利用气压驱动的真空管道运输系统的制作方法

1.本发明涉及一种新型交通系统，尤其是涉及一种将气压驱动和低气压管道技术相结合的真空管道运输系统，能够最大限度地减小列车高速运行时的摩擦阻力和气动阻力.促进真空管道运输系统的发展。


背景技术：

2.真空管道运输是一种无空气阻力、无摩擦的运输形式，这种运输方式比高速火车和飞机更安全、更廉价、噪声更小，具有快速、便捷、安全、环保、高效等优势。
3.真空管道系统的基本原理是建立密闭管道，利用抽气设备降低管道内气压，创造出低介质密度的运行环境，以减小列车运行的空气阻力与气动噪音，从而进一步提高列车的行驶速度.在车辆系统中，阻力是限制速度提升和影响稳定性的重要因素，列车总阻力为f = a bv cv2，式中：a 为固有阻力；b 为机械摩擦阻力系数；c 为空气阻力系数；v 为列车与空气的相对运动速度，气动阻力经验计算式为：fair = 12cρs v2,从上式中可知，车辆系统总阻力大部分来源于机械摩擦阻力和空气阻力，车轨机械摩擦阻力可以利用磁悬浮列车技术得以消除. 但空气阻力的大小与空气阻力系数及迎风面积成正比，与速度平方成正比，速度越大，空气阻力越大。实测数据均表明，速度超过400 km/h，空气阻力占总阻力的比例将超过80%，因此列车牵引驱动动力主要用于克服气动阻力，使能耗增加，经济性差，同时，在稠密大气中运行的高速列车也将带来严重的气动噪声问题，气动噪音随速度的7次或8次方急增，因此，要提高轨道交通的运行速度，突破400 km/h 的最高经济速度，必须从改变运行环境介质的密度入手，即在地面上创造一个接近万米高空的低气压环境，因此，真空管道运输系统成为提高经济速度的必然选择。
4.目前，真空管道运输车的驱动系统多采用电机驱动或磁悬浮列车技术 采用磁悬浮，其推动力大，而且电机控制系统复杂，短定子直线感应电机是指初级线圈安装在车辆上，次级部分则安装在导轨上，系统造价高、耗能大；电机驱动需要导电系统向车辆输送电流；其优点在于电机控制系统简单，系统造价低，但是占用空间，造成真空管道的直径加大。提高了整个工程的造价。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种利用气压驱动的真空管道运输车,该运输车架构简单，整个工程造价低，节省能源；并解决高速车辆速度越大，空气阻力越大，造成能耗增加，经济性差和产生严重的气动噪声问题。
6.为了实现本发明的目的，提出以下技术方案：一种利用气压驱动的真空管道运输系统，真空管道运输系统包括管道系统和运输车辆，其中，所述管道系统为密封管道1，所述运输车辆为环形车厢的管道运输车2，所述管
道运输车2位于密闭的管道内，由车轮支撑或气动悬浮支撑；所述环形车厢两端采用密封装置，将所述密闭的管道分为前后两部分，通过在所述管道前后两部分形成的压力差驱动所述管道运输车运动；所述真空管道运输系统将悬浮列车技术和低气压管道技术相结合，最大限度地减小列车高速运行时的摩擦阻力和气动阻力，同时大大降低能耗。
7.所述密封管道1由截面为圆形的光滑内壁钢管构成，管道与管道之间的接头处密封严实；所述密封管道1的两个管道端口5处设置空气泵站3，密封管道1相应位置设置管道站台出入口4。
8.所述空气泵站3装备交互启动的大功率真空泵和增压泵，在管道运输车2前进方向的抽气泵工作，增压泵关停，另一个方向的抽气泵关停，并且该端口开启与大气连通，增压泵工作，在密封管道1两端形成压力差。
9.所述大功率真空泵和增压泵抽气速度为4320m3/h，输出功率为11kw。
