一种主动通风路基结构

1.本实用新型涉及多年冻土路基工程技术领域，特别是涉及一种主动通风路基结构。


背景技术：

2.多年冻土是指连续存在两年及以上的冻土，我国的多年冻土面积占世界多年冻土面积分布的10％，占我国国土面积的20％以上，是世界第三冻土大国，仅次于俄罗斯和加拿大。多年冻土作为气候与地质条件长期作用的产物，自身对温度较为敏感，冻土的物理力学性能与工程稳定性质受温度变化影响显著。目前，国内外普遍认为：在多年冻土地区开展工程建设，要解决多年冻土退化问题。就路基工程而言，由于修建路基改变了原始地表与大气间的换热条件，打破了路基下多年冻土的水热平衡状态，导致多年冻土局部退化严重，容易引起路基路面的不均匀沉降，严重影响道路的平顺性，给工程建设与后期运维造成巨大困难。青藏公路、青藏铁路也因为多年冻土路段常出现不同等级的破坏，导致道路通行速度难以达到设计时速。
3.近年来，在世界范围内规划建设了多条高速铁路，如北京－莫斯科高铁，中国－俄罗斯－美国－加拿大高铁，这些铁路将穿过大量的多年冻土地区。而为保证高速铁路运行的安全性，《高铁设计规范》规定无碴轨道的工后沉降应小于15mm，与桥隧过渡段处的差异沉降应小于5mm，可见高速铁路对线下基础设施的稳定性具有严格要求，而设计时速超400km/h的高速铁路对线下基础设施的稳定性要求比当前高速铁路更高。因此，亟需对多年冻土地区高速公路(铁路)路基进行改善，以满足整体性与稳定性要求。
4.目前，一般利用埋设在路基内的通风管进行空气对流，通过调控对流的方式，形成对流换热条件，进而降低路基底部温度。现有技术中，通过在通风管内设置吸风风扇增强对流换热，通过吸风风扇将外界冷空气吸入通风管的内部，可以对路基进行主动降温。但是，此种主动降温方式只能通过控制吸风风扇的启停对路基内冷空气的进入进行控制，而当吸风风扇停止工作时，只能靠自然通风对路基温度进行调节，对流换热效率较低，且使得对路基内温度的调节不够灵活。


技术实现要素：

5.鉴于以上问题，本实用新型的目的是提供一种主动通风路基结构，以解决现有技术中的主动降温方式只能通过控制吸风风扇的启停对路基内冷空气的进入进行控制，而当吸风风扇停止工作时，只能靠自然通风对路基温度进行调节，对流换热效率较低，且使得对路基内温度的调节不够灵活。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.本实用新型所述主动通风路基结构，包括路基基体、通风管、风机、供电系统、第一温度传感器和第二温度传感器，所述通风管埋设在所述路基基体内，所述第一温度传感器设置于所述通风管的内部，所述第二温度传感器设置于所述通风管的外部，所述供电系统
与所述风机电连接；所述风机包括第一驱动装置、第二驱动装置、控制器、风叶和传动杆，所述传动杆安装在所述通风管内，所述第一驱动装置安装在所述传动杆上；所述第一驱动装置与所述风叶连接，以驱动所述风叶旋转；所述第二驱动装置与所述传动杆传动连接，以驱动所述传动杆绕所述传动杆的中心轴线转动，所述第一驱动装置、所述第二驱动装置、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器均与所述控制器电连接。
8.优选地，所述风机还包括壳体，所述壳体包括外壳、内壳和支撑件，所述外壳同轴套设在所述内壳的外周侧，所述支撑件连接在所述外壳的内壁与所述内壳的外壁之间；所述传动杆安装在所述内壳中，且所述传动杆的端部位于所述外壳与所述内壳之间，所述第二驱动装置安装在所述外壳与所述内壳之间，所述第二驱动装置与所述传动杆的其中一端传动连接。
9.优选地，所述外壳呈圆柱状，所述外壳的中心轴线与所述通风管的中心轴线平行布置。
10.优选地，所述风机还包括从动器，所述从动器设置在所述外壳与所述内壳之间，所述从动器与所述传动杆的另一端连接。
11.优选地，所述第一驱动装置为直流变频电机，所述第二驱动装置为转动器，所述从动器为轴承。
