一种活塞式车辆推压排气为管道交通形成真空的方法及装置与流程

本发明属于真空管道交通技术领域，具体涉及一种活塞式车辆推压排气为管道交通形成真空的方法及装置。

背景技术：

真空管道交通是一种正在研制开发阶段的未来交通系统，系统运行前要排出管道内空气，建立真空环境，保证管道内真空度在规定的低压范围。在经过一段时间运行后，以及在各种漏气因素作用下，管道内真空度会下降（气压升高），车辆运行气动阻力上升。为降低气压和使管道内真空度恢复到额定水平，则需要进行真空维持工作，即为真空管道补抽气或者用其他适当方法排除残留气体。

用真空泵抽气是众所周知的形成真空方法。对于真空管道交通，可以在管道沿线布置真空泵抽除气体，为管道形成真空和维持真空。专利申请“分阶段应用真空泵与车辆运行排气为管道交通抽真空方法”（专利号：cn201610479045.0）涉及这种排气抽真空方法。

除了用真空泵对真空管道抽气外，也可用车辆运行排气方式，由行驶在管道内的车辆前端安装的吸气装置和压缩机捕集气体，经压缩后存放在车载高压储气罐内，车辆到达站点后把捕集的气体带出真空管道，或者以适当方式把储气罐内气体排出管道。专利申请“真空管道高速交通运行抽气系统”（专利号：cn2009103059627）给出了这种排气抽真空方法，同时专利申请“分阶段应用真空泵与车辆运行排气为管道交通抽真空方法”（专利号：cn201610479045.0）亦涉及这种排气抽真空方法。

另外，也可用运行车辆活塞效应方式通过挤压由单向阀门排出管道内气体。专利申请“真空管道交通车辆运行活塞效应排气抽真空设置”（专利号：cn201510724755.0）给出了这种排气抽真空方法。其特征是，运行车辆必须以足以使前方邻近局部范围内气体快速挤压的较高速度行驶，且排气孔、排气阀门必须沿管道密布。

上述排气抽真空方法并不要求管道内必须光滑，但排气效率不高。专利申请“动力系统外置式薄壁真空管道磁浮交通系统”（专利号：cn201010192101.5）给出了一种把用于驱动车辆的直线电机和用于把车辆悬浮起来的悬浮装置布置到管道外部的方法，使得保持管道内部完全光滑成为可能。对于内壁光滑的管道，则可使用活塞式车辆通过推压排出管道内气体，提高排气抽真空效率，降低真空管道交通运营成本。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述问题，本发明的目的是提供一种活塞式车辆推压排气为管道交通形成真空的方法及装置。本发明有效降低了真空管道交通形成真空和维持真空的成本与投入，提高了真空管道交通整体经济效益。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种活塞式车辆推压排气为管道交通形成真空的方法，通过两辆活塞式车辆在密封管道中相向行驶，在交通管道中形成一定真空环境，具体步骤如下：

1）两辆活塞式车辆a、b分别进入相距较远的两个气闸站a、b；

2）两辆活塞式车辆a、b由气闸站进入管道后，关闭气闸站a、b的内侧隔离门，使气闸站a、b间的交通管道形成密闭管道；

3）调节两辆活塞式车辆a、b上的活塞圈，使活塞式车辆与管道密封；

4）两辆活塞式车辆a、b开始相向行驶，利用相向行驶的两辆活塞式车辆a、b推动、压缩前方空气，使空气从排气阀门中排出，当活塞式车辆每到达一个排气阀时，该排气阀关闭；

5）当a、b两辆活塞式车辆运行至管道中部的排气阀门后，关闭排气阀门，完成一个排气过程；

6）活塞式车辆a、b驶回各自出发点气闸站a、b处，并从气闸站a、b处离开交通管道。

若不需要进一步提高管道真空度，所述步骤6）中活塞式车辆a、b驶回时，活塞式车辆a、b上的活塞圈收缩，脱离管道壁，从而减小活塞式车辆运行时的摩擦阻力。

若需要进一步提高管道真空度，所述步骤6）中活塞式车辆a、b驶回时，调节活塞式车辆a、b上的活塞圈与管道壁之间的压紧程度，同时开启气闸站附近的单向阀，使活塞式车辆a、b驶回气闸站过程中推压管道内的残留气体排出，进一步提高管道内的真空度。

