亚真空管道交通运输系统的制作方法

本发明属于轨道交通运输技术领域，是一种以压缩空气为主要动力，车辆在局部亚真空状态的管道内运行的新型交通运输系统。

背景技术：

现有的地面轨道交通的噪声对沿线周围环境影响较大；运行受大风、暴雪、冰冻等自然气候影响或限制；磁悬浮列车由于常温超导材料、技术等原因，造价高，目前难以普遍推广。

真空管道运输概念的提出已有百年的历史，近些年来我国等国家也陆续出现了关于真空管道运输系统的相关专利申请，此类系统主要包括密封管道、真空系统、磁浮轨道、运输舱或车厢、驱动系统、车站系统等等，其最大的优点是消除或减少空气阻力，实现长距离高速运输，节省行车动力能源，且速度越高优势越明显。

真空管道运输对管道的密封要求很高，一旦出现泄漏，运输系统就必须停运检修，寻找泄漏点的工作非常麻烦，检修的时间可能会很长。由于地质状况、环境温度、管道材料等多方面的因素，实现长距离管道严格密封的难度更大。运输系统运行期间必须常年维持真空状态，运行及系统维护的费用很高。由于管道处于真空状态，旅客车厢需要像太空舱一样进行严格密封、保持常压，还需要配备供氧等维持生命所需的生存系统。由于旅客及货物在车站进出时，管道和车厢与外界大气要联通，为了维持管道的真空度，需要设置与真空管道隔离密闭的车站系统，车辆进站后车站系统与管道隔离密闭、消除真空状态、完成旅客及货物的出入，之后又需要一定的时间来抽真空，达到设计的真空度以后才能重新与管道系统联通，使车辆继续运行。真空管道运输系统是一个极其庞大而复杂的系统，技术难度极大，投资额极高，建设难度难以想象，所以，载人载物的长距离真空管道运输系统至今没有应用实例。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种在管道内实现局部真空、以压缩空气为主要动力的新型交通工具。

本发明的技术方案：

亚真空管道交通运输系统，包括管道系统和车辆。管道系统包括管道、电缆、放气口、导轨、支撑座和管道门；车辆包括进气口、压气机、单向阀、电动机a、受电器、上储气箱、车厢门、车厢体、尾喷电动阀、尾喷口、下储气箱、车轮、制动器、电动机b和变速器。管道内壁上部中央安装电缆，为车辆提供电源；管道内壁下部左右两侧安装轨道，用于承载车辆和引导方向；在车辆进站减速段设置放气口，以解除真空状态，增加运行阻力以达到车辆减速目的；在车站对应车厢门的位置设置管道门便于乘客和货物的上下及安全；支撑座用于承载管道。

进气口安装在车辆前部，为锥体结构，大端超前，锥体大端形状与管道相同，以利于抽取车辆前端的空气、使管道形成局部真空，锥体小端连接压气机进气端；压气机为多级叶片转子结构的高效压气机，电动机a通过柔性联轴器连接叶片转子，为压气机提供动力，压气机的输出端通过管道连接单向阀的进气端，单向阀的排气端连接上储气箱和下储气箱；尾喷电动阀一端连接储气箱，一端连接尾喷口，尾喷口安装在车辆尾部。

车辆前方的空气被压气机抽取后使管道内形成局部真空状态，对车辆产生引力作用，运行时可减少空气阻力；被抽取的空气经压气机多级叶片压缩后，通过单向阀存储在储气箱内，打开尾喷电动阀，压缩空气从尾喷口向后喷出，产生喷气动力推动车辆前行。电动机b通过联轴器连接变速器，变速器通过车轴驱动车轮，当压缩空气不能提供足够的动力时，起动电动机b为车辆增加动力。

