CN101020460A

CN101020460A - 亚真空高速列车运行系统

Info

Publication number: CN101020460A
Application number: CN 200610200724
Authority: CN
Inventors: 公丕进
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2007-08-22

Abstract

一种亚真空高速列车运行系统。该系统是在车站与车站之间的运行路径上设置封闭隧道，封闭隧道内保持50KPa以下的亚真空状态，以减小列车克服空气阻力所需的动力，以及列车运行中的噪音对外界的影响。该系统的构成包括封闭隧道(1)，封闭隧道(1)内间隔地设置有真空泵(2)，封闭隧道(1)的两端设有车套(3)，车套(3)的两端设有保压门(5)，在车套(3)和封闭隧道(1)内铺设有与车站(4)连接的轨道(6)。本发明可以大大降低列车的牵引功率和能耗，并且可以提高列车的运行速度，降低列车运行的噪音对铁路沿线居民的影响，减小列车运行中对环境的污染，减少列车交通事故的发生。本发明适用于电力机车、磁悬浮列车的运行系统。

Description

亚真空高速列车运行系统

技术领域

本发明涉及在一种列车运行系统，特别是一种亚真空高速列车运行系统。

背景技术

目前高速列车的运行系统主要有两种：一种是轮轨式，另一种是磁悬浮式。这两种列车运行系统都是在敞开的自然空间运行，在运行过程中，列车的动力主要用来克服列车在高速行驶中的空气阻力，而用于克服列车本身的系统磨擦阻力所需要的动力却很少。据资料显示，当列车时速在360公里/小时的时候，轮轨式列车的输出功率95％都用来克服空气阻力，只有另外5/％用来克服列车本身的系统磨擦阻力。而磁悬浮式列车的输出功率几乎全部都用来克服空气阻力。从以上的资料可以看出，现有的列车运行系统运行中受空气的影响很大，为了克服空气的阻力需要很大的能耗，空气阻力是提高列车运行速度主要障碍。另外由于列车是在敞开的自然空间运行，列车运行中的噪音对铁路沿线居民的生活和正常休息也有很大影响。列车运行过程中产生的废气对环境污染也很大，由于目前的敞开运行方式，铁路沿线一般都比较脏，乘客丢弃的杂物，列车排放的废水都直接影响了周围的环境，也容易发生列车与行人或其它交通工具之间的交通事故。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种亚真空高速列车运行系统。它可以大大降低列车的牵引功率和能耗，提高列车的运行速度，降低列车运行的噪音对铁路沿线居民的影响，减小列车运行中对环境的污染，减少列车交通事故的发生。

本发明的技术方案。一种亚真空高速列车运行系统，其特征在于：该系统是在车站与车站之间的运行路径上设置封闭隧道，封闭隧道内保持50Kpa以下的亚真空状态，以减小列车克服空气阻力所需的动力，以及列车运行中的噪音对外界的影响。

上述的亚真空高速列车运行系统中，封闭隧道内更好地是保持20Kpa以下的亚真空状态。

前述的亚真空高速列车运行系统中，封闭隧道的两端设有车套，车套两端设有密封的保压门，车套是封闭隧道与车站之间的过渡空间，作用是打开车套与封闭隧道的保压门时，防止封闭隧道内的真空度发生较大变化，车套3是一个容积需略大于列车体积的封闭隧道。

前述的亚真空高速列车运行系统中，列车出站时，先打开车站与车套之间的保压门，列车从车站驶进车套，待关闭车站与车套之间的保压门之后，再打开车套与封闭隧道之间的保压门，列车驶进封闭隧道开始正常行驶；列车进站时，与上述过程相反。

亚真空高速列车运行系统的构造，包括封闭隧道1，封闭隧道(1)内间隔地设置有真空泵2，封闭隧道1的两端设有车套3，车套3的两端设有保压门5，车套3一端的保压门5与封闭隧道1连接，车套3另一端的保压门5与车站4连接，在车套3和封闭隧道1内铺设有与车站4连接的轨道6。

与现有技术相比，本发明可以大大降低列车的牵引功率和能耗，并且可以提高列车的运行速度，降低列车运行的噪音对铁路沿线居民的影响，减小列车运行中对环境的污染，减少列车交通事故的发生。由于空气阻力的大大减小，轮轨式电力机车原有的许多技术难题也自然得到了解决。本发明适用于电力机车、磁悬浮列车的运行系统。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

