成都快线列车越行过站站台门气动压力实车测试研究.pdf
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1、第 32 卷第 5 期万葛亮,等:空气源热泵外机低频噪声源识别及优化539文章编号:1671-6612(2023)04-539-07成都快线列车越行过站站台门气动压力实车测试研究常新亮1曾臻2,4毕海权3肖益民4翁庙成4(1.成都轨道交通集团有限责任公司成都610000;2.中铁二院工程集团有限责任公司成都610000;3.西南交通大学成都610031;4.重庆大学成都400000)【摘要】随着轨道交通运行速度的不断提高以及隧道内多车追踪的出现,屏蔽门上的压力荷载对线路运营安全具有重要意义。以成都轨道交通 18 号线为研究对象,采用实车测试的方法对过站站台屏蔽门的气动压力进行了研究,分析了列车
2、运行速度、行车间隔、风井风阀开闭情况对站台屏蔽门气动压力的影响。结果表明:屏蔽门的峰值正压出现在列车车头到达屏蔽门时,而屏蔽门的峰值负压出现在列车车尾到达屏蔽门时,且屏蔽门的峰值压力随着列车过站速度的增大而增大。此外不同行车间隔对屏蔽门压力极值影响较小。研究为屏蔽门系统结构强度设计提供了参考。【关键词】轨道交通;站台门;压力波;实车测试中图分类号TU96+2文献标识码AField Measurements of Aerodynamic Pressures on Platform Screen Doors at theOvertaking Station of Chengdu Rail Tran
3、sitChang Xinliang1Zeng Zhen2,4Bi Haiquan3Xiao Yimin4Weng Miaocheng4(1.Chengdu rail transit Group Co.,Chengdu,610000;2.China Railway Eryuan Engineering Group.Co,Chengdu,610000;3.Southwest Jiaotong University,Chengdu,610031;4.Chongqing University,Chongqing,400000)【Abstract】With the increasing speed of
4、 rail transit and the emergence of multi-vehicle tracking in tunnels,the pressure load onplatform screen doors(PSDs)is of great significance to the safety of line operation.In this study,Chengdu Rail Transit Line 18 wastaken as the research object,and the aerodynamic pressure of the PSD passing thro
5、ugh the station was studied by the method of fieldmeasurements.The effects of train running speed,running interval,and the opening and closing of air shaft dampers on theaerodynamic pressure of the PSD are analyzed.The results demonstrate that the peak positive and peak negative pressures on the PSD
6、are caused by the head and tail of the train passing through the PSD,respectively.And the peak pressure of the PSD increases with thespeed of the train passing through the station.In addition,different driving intervals have little influence on the extreme value of theaerodynamic pressure of the PSD
