专利名称：真空管道用于长途客运的一些关键技术的制作方法
真空管道用于长途客运的一些关键技术本发明涉及一种未来的真空管道长途高速公共交通系统。在发明专利申请2007101265565中，提出真空管道用于长途交通的基本模式用“承载-密封分置”方式建立真空边界，从而将大规模、具有较高标准的真空管 道建设工程转化为基于钢筋混凝土技术与塑料(或者橡胶)薄膜密封技术的、与现代土木 工程中的建筑与装修相类似的工程，从而大幅度降低这类大型真空系统的造价；用“有速乘客交换”方式运行用于长途客运的真空管道交通，以求真空管道交通具 有恰当的性能-价格比，从而在商业竞争中能够生存与发展。在上述概念的基础上，我们将 真空管道中运行的长途客运车辆称之为速车(本申请也将使用“速车”表述在真空管道中 运行的长途客运车辆)。尽管上述专利申请已经提出了真空管道交通用于长途客运的基本模式，然 而，上述方案仍然缺少必要的关键技术细节，使真空管道技术能够实际投入运行。在 2007101265565申请所提出的有速乘客交换提出的速车关联运行建立在后关联发车基础 上，研究表明，后关联发车在技术实现上存在巨大技术困难，必须作出适当改进，才能实现 素车的关联运行与有速乘客交换。本发明申请将真空管道交通用于长途客运的技术细节作出探讨。其中一些内容已 经在本人与合作者赵勇于2009年6月初的出版出《速车系统概论》一书中已经有所介绍。速车在进行有速乘客交换时，必定同时出现的正反方向乘客流动情况，可以采用 几种不同的处理方法。综合分析表明，速车进行乘客交换比较理想的选择是在车舱中设置成对地(例如 两个)相互独立的通道，每个通道在有速乘客交换过程中仅仅用于一个(步行)方向。同 时进行乘客前行与后行双向转座。速车每个车厢设有上行通道12与下行通道13，在下行通 道两边分别设有边座位16与中间座位，速车的双通道通过速车出端门17与前邻车11与后 邻车18连接起来，运行中的速车实现乘客交换。车在真空环境下运行中产生的热量不能如同通常列车或飞机那样通过与周围环 境中的空气对流与传导实现散热。在真空环境中运动的车辆，预期可以通过辐射冷却、工质 相变吸热与工质蒸发吸热三种方式实现冷却。从原理上来看，工质相变吸热与工质蒸发吸 热都是相变吸热。然而，此处的工质相变吸热指不发生质量转移(例如冰的融化)的相变 过程，而工质蒸发吸热则是工质在吸热过程中蒸发(这显然也是一种相变过程)，发生质量 转移的过程。与辐射散热相关的内容将在后面章节中探讨。以下简要探讨相变吸热与蒸发 吸热，即转移冷却概念。速车的冷却系统设计的基本思路是，携带吸热工质，在速车运行中通过相变过程 (融化或者汽化)吸热冷却。这些蒸发到真空线路(管道)中的物质应当随即被真空线路上的真空机组(例如 低温冷阱)吸除，从而维持速车线路的真空程度。在速车线路上，由于真空环境不但无雨雪等天气因素的影响，而且也是无人进入 的区域。所以，为速车提供电力无须面对当年西门子一定要解决的用电安全问题，可将供电网设置在车身周围任何位置，而无须将输电网限定在车辆的上方。通常情况下，真空管道中运行的车辆的下方(轮轨车辆中设置车轮的位置)设置 了悬浮机构，不宜设置输电装置。个为基本的是，应当避免输电过程中的接触摩擦，接触摩 擦输电与高速磁悬浮运输基本理念相冲突。等离子体切割技术广泛而成功的使用已经为 (低真空度)真空管道无接触输电奠定了基础。通常情况下，速车的输电系统应当设置在车辆的两侧一侧为电源的正极25，另 一侧为电源的负极32。对于无接触输电中传送负电荷(电子)到达电源(电网)正极25相对比较简单， 采用类似于等离子切割装置中的转移式电弧即可实现负电荷从喷嘴27向固定在真空管道 中的电源阳极25传输。在传输电子到达阳极的过程中，等离子体中运动速度相对比较低的 阳离子维持等离子体柱体的电中性。在正负两个电极等离子体喷嘴前方都应当设置整流罩沈。目的在于，当速车高速 向前运行时，使从前方吹来的气流经过整流罩的时候改变方向，吹向侧面，不但可以避免直 接吹向从喷嘴喷出的等离子体，而且使这些气流形成吹向侧面的气流面，抽吸等离子体喷 嘴周围的气体，维持传输电流的等离子体周围的真空环境。向电源负极传输正电荷的装置要更复杂一些。采用引入磁场23的方式分离等离 子体中带电粒子，由于具有相同运动方向的正电粒子与负电粒子在相同磁场的偏转方向相 反，用辅助阳极转轮22吸收等离子体中负电荷35，从而产生以正电粒子为主的阳离子流33 流向阴极37，与电子流到达阳极25共同形成电流的回路。