10.所述密封管道1的架设类型由：高架桥式、地下隧道式、地面式铺设等，对于较长的管道，沿线有增加空气泵站3，以及预留维修、检查以及紧急情况能打开的开口。
11.所述管道运输车2为环形车厢，两端安装密封圈6，密封圈6安装在管道运输车2环形车厢两端的环形槽内，与密封管道1的光滑内壁贴合，形成良好的密封条件。
12.所述密封圈6为充气橡胶制成，所述管道运输车2的每一端设置2-4道密封圈6，管道运输车2前进方向的管道处于真空状态，管道运输车2的后方管道始终与大气连通，管道运输车2在运行中，通过阀门始终与车辆后方连通。
13.所述管道运输车2的支撑采用车轮支撑结构，所述车轮支撑结构包括底部安装的车辆支撑轮9和侧面安装的侧向稳定轮10，确保车辆性质的稳定性。
14.所述管道运输车2的支撑还可以采用采用气动悬浮形式，所述气动悬浮支撑结构是在车底四周设有柔性橡胶围裙，车内设置高压气泵，利用所述高压气泵产生高压空气在车底和管道底部间形成约束空气气垫，在车体两侧和管道侧壁形成侧面气垫，使得整个车体获得稳定的气动悬浮支撑。
15.本发明的真空管道运输系统具有快速、便捷、安全、环保、高效等优势:1、快速：低压环境使列车的气动阻力减小，车辆行驶速度将进一步提高，在真空管道系统中的车辆速度可以达到 600～800 km/h；2、便捷：列车运行在单独的密闭管道中，管道是整个系统的载体，对安全性、密封性、可靠性起着至关重要的作用.真空管道是封闭的系统，不受外界因素影响；3、安全：单向车道消除了列车相撞的可能性；借助管壁对外界的阻隔，行驶在其中的车辆将不受气候条件影响，更不会因天气因素而中断，保证列车安全准点可靠运行：4、环保：使用可再生的清洁能源，只要使用较少电力，便可持续较长时间. 管道形成自然的隔音屏障，同时也不会对周围环境产生污染和噪音，系统占地面积小，大大降低对当地的环境的干扰和破坏；5、高效：由于管道中是低气压环境，理论上说，当管道内气压足够低，列车在管道中运行的空气阻力可以忽略不计，列车在管道中甚至可以惯性运行，采用高效真空泵，其能耗低，相比于其它交通运输方式，真空运输系统更加高效经济。
附图说明
16.图1是本发明真空管道运输系统整体结构示意图；图2显示管道运输车的密封结构；图3显示了密封橡胶圈的结构。
17.其中：1密封管道、2管道运输车、3空气泵站、4管道站台出入口、5管道端口、6密封圈、7车体、8车门、9车辆支撑轮、10侧向稳定轮。
具体实施方式
18.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。
19.本发明真空管道运输系统大致可分为2个核心部分：管道系统和运输车辆。其中，管道运输车为环形车厢，位于密闭的管道内，由车轮或气动悬浮支撑，环形车厢两端采用密封装置，将密闭的管道分为前后两部分，通过在管道前后两部分形成的压力差驱动管道运输车运动。真空管道运输系统将悬浮列车技术和低气压管道技术相结合，理论上能够最大限度地减小列车高速运行时的摩擦阻力和气动阻力，同时可以大大降低能耗。
20.密封管道是真空管道运输系统的核心部分，关系到整个系统的性能好坏，要提高轨道交通的运行速度，突破400km/h的最高经济速度，必须从改变运行环境介质的密度入手，即在密封管道内，于运输车辆前后形成气压差，是降低运行阻力和成为提高经济速度的必然选择。
21.图1所示为本发明真空管道运输系统整体结构示意图；如图所示，本真空管道运输系统包括密封管道1和管道运输车2，其中，密封管道1为截面为圆形的钢管，两个管道端口5处设置空气泵站3，空气泵站3装备交互启动的大功率真空泵和增压泵，车辆运行时，在管道运输车2前进方向的空气泵站3中的抽气泵工作，增压泵关停，在管道运输车2后方的空气泵站3中的抽气泵关停，管道端口空气阀门开启与大气连通，增压泵工作，这样，在密封管道（1）两端形成压力差；密封管道1适当位置设置管道站台出入口4。
