亞真空管道運輸系統及亞真空管道的製造方法
2023-07-26 21:40:46 2
專利名稱：亞真空管道運輸系統及亞真空管道的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵路運輸系統及其製造方法，特別是一種亞真空管道運 輸系統及亞真空管道的製造方法。
背景技術：
目前，包括輪軌式和磁懸浮式在內的高速列車運輸系統都是在敞開的自 然環境中運行的，由於列車總阻力=滾動機械阻力+機械損失阻力+空氣動量 阻力+外流氣動阻力，在一般的列車時速為150 170公裡時，列車動力的75% 消耗在空氣阻力上，而列車運行的速度越快，空氣阻力所佔的比重越大，由 此可看出列車的動力主要用來克服列車在高速駛中的空氣阻力，而用於克服 列車本身的系統摩擦阻力所需要的動力卻很少，所以減少空氣阻力是提高列 車運行速度的關鍵因素。因此，有很多人提出了將列車置於真空運輸系統中 運行的方案，以便能大幅度地提高列車的運行速度，如美國的"行星列車" 計劃，在地下開挖隧道，然後用抽氣機抽成真空，並採用航天員出倉技術出 入真空隧道；2005年1月26日公開的公開號為CN1569537 "磁懸浮真空 隧道列車"、2007年11月21日公開的公開號CN101074023的"一種真空管 道運輸系統中磁懸浮車與車站間的對接裝置"、2007年8月22日公開的公開 號為CN101020460 "亞真空高速列車運行系統"等等。以上的技術存在以 下三點不足之處， 一是抽氣工程很大，造價高；二是需要非常複雜的大氣與 真空之間的進出通道，若進出通道密封不嚴，則會有空氣進入真空管道系統， 這進一步提高了造價成本，三是由於通道較小，旅客只能一個一個地從該通 道中通行，非常不方便，也同時影響了列車的運行效率。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種亞真空管道運輸系統及亞真空管 道的製造方法，以解決上述現有技術中存在的抽氣制真空的工程大、造價高 以及通道密封不嚴、旅客通行不方便的問題。解決上述技術問題的技術方案是 一種亞真空管道運輸系統，包括亞真 空管道和密閉的列車，所述的列車車體內安裝有生命保障系統，所述的亞真空管道是由依次連接的入口大氣常壓下坡段、入口液體密封段、亞真空段、 出口液體密封段以及出口大氣常壓上坡段五部份組成，所述的亞真空段分為 亞真空上升段、亞真空中間段和亞真空下降段，入口大氣常壓下坡段通過入 口液體密封段與亞真空上升段連接，出口大氣常壓上坡段通過出口液體密封段與亞真空下降段連接；所述的亞真空管道橫截面為橢圓形，管道外安裝有 隔熱層，管壁內安裝有消聲材料，管道下方安裝有承力構件，承力構件下安 裝有製冷管；每隔一定的距離在製冷管的附近連接有一個製冷站、在管道頂 部安裝有至少一個排氣閥、在管道底部安裝有至少一個排水閥；所述的列車 為水陸兩棲列車，列車車體由防水材料製成。本發明的進一步技術方案是所述亞真空管道的亞真空中間段為直線形 或為曲線形。所述亞真空管道的亞真空段每隔一定距離還安裝有一個閥門。 本發明的另一技術方案是 一種亞真空管道的製造方法，該方法包括以 下步驟A、 製備亞真空管道本體按要求製備好亞真空管道本體，並在管道外 安裝隔熱層，管壁內安裝消聲材料，在管道下方安裝承力構件，承力構件下 安裝製冷管，每隔一定的距離在製冷管的附近連接一個製冷站；B、 安裝排氣閥和排水閥每隔一定距離在亞真空管道的頂部安裝至少一 個排氣閥，在管道的底部安裝至少一個排水閥；C、 制亞真空用抽液體制真空的方法將管道製成亞真空管道。 