辅助阳极吸收离子体中负电粒 子，使等离子体成为正电离子流，实现正电荷从车辆到电源负极的无接触传输。电子被磁场偏转以后“返回”速车内的电路31，由于电流比较大(例如400A)，并 伴随一定的电压，则传输电流时，在电极上功率消耗也比较大，会在辅助阳极上发生集中加 热现象，可能导致辅助阳极熔化或者汽化。防止辅助阳极熔化或者汽化的补救措施是，将辅助阳极设计成为转轮22，并在工 作时转动起来，通过电刷形成电流回路，从而可以有效地避免加热集中。必要时，在辅助阳 极转轮中间设置流动冷却液(一般可以选择水)管道进行冷却。空气中或者低真空中等离子体流具有“流体”的性质。为了减小气流阻力，应当将 固定在速车线路上的电源阴极与阳极设计成栅条方式。当等离子体气流到达阳极与阴极 后，即进入栅条式金属电极，电子与离子在通过栅条时逐步沉积与放电，而中性气体以及中 性(原子或分子)气体则穿过栅条，避免气体在电极表面积累，影响等离子体带电粒子在电 极上进行电荷交换，从而影响无接触输电效率。由于速车进入退出真空环境的操作比较复杂，还要考虑与其他多辆速车的关联运 行，所以难以简单推广已经在铁路轨道运输中相对成熟的道岔技术。为此需要根据真空管 道交通的特点设计适合在大气环境与真空和环境中均能方便运行的过渡装置。这种过渡装置与列车通过宽阔水面使用的轮渡类似，在速车线路经过车站的位置 上设置一个可以供载运速车的装置进出的且称为“速车渡口”的缺口 45。速车渡口与速车 渡口中可移动装置(可以称为渡机)42所需要完成的任务是(1)通常情况下，渡机42填充在速车渡口 45作为渡口处的速车轨道，供非本站停 车的速车高速通过。
(2)对于下行速车线路，当到达本站速车在渡机42上停车完毕以后，该装置可以 载运着速车从渡口上移动出来，然后前往气间站，离开气间站以后前往乘客卸客站。(3)对于上行速车线路，速车进入速车线路的操作是从渡口移动出空载的渡口 装置，然后将装载有速车的渡机41填充到渡口 45，待该装置的轨道与渡口两侧的速车线路 上行轨道连接完成后，速车即可运用自身的行走机构离开渡口，进入正常运行状态，而渡机 42保留在渡口，维持速车线路的正常连通，直到下一部渡口装置载运下一辆速车进入上行 速车线路之前离开渡口。这样，真空管道长途客运在采用渡机-渡口之后，即可顺利完成真空管道车辆进 入真空管道运行之前与退出真空管道运行之后辅助运行。渡机运行在速度方面要求不高，然而在负载、转向与平衡等方面要求很复杂，所以 应当为渡机的机轮44设置比较全面的行走驱动、升降与转向机构。这些机构包括机轮升降 液压油缸、油缸升降轨道、机轮转向机构与机轮行走驱动机构等。速车渡机采用电力化驱动，电力供应可以采用蓄电-电网受电(集电)复合方式。 由于渡机无须高速运行，所以，渡机也可以采用滑动接触方式集电。当渡机在车站内区运行 时，由于人员不能进入内区，因此，渡机在内区中运行时，可以通过渡机侧面受电装置集电。为了提高渡机的运转效率，在车站内区，增加速车发车与接站两条线路之间的距 离，建立空载渡机缓冲区，能够容纳发车时从发车渡口退出空载填充渡机75、77，并且在接 站线路上速车到达、接站渡口的连通填充渡机转变为有载渡机76离开渡口后，75填充到接 站渡口。在缓冲区设置的基础上，将速车车站的主要气闸站设计成具有进站与出站综合功 能的气闸站53，并设置在速车线路的同一侧。每个气闸站处于外向66，63时，完成速车出区 任务后，可以继续执行速车进区的任务。气间站处于内向状态64时，执行完速车进区任务 之后，可以继续执行速车出区的任务。相比较而言，综合气闸站应当设置在速车线路接站线路一侧，以便于经过长途运 行的速车到站以后可以更快展开出区操作。气闸站区通过隧道与发车渡机通道连接，为了 降低(发车渡机)隧道的坡度，连接接站渡机通道与气间站区的通道设置成坡道，以降低气 闸站区的高程。这样，气间站区设置在接站的速车线路一侧，并配合发车坡道与接站坡道综 合完成接收到站的有载渡机与发送发车的有载渡机。为了完成实现从多个不同车站发出的速车在运行中实现对接，可以将前方车站待 发出速车置于较已经运行的速车(组)的前方，当已经运行的速车(组)沿着Ck Clrt直线 运行，待发出的速车之间的距离达到预定值Dk+1以后，待发出的速车在0点启动加速，沿着 0Ck+1运行，已经运行的速车与发出的速车之间的距离在运行中逐步减小，并且在C k+1处实 现距离与速度的重合，完成对接。戴发车的速车位于已经运行的速车前方、并在运行中实现 对接的速车发车方式为前关联发车。多个车站的速车可以用相同的方式完成速车在运行中 的对接操作。如果各速车的运行特性相同，则各速车发车时间上的滞后间隔与车站之间的 距离正比，即发车时刻连线与速车车组的运行线平行。在2007101265565等专利技术的基础上，连同本专利申请提出的真空管道车辆的 双通道设计，转移冷却设计，无接触输电设计，真空管道交通车站的渡机-渡口技术，具有 综合功能内区设计，以及前关联发车运行技术，已经可以全面支撑真空管道交通用于长途客运。使其成为具有基本商业开发意义。
