浅谈活塞风对屏蔽门的影响与解决方案

摘要：谈及活塞风对屏蔽门的影响，提及相关的解决方案。当同一区间两辆列车同时运行时，产生的活塞风叠加，影响屏蔽门的关闭;在现有设备基础上，通过增加拓宽风路来减缓活塞风对屏蔽门的压力，减少故障的产生，实现列车的准点出站。

关键词：地铁;列车;屏蔽门;活塞风

广州地铁三号线北延段线路采用站台屏蔽门设置，将列车与站台候车隔离开来，防止乘客有意或无意跌入轨道，也可以阻断区间隧道与站台候车区域之间的空气流通，降低区间隧道热负荷对车站候车环境的影响，节约车站环控系统的运营成本。由于屏蔽门对气流的阻隔作用，列车的活塞效应显著增强，列车的气压荷载也随之增加[1]，加之通风系统的影响和地铁运行速度的不断提高，活塞风引起的交变压力荷载显著增大，同一区间两辆列车同向行驶，活塞风量叠加，对屏蔽门的在机械受力特性受到影响，使屏蔽门出现故障。因此，笔者根据工程经验估计，由于经验不同，各处理方法也存在一定的差异，提出相关优化解决方案。

广州地铁三号线北延段总长30.9公里，从起点到终点站35分钟，共11个站，假设区间开行23趟列车，晚点3辆列车，列车停车时间1分钟，屏蔽门的故障处理时间为1分钟。那么乘客的旅途速度、列车的正点率、列车的晚点率将会如何？乘客旅途速度=线路运营长度÷单程时间。列车正点率=（实际开行列数-晚点列数）÷实际开行列数×100%。列车晚点率=晚点列数÷实际开行列数×100%。T=∑（T每个中间站的停站时间+T每个区间的运行时间）+T两端终点站时间。得出：乘客旅途速度为32.56公里/时，正点率为86%，晚点率为13.04%。从列车的晚点率出发找问题，最终发现屏蔽门的多次故障增加了列车的停站时间，延误了列车的正常运行。

针对此问题进行了分析，正线列车数不断的增加，通过行车调整方式同一区出现两趟列运行，前方列车停稳后，自动联动屏蔽门开启，屏蔽门开启过程中后方列车继续推进，达到安全距离后停车，后方列车产生的活塞风推进加大活塞风对屏蔽门的压力，超过屏蔽门机械特性范围，产生故障，影响列车的正常关门动车。实践证明每一趟列车因屏蔽门故障多停1分钟，一班次列车经过11个站，因屏蔽门故障导致的延误在660秒，在处理屏蔽门时出现人员操作意外的，列车将会出现5分钟以上的晚点，影响列车正点率以及增加列车晚点率。

从数据上统计，加开列车前与加开后的故障对比，从4月班次加开开始，屏蔽门故障件数明显增多，如下表：

表1  调整前屏蔽门故障件数

班次正常运行

班次增加运行

月份

1月

2月

3月

4月

5月

6月

故障數

28

21

30

88

87

95

广州地铁三号线北延段采用隧道风机变频技术，隧道风机在高频高速时排风量为60m3/s，按正常单个区间运行一趟列车来计算，假设列车前进进站时速度40km/h，由列车进站时活塞的风量，由计算公式[2]得：Q=V.A，V=7.84m/s，A=21.2m2 ，列车进站产生的风量为：Q=7.84m/s X 21.2m2=166.2m3/s。列车进站前，一部分风量从活塞风井排出，部分风量被推往前方隧道进入排风风道由隧道风机排出，剩余风量在屏蔽门开启时流向站台。当加后方加开列车在前车后50m停车时，产生的前方向前风速约7.01m/s，产生的风量约为148.61 m3/s。前方风量与后方进站产生的风量叠加，影响了屏蔽门的正常关闭，从而影响了列车的正常进出站时间。

