CN108639070A - 悬浮与驱动系统外置光滑内壁高温超导真空管道交通系统 - Google Patents

Abstract

悬浮与驱动系统外置光滑内壁高温超导真空管道交通系统，包括管道、车辆、永磁轨道、直线电机定子、动子、管肋、管箍。管道断面为圆形或椭圆形，内壁光滑，管壁很薄，用非磁性高强度材料制作；车辆重心位于管道下半部，永磁轨道在管道外底部，跟车辆的液氮杜瓦对应，紧贴管壁。直线电机定子在管道外顶部，紧贴管壁，跟车辆直线电机动子相对应；沿管壁纵向设置的管肋跟沿管道周向设置的管箍固定连接，保证管道不变形。本发明的优点是，为采用活塞式推压排气方法形成真空创造条件，消除管道内部动力热源，使施工安装、检查维修可方便地在管道外部完成，管肋、管箍对管壁发挥加强作用，防止翘曲、失稳，有效降低真空管道建设、运营与维护成本。

Description

悬浮与驱动系统外置光滑内壁高温超导真空管道交通系统

技术领域

本发明属于真空管道交通技术领域，具体涉及两种悬浮与驱动系统外置光滑内壁高温超导真空管道交通系统。

背景技术

人类从未停止对速度的追求，今天的高铁、磁悬浮，都因受到空气阻力、气动噪声、气动振动等制约，无法进一步提高速度。飞机和汽车除受空气阻力影响外，其能耗和碳排放量很大，将来发展会受到限制。真空管道高速交通克服上述缺点，是一种能达到超高速度，且能耗很低、环境影响很小的交通模式，可望从根本上解决人类交通所面临的困境。真空管道交通由管道、磁悬浮车辆、驱动与控制、真空泵、真空测量、远程监控系统等组成。运行时，管道内抽成部分真空，然后车辆在其中行驶。因为同时消除了机械摩擦和空气阻力，不仅所需动力和能耗很小，而且速度很快。

已有的真空管道交通技术方案都是基于把现有的铁路和磁悬浮置于管道中的基本理念，其共同特征是其轨道、动力和悬浮系统均在管道内部，如专利“Vacuum Railway”（US1336732）、“Vacuum Tube Transportation System”（US2511979）、“Apparatus forVacuum Tube Transportation”（US2488287）、“真空管道高速交通运行抽气系统”（CN200910305962.7）、“真空管道高速交通移动隔离门设置”（CN200910306188.1）、“一种真空管道交通的垂直移动隔离门”（CN200910219090.2）、“真空管道交通对开式移动隔离门设置”（CN201010300062.6）、“一种真空管道交通的旋转式气闸站及中途进出管道的方法”（CN201710172741.1）、“一种地铁系统用作真空管道交通支线及车站的方法与系统”（CN201710398387.4）、“一种椭圆形单管双向真空管道交通系统”（CN201710876815.X），其缺点是：悬浮与动力系统产生热量，会在管道内形成热积聚；安装施工、检查维修必须在管道内进行，十分不便且成本很高；不便于用更高效的方式抽真空，如专利“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”（CN201710398386.X）给出的活塞式推压排气方式。

专利“Vacuum-tube Mass-transit System”（US4184792）给出了一种管道内部光滑的真空管道交通系统，但该系统依靠空气动力，无法实现超音速、超高速，至多是一种气压管道物流系统，不属于现代真空管道交通范畴。

专利“动力系统外置式薄壁真空管道磁浮交通系统”（CN201010192101.5）给出了悬浮与驱动系统外置的技术路线，但管道内仍保留轨道和支撑结构，内壁不完全光滑，不利于采用如活塞式推压排气等高效率的形成真空方式；该专利也未给出对薄壁管道进行加强的措施与方案。