7、.The research provides a reference for the structural strength design of the PSD system.【Keywords】rail transit;platform screen door;pressure wave;field measurements作者简介:常新亮(1980.10-),男,硕士研究生,高级工程师,E-mail:通讯作者:曾臻(1980.09-),男,在读博士研究生,正高级工程师,E-mail:收稿日期:2022-08-300引言城市轨道交通快线作为城市交通线网体系中的重要组成部分,以服务城市交通运输
8、为主要任务,意在实现城市各核心区域之间的快速连接。区第 37 卷第 4 期2023 年 8 月制冷与空调Refrigeration andAir ConditioningVol.37 No.4Aug.2023.539545540制冷与空调2023 年间长、速度快、快慢车混合运行以及开行对数高等特点决定了其与传统地铁、国铁及城际铁路均有所不同。目前,国内已开通运营最高运行速度达120km/h 的城市轨道交通快线有广州地铁 3 号线、上海地铁 16 号线、深圳地铁 11 号线、东莞地铁 2号线等;规划和在建最高运行速度达 140km/h 的城市轨道交通快线有成都地铁 17 号线、成都地铁 18号线
9、、台州市地铁 S1 线等。此外,已开工建设的北京新机场线以及成都地铁 19 号线的最高运行速度将达到 160km/h。由于地铁列车在地下空间内运行,具有阻塞比(列车断面积/隧道断面积)大、发车密度高、车辆气密性差等特点,当列车运行速度超过 100km/h时,许多在低速时可以忽略的问题,在高速时就变得非常明显1,2。高速运行的地铁列车与隧道内空气相互作用产生的气动效应(包括隧道压力波3-5、列车内外压力变化6-8、列车气动阻力9、列车风以及气动噪声等)成为高速地铁建设时必须面临和解决的难题。上述空气动力学效应对高速地铁列车运行的安全性、旅客乘坐的舒适性以及隧道周围环境、车站环境、隧道内设备和结构
10、的稳定性均有非常不利的影响。对于地铁车站屏蔽门系统,其主要作用是为了保证乘客安全和维护车站风环境,当列车高速运行产生的强烈列车风反复作用在屏蔽门以及线路周边设备上时,会对屏蔽门等设备产生疲劳载荷,压力过高时会对屏蔽门的结构造成破坏,从而影响设备的安装强度。同时,当隧道内存在多车追踪时,由于后车运行产生的压力波传播到轨行区,可能会阻碍屏蔽门系统的正常开启,对车站乘客正常上下车产生影响。例如广州地铁 3 号线曾发生站台屏蔽门玻璃爆裂、联络区间的防火门因交变风压的影响而被破坏10。为了分析列车通过车站时对站台屏蔽门的影响,Kim11测试了首尔地铁 2 号线列车以不同运行方向、不同速度通过地下站台时,
11、站台屏蔽门表面的风压大小。Yuan 等人12使用滑移网格技术,对一列 8 节编组城际列车全速通过地下车站的空气动力性能进行了数值模拟,研究了车厢与屏蔽门之间的间隙对列车气动性能的影响,发现列车通过屏蔽门时的最大侧向力与轿厢和屏蔽门之间的间隙存在线性关系。Zeng 等人13通过移动模型试验,研究了单车不停车通过车站和双车追逐两种典型情况下对车站屏蔽门瞬态压力的影响,发现在双车追逐情况下,即使第一列进站列车远离车站,其压力波也会对屏蔽门造成很大压力,这可能是屏蔽门在高峰时段无法正常打开的原因。袁誉钊等人14通过构建两车、两车站、三区间隧道的地铁隧道模型,使用滑移网格技术仿真模拟了列车在隧道运行时引
12、起的活塞风速度与压力大小,并通过屏蔽门静力学分析,研究隧道活塞风对地铁屏蔽门所受风压的影响。罗燕萍等人15采用 SES 软件模拟分析了地铁列车高密度运行时,单活塞和双活塞工况下隧道内的风压对屏蔽门的影响,其研究结果表明活塞风井数量和位置对隧道内压力影响较大。段忠辉10采用数值模拟的方法研究了车站两端通风竖井和车站屏蔽门对隧道内气动效应的影响规律,并通过动模型试验进行验证,得出了合理竖井面积与高度。李学伟16对列车通过北京新机场地下车站过程中的气动效应进行了数值模拟分析,研究了单车工况和双车不同位置交会时地下车站屏蔽门所受气动荷载情况。马福东等人17采用数据值计算软件,针对京张高铁新八达岭隧道及
13、地下车站的设计方案,对地下车站屏蔽门和安全门两种模式下站台的最大风速、最大瞬变压力、压缩波峰值、人行通道最大风速等空气动力学效应进行了计算分析。然而,当前关于车站两端风井对屏蔽门气动压力的影响研究存在不足。因此,有必要研究列车高速通过车站时,车站两端风井开闭情况对屏蔽门表面的气动压力的影响,以指导屏蔽门的强度设计和车站轨道区的结构设计。由于现行地铁设计规范(GB 50157-2013)和城市轨道交通快线系统相关的规范包括:城际铁路设计规范(TB 10623-2014)、市域铁路设计规范(T/CRS C0101-2017)、市域快速轨道交通设计规范(T/CCES 2-2017)等关于压力波的相关