车辆可以是单节车厢独立运行，也可以由多节车厢串联运行。单节车厢独立运行时，进气口、压气机、单向阀、电动机a、受电器、上储气箱、车厢门、车厢体、尾喷电动阀、尾喷口、下储气箱、车轮、制动器、电动机b和变速器全部集中在一节车厢内。多节车厢串联运行时，首节车厢不需安装尾喷电动阀、尾喷口，中间车厢不需安装进气口、压气机、单向阀、电动机a、受电器、尾喷电动阀、尾喷口、电动机b和变速器，尾节车厢不需安装进气口、压气机、单向阀、电动机a、受电器、电动机b和变速器；各节车厢的储气箱通过柔性管道连接，共同向尾喷口供气。

本发明的有益效果：本发明的亚真空管道交通运输系统属于轨道交通运输的一种，是现有的地铁、高铁、磁浮等交通工具的补充，同时又在轨道交通的基础上应用了真空管道的概念。车辆运行时抽吸前方管道内的空气，使得前进方向形成局部真空，对车辆形成拉力，又减少了车辆行驶的空气阻力；利用吸进的空气经多级叶片压缩后，经储气箱、尾喷电动阀、从尾喷口向车辆后方喷出，对车辆形成推力。它是以管道为依托、以压缩空气为主要推进动力的媒介、在局部真空环境中运行的轨道交通运输工具。由于车辆在管道内运行，对外界的噪声干扰小，不受恶劣气候影响；不需要架设电杆和防护栏，减少占地面积和相关投资；更重要的是采用易于实现的管道局部真空降低空气阻力，再利用抽真空形成的压缩空气作为车辆运行动力的方式，有利于节能；不需要设置专门的真空系统，不需要维持管道的真空度，对管道的密封性能没有严格要求，不需要设置密闭的车站系统等等，建设费用和难度远低于真空管道运输系统。

附图说明

图1为亚真空管道交通工具的主视图。

图2为左视图。

图3为a-a剖面图。

图4为局部剖视图。

图5为m-m剖面图。

图中：1-管道，2-进气口，3-压气机，4-单向阀，5-电动机a，6-电缆，7-受电器，8-上储气箱，9-车厢门，10-车箱体，11-尾喷电动阀，12-尾喷口，13-放气口，14-导轨，15-下储气箱，16-支撑座，17-管道门，18-车轮，19-制动器，20-电动机b，21-变速器。

具体实施方式

下面结合附图的实施例对本发明做进一步阐述。

图1所示：亚真空管道交通运输系统，包括管道系统和车辆。管道系统包括1-管道、6-电缆、13-放气口、14-导轨、16-支撑座和17-管道门；车辆包括2-进气口、3-压气机、4-单向阀、5-电动机a、7-受电器、8-上储气箱、9-车厢门、10-车厢体、11-尾喷电动阀、12-尾喷口、15-下储气箱、18-车轮、19-制动器、20-电动机b和21-变速器。

管道系统的功能是承载车辆，并为车辆提供电源和可形成局部真空的条件，保证车辆不受风雪等气候影响、准点运行，同时可避免空中抛物等危险因素，保证车辆安全运行。根据安装环境不同，管道系统可以敷设在地面，也可以架空或埋入地下。管道采用钢筋混凝土结构，截面形状可以是圆形、方形或其他形状，上部需设置用于电缆安装的预埋件，下部需设置用于安装导轨的平面和用于连接的预埋钢板。电缆可以是如同现有高铁线上的成品裸线。

13-放气口是车辆进站减速段的管道壁上预留的洞，其尺寸、数量和位置需要按照车辆设计的运行时速确定，目的是为了消除真空、增加空气阻力、使车辆减速；为了防止异物被吸入管道、保证车辆运行安全，放气口外面要设置牢固的钢丝网罩。

