本發(fā)明涉及凍土工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種彈簧平衡式調(diào)控路基對(duì)流換熱的方法。

背景技術(shù)：

在我國(guó)青藏高原、東北等多年凍土區(qū)，通過(guò)長(zhǎng)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(dòng)的影響，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(duì)各種重大工程建筑穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。

通過(guò)保護(hù)凍土工程措施的采用，主動(dòng)冷卻凍土基礎(chǔ)，是保證凍土工程長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)、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(duì)流換熱過(guò)程，是保護(hù)凍土基礎(chǔ)重要的工程措施的一個(gè)類型。該類措施通過(guò)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(guò)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(guò)程，由此達(dá)到冷能在路基內(nèi)部的不斷存儲(chǔ)、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(duì)國(guó)家“十三五”戰(zhàn)略規(guī)劃的出臺(tái)，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(wèn)題都更為突出。已有研究表明（俞祁浩等.我國(guó)多年凍土區(qū)高速公路修筑關(guān)鍵問(wèn)題研究.中國(guó)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(shí)，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(duì)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(huì)面對(duì)更為突出的凍土問(wèn)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(guò)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(duì)通風(fēng)管的對(duì)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(duì)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(guò)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，程國(guó)棟，馬巍.路基的自動(dòng)溫控通風(fēng)裝置：中國(guó)，03218742.4[p]，2004-8-18）技術(shù)，整個(gè)溫度感應(yīng)單元安裝在通風(fēng)管外，需要感應(yīng)陽(yáng)光照射。同時(shí)控制單元需要通過(guò)桿件與通風(fēng)管內(nèi)風(fēng)門相連。在極端惡劣環(huán)境下感應(yīng)單元、動(dòng)作單元不僅容易遭受破壞，而且連接桿件容易失效，導(dǎo)致整個(gè)裝置的失效。同時(shí)，裝置的安裝，需要在通風(fēng)管上單獨(dú)鉆孔、打眼，過(guò)程繁瑣、效率低下。這些問(wèn)題的存在都使得該種技術(shù)使用成本、運(yùn)維難度的大幅增加，對(duì)該種技術(shù)的推廣造成極大影響。又如：俞祁浩（俞祁浩，程國(guó)棟，何乃武.用于路基中通風(fēng)管隔熱傳冷控制開(kāi)關(guān)：中國(guó)，200520004195.3[p]，2006-9-13），俞祁浩（俞祁浩，程國(guó)棟，馬魏.路基的荷載式液壓自動(dòng)溫控通風(fēng)裝置：中國(guó)，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(duì)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(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、穩(wěn)定性高的彈簧平衡式調(diào)控路基對(duì)流換熱的方法。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所述的一種彈簧平衡式調(diào)控路基對(duì)流換熱的方法，其特征在于：該方法是指首先將軸心桿固定于通風(fēng)管管壁之上，并將轉(zhuǎn)軸套管套接在所述軸心桿上；然后將風(fēng)門固定于所述轉(zhuǎn)軸套管上；最后在所述軸心桿上設(shè)置限位器，并在該軸心桿的中心以所述軸心桿為對(duì)稱軸對(duì)稱設(shè)置記憶合金彈簧與平衡彈簧。

所述記憶合金彈簧是指tini二元系、tini-x三元系、cu基、fe基形狀記憶合金中的一種，其調(diào)控設(shè)定溫度為-10℃~10℃。

所述平衡彈簧是指常規(guī)金屬、塑料、橡膠彈簧中的一種或兩種及以上的組合。

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(jiǎn)單、安裝方便。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，僅為記憶合金彈簧、平衡彈簧與風(fēng)門的組合；且與風(fēng)門有機(jī)結(jié)合成為一體。整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作便利，安裝和維護(hù)方便。

2、穩(wěn)定性得到顯著提高。

首先，本發(fā)明全部放置于通風(fēng)管的內(nèi)部，有效避免外界極端惡劣環(huán)境侵蝕和破壞影響，工作壽命大幅增加；其次，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力作用直接，沒(méi)有任何傳動(dòng)桿件，動(dòng)作穩(wěn)定性大幅增強(qiáng)。