以及一种活塞式车辆推压排气为管道交通形成真空的装置，包括管道与活塞式车辆本体，管道内壁光滑，纵向连续，管壁1~8mm，为非磁性材质；管道上每隔100km以上距离设置气阀站；气阀站间的管道上设置若干排气阀门，每个排气阀门上装有排气装置；管道的外壁上设置若干磁性引导机线路；纵梁穿过活塞式车辆本体，纵梁两端安装活塞；活塞边缘设有活塞圈a，活塞圈a采用具有弹性且密封效果良好的材料；活塞圈a上设置有胀缩装置，可根据需要调节活塞圈a跟管道壁之间的压力；活塞式车辆本体上与磁性引导机线路对应的位置设有若干组磁性履带，每组磁性履带包含若干动轮；磁性履带表面履带具有一定弧度，弧度曲率跟管道半径相一致，使得磁性履带表面磁体能够跟管道内壁紧密吻合；磁性履带间通过若干连接圈连接，纵梁与连接圈通过若干连杆固定连接。

所述排气阀门为单向阀；所述排气装置为排气风机或真空泵。

所述活塞内侧的纵梁上安装辅助活塞，辅助活塞的边缘设有活塞圈b；活塞圈b上设置有胀缩装置，可根据需要调节活塞圈b跟管道壁之间的压力。

活塞式车辆可以采用磁性引导机驱动，此时，所述管道外壁每隔一定距离安装异形加强肋圈，异形加强肋圈在引导机线路位置为拱门结构，拱门允许磁性引导机自由通过；所述管道外壁的磁性引导机线路位置设有可移动的磁性引导机，磁性引导机的磁体带有一定弧度，该弧度曲率跟管道半径相一致，使得磁性引导机磁体表面能够跟管道外壁紧密吻合；磁性引导机磁体表面磁极跟磁性履带表面磁极按相吸关系设置。所述磁性引导机是磁性履带或者滚动轮式；磁性引导机从设置在管道外壁的供电线、供电轨、供电条或者自带的蓄电池取电；该磁性引导机通过磁性履带、电磁铁、或永久磁铁驱动磁性履带。

活塞式车辆也可以采用自主驱动，此时，所述管道外壁磁性履带的对应位置设置铁磁性引导轨；供电线、供电轨或供电条嵌入管道内壁，管道内壁表面仍然保持光滑。所述活塞式车辆本体从设置在管道内壁的供电线、供电轨、供电条或者自带的蓄电池取电；磁性履带自主驱动。

本发明的有益效果是：

跟单纯用真空泵从常压到额定真空度抽真空相比，可避免真空泵后期抽真空排气效率不高的问题，有效降低为真空管道交通形成真空和维持真空的成本与投入，提高真空管道交通整体经济效益。

跟单纯用运行排气方式从常压到额定真空度抽真空相比，可避免运行排气方式在前期排气阶段（第1阶段）因气体量过大而需要大量储气瓶和排气效率不高的问题，有效降低为真空管道交通形成真空和维持真空的成本与投入，提高真空管道交通整体经济效益。

跟专利申请“真空管道交通车辆运行活塞效应排气抽真空设置”（专利号：cn201510724755.0）给出的排气抽真空方法相比，不需要在管道沿线密集布置排气阀门，也不需要排气车辆高速行驶。本案给出的方案排气过程中活塞与管道壁之间无缝隙，气体不会往排气式车辆后方泄漏，可大大提高一次性达到较高真空度的抽气效果，有效降低为真空管道交通形成真空和维持真空的成本与投入，提高真空管道交通整体经济效益。

附图说明

图1为活塞式车辆由磁性履带式引导机驱动时的结构示意图；

图2为活塞式车辆由磁性履带式引导机驱动时的横断面示意图；

图3为管道外加装异形加强肋后的横断面示意图；

图4为自主行驶式活塞式车辆的结构示意图；

图5为自主行驶式活塞式车辆时活塞式车辆以及管道的横断面示意图；

图6为两辆活塞式车辆相向行驶推压排气过程示意图。

图中，管道（1）；活塞式车辆本体（2）；活塞（3）；辅助活塞（4）；纵梁（5）；连接圈（6）；磁性履带（7）；动轮（8）；磁性引导机（9）；连杆（10）；异形加强肋（11）；铁磁性引导轨（12）；排气阀门（13）；排气装置（14）；活塞圈a（31）；活塞圈b（41）；磁体（91）。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述，但是本发明不局限于以下实施例。