图1为双通道速车示意图；图2为无接触输电(阴极)示意图；图3为无接触输电(阳极)示意图；图4为渡口 -渡机示意图；图5为具有空载渡机缓冲区的速车车站内区示意图；图6为综合功能内区气闸站区示意图；图7为综合功能内区空载渡机缓冲区示意图；图8为速车前关联发车示意图；图9为多车站前关联发车示意图。速车系统技术成熟之后，在中国应当具有一系列的重要应用。可以预见有长三角 地区到京津唐地区的速车线路、珠江三角地区城市群到环渤海地区的城市群、四川-珠江 三角地区、四川和东北地区。还有可能是中国东部、新疆地区多条速车线路。就我国国内的 这些线路而言，一些线路(如长三角到京津唐)里程略嫌短了一些，额定运行速度应当选择 在音速附近，更高速度则难以安排包括前关联发车、对接、连通乘客交换等过程的速车关联 运行。速车系统具有明显优势的应用方向在于长距离客运。一个可以清晰期待的应用 是建立亚洲、欧洲大陆两端的高速通道。在亚洲、欧洲高速通道东端，速车线路可以从香港 出发，经过深圳、广州、长沙、武汉、石家庄到北京，然后西行，经过西安、兰州等城市，出境以 后经过哈萨克斯坦与俄罗斯等国前往欧洲，然后到达莫斯科、华沙、柏林、波恩、巴黎与马德 里，最后终止于欧洲的西南角里斯本。上述速车线路的总长度大约为15000km，中途用于有 速乘客交换的里程大约为6000km左右，如果有速乘客交换的时间为lh，则连接亚洲、欧洲 大陆两端运行的速车系统最高运行速度可以达到1500m/s，为音速的4 5倍，通过上述高 速通道，亚洲、欧洲之间旅行时间可以缩短到4h以内。如此的高速通道必将对于欧洲与亚洲之间经济、文化与科学的发展产生巨大而深 远的影响，也必将成为一个美好未来的开端，其意义不亚于已经成为历史佳话的丝绸之路。
权利要求
1.一种能够使真空管道交通系统适用于距离较远两个区域中的多个城市之间的点对 点无停顿高速客运的配套技术，其特征为在真空管道长途客运车舱中设置成对设立相互独 立的通道，每个通道在有速乘客交换过程中仅仅用于一个(步行)方向。
2.根据权利要求1，其特征为携带吸热工质，在速车运行中通过相变过程(融化或者汽 化)吸热冷却，蒸发到真空线路(管道)中的物质应当随即被真空线路上的真空机组(例 如低温冷阱)吸除，以维持速车线路的真空程度。
3.根据权利要求1，其特征为用等离子体流实现真空管道车辆无接触输电。
4.根据权利要求3，其特征为在阴极设置辅助转动阳极吸收等离子体中负电粒子，使 等离子体成为正电离子流，实现正电荷从车辆到电源负极的无接触传输。
5.根据权利要求1，其特征为真空管道长途客运采用渡机-渡口完成真空管道车辆进 入真空管道运行之前与退出真空管道运行之后辅助运行。
6.根据权利要求5，其特征为在车站的渡口区的真空管道运行线路上行线路与下行线 路之间设置缓冲区，接收上行线路渡口中完成发车任务的空载渡机，并向下行线路渡口提 供；
7.根据权利要求6，其特征为气间站集中设置在下行线路一侧，结合发车坡道与接站 坡道综合完成接收到站的有载渡机与发送发车的有载渡机。
8.根据权利要求1，其特征为真空管道车辆可以通过前关联发车实现多车的关联运 行、对接与有速乘客交换。
全文摘要
本发明提出一些真空管道交通的关键技术，目标在于使真空管道能够应用于距离比较远两个区域中的多个城市之间的点对点运输。这些配套技术包括真空管道车辆的双通道设计，转移冷却设计，无接触输电设计，具有缓冲区的车站内区设计，以及前关联发车的设计。这些技术使真空管道交通技术能够成功地应用于长途客运交通。
文档编号B61B13/10GK102079310SQ200910252869
公开日2011年6月1日 申请日期2009年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者刘本林, 刘步山, 刘溪清, 张耀平, 王恕, 王正, 王琼, 赵勇, 赵立明 申请人:刘本林