附图中的标记为：1-封闭隧道，2-真空泵，3-车套，4-车站，5-保压门，6-轨道。

具体实施方式

实施例。如图1所示，一种亚真空高速列车运行系统，该系统是在车站与车站之间的运行路径上设置封闭隧道，封闭隧道内保持10Kpa以下的亚真空状态，以减小列车运行中的空气阻力，减小列车克服空气阻力所需的动力，以及列车运行中的噪音对外界的影响。封闭隧道的两端设有车套，列车出站时，先打开车站与车套之间的保压门，列车从车站进入车套，然后关闭车站与车套之间的保压门，再打开车套与封闭隧道之间的保压门，列车进入封闭隧道；列车进站时，与上述过程相反，其目的是防止封闭隧道中的真空度发生较大变化。

上述的亚真空高速列车运行系统的构成，如图1所示，包括封闭隧道1，封闭隧道1上间隔地设置有真空泵2，封闭隧道1的两端设有车套3，在车套3与车站4之间设有保压门5，在车套3与封闭隧道1之间也设有保压门5，在车套3和封闭隧道1中铺设有轨道6与车站4连接。保压门5是可以横向或垂直移动的密封门。车套3是一个容积略大于列车的体积的封闭隧道，车套3的容积越小，越有利于保持隧道内的真空度。

具体实施时，如图1所示，可在地面或地下修建封闭隧道1，封闭隧道1两端分别修建一个或两个列车车套3。车套3的长度控制在最长列车长度的1.1倍左右。在车套3与车站4之间和车套3与封闭隧道1之间设置保压门5，封闭隧道1建成后，每间隔5公里设置两台排量15升，转速为每分钟3000转的真空泵2。启动真空泵2，将封闭隧道1内空气抽出。使封闭隧道内空气压力达到10Kpa以下(当然压力越小越好)。这个过程大约42小时(以隧道横切面积为20平米计算)。以后每当隧道内空气压力高于10Kpa时真空泵2就自动启动，低于9Kpa时真空泵2就自动停止。隧道内留少量空气的目的一是便于列车的空调系统及列车发热部件的散热。二是便于列车供氧。当高速列车在这样的封闭隧道系统中高速行驶时，由于封闭隧道内空气密度只有隧道外的1/10，因此列车受到的空气阻力只有隧道外1/10。

根据公式

F＝ma

式中：F-列车所受到的空气阻力；

m-列车周围相关的空气质量；

a-列车周围相关的空气被高速列车作用所产生的加速度。

又根据公式

N＝Fv

式中：N-列车所需的功率；

F-列车所受到的空气阻力(忽略轮轨式高速列车的系统磨擦阻力)；

v-列车的行驶速度。

由上式可以看出，当封闭隧道中的空气质量减小后，列车所受到的空气阻力也减小，空气阻力也减小后，列车所需的牵引力也减小。如果忽略轮轨式高速列车的系统磨擦阻力。相同规模、相同运输密度的亚真空高速列车隧道系统对电力容量的需求也仅为常规高速列车系统的1/10。

本发明的工作过程如图1所示：

列车从车站出站时，先打开车站4与车套3之间的保压门5，列车从车站驶出进入车套3，列车驶进车套3后，关闭车站4与车套3之间的保压门5，再打开车套3与封闭隧道1之间的保压门5，列车驶入封闭隧道1后，将车套3与封闭隧道1之间的保压门5关闭。

列车进站时，先打开车套3与封闭隧道1之间的保压门5，列车从封闭隧道1驶入车套3，将车套3与封闭隧道1之间的保压门5关闭，再打开车套3与车站4之间的保压门5，列车从车套3驶出进入车车站4，将车套3与车站4之间的保压门5关闭。

本发明的能耗分析及与现有技术的比较：

以定员500人，时速360公里的轮轨式高速列车为例，现在的牵引功率大约为10000千瓦，如果在本发明的系统中运行，考虑其有系统磨擦阻力，其牵引功率只需要1500千瓦也足够了。可以计算出原来人均百公里能耗为5.56千瓦时，而现在人均百公里能耗只有0.85千瓦时。本发明所需的能耗大约是航空能耗的1/20，磁悬浮式高速列车能耗的1/10，普通列车能耗的1/2。