如图1、图2所示，管道内壁必须光滑，管壁较薄，1~8mm，且为非磁性材质。管道断面是规则的圆形，也可以是椭圆或其他无棱角形状。管道纵向必须连续、光滑，保证活塞式车辆本体能够顺利前进且不会往后方漏气。

活塞式车辆前端、后端设置活塞，活塞周边的活塞圈a采用橡胶材料制作，或其他具有弹性且密封效果良好的材料。活塞圈a也可采用如普通冰箱门密封用的磁性密封条。活塞圈a上设置有胀缩装置，可根据需要调节活塞圈a跟管道壁之间的压力。不需要排气的非工作情况下，活塞圈a收缩，脱离管道壁，从而减小活塞式车辆本体运行时的摩擦阻力。为达到更佳的密封效果，可设置第二道辅助活塞，以及带有胀缩装置的活塞圈b。

若活塞圈a和活塞圈b密封效果很好，则可只在活塞式车辆本体前端或后端设置一套活塞和辅助活塞。

活塞式车辆本体上设置磁性履带，管道外部相对位置设置可移动的磁性引导机，用于驱动活塞式车辆本体前进。作为活塞式车辆本体驱动装置组成部分的磁性履带可以一个，也可以多个，如两个、三个或四个。磁性履带表面磁体具有一定弧度，弧度曲率跟管道半径相一致，使得磁性履带表面磁体能够跟管道内壁紧密吻合，或者间隙尽可能小。

活塞式车辆本体前端、后端的活塞以及车辆通过纵梁连接，通过连杆连接纵梁和磁性履带，动轮用来带动磁性履带。

管道外部的磁性引导机磁体带有一定弧度，该弧度曲率跟管道半径相一致，使得引导机磁体表面能够跟管道外壁紧密吻合，或者间隙尽可能小。引导机磁体表面磁极跟管道内部磁性履带表面磁极按相吸关系设置。引导机带有电刷，从设置在管道外壁的供电线（或供电轨，或供电条）取电。引导机也可自带蓄电池作为动力，还可用直线电机方式驱动引导机，这时管道外壁设置长定子，引导机上设置短定子。该引导机可以是类似活塞式车辆的磁性履带模式，也可以是其他能驱动活塞式车辆本体磁性履带的其他模式，如直线电机，电磁铁，或永久磁铁模式。

如图3所示，引导机采用无人驾驶方式，按预设程序自动行驶，或者按远程控制方式行驶。跟一辆活塞式车辆本体相对应的几个引导机可以单独行驶，采用遥感、感应、传感等技术保证同步。对于本发明所涉及的薄壁管道，每隔一定距离，如30~50m，需要设置加强肋圈，该加强肋圈会阻碍引导机行驶，为解决此问题，本发明给出一种异形加强肋圈，在引导机线路位置形成能使引导机顺利通过的拱门结构。

如图4所示，除了通过为活塞式车辆本体设置磁性履带，由管道外部引导机驱动活塞式车辆前进，还可采用自主行驶的活塞式车辆，即不依靠引导机驱动前进。自主行驶的活塞式车辆可设置成载人式，也可设置成无人式。载人式活塞式车辆可以由车辆上工作人员驾驶，也可采用无人驾驶方式。无人式活塞式车辆采用无人驾驶方式行驶前进。自主行驶的活塞式车辆通过自带蓄电池提供行驶动力，也可在管道内壁设置供电线（或供电轨，或供电条）为活塞式车辆提供行驶电力，供电线（或供电轨，或供电条）嵌入管道内壁，管道内壁表面仍然保持光滑。

如图5所示，对于本发明所涉及的非磁性管道，当采用自主行驶活塞式车辆方法时，磁性履带对应位置的管道外壁沿线要设置铁磁性引导轨，为磁性履带提供驱动作用力，并使活塞式车辆保持稳定，防止滚动旋转。