其中，步驟C中所述的抽液體制真空的方法包括以下主要內容a、 注入液體、排氣先打開位於管道頂部的排氣閥，並將液體從管道底 部的排水閥注入，直至將整個管道注滿，以便將管道的空氣排掉；b、 抽液體關閉排氣閥，從位於管道底部的各個排水閥進行抽液體，直 至將管道製成由入口大氣常壓下坡段、入口液體密封段、亞真空段、出口液 體密封段以及出口大氣常壓上坡段五部份組成的亞真空管道。本發明的又一技術方案是步驟C中所述的抽液體制真空的方法包括以 下主要內容a、 分段關閉亞真空管道內的各個閥門，將亞真空段分隔成若干段；b、 注入液體、排氣將位於其中一段管道頂部的排氣閥全部打開，並將 液體從位於該段管道底部的排水閥注入，直至將該段管道注滿液體，以便將該段管道的空氣排淨；c、 抽液體關閉這一段的排氣閥，從該段管道底部的排水閥進行抽液體, 直至將該段管道製成亞真空管道；d、 依次將封閉的若干段管道製成亞真空，然後打開各閥門，直至將整個 管道製成由入口大氣常壓下坡段、入口液體密封段、亞真空段、出口液體密 封段以及出口大氣常壓上坡段五部份組成的亞真空管道。本發明的原理是由於查飽和水蒸汽表知5 'C時絕對壓強P=873Pa，它相當於15t時標 準大氣壓101325Pa的0.8%，而5"C時水蒸汽密度是0. 00680kg/m3，它相當 於15。C時標準大氣壓下密度1. 225kg/m3的0. 56%，此低壓強和低密度對於真 空管道運輸系統來說，已經夠用了；另外，由於亞真空管道運輸系統中列車 是在管道中運行，空氣阻力會大於在敞開環境中的阻力，其中，空氣阻力的 大小取決於阻塞比(即列車的橫截面積除以管道的橫截面積)、速度和頭部 外形，該阻塞比大約是0.5 20，這裡我們取5，並命名管道阻力係數，假設 列車是磁浮列車，不計機械阻力，只考慮空氣阻力，若磁浮列車在空氣阻力 下時速達400公裡，相同列車在亞真空管道中功率不變，外形不變，投影面 積不變，阻力係數相同，速度可計算出來Q = FV=1/2p ^V^OV,二 5*1/2 p 2SV22CD*V2 V2=367米/秒(即時速為1320公裡)。由於採用上述結構及製造方法，本發明之亞真空管道運輸系統及亞真空 管道的製造方法具有以下有益效果-1、 亞真空管道的造價低，製造方法更便捷由於本發明的亞真空管道是採用抽液體制真空的方法進行製備亞真空， 因此，與抽氣體制真空的方法相比，抽液體制真空的方法更為便捷，其成本 也更低。另外，由於抽液體制真空時在管道的兩端均有一段液體無法從排水 閥排出去，因此，本發明巧妙地利用該液體作為亞真空段和大氣常壓段之間 的密封段，不僅密封效果好，而且還省去了現有真空或亞真空管道運輸系統 中複雜的進出通道，從而大大降低了亞真空管道的造價成本。2、 列車進出亞真空管道時旅客上下車非常方便由於本發明的亞真空管道是由入口大氣常壓下坡段、入口液體密封段、 亞真空段、出口液體密封段以及出口大氣常壓上坡段五部份組成，當列車要 進入亞真空管道時，可先在大氣常壓下打開車門，正常上下旅客，然後關上車門，通過亞真空管道的入口大氣常壓下坡段、入口液體密封段即可進入亞 真空段；當列車要出亞真空管道時，通過出口液體密封段即可到達出口大氣 常壓上坡段，此時即可打開車門，自由地上下旅客和裝卸貨物，因此，本發 明在不影響亞真空管道真空狀態的同時，實現了列車出入亞真空管道時旅客 上下車方便的目的，從而大大提高了運行效率。3、效率高、耗能少、設備簡單、運營成本低。由於本發明的列車運行速度是超高速，速度比現有普通列車快10倍，但 其動力只需現有普通列車的1/10，因此，其耗能非常少。同時，由於管道運 輸、車速都快的情況下，還可以通過計算機控制，提高發車密度，提高軌道 的利用率，從而進一步提高運營能力，降低運營成本。下面，結合附圖和實施例對本發明之亞真空管道運輸系統及亞真空管 道的製造方法的技術特徵作進一步的說明。