笔者从节电耗能方面上考虑，提出了三个解决方案，并方案之间进行比较。

方案1：从屏蔽门角度考虑，增大屏蔽门电机的输出，提高加速门体的关闭速度。

方案2：从机械辅助排风角度考虑，增加隧道风机的开启数量，提高可排风量，减少活塞风对门体的影响。

方案3：从气流力学原理考虑，利用风阀的调整，增加活塞风的排风路径，达到对屏蔽门的减压。

方案实施结果：

方案1：增加屏蔽门电机输出功率，提高加速门体的关闭速度。利用电机输出功率来提高对滑动门的关闭力度。此方案实施后，电机输出功率的加大，会严重影响屏蔽门的电机的性能和寿命，不利于屏蔽门电机的长期使用。

方案2：增加隧道风机的开启数量，提高可排风量，减少对屏蔽门的影响。广州地铁三号线北延段采用功率90KW变频隧道风机，流量60m3/s，上、下行线开两台隧道风机排风时可以满足，因隧道风机属大功率设备，产生的能耗也非常大，增加隧道风机开启数量，设备动力用电量增加一倍，不利于节能环保。

方案3：利用风阀的调整，增加活塞风的排风路径，达到对屏蔽门的减压。通过调整上、下行线之间的联通风阀，实行上行、下行线风路互通，达到分流效果，降低活塞风对屏蔽门的影响，从而减少风阻对隧道风机的影响，既能达到降低屏蔽的影响，又能节能环保。

图1 联通阀开启的风路走向

三个方案相比较，从节能环保方面考虑，采用第三个方案，利用风阀的调整，增加活塞风的排风路径，达到对屏蔽门的减压。

调整前：列车到达前方车站，列车前进产生的活塞一部分由隧道风机及活塞风井处排除，另一部分由屏蔽门开启后泄压排至站台，后方列车行驶，推进活塞风加大活塞风速，前后风量叠加，导致前方列车离站关闭屏蔽门时受到的风压压力大于屏蔽门关门的应力，产生屏蔽门电机过载故障。

调整后：联通风阀调整后，开设另一排风路径，风路分流减压，部分活塞风由上行线通过风道进入下行线，通过迂回风道时衰减被排除，少量风进入下行线，被下行线隧道风机排除。整个过程主要通过联通风道增加排风路径，缓解风速，减少活塞风压，最终降低风压对屏蔽门的影响。7月实施结果，屏蔽门故障件数明显下降，如下表：

表2   调整后屏蔽门故障件数

班次正常运行

班次加开运行

调整设备

月份

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

故障数

28

21

30

88

87

95

31

（1）实践得出三个方案都能解决活塞风对屏蔽门关门的影响，从节能降耗考虑，寻求最优化的解决方法，增加活塞风通风路径降低活塞风对屏蔽门的影响更有效，更能体现现代地铁设计的理念。屏蔽门故障率下降300%，屏蔽门没有发生同时多个屏蔽门报故障的现象，列车准点率提升。

（2）在未来车站设计时，考虑单端双活塞风井的建设，减少活塞风压对车站的影响。

（3）在联通风阀调整后，当隧道发生火灾时，该隧道的烟气流组织？该联通风阀是否能随火灾时，按照火灾模式的设定执行，取决于监控系统的程序设置。系统设置火灾模式拥有最高权限，当发生火灾时，系统发送执行火灾模式指令，联通风阀按照预定火灾模式自动关闭，火灾模式正常执行。

以上为笔者在实践实施过程中得出的见解，目的想让大家了解可以通过不同方式降低活塞风对屏蔽门的影响，不当之处望大家指出。

参考文献：

[1]杨伟超，彭立敏，施成华等.地铁活塞风作用下屏蔽门的气动特性分析[J].郑州大学学报：工学版，2009，30（2）：5

[2]沈翔.地下铁道活塞风特性的研究[D].上海：同济大学，2004.

[3]GB50157-2003 地铁设计规范.

作者简介：

吴志胜，男，助理工程师，从事机电一体化设备监控，机电设备管理方向。