6—重力平衡塊7—彈簧8—行程放大器9—重力桿10—限位器。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1如圖1~3所示，一種自穩(wěn)調(diào)控路基對流換熱的方法，該方法是指首先在風(fēng)門1的中部設(shè)置轉(zhuǎn)軸2，然后在轉(zhuǎn)軸2上設(shè)置限位器10，最后在轉(zhuǎn)軸2的中心設(shè)置重力平衡桿3。

重力平衡桿3包括內(nèi)裝有波紋管5的封閉的殼體；波紋管5內(nèi)填充滿水，其一端通過固定件4固定于殼體上，其另一端通過行程放大器8與重力平衡塊6相接，該重力平衡塊6沿軸向通過彈簧7固定于殼體上。

殼體與波紋管5的材質(zhì)均為金屬或塑料。重力平衡塊6是指金屬或石材。

本發(fā)明中風(fēng)門1是指可以感應(yīng)環(huán)境溫度變化，并且在環(huán)境溫度變化達(dá)到設(shè)定溫度條件情況下，自動開啟或關(guān)閉風(fēng)門1的裝置。

本發(fā)明工作原理：

風(fēng)門1的開啟或關(guān)閉，主要通過自穩(wěn)重力平衡桿3進(jìn)行控制。自穩(wěn)重力平衡桿3的動力來源于平衡桿重心相對于風(fēng)門1軸心兩側(cè)、不同位置形成的不同扭矩。

風(fēng)門1的開啟過程。在重力平衡桿3內(nèi)，密閉的金屬或塑料波紋管5內(nèi)充滿水并且密封。隨著環(huán)境季節(jié)或環(huán)境溫度的不斷下降，當(dāng)溫度低于0℃，波紋管5內(nèi)水體會發(fā)生的凍結(jié)。在凍結(jié)過程中，由于水體的凍結(jié)會發(fā)生9%體積的膨脹，受波紋管5徑向的限制作用，水——冰相變過程中發(fā)生膨脹的體積，只能使得波紋管5沿軸向膨脹、伸長。波紋管5一端與重力平衡桿3外殼相固定，另一端可以自由移動，在膨脹、伸長過程中，會帶動與之相連重力平衡塊6沿軸向滑動和偏移。由此，導(dǎo)致整體重力平衡桿3重心沿軸向進(jìn)行位移和改變。當(dāng)重力平衡桿3合適、放置在風(fēng)門1軸心上時，在此過程中，重力平衡桿3的重心就由相對風(fēng)門1軸心的一側(cè)，移動到相對軸心的另一側(cè)。由此，相對軸心產(chǎn)生了相反的力矩，會使得風(fēng)門1向相反方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，并旋轉(zhuǎn)達(dá)到風(fēng)門1水平限位器10限制位置，達(dá)到在負(fù)溫環(huán)境條件下開啟風(fēng)門1的目的。

風(fēng)門1關(guān)閉過程。隨著環(huán)境溫度的升高，并高于0℃的條件下，波紋管5內(nèi)的冰體發(fā)生融化、體積收縮，以及在波紋管5彈性作用下，波紋管5會沿徑向發(fā)生長度的縮短。在波紋管5拉力以及彈簧7推力的作用下，重力平衡塊6向另外方向發(fā)生移動和偏移。并導(dǎo)致重力平衡桿3的重心由相對風(fēng)門1軸心的一側(cè)，移動恢復(fù)到原來的另一側(cè)。在相反力矩作用下，風(fēng)門1向相反方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，并旋轉(zhuǎn)達(dá)到風(fēng)門1垂直限位器10限制位置，達(dá)到正溫環(huán)境條件下關(guān)閉風(fēng)門1的目的。

在上述的波紋管5和重力平衡塊6之間放置有行程放大器8，行程放大器8的一端固定于封閉外殼、并可自由旋轉(zhuǎn)。距離旋轉(zhuǎn)軸心近的一側(cè)與波紋管5相接，遠(yuǎn)的一側(cè)與重力平衡塊6相接。由此使得波紋管5的行程得到放大，并加大重力平衡塊6的移動距離，達(dá)到更有效控制的目的。

實(shí)施例2如圖1、圖2、圖4所示，一種自穩(wěn)調(diào)控路基對流換熱的方法，該方法是指首先在風(fēng)門1的中部設(shè)置轉(zhuǎn)軸2，然后在轉(zhuǎn)軸2上設(shè)置限位器10，最后在轉(zhuǎn)軸2的中心設(shè)置重力平衡桿3。

重力平衡桿3包括內(nèi)裝有波紋管5的封閉的殼體；波紋管5的一端通過固定件4固定于殼體上，其另一端沿軸向通過彈簧7固定于殼體上；波紋管5內(nèi)填充滿水，并放置重力桿9，密封良好。該重力桿9的一端與波紋管5的頂端固定，其另一端自由移動。

殼體與波紋管5的材質(zhì)均為金屬或塑料。重力桿9是指金屬或石材。

本發(fā)明中風(fēng)門1是指可以感應(yīng)環(huán)境溫度變化，并且在環(huán)境溫度變化達(dá)到設(shè)定溫度條件情況下，自動開啟或關(guān)閉風(fēng)門1的裝置。

本發(fā)明工作原理：

在實(shí)施例1的工作原理基礎(chǔ)上，隨著波紋管5內(nèi)部水的凍結(jié)、伸長，或隨著波紋管5內(nèi)部冰的融化、縮短，內(nèi)部的重力桿9，隨之移動，由此造成整個重力平衡桿3中心的變化，由此產(chǎn)生，開啟或關(guān)閉風(fēng)門1的扭力，開啟或關(guān)閉風(fēng)門1。