圖1 圖3:實施例一所述本發明之亞真空管道運輸系統的結構示意圖； 圖l:主視圖，圖2:橫截面結構示意圖，圖3:圖2的E~~E剖視圖(去 掉列車後)；圖4:實施例一所述本發明之亞真空管道運輸系統的結構示意圖之二 (亞 真空中間段為直線形時)；圖5:實施例一所述本發明之亞真空管道運輸系統的結構示意圖之三(亞 真空中間段為其他曲線形時)；圖6:實施例一所述本發明之亞真空管道運輸系統的結構示意圖之四(亞 真空中間段為其他曲線形時)；圖7:實施例二所述本發明之亞真空管道運輸系統的結構示意圖；圖8 圖11:實施例五所述本發明之亞真空管道的製造方法中各步驟的管 道結構示意圖；l一亞真空管道，ll一入口大氣常壓下坡段，12—入口液體密封段,13—亞真空段， Bl—亞真空上升段, 133—亞真空下降段， 15—出口大氣常壓上坡段， 2—列車， 3—隔熱層，132—亞真空中間段， 14~出口液體密封段， 16—閥門， 4~消聲材料，5—承力構件， 6—製冷管， 7—製冷站，
8—排氣閥， 9一排水閥。
具體實施例方式
實施例一磁懸浮式亞真空管道運輸系統
如圖1 圖3所示， 一種磁懸浮式亞真空管道運輸系統，包括亞真空管道1和密閉的磁懸浮列車2,所述的列車車體2內安裝有生命保障系統，所述的亞真空管道1是由依次連接的入口大氣常壓下坡段11、入口水密封段12、亞真空段13、出口水密封段14以及出口大氣常壓上坡段15五部份組成(參見圖1)，所述的亞真空段13分為亞真空上升段131、亞真空中間段132和亞真空下降段133，其中，亞真空中間段132為隨地形起伏的曲線形；入口大氣常壓下坡段11通過入口水密封段12與亞真空上升段131連接，出口大氣常壓上坡段15通過出口水密封段14與亞真空下降段133連接。
所述的亞真空管道1橫截面為橢圓形，其中，高為長邊，寬為短邊(參見圖2)，此形狀有利於提高穩定性，降低管道阻力係數；亞真空管道l的材料採用玻璃鋼材料製成，並建於地面上，管道外面安裝有隔熱層3，管道的管壁內的頂部安裝有消聲材料4，管道下方安裝有承力構件5以支承列車車體的重量，承力構件5下安裝有製冷管6和實現驅動的線性電機，製冷管6用於維持亞真空管道內的溫度在0 5'C或更低，以保持較小的飽和水蒸汽密度，降低空氣阻力；每隔一定的距離(比如每隔IO公裡左右)在製冷管6下方附近的亞真空管道外、通過兩根小管道連接有一個製冷站7 (參見圖3)，在亞真空管道的頂部安裝有至少一個排氣閥8、底部安裝有至少一個排水閥9。
所述的列車2為水陸兩棲列車，列車車體由輕型的防水材料製成，其橫截面為近似橢圓形，高為短邊，寬為長邊(參見圖2),以利於提高穩定性，降低隧道阻力係數，前後採用流線型，以降低空氣阻力係數，列車底部裝有線性電機，同亞真空管道中承力構件5下的線性電機實現同步驅動。
本實施例一所述的磁懸浮式亞真空管道運輸系統中，列車在亞真空管道
中運行過程如下
列車2從亞真空管道1的入口大氣常壓下坡段11端進入，經管道下降垂直高度9.8米左右；然後潛入入口水密封段12的水中，在水中通行，漸漸上升到亞真空上升段131，並在亞真空中間段132中，低空氣阻力運行至目的地，然後從亞真空管下降段133進入出口水密封段14中，潛入水面下9.8米以上；然後經出口大氣常壓上坡段15上升進入大氣中；在大氣中即可以自由的開關門了，如同在傳統交通運輸中的上下乘員及裝卸貨物。