14-轨道既承载车辆的重量，又控制车辆运行的方向，还作为供电线路的零线；轨道采用国家铁路标准钢轨，安装在管道内预埋钢板上。支撑座用于承载管道、车辆的重量和车辆运行产生的冲击负荷，同时也是管道安装和高度调节的基础。支撑座在设计前需要取得地质勘探资料作为设计依据。17-管道门属于安全设施，安装在管道外侧，管道门的开闭必须与车辆操作系统联动，即车辆到站停稳后管道门才能打开，管道门关闭后车辆才能起动运行，以确保乘客和货物的安全。

车辆以压缩空气为主要动力。车辆运行前先起动5-电动机a驱动3-压气机，将车辆前方1-管道内的空气经2-进气口—3-压气机—4-单向阀送入8-上储气箱和15-下储气箱内并将空气压力升至设计值，此时车辆前方形成局部真空。车辆起动时打开11-尾喷电动阀，压缩空气从8-上储气箱和15-下储气箱经11-尾喷电动阀—12-尾喷口向车辆后方喷出产生推力。车辆在前方真空吸力和尾部喷气推力的作用下向前行进。

1-进气口安装在车辆前部，为锥体结构，锥体大端朝前，形状与管道相同，尺寸略小于管道（2-进气口与管道的间隙略大于车辆运行时的振动和摇摆值），保证车辆与管道不发生碰擦，锥体小端连接3-压气机进气端。压气机为多级叶片转子结构，具有体积小、重量轻、效率高的特点，达到减轻自重、提升车辆效率的目的；3-压气机与5-电动机a之间采用柔性联轴器连接，以减少振动、降低噪声、提升传动效率。电动机a采用交流变频电机，根据工况需求自动调节转速。4-单向阀使气流只能单向进入储气箱而不会反向流动。

储气箱用于调节用气负荷，容量大则调节余量大，本发明采用8-上储气箱和15-下储气箱，是为了充分利用空间加大储气量；储气箱属于压力容器，与之连接的管道属于压力管道，均需满足国家对压力容器和压力管道的规范要求。

车辆的自身重量不仅是影响运行动力的重要环节，还对管道强度、支撑座承载力等产生影响，因此车辆轻量化设计是节能措施之一。车辆的梁、柱、框等结构件均采用非等截面型材、轻合金型材，车箱体蒙皮、踏脚板等采用铝合金板材。

20-电动机b作为辅助动力，车辆在前进过程中如果动力不足，可起动20-电动机b驱动21-变速器，将动力传至18-车轮，使车辆加速运行。

车辆进站减速时，先切断20-电动机b的电源，并关闭11-尾喷电动阀，车辆依靠惯性前进；由于靠近车站的减速段的1-管道上设置了13-放气口，车辆前方的真空消失后空气阻力使车辆继续减速，最后起动19-制动器准确定位停车。

本发明的主要节能措施：利用3-压气机快速抽取车辆前方的空气，在1-管道内形成局部真空区，减少车辆运行时的空气阻力，同时将抽取的空气转化为行车的动力，进一步降低能耗。采用多级叶片转子压气机、交流变频电机等高效节能设备，采用车辆轻量化设计方案，减少运行动力消耗。

车辆可以是单节车厢独立运行，也可以由多节车厢串联运行。单节车厢独立运行时，2-进气口、3-压气机、4-单向阀、5-电动机a、7-受电器、8-上储气箱、9-车厢门、10-车厢体、11-尾喷电动阀、12-尾喷口、15-下储气箱、18-车轮、19-制动器、20-电动机b和21-变速器全部集中在一节车厢内。多节车厢串联运行时，首节车厢不需安装11-尾喷电动阀、12-尾喷口，中间车厢不需安装2-进气口、3-压气机、4-单向阀、5-电动机a、7-受电器、11-尾喷电动阀、12-尾喷口、20-电动机b和21-变速器，尾节车厢不需安装2-进气口、3-压气机、4-单向阀、5-电动机a、7-受电器、20-电动机b和21-变速器；通过柔性管道连接各节车厢的储气箱，共同向尾喷口供气。