专利“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”（CN201710398386.X）给出内部光滑的真空管道交通系统思路，但未给出管壁构造、车辆设置的具体方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供悬浮与驱动系统外置，且内壁光滑的真空管道交通系统技术方案，从而可以采用简便、高效、低成本的活塞式推压排气方法形成真空，有效消除管道内热源，同时使全部施工安装、检查维修不必进入管道内，极大提高效率，降低真空管道建设与运营成本。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种悬浮与驱动系统外置且内壁光滑的高温超导真空管道交通系统，包括管道1，车辆2，永磁轨道3，直线电机定子41，直线电机动子42，管肋51，管箍52，所述的车辆2包括直线电机动子42、悬浮装置22（液氮杜瓦与超导材料），其特征是，车辆2重心位于管道下半部，保证在悬浮及驱动系统失效时车辆不易发生倾覆，所述的永磁轨道3位于管道1外部、底部，跟车辆2的悬浮装置22对应，其表面紧贴管壁，所述的直线电机定子41位于管道3顶部，其表面向下，紧贴管壁，跟车辆2上的直线电机动子42相对应，所述的管肋51沿管壁纵向设置，沿管壁圆周布置4~8条，通过管箍52连接与固定，所述的车辆2两侧各设置两个支承滚轮23。

所述的管道1断面为圆形，内壁光滑，管壁很薄（小于2mm），用不锈钢、铝合金、钛合金、碳纳米管或石墨烯等非磁性（不影响磁场、不磁化）的轻型高强度材料制作。

管箍52与管壁间空间高度5~20cm，保证不影响直线电机定子41和永磁轨道3的连续安装。

所述的断面为椭圆、管道1断面为椭圆。

所述的支承滚轮23当悬浮装置失效或遇到剧烈颠簸时，支承滚轮23跟管壁接触，阻止车辆滚转。该滚轮也可以是万向轮，或者圆球。

所述的车辆2断面可以是圆形、矩形，其特征是，四个滚轮23所形成的矩形轮廓6其对角线61长度大于椭圆管道1的短轴7，从而限制车辆在管道1内发生滚转。

本发明的有益效果是：

管道内部无任何固定部件，管壁光滑，为采用活塞式推压排气方法形成真空创造了条件，可有效降低抽真空和维持真空的成本；悬浮和驱动系统均布置在管道外部，不仅消除管道内部热源，而且施工安装、检查维修可方便地在管道外部完成，不必进入管道，提高工作效率，降低真空管道建设与运营成本；管肋、管箍对管壁发挥加强作用，防止翘曲、失稳；车辆顶部设置直线电机的优点是，当直线电机定子工作时，对动子以及车辆产生一定向上的吸引力，从而降低对超导材料悬浮力的要求。

附图说明

图1为本发明的横断面图。

图2为本发明的正视图。

图3为图1的A-A剖视图。

图4为椭圆管道断面设置时的横断面图。

图5为椭圆管道断面设置时的横断面图，图中示意由支承滚轮23确定的矩形轮廓6，对角线61和椭圆管道1的短轴7。

图中1为管道；2为车辆，22为液氮杜瓦，23为支承滚轮；3为永磁轨道；41为直线电机定子，42为直线电机动子；51为管肋，52为管箍；6为支承滚轮23确定的矩形轮廓，61为矩形轮廓6的对角线；7为椭圆管道1的短轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

实施方案一：

如图1、图2、图3所示，一种圆形管道断面，悬浮与驱动系统外置，且内壁光滑的高温超导真空管道交通系统。包括管道1，车辆2，永磁轨道3，直线电机定子41，直线电机动子42，管肋51，管箍52。

管道1断面为圆形，内壁光滑，管壁很薄（小于2mm），用不锈钢、铝合金、钛合金、碳纳米管或石墨烯等非磁性（不影响磁场、不磁化）的轻质高强度气密性良好的材料制作。为提高管壁强度，保证管道1在外压、动荷载作用下不变形，本发明给出了管肋51、管箍52设置。管肋51用高强度钢材或合金制作，沿管道1纵向布置，可以跟管道一起整体加工铸造，也可与管道焊接固定在一起，或粘贴在一起，或用适当的装配方法紧固在一起。管箍52用高强度钢材或合金制作，沿管道周向发挥加强固定作用，要求具有良好的抗弯强度，跟管肋51固定连接在一起，沿管道线路每隔2~5m设置一个。