12.优选地，所述转动器驱动所述传动杆的转动角度为180
°
。
13.优选地，所述供电系统包括风力发电机组、光伏发电机组和电源，所述风力发电机组、所述光伏发电机组分别与所述电源电连接，所述风力发电机组、所述光伏发电机组、所述电源分别与所述第一驱动装置电连接。
14.优选地，所述风力发电机组、所述光伏发电机组和所述电源安装在同一安装架上，所述安装架位于所述路基基体的外侧。
15.优选地，所述通风管在所述路基基体内水平布置。
16.优选地，所述风机设置有两个，所述通风管的两端管口位置各设置有一个所述风机。
17.本实用新型实施例一种主动通风路基结构与现有技术相比，其有益效果在于：
18.本实用新型实施例的主动通风路基结构，通过供电系统与风机电连接，利用供电系统向第一驱动装置供电，驱动风叶运转，增加通风管内的空气强制对流，提高路基基体的换热效率。并且，在通风管的内部设置第一温度传感器，在通风管的外部设置第二温度传感器，第一温度传感器、第二温度传感器、第一驱动装置、第二驱动装置均与控制器电连接，使得控制器可以根据第一温度传感器和第二温度传感器的温度检测结果对第一驱动装置和第二驱动装置的工作进行控制，从而对传动杆的转动进行控制，传动杆转动时，带动风叶同步转动，从而可以调整风叶的方向，进而可以调整风机的风向。控制器可以通过对比通风管内部和外部的温度差，控制风机的风向，当通风管内温度高于外部温度时，调整风机的风向为将空气由外部吹向管内，加速冷空气流入，当通风管内温度低于外部温度时，调整风机的风向为将空气由管内吹向外部，抑制热空气的流入，从而使得风机无需停止工作，即可根据通风管的内部温度和外部温度的差异对路基基体内的温度进行调节，灵活度较高，且可以保证对路基基体的降温一直处于主动降温模式，提高对流换热效率，从而加速路基下覆多年冻土降温，防治多年冻土退化，保障多年冻土地区道路的整体平顺性。
附图说明
19.图1是本实用新型实施例所述主动通风路基结构的结构示意图；
20.图2是本实用新型实施例所述主动通风路基结构的风机侧视图；
21.图3是本实用新型实施例所述主动通风路基结构的风机正视图；
22.图中，1、冻土地基；2、通风管；3、路基基体；41、第一温度传感器；42、第二温度传感器；5、风机；51、电机；52、转动器；53、控制器；54、风叶；541、翅片；542、安装盘；55、传动杆；56、壳体；561、外壳；562、内壳；563、支撑件；57、从动器；6、供电系统；61、风力发电机组；62、光伏发电机组；63、电源；64、安装架。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
24.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本实用新型的限制。
25.如图1所示，本实用新型实施例优选实施例的一种主动通风路基结构，包括路基基体3、通风管2、风机5、供电系统6、第一温度传感器41和第二温度传感器42，路基基体3设置于冻土地基1上，为多年冻土地区填方路基，所述通风管2埋设在所述路基基体3内，所述第一温度传感器41设置于所述通风管2的内部，用以检测通风管2内部的温度；所述第二温度传感器42设置于所述通风管2的外部，用以检测通风管2外部的温度，以通风管2外部的温度表征路基基体3外部的环境温度；风机5设置在通风管2内，优选设置于通风管2的管口位置；所述供电系统6与所述风机5电连接，以为风机5供电，利用供电系统6向风机5供电，驱动风机5工作，增加通风管2内的空气强制对流，提高路基基体3的换热效率。