作為本實施例一的一種變換，也可以根據實際需要，亞真空管道1也可以是兩根或兩根以上的平行的亞真空管道，以實現雙向行駛。
作為本實施例一的又一種變換，根據實際需要，也可以將入口水密封段和出口水密封段中的水換成其他液體。
作為本實施例一的又一種變換，所述亞真空管道1的材料也可以採用其它高強度的塑料材料，也可以採用砼結構外加密封層；也可以釆用鋼管。
作為本實施例一的又一種變換，所述亞真空管道1也可以架空或建設在隧道中；最好是三者兼用，並儘量多的鋪在地面或是管道一半露在地面，一半埋在土中，以降低費用。
作為本實施例一的又一種變換，根據實據需要，所述亞真空管道1的亞真空中間段132也可以是直線形(參見圖4)，也可以是其他形狀的曲線形(參見圖5、圖6)。
實施例二管道帶有閥門的磁懸浮式亞真空管道運輸系統
一種管道帶有閥門的磁懸浮式亞真空管道運輸系統(參見圖6)，其基本結構及列車在亞真空管道中的運行過程均同實施例一，其中，其基本結構均包括亞真空管道1和密閉的磁懸浮列車2，所述的列車車體2內安裝有生命保障系統，所述的亞真空管道l是由依次連接的入口大氣常壓下坡段ll、入口水密封段12、亞真空段13、出口水密封段14以及出口大氣常壓上坡段15五部份組成，所述的亞真空段13分為亞真空上升段131、亞真空中間段132和亞真空下降段133，其中，亞真空中間段132為隨地形起伏的曲線形；入口大氣常壓下坡段11通過入口水密封段12與亞真空上升段131連接，出口大氣常壓上坡段15通過出口水密封段14與亞真空下降段133連接。
本實施例二與實施例一所不同之處在於所述亞真空管道1的亞真空段13每隔一定距離還安裝有一個可以通過計算機控制的閥門16,從而可以一段一段地制亞真空，而不互相影響，發生故障可以單獨一段維修。
實施例三輪軌式亞真空管道運輸系統
一種輪軌式亞真空管道運輸系統，其基本結構及列車在亞真空管道中的運行過程均同實施例一，所不同之處在於所述的亞真空管道1底部安裝有軌道，列車2底部安裝有輪子，並用傳統電氣化列車電機實現驅動。
實施例四管道帶有閥門的輪軌式亞真空管道運輸系統一種管道帶有閥門的輪軌式亞真空管道運輸系統，其基本結構及列車在亞真空管道中的運行過程均同實施例二，所不同之處在於所述的亞真空管道1底部安裝有軌道，列車2底部安裝有輪子，並用傳統電氣化列車電機實現驅動。
實施例五亞真空管道的製造方法
一種實施例一和實施例三中所述的亞真空管道的製造方法，該方法包括以下主要步驟
A、 製備亞真空管道本體(參見圖7):
按要求製備好亞真空管道本體，由於列車運行的速度快，所以亞真空管道的彎道要儘量大，高低起伏要儘量小，但受地型影響，為降低造價，必要時可降低速度來適應地型；在車站起止段，因列車運行的速度慢，可將亞真空管道建成小彎道，30度以上的大坡度；並在管道外安裝隔熱層3，管壁內
的頂部安裝消聲材料4，在管道下方安裝承力構件5，承力構件5下安裝製冷管6，每隔一定的距離(比如每隔10公裡左右)在製冷管6附近的亞真空管道外、通過兩根小管道連接一個製冷站7;
B、 安裝排氣閥和排水閥(參見圖8):
沿亞真空管道每隔一定的距離在亞真空管道的頂部安裝排氣閥8，在管道的底部安裝排水閥9，當亞真空管道的亞真空中間段132為隨地形起伏的曲線形時，在較高處的管道頂部安裝排氣閥8，在最低處的管道底部安裝排