管道沿线每隔一定距离（较大距离，大于100km）设置排气阀门。根据需要，管道沿线排气阀门也可较密设置，如每隔1km一个。

如图6所示，活塞式车辆排气抽真空工作开始后，车辆前后将形成最高达一个大气压的压差，引导机驱动活塞式车辆本体前进所需动力会很高。为降低这种压差，则在排气阀门处加装排气风机或真空泵，以降低活塞式车辆本体运行前方压力。

本发明的具体实施方式为：

管道内壁光滑，管壁较薄，且为非磁性材质；活塞式车辆前端、后端设置活塞，活塞周边设置活塞圈a；活塞式车辆本体设置有磁性履带，管道外部设置有引导机（9），用于驱动活塞式车辆行驶前进；活塞式车辆本体在前进时推压前方空气，经由排气阀门排出，使管道内气压降低，形成真空管道交通所需要的真空环境。

活塞圈a采用橡胶材料制作，或其他具有弹性且密封效果良好的材料；尤其是，活塞圈a、活塞圈b采用磁性密封条，摩擦系数小、密封效果好。

活塞圈a或活塞圈b上设置有胀缩装置，可根据需要调节活塞圈跟管道壁之间的压力；在不需要排气的非工作情况下，活塞圈收缩，脱离管道壁，从而减小活塞式车辆本体运行时的摩擦阻力。

为活塞设置辅助活塞，以便达到更佳的密封效果；第二道辅助活塞带有胀缩装置及活塞圈b。

履带表面为永磁体，磁体表面为具有一定弧度，弧度曲率跟管道半径相一致，使得磁性履带表面磁体能够跟管道内壁紧密吻合，或者间隙尽可能小。

引导机可以是磁性履带模式，也可以是滚动轮式；引导机可以通过自带的蓄电池提供电力，也可通过电刷从布置在管道外壁上的供电线（或供电轨，或供电条）获得电力。

可以由引导机驱动，也可以采用管道外壁设置适当的直线电机驱动方式；尤其是，还可以自主行驶。

活塞式车辆本体可以是载人式，也可以是不载人式；可以人工驾驶，也可以通过自动控制方式自主行驶。

活塞式车辆可以通过自带的蓄电池提供电力，也可通过电刷从嵌入式布置在管道内壁上的供电线（或供电轨，或供电条）获得电力。

跟磁性履带对应位置的管道外壁上设置铁磁性引导轨，为磁性履带提供作用力，并阻止活塞式车辆本体滚动旋转。

为管道设置异形加强肋，在引导机通过的位置设置拱门式结构，以便引导机顺利通过加强肋所在位置。

本发明的工作原理是：

如图6所示，一种活塞式车辆推压排气为管道交通形成真空的方法，其具体实施包括以下步骤：

第一步，a、b两辆活塞式车辆分别进入相距较远的两个气闸站，气闸站a和气闸站b，距离大于100km。

第二步，气闸站a和气闸站b的内侧隔离门打开，a、b两辆活塞式车辆分别驶出气闸站，开始相向行驶，行驶速度20~80km/h，如图6所示。

第三步，随着活塞式车辆行驶前进，前方空气被推动、挤压，受到推压的气体从中间阀门被挤出，或由真空泵抽出，车辆后方则形成气压更低的真空。

第四步，当a、b两辆活塞式车辆到达中点排气阀门处，即完成一个排气过程。然后关闭排气阀门，活塞圈收缩并松开，活塞式车辆驶回各自出发点气闸站a和气闸站b处。如果该中间位置附近有能够使活塞式车辆离开管道的气闸站，则可就近离开。

也可在气闸站a和气闸站b内侧隔离门附近设置单向阀门，当a、b活塞式车辆驶向气闸站a和气闸站b时，调节活塞圈跟管道壁之间的压紧程度，使活塞式车辆驶回气闸站过程中能推压管道内的残留气体从气闸站附近的单向阀门排出，使管道内真空度进一步提高。气闸站附近的单向阀门可设置真空泵，辅助排出受到挤压的气体。

在上述步骤中，只保留中间阀门或气闸站附近阀门处于工作状态。实际上，也可在管道沿线布置更多阀门，当活塞式车辆前进且前方气压较高时，气体能够就近及时排出，减小活塞式车辆的运行阻力，提高排气效率。当活塞式车辆的前端活塞圈到达该阀门时，阀门立即关闭。

本发明给出的设置与方法可用于为管道从常压开始排气抽真空，也可为管道交通补抽真空。