26.所述风机5包括第一驱动装置、第二驱动装置、控制器53、风叶54和传动杆55，所述传动杆55安装在所述通风管2内，所述第一驱动装置安装在所述传动杆55上；风叶54安装在第一驱动装置的一侧，所述第一驱动装置与所述风叶54连接，以驱动所述风叶54旋转，增强空气流动；所述第二驱动装置与所述传动杆55传动连接，以驱动所述传动杆55绕所述传动杆55的中心轴线转动；由于第一驱动装置安装在传动杆55上，风叶54安装在第一驱动装置上，在传动杆55绕自身轴线转动的同时，传动杆55可带动第一驱动装置和风叶54同步转动，从而可以调整风叶54的方向，调整风叶54所带动的空气流向；所述第一驱动装置、所述第二驱动装置、所述第一温度传感器41、所述第二温度传感器42均与所述控制器53电连接。
27.具体地，第一温度传感器41和第二温度传感器42连接在控制器53的输入端，第一驱动装置和第二驱动装置连接在控制器53的输出端，第一温度传感器41和第二温度传感器42分别将检测的温度信号传输至控制器53，控制器53根据第一温度传感器41和第二温度传感器42的检测结果对第一驱动装置进行控制，可以控制风叶54的旋转速度，从而对空气对流强度进行调整；控制器53还可以根据检测结果对第二驱动装置进行控制，可以控制传动杆55的转动，传动杆55转动时，带动风叶54同步转动，从而可以调整风叶54的方向，进而可以调整风机5的风向，对空气流向进行调整。控制器53可以通过对比通风管2内部和外部的
温度差，控制第二驱动装置调整风机5的风向，当通风管2内温度高于外部温度时，调整风机5的风向为将空气由外部吹向管内，加速冷空气流入，当通风管2内温度低于外部温度时，调整风机5的风向为将空气由管内吹向外部，抑制热空气的流入，从而使得风机5无需停止工作，即可根据通风管2的内部温度和外部温度的差异对路基基体3内的温度进行调节，灵活度较高，且可以保证对路基基体3的降温一直处于主动降温模式，提高对流换热效率，从而加速路基下覆多年冻土降温，防治多年冻土退化，保障多年冻土地区道路的整体平顺性。
28.优选地，所述通风管2在所述路基基体3内水平布置，以方便通风管2两端的空气对流。
29.优选地，所述风机5设置有两个，两个风机5的结构相同，所述通风管2的两端管口位置各设置有一个所述风机5，设置两个风机5可以加强通风管2内外的空气对流，提高换热效率。并且，在工程应用时，通过调整两个风机5的间距与风机功率以适应不同路基基体的降温需求，进而防治冻土退化、维护冻土路基稳定性。
30.本实施例中，所述风机5还包括壳体56，壳体56置于通风管2的内部，所述壳体56包括外壳561、内壳562和支撑件563，外壳561和内壳562均呈圆柱状，材质可以为pvc材质，也可以是金属材质；所述外壳561同轴套设在所述内壳562的外周侧，所述支撑件563连接在所述外壳561的内壁与所述内壳562的外壁之间，以支撑外壳561，在外壳561的内壁与内壳562的外壁之间形成环形空间，支撑件563可设置多个，沿内壳562的周向等间隔布置，以确保风机5结构能够满足路基基体3上覆荷载的要求；本实施例设置有6个支撑件563，支撑件563为板状结构形式，每个板状支撑件563均与内壳562的中心轴线共面；所述传动杆55安装在所述内壳562中，且所述传动杆55的端部位于所述外壳561与所述内壳562之间的环形空间内；所述第二驱动装置安装在所述外壳561与所述内壳562之间的环形空间内，所述第二驱动装置与所述传动杆55的其中一端传动连接，驱动传动杆55的转动。
31.为了避免对温度的检测受到空气流动的影响，优选地，第一温度传感器41设置于内壳562和外壳561之间，进一步地，第一温度传感器41设置于第二驱动装置的一侧。
32.进一步地，所述风机5还包括从动器57，所述从动器57设置在所述外壳561与所述内壳562之间，所述从动器57与所述传动杆55的另一端连接，以限定传动杆55的移动，使得传动杆55在第二驱动装置的驱动下仅可以绕自身轴线转动。本实施例中，所述第一驱动装置为电机51，优选为直流变频电机51，所述第二驱动装置为转动器52，转动器52可通过齿轮驱动传动杆55转动；所述从动器57为轴承，优选为钢珠轴承。利用供电系统6可直接为直流变频电机51和转动器52供电。进一步地，所述转动器52驱动所述传动杆55每次转动的转动角度均为180