3、動(dòng)作簡(jiǎn)便，靈敏性高。

本發(fā)明記憶合金彈簧直接暴露于環(huán)境空氣之中，直接感應(yīng)環(huán)境溫度變化，動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間也由此大幅縮短。因此，整個(gè)裝置可以靈敏、準(zhǔn)確、及時(shí)開(kāi)啟或關(guān)閉風(fēng)門。

4、工程降溫效能的有效提高。

由于調(diào)控風(fēng)門靈敏度、準(zhǔn)確度的提高，不僅有效調(diào)控不同季節(jié)條件下通風(fēng)管路基的對(duì)流換熱過(guò)程，而且對(duì)于晝夜環(huán)境變化條件下，對(duì)通風(fēng)管路基的對(duì)流換熱過(guò)程也可進(jìn)行有效調(diào)控。由此，最大程度將自然界的冷能蓄積到路基內(nèi)部，進(jìn)一步提高通風(fēng)路基整體的降溫效能。

5、對(duì)通風(fēng)管空氣流動(dòng)過(guò)程影響進(jìn)一步降低。

由于金屬桿件基本不占據(jù)通風(fēng)過(guò)程的過(guò)風(fēng)面積，由此將控制裝置的影響降到最低。

附圖說(shuō)明

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

圖1為本發(fā)明的側(cè)視圖。

圖2為本發(fā)明的主視圖。

圖中：1—風(fēng)門2—軸心桿3—轉(zhuǎn)軸套管4—限位器5—記憶合金彈簧6—平衡彈簧。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2所示，一種彈簧平衡式調(diào)控路基對(duì)流換熱的方法，該方法是指首先將軸心桿2固定于通風(fēng)管管壁之上，并將轉(zhuǎn)軸套管3套接在軸心桿2上；然后將風(fēng)門1固定于轉(zhuǎn)軸套管3上；最后在軸心桿2上設(shè)置限位器4，并在該軸心桿2的中心以軸心桿2為對(duì)稱軸對(duì)稱設(shè)置記憶合金彈簧5與平衡彈簧6。

其中：

記憶合金彈簧5是指tini二元系、tini-x三元系、cu基、fe基形狀記憶合金中的一種，其調(diào)控設(shè)定溫度為-10℃~10℃。

平衡彈簧6是指常規(guī)金屬、塑料、橡膠彈簧中的一種或兩種及以上的組合。

本發(fā)明工作原理為：

記憶合金彈簧5在高于奧氏體（austenite）相變溫度af環(huán)境下，即在高于記憶合金彈簧5設(shè)定溫度條件下，記憶合金彈簧5具有相對(duì)較高的彈性系數(shù)。在低于馬氏體（martenite）相變溫度mf環(huán)境下，即在相對(duì)較低溫度環(huán)境條件下記憶合金彈簧5具有相對(duì)很低的彈性系數(shù)。而對(duì)于普通彈簧，其彈力基本不隨溫度變化，且隨溫度的降低，彈性反倒增加。因此，風(fēng)門1的開(kāi)啟或關(guān)閉，主要通過(guò)不同環(huán)境溫度條件下，記憶合金彈簧5與平衡彈簧6的彈力和扭力的相對(duì)大小進(jìn)行控制。

風(fēng)門1的開(kāi)啟過(guò)程。在環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度條件下，由于記憶合金彈簧5處于馬氏體狀態(tài)，記憶合金彈簧5的彈性系數(shù)很低，此時(shí)，普通平衡彈簧6的扭力大于記憶合金彈簧5的彈力，風(fēng)門1在平衡彈簧6扭力推動(dòng)下，風(fēng)門開(kāi)啟，轉(zhuǎn)動(dòng)至水平限位器4限制位置。

風(fēng)門1關(guān)閉過(guò)程。與上述條件相反，在環(huán)境溫度高于設(shè)定條件下，記憶合金彈簧5處于奧氏體狀態(tài)，記憶合金彈簧5的彈力恢復(fù)，并大于平衡彈簧6的扭力，在記憶合金彈簧5彈力的推動(dòng)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4限制位置，完成正溫環(huán)境條件下風(fēng)門1的關(guān)閉。