本发明的建设成本分析及与现有技术的比较：

假设在甲乙两地建一高速铁路复线系统。设两地相距400公里，甲地到乙地列车运1小时20分，两地每20分钟分别发出一辆列车。那么普通轮轨式高速列车系统大约需12辆1万千瓦机车及12万千瓦的电力支持。12万千瓦的发电系统大约需投资6亿元。而400多公里相同容量的输配电系统大约需投资2亿元。12辆1万千瓦机车大约也需投资2亿元。假设路轨和其它设施投资为A，则该系统总投资为A+10亿元。平均每公里为(A+10)/400亿元。

如果把上述系统在地面建成本发明的运行系统，用200毫米厚的混凝土把路轨系统包裹起来，假设隧道宽7米，高3米。那么每公里需4000千方混凝土，按每方400元计，每公里增加造价160万元。但由于对电力需求只为原来的10％，机车功率需求为原来的15％。考虑到其它因素，比如，为了保证列车有良好的加速性能，机车功率再加大一些。所以这方面的投资最少可以下降70％，12万千瓦的系统折合到每公里是250万元，那么每公里的电力投资可以节约250×70％＝175万元。由此得出本发明每公里造价比现有技术节约15万元。如果以400公里计算，则可节约15×400＝6000万元＝6千万元。

现有的城市地铁造价高，约每公里2亿元。其主要原因是：每公里需建一车站，这可能就占了投资的一半；建在城市内，施工难度大；隧道强度要求高，隧道需要建的较深。本发明主要适用于中长途客货运，城市之间直接连通，中间不设车站。隧道大部建在农村，隧道强度及深度都要求较低，而且不占用土地。总体比较起来本发明的建设成本应低于双向四车道的高速公路。

由于空气阻力的大大减小，轮轨式电力机车原有的许多技术难题，如牵引功率的增大与轮、轨之间的摩擦力不相适应问题，也自然得到了解决。

综上所述，亚真空高速列车隧道系统具有高速，环保，低能耗，低运行成本诸多优势，在城市之间形成运行网络，对于航空和高速公路运输具有强大的竟争力。同时对我国的能源战略也具有重大意义。而且高速列车在亚真空高速列车隧道系统中很可能达到目前飞机的速度，800公里/小时(如果将隧道内气压降到5Kpa以下时)。本发明在运行过程中，要求列车需具有保压，供氧，及空气调节功能。在隧道内进行一般维修时，工人需要借助保压服进行操作，大修时要放入空气，中断运行。

Claims

1.一种亚真空高速列车运行系统，其特征在于：该系统是在车站与车站之间的运行路径上设置封闭隧道，封闭隧道内保持50Kpa以下的亚真空状态，以减小列车克服空气阻力所需的动力，以及列车运行中的噪音对外界的影响。

2.根据权利要求1所述的亚真空高速列车运行系统，其特征在于：封闭隧道内是保持20Kpa以下的亚真空状态。

3.根据权利要求1或2所述的亚真空高速列车运行系统，其特征在于：封闭隧道的两端设有车套，车套两端设有密封的保压门，车套是封闭隧道与车站之间的过渡空间，作用是打开车套与封闭隧道的保压门时，防止封闭隧道内的真空度发生较大变化，车套3是一个容积需略大于列车体积的封闭隧道。

4.根据权利要求3所述的亚真空高速列车运行系统，其特征在于：列车出站时，先打开车站与车套之间的保压门，列车从车站驶进车套，待关闭车站与车套之间的保压门之后，再打开车套与封闭隧道之间的保压门，列车驶进封闭隧道开始正常行驶；列车进站时，与上述过程相反。

5.一种亚真空高速列车运行系统，其特征在于：构造包括封闭隧道(1)，封闭隧道(1)内间隔地设置有真空泵(2)，封闭隧道(1)的两端设有车套(3)，车套(3)的两端设有保压门(5)，车套(3)一端的保压门(5)与封闭隧道(1)连接，车套(3)另一端的保压门(5)与车站(4)连接，在车套(3)和封闭隧道(1)内铺设有与车站(4)连接的轨道(6)。