水閥9;
C、 制亞真空用抽液體制真空的方法將管道製成亞真空管道。其中，步驟C中所述的抽液體制真空的方法包括以下主要內容
a、 注入液體、排氣(參見圖9):先打開位於管道頂部的排氣閥8，並將液體從底部的排水閥9注入，直至將整個管道注滿，以便將管道的空氣排掉;
b、 抽液體(參見圖10):關閉排氣閥8，依次從位於管道底部的各個排水閥9進行抽液體，直至將管道製成由入口大氣常壓下坡段、入口液體密封段、亞真空段、出口液體密封段以及出口大氣常壓上坡段五部份組成的亞真空管道。
所述的步驟A中，亞真空管道本體的材料可以採用玻璃鋼或其它塑鋼材料，也可以用砼結構外加密封層，也可以採用鋼管，亞真空管道1可以建設在地面上或架空或隧道中，最好是地面、架空、隧道三者兼用，並儘量多的鋪在地面或是管道一半露在地面， 一半埋在土中，以降低費用。
作為本實施例五的一種變換，所述的步驟c中，也可以根據自然條件，利
用海拔高於亞真空管道海拔的液體，通過進水管道向亞真空管道的排水閥注
入，當管道中注滿液體後，向低於亞真空管道垂直高度9.8米以上的地方排液體即可製成亞真空。
作為本實施例五的又一種變換，所述的步驟C的b、抽液體中，也可以是同時從位於管道底部的各個排水閥9進行抽液體。實施例六帶有閥門的亞真空管道的製造方法
一種實施例二和實施例四中所述的帶有閥門的亞真空管道的製造方法，該方法的主要步驟同實施例五，均包括步驟A、製備亞真空管道本體，B、安裝排氣閥和排水閥，C、制亞真空；所不同之處在於步驟C中所述的抽液
體制真空的方法包括以下主要內容-
a、 分段關閉亞真空管道內的各個閥門16，將亞真空段13分隔成若干
段；
b、 注入液體、排氣將位於其中一段管道頂部的排氣閥8全部打開,並將液體從位於該段管道底部的排水閥9注入，直至將該段管道注滿液體，以便將該段管道的空氣排淨；
c、 抽液體關閉這一段的排氣閥8，從該段管道底部的排水閥9進行抽液體，直至將該段管道製成亞真空管道；
d、 依次將封閉的若干段管道製成亞真空，然後打開各閥門16，直至將整個管道製成由入口大氣常壓下坡段、入口液體密封段、亞真空段、出口液體密封段以及出口大氣常壓上坡段五部份組成的亞真空管道。
權利要求
1.一種亞真空管道運輸系統，包括亞真空管道(1)和密閉的列車(2)，所述的列車(2)車體內安裝有生命保障系統，其特徵在於所述的亞真空管道(1)是由依次連接的入口大氣常壓下坡段(11)、入口液體密封段(12)、亞真空段(13)、出口液體密封段(14)以及出口大氣常壓上坡段(15)五部份組成，所述的亞真空段(13)分為亞真空上升段(131)、亞真空中間段(132)和亞真空下降段(133)，入口大氣常壓下坡段(11)通過入口液體密封段(12)與亞真空上升段(131)連接，出口大氣常壓上坡段(15)通過出口液體密封段(14)與亞真空下降段(133)連接；所述的亞真空管道(1)橫截面為橢圓形，管道外安裝有隔熱層(3)，管壁內安裝有消聲材料(4)，管道下方安裝有承力構件(5)，承力構件(5)下安裝有製冷管(6)；每隔一定的距離在製冷管(6)的附近連接有一個製冷站(7)、在管道頂部安裝有至少一個排氣閥(8)、在管道底部安裝有至少一個排水閥(9)；所述的列車(2)為水陸兩棲列車，列車車體由防水材料製成。
2. 根據權利要求1所述的亞真空管道運輸系統，其特徵在於所述亞真 空管道(1)的亞真空中間段(132)為直線形或為曲線形。
3. 根據權利要求1或2所述的亞真空管道運輸系統，其特徵在於所述 亞真空管道(1)的亞真空段(13)每隔一定距離還安裝有一個閥門(16)。