14、内容仅适用于最高运行速度不超过 100km/h 的轨道线路,而城市快速轨道交通列车运行速度过高,其气动效应及出现的空气动力问题也不尽相同,因此当前规范并不能完全指导高速地铁列车的设计。本研究以成都地铁 18 号线一、二期的一个过站站台为研究对象,列车最高通过速度达到 100km/h。采用实验测试的方法研究了列车高速越过过站站第 37 卷第 4 期常新亮,等:成都快线列车越行过站站台门气动压力实车测试研究541台时屏蔽门表面的气动压力,分析了列车运行速度、行车间隔、风井风阀开闭情况对站台屏蔽门气动压力的影响。1实车测试由于目前国内尚无 160km/h 越行过站的先例,也无可参考的相关标准,因此本
15、次选择在成都轨道交通 18 号线一个越行车站上进行地铁列车高速越行过站时站台屏蔽门风压测试。1.1试验场地越行站站台门的压力变化受列车高速突入隧道、列车通过中间风井产生的二次压力波传播以及列车高速越行过站时绕流作用的影响,因此测试站最好选取列车从地面突入地下后的第一个站。考虑到实际情况的限制,只能以测试列车高速越行过站时列车绕流产生的压力变化为目的来选择测试车站,最终确定成都轨道交通 18 号线兴隆站作为本次站台门压力的测试站,如图 1 所示。兴隆站是位于成都轨道交通 18 号线西博城站和天府新站之间的一个站台,其中西博城站是兴隆站紧邻的上行线站台,兴隆站站台两端分别设置有西兴风井和兴天风机。
16、图 1兴隆站示意图Fig.1Schematic diagram of Xinglong Station1.2试验设备图 2压力传感器和数据采集系统Fig.2Pressure sensor and data-acquisition system本测试选用的是美国 Endevco 压阻式绝压型压力传感器 8515C-15。这是一种耐用坚固的微型高 灵 敏 度 压 阻 式 压 力 传 感 器,量 程 规 格 为103.42kPa。其表面安装厚度仅为 0.76mm,直径为6.3mm,如图 2 所示。该传感器满量程输出为200mV,最大采样率可达 120kS/s,具有很高的过载能力及频率响应性,对基底应
17、变和温度变化不敏感,本研究中采用的采样频率为 2000S/s。数据采集系统采用的是美国 DTS 的 SLICE。SLICE 是一种超小体积模块化数据采集系统,包含微处理器、存储器和控制电路。在试验过程中,切片数据采集系统与计算机相连,计算机实时采集并存储 PSDs 表面的气动压力数据。在实验过程中,压力传感器可以将隧道中的压力信号转换为电压信号,然后通过数据采集系统将电压信号转换为压力信号输出。1.3测点布置图 4 所示为兴隆站屏蔽门压力测点布置示意图,列车从合江车辆段发车经天府新站开往西博城站,列车采用 8 车编组,站台屏蔽门区域的有效长度约为 200m。本次测试在兴隆站共布置了 16 个压
18、力测点,其中在站端布置两个测点(测点 1 和测点16),其余 14 个测点分别布置于每节车厢对应的屏蔽门中心位置。542制冷与空调2023 年图 3压力传感器安装位置示意图Fig.3Schematic diagram of the installation position of the pressure sensor1.4测试工况工况测试具体要求:静止两车分别阻塞在西兴风井处上行和下行线上,后两列车在三岔站西博城站区间上行线内间隔 2.5min/4min 追踪运行,具体阻塞如图 1 所示。试验共测试 5 种工况,工况设置如表 1 所示,其中,工况 1 的列车牵引运行如图4 所示,工况 2、3
19、、4、5 的列车牵引运行情况和工况 1 的主要区别是列车进入兴隆站的过站速度是 100km/h。表 1各工况风阀状态Table 1Status of the air valve in each working condition编号进洞速度km/h过站速度km/h风阀状态(开启/关闭)兴隆站过站速度km/h天府新站活塞风阀兴天风井活塞风阀兴隆站进站端活塞风阀兴隆站出站端活塞风阀兴隆站迂回风道风阀西兴风井活塞风阀1140100关闭关闭关闭关闭关闭关闭802140100关闭关闭关闭关闭关闭关闭1003140100关闭关闭开启关闭关闭关闭1004140100开启开启开启开启关闭开启100514010
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