°
，使得风叶54仅具有朝向通风管2的管口位置和朝向通风管2的内部两个位置，使得风叶54调整的空气流向为自外部流向通风管2内，或自通风管2内流向通风管2的外部，避免空气吹向内壳的内壁，便于空气在通风管2内外之间的对流。
33.进一步地，优选地，所述外壳561的中心轴线与所述通风管2的中心轴线平行布置，外壳561设置于通风管2的管口位置，外壳561的长度小于通风管2的长度，外壳561的外径略小于通风管2的内径，以方便外壳561进入通风管2内。传动杆55竖直安装在内壳562中，传动杆55的长度方向与内壳562的中心轴线垂直布置，第一驱动装置安装在传动杆55的中部，风叶54安装在第一驱动装置的一侧，控制器53安装在第一驱动装置的另一侧，第一驱动装置。控制器53和风叶54均位于内壳562的内部，风叶54的直径小于内壳562的内径，避免风叶54
旋转时摩擦内壳562的内壁。
34.本实施例中，风叶54包括安装盘542和设置在安装盘542边缘的多个翅片541，安装盘542安装在电机51的输出端，安装盘542呈圆形，翅片541呈扇形，多个翅片541在安装盘542的边缘沿周向均匀布置，翅片541的厚度自安装盘542的边缘向内壳562的内壁方向逐渐增加，翅片541可以选用pvc材质。
35.本实施例中，供电系统6为风力与光伏混合发电系统，所述供电系统6包括风力发电机组61、光伏发电机组62和电源63，所述风力发电机组61、所述光伏发电机组62分别与所述电源63电连接，所述风力发电机组61、所述光伏发电机组62、所述电源63分别与所述第一驱动装置电连接。风力发电机组61和光伏发电机组62产生的直流电，一方面可以直接为第一驱动装置、第二驱动装置供电，另一方面可以将电能存储于电源63中，电能无需进行逆变。在恶劣天气下，利用电源63向第一驱动装置、第二驱动装置供电，可以保障风机5的正常运行，实现全天候实时保护路基。
36.需要说明的是，风力发电机组61的具体构成和光伏发电机组62的具体构成为现有技术，本实用新型不做详细赘述。
37.采用风力与光伏混合发电系统为直流变频电机51供电，电能无需逆变，降低了设备成本，减少了能量损耗，提高了资源利用率，摆脱了市电供应的困扰。并且，针对多年冻土地区路基工程，一般多年冻土地区的太阳能、风能资源分布广泛，应用前景好，利用新能源发电驱动风机5运行，通过强制对流来加速路基降温；风机5在电能驱动下，可以全天候运行，且电源63储能与直流变频式风机5，能够更好地应对极端天气。
38.为了方便安装，优选地，所述风力发电机组61、所述光伏发电机组62和所述电源63安装在同一安装架64上，所述安装架位于所述路基基体3的外侧。
39.本实用新型的制作过程如下：
40.首先按照路基基体3的施工顺序，进行路基基体3位置放样与冻土地基1平整；根据路基基体3和路面的宽度，确定通风管2的具体分布位置；然后进行路基基体3的分层填筑、碾压与通风管2的布设；安装风机5与供电系统6，布置第一温度传感器41和第二温度传感器42；最后进行电气连接。
41.本实用新型的工作过程为：
42.利用第一温度传感器41监测通风管2内部的温度，利用第二温度传感器42监测通风管2外部的温度，并将监测的温度信号传输至控制器53。控制器53根据对通风管2内部和外部的温度的对比结果，控制电机51的转速和风机5的风向。冬季时，通风管2内温度高于外部温度时，调整风机5的风向为将空气由外部吹向管内，加速冷空气流入，增加路基基体3内的冷储量；夏季时，通风管2内温度低于外部温度，调整风机5的风向为将空气由管内吹向外部，将路基基体3内的热量排出，且抑制热空气的流入，实现全天候的主动降温，防治多年冻土退化，保障多年冻土地区道路的整体平顺性。
43.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。