4. 根據權利要求1或2所述的亞真空管道運輸系統，其特徵在於所述 的亞真空管道(1)由玻璃鋼材料或採用砼結構外加密封層或鋼管制成。
5. 根據權利要求3所述的亞真空管道運輸系統，其特徵在於所述的亞 真空管道(1)由玻璃鋼材料或採用砼結構外加密封層或鋼管制成。
6. 根據權利要求1或2所述的亞真空管道運輸系統，其特徵在於所述的亞真空管道(1)建設在地面上或架空或隧道中或者是地面、架空、隧道三 者兼用。
7. 根據權利要求3所述的亞真空管道運輸系統，其特徵在於所述的亞真空管道(1)建設在地面上或架空或隧道中或者是地面、架空、隧道三者兼 用。
8. —種亞真空管道的製造方法，其特徵在於該方法包括以下主要步驟: A、製備亞真空管道本體按要求製備好亞真空管道本體，並在管道外安裝隔熱層(3)，管壁內安裝消聲材料(4)，在管道下方安裝承力構件(5)， 承力構件(5)下安裝製冷管(6),每隔一定的距離在製冷管(6)的附近連 接一個製冷站(7);B、 安裝排氣閥和排水閥每隔一定的距離在亞真空管道的頂部安裝至少 一個排氣閥(8)、在管道的底部安裝至少一個排水閥(9);C、 制亞真空用抽液體制真空的方法將管道製成亞真空管道。
9. 根據權利要求8所述的亞真空管道的製造方法，其特徵在於步驟C 中所述的抽液體制真空的方法包括以下主要內容a、 注入液體、排氣打開位於管道頂部的排氣閥(8)，並將液體從管道 底部的排水閥(9)注入，直至將整個管道注滿，以便將管道的空氣排掉；b、 抽液體關閉排氣閥(8)，從位於管道底部的各個排水閥(9)進行抽液體，直至將管道製成由入口大氣常壓下坡段、入口液體密封段、亞真空 段、出口液體密封段以及出口大氣常壓上坡段五部份組成的亞真空管道。
10. 根據權利要求8所述的亞真空管道的製造方法，其特徵在於步驟 C中所述的抽液體制真空的方法包括以下主要內容a、 分段關閉亞真空管道內的各個閥門(16)，將亞真空段(13)分隔 成若干段；b、 注入液體、排氣將位於其中一段管道頂部的排氣閥(8)全部打開，並將液體從位於該段管道底部的排水閥(9)注入，直至將該段管道注滿液體, 以便將該段管道的空氣排淨；c、 抽液體關閉這一段的排氣闊(8)，從該段管道底部的排水閥(9) 進行抽液體，直至將該段管道製成亞真空管道；d、 依次將封閉的若干段管道製成亞真空，然後打開各閥門(16)，直至 將整個管道製成由入口大氣常壓下坡段、入口液體密封段、亞真空段、出口 液體密封段以及出口大氣常壓上坡段五部份組成的亞真空管道。
全文摘要
本發明公開了一種鐵路運輸系統中的亞真空管道運輸系統及亞真空管道的製造方法，亞真空管道運輸系統包括亞真空管道和密閉的列車，所述亞真空管道由入口大氣常壓下坡段、入口液體密封段、亞真空段、出口液體密封段和出口大氣常壓上坡段組成；管道橫截面為橢圓形，管道安裝有消聲材料、承力構件、排氣閥和排水閥等；列車為水陸兩棲列車，車體由防水材料製成；亞真空管道的製造方法包括以下步驟A.製備管道本體，B.安裝排氣、排水閥，C.制亞真空用抽液體制真空的方法將管道製成亞真空管道。本發明解決了亞真空管道的低造價、列車出入亞真空管道時既方便旅客上下車又不影響管道真空狀態的難題，同時還具有效率高、耗能少、設備簡單等優點。
文檔編號B61B13/10GK101549694SQ200810073520
公開日2009年10月7日 申請日期2008年3月31日 優先權日2008年3月31日
發明者謝建新 申請人:謝建新