22.密封管道1要求密封性好，抗压性强，其内壁为光滑内壁，且便于安装和维修，空气泵站3装备的大功率真空泵和增压泵，例如，可以装备抽气速度为4320m3/h，输出功率为11kw，抽空3km长、30m2截面积的管道，只需耗能254kw
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h电能。在使用中，两端的空气泵站3装备的大功率真空泵和增压泵交替启动，在管道运输车2前进方向的抽气泵工作，增压泵关停另一个方向的抽气泵停止，增压泵工作，并将端口开启与大气连通，在密封管道1两端形成压力差。
23.密封管道1的架设有着多种的类型，可分为：高架桥式、地下隧道式、地面式铺设等，管道与管道之间的接头处必须密封严实。另外，对于较长的管道，沿线有还可以增加空气泵站3，还要为维修、检查以及紧急情况预留能打开的开口，在真空管道运输系统正常工作时，这些开口都密闭，必须保证不漏气。在沿线各车站车辆进出主管道的空气锁定部位闭合时的密封一定要可靠，达到相应的密封要求。
24.管道运输车2是真空管道运输系统的核心部分，关系到整个系统的性能好坏：管道运输车2为环形车厢，两端安装密封圈6，为充气橡胶制成，每一端设置2-4道密封圈6，密封
圈6安装在管道运输车2环形车厢两端的环形槽内，与密封管道1的光滑内壁贴合，形成良好的密封条件；管道运输车2前进方向的管道处于真空状态，管道运输车2的后方管道始终与大气连通，而管道运输车2在运行中，始终与车辆后方连通，因此，运行中的车辆中处于适宜人乘坐的大气环境，车辆本身不必具有苛刻的密封性要求，降低造价。
25.管道运输车2的支撑采用车轮或气动悬浮两种形式，车轮支撑结构包括底部安装的车辆支撑轮9和侧面安装的侧向稳定轮10，确保车辆性质的稳定性，车轮支撑结构简单造价低，但是有滚动接触摩擦，有一定的运行阻力，在管道运输车2前后压力差一定的条件下，降低了其行驶的最高速度；气动悬浮支撑结构是在车底四周设有柔性橡胶围裙，因为运行中的车辆处于大气环境中，可以利用车内的高压气泵产生高压空气在车底和地面间形成约束空气气垫，在车体两侧形成侧面气垫，使得整个车体在压缩的空气作用下升离地面,同时保持车辆稳定，气动悬浮支撑的运行阻力大大降低，实现高速行驶。
26.当管道运输车2后端的管道与大气连通，前端由于大功率抽气泵形成的真空，管道运输车2是由密封管道1的前后两端形成的压力差驱动，大气压每平方米约10000公斤，管道运输车2机车尾部截面按六平方米计算，根据抽气泵形成的真空度，产生是最大推力为6万公斤。
27.真空管道运输系统还需要一系列的辅助设备，大部分可以参照现有技术并加以改良，相对于现有的管道运输，管道内的车舱处于真空管道内，需要采用类似飞机设计的密封设施和生命维持系统，本发明采用的车厢内始终与大气连通。无需特殊设计的密封设施和生命维持系统，大大降低造价；车站的设计和运营模式可参照地铁的运作方式；虽然真空管道运输系统是一种新型运输方式，但与其相关的共性技术已经十分成熟并且已经广泛投入到了商业使用中，可以直接改进，从而应用在真空管道运输系统中.作为一种新型交通系统，真空管道运输系统将悬浮列车技术和低气压管道技术相结合，理论上能够最大限度地减小列车高速运行时的摩擦阻力和气动阻力.为了促进真空管道运输系统的发展。
28.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。