特殊场合应急装备的备用电源控制箱设计和应用

2022-07-24范晓霞石伟民周祚兵李平安

装备制造技术 2022年4期

范晓霞，石伟民，周祚兵，李平安

（湖北三六重工有限公司，湖北咸宁 437100）

0 引言

地铁已经成为城市交通重要的设施之一。在发生较为严重的自然灾害时，地铁人防工程能够及时保障人民的生命安全，避免财产损失。地铁隧道口人防门一般处于低位，为人防门或者防洪门提供电源的备用电源也处于低位。为了便于操作和快速响应，备用蓄电池和备用电话控制箱都设置在地铁隧道口附近。当地铁隧道口积水，或者天气阴冷时，地铁隧道口比较潮湿，并在昼夜温差较大的季节或者地区，地铁隧道口在昼夜交替也存在潮湿的情形。该类情形下备用蓄电池容易因潮湿而损坏，备用电源控制箱也容易出现短路等线路故障。

1 问题分析

电源控制箱还会因潮湿出现生锈发霉等情况，生锈发霉多是因为潮湿所引起的，当发现有潮湿现象的时候，应该立刻采取措施进行防潮治理。现有的排除电源控制箱或配电柜的潮湿的常用方法包括：密闭配电柜或控制箱，高压室的通风窗、通风口，按规程规定落实空气过滤措施，使高压室内空气保持清洁[2]。这些处理办法能解决暂时的问题，但解决问题最科学、最高效、经济效益最好的方式是避免问题的出现，因此，本文针对地铁隧道口人防门备用电源的控制箱容易潮湿的问题，设计了专用于人防门、防洪门、公路隧道、海底隧道等特殊场合的应急备用电源控制箱。

地铁在穿过江、河、湖泊时，为防止管涌、渗透等地质灾害造成地铁隧道被淹，或发生核、生化战争时地铁车站能作为战时避难场所，需在车站地铁隧道的二端安装人防门防淹门。该门随时能下放关闭、上升打开，需设置了一套卷扬机构。卷扬机构采用网电380 V电源驱动。考虑到电机、电气故障，或遇到停电突发情况，还需设置手摇提升、手动释放下降的功能，随着地铁功能的不断强大，地铁隧道尺寸加大，门的尺寸和质量也不断加大，门的质量由开始的16 t、20 t向32 t、40 t甚至50 t发展，手摇的人力受到限制，手摇时间越来越长。

2 可行性

地铁人防门和应急门一般情况下需2个成年人轮换24 h不停才能提升8～10 m的行程，在出现应急状态时，根本无法操作，这就需要另外的途径代替人工手摇。

代替人工手摇的方式有2种：（1）汽油/柴油发动机；（2）蓄电池与电动机组合。考虑到汽油、柴油也是危险源，经过权衡，一般选用蓄电池与电动机组合作为动力源。为了能适应地铁隧道内的复杂、恶劣环境，需设计一种专门保护安装上述蓄电池的设备，能解决蓄电池容易潮湿损坏的问题。

3 方案

根据地铁的设计方案以及地铁隧道的规模大小，本方案的地铁人防和防淹系统的应急提升装置设计采用双吊点电动葫芦作为提升动力装置，24～45 kW电动机同轴驱动，提升速度为5 m/min，提升高度为9 m，提升时间2 min以内。另外，还设置手动装置。在断电时，利用闸门的自重，手动操作来关闭闸门。当需上升时，切换到蓄电池供电模式，采用60 V直流永磁制动电动机驱动，提升时间25 min以内。当蓄电池断电时，通过人工摇动来应急提升[3]。

地铁人防和防淹系统的应急提升装置由电动葫芦主体和滑轮起吊装置两大部分组成，其安装方式如图1、图2所示。

图1 人防门启闭装置安装正面示意图

图2 人防门启闭装置安装侧面示意图

电动葫芦主体采用ZDS系列锥形转子制动子母电动机为动力，电动机与平行轴减速器输入轴相连。滑轮起吊装置安装在机房的顶部，主要由后固定滑轮组、前固定滑轮组、吊板滑轮装置、超载限制器装置等组成。后固定滑轮组、前固定滑轮组分别由两个同轴固定滑轮组成，吊板滑轮装置由两个同轴动滑轮组成。

人防门不用时，应急装置是处于断电状态，电动葫芦不工作，人防门放置在地面上的液压推杆上；当启用人防门时，电动机通电，带动平行轴减速器工作，驱动左、右两卷筒同起吊人防门。

4 方案设计

为了对地铁隧道口增设备用应急提升装置，需要在地铁隧道口设计备用应急提升装置的备用电源和备用电源控制箱。经过实验和改进后的研制方案见图3。地铁隧道人防门防淹门提升备用电源控制箱包括箱体1、蓄电池2、加热组件3、湿度检测单元和控制模块5。蓄电池2安装于箱体1的内底部，控制模块5安装于箱体1的内顶部，加热组件3安装于箱体1的内部且不和蓄电池2接触，控制模块5电连接于蓄电池2、加热组件3和湿度检测单元，湿度检测单元安装于箱体1的内部。

湿度检测单元用于实时检测箱体1内部的空气湿度；控制模块5预设有正常空气湿度阈值；当湿度检测单元检测到的实时空气湿度值大于正常空气湿度阈值的最大值时，加热组件3受控于控制模块5而启动工作；当湿度检测单元检测到的实时空气湿度值小于正常空气湿度阈值的最小值时，加热组件3受控于控制模块5而停止工作，加热组件3包括安装板31和两组主热吹风机32，安装板31安装于箱体1的内部且水平布置，一组主热吹风机32安装于安装板31的上表面且位于控制模块5的下方，另一组主热吹风机32安装于安装板31的下表面且位于蓄电池2的上方，主热吹风机32和控制模块5电连接。

安装板31为主热吹风机32提供了较好的安装位置，而如果箱体1内部的湿度值过低时，两组主热吹风机32均朝向蓄电池2吹出热风，使箱体1内部的潮湿空气不容易损坏蓄电池2。

图3 改进后的备用电源控制箱

加热组件3还包括两组竖杆33和副热吹风机34，竖杆33固定于安装板31的底部和箱体1的内底壁之间，两根竖杆33分别位于蓄电池2的两侧，副热吹风机34安装于竖杆33朝向蓄电池2的一侧，副热吹风机34和控制模块5电连接。

两组竖杆33为副热吹风机34提供了较好的安装位置，两组副热吹风机34配合两组主热吹风机32一起分别从蓄电池2的四周吹出降低空气湿度的热风，全方位对蓄电池2进行干燥保护，有效保证蓄电池2不受潮损坏。

湿度检测单元为两个湿度检测器4，湿度检测器4安装于箱体1的内顶壁，两个湿度检测器4分别位于控制模块5的两侧，湿度检测器4位于箱体1内部的最顶部之后，能第一时间对箱体1内部的潮湿空气进行检测，减少潮湿空气在箱体1内部的停留时间，避免蓄电池2受潮损坏。

箱体1的内底壁还设置有海绵底座6，蓄电池2的底部放置于海绵底座6上，海绵底座6具有一定的吸水性，将蓄电池2放置在海绵底座6上，能使蓄电池2的底部处于相对干燥环境下的同时，海绵底座6还能对蓄电池2起到一定的保护作用，使蓄电池2不容易被撞击损坏。

箱体1内还设置有固定蓄电池2的钢带7，钢带7的端部通过螺栓锁紧于箱体1，钢带7对蓄电池2具有捆绑作用，当地下发生一定程度的振动使，钢带7能确保蓄电池2能稳固地安装在箱体1内部，减少蓄电池2的受损程度。

钢带7设置有3组且均匀间隔布置，在其他实施例中还可以为2组或者4组，钢带7太少时，不能很好地将蓄电池2固定住，而钢带7太多时，增加了成本，所以钢带7设计2-4组最佳；箱体1的正面的一侧铰接有箱门11，箱门11的内表面粘接有一圈密封圈12，密封圈12的形状和箱体1正面开口的形状大小一致。

该方案中，将蓄电池2安装于箱体1内部之后，对蓄电池2具有很好的保护作用。而在地面以下的潮湿环境下，蓄电池2是很容易受潮的，继而通过温度检测单元实时检测箱体1内部的湿度。如果湿度值低于标准值时，就能自动启动加热组件3，从而改善箱体1内部的潮湿度，有效避免蓄电池2受潮损坏。箱门11将箱体1密封住以后，能使蓄电池2处于一个相对密闭的环境里。而且通过密封圈12，也能提高箱体1内部的密封性，使加热组件3吹出的热风不容易跑出，改善空气湿度的效果更好。

在设计应用后，在同一地铁的相同地段，与正在使用的传统电源控制箱作比较，最为明显的是电源控制箱潮湿度的区别。为了对比准确，试验过程选择同一地段的3个人防门电源控制箱进行，其中第一个电源控制箱为新设计的电源控制箱，两个对比组为传统使用的电源控制箱，试验结果见表1，其中第一组为新设计的电源控制箱潮湿度数据。