车辆2为高温超导磁悬浮车，悬浮装置包括液氮杜瓦22与超导材料，无论空载还是重载，车辆2的重心均位于管道下半部，以使悬浮及驱动系统失效时车辆不易发生倾覆。液氮杜瓦22设置在车辆底部，对应地，在管道1外部相应位置设置永磁轨道3，运行时通过磁场钉扎作用提供的悬浮力，使包含有超导块材的液氮杜瓦22连同车辆2一起悬浮在管道中。

每节车辆2至少包括四组液氮杜瓦22，在车辆2左右两侧底部分布，形成类似现有铁路车辆的转向架结构。

直线电机动子42设置在车辆2顶部，可以是励磁线圈，也可以是用铝材制作的感应板。直线电机定子41为长定子三相异步线圈，设置在管道1外部、顶部，其表面向下，紧贴管壁，跟车辆2上的直线电机动子42感应板相对应。要求直线电机定子41工作面与直线电机动子42工作面之间距离（即电机气隙）尽可能小，因此，在保证管道强度的前提下，管壁应尽可能薄；在保证直线电机动子42工作面与管道内壁安全净空前提下，该间隙应尽可能小。

因为直线电机工作时，动子与定子之间会产生吸引力，所以本发明给出的把直线电机布置在车辆2及管道1顶部的设置，其优点是，该吸引力对车辆施加提升作用力，从而降低对下部悬浮装置悬浮力的要求，提高车辆2运行稳定性。

直线电机定子41是主要发热装置，而管道1内是真空环境，散热困难，本发明给出的外置设置有效消除了真空管道内的发热源。

直线电机驱动系统的定子和高温超导悬浮系统的永磁轨道外置时，所有需要检查、维修的固定部件都位于管道外，于是，几乎所有的施工安装、检查维修工作都不再需要进入管道中；本发明给出的光滑管道内表面，使得利用活塞式推压排气形成真空成为可能，大大降低抽真空成本。

实施方案二：

如图4所示，一种椭圆形管道断面，悬浮与驱动系统外置，且内壁光滑的高温超导真空管道交通系统。其所包括内容与设置类似上述方案一，其特征是管道1断面为椭圆形，车辆2断面为椭圆形、圆形或矩形，在断面平行面内四个支承滚轮23所形成的矩形轮廓6的对角线61长度大于椭圆形管道1的短轴7长度，如图5所示，以防止悬浮系统失效时车辆在管道1内发生旋转滚动。

总之，本发明给出的方案可有效降低真空管道交通施工难度，方便检查维修，显著减少真空管道交通建设、运营成本。

Claims (9)

1.一种悬浮与驱动系统外置且内壁光滑的高温超导真空管道交通系统，包括管道（1），车辆（2），永磁轨道（3），直线电机定子（41），直线电机动子（42），管肋（51），管箍（52），包括直线电机动子（42）、悬浮装置（22）（液氮杜瓦与超导材料），其特征在于，车辆（2）重心位于管道下半部，保证在悬浮及驱动系统失效时车辆不易发生倾覆，所述的永磁轨道（3）位于管道（1）外部、底部，跟车辆（2）的悬浮装置（22）对应，其表面紧贴管壁，所述的直线电机定子（41）位于管道（3）顶部，其表面向下，紧贴管壁，跟车辆（2）上的直线电机动子（42）相对应，所述的管肋（51）沿管壁纵向设置，沿管壁圆周布置4~8条，通过管箍（52）连接与固定，所述的车辆（2）两侧各设置两个支承滚轮（23）。

2.根据权利要求1所述的一种悬浮与驱动系统外置且内壁光滑的高温超导真空管道交通系统，其特征在于，所述的管道（1）断面为圆形，内壁光滑，管壁很薄（小于2mm），用不锈钢、铝合金、钛合金、碳纳米管或石墨烯等非磁性（不影响磁场、不磁化）的轻型高强度材料制作。

3.根据权利要求1所述的一种悬浮与驱动系统外置且内壁光滑的高温超导真空管道交通系统，其特征在于，所述的管箍（52）与管壁间空间高度5~20cm，保证不影响直线电机定子（41）和永磁轨道（3）的连续安装。

4.根据权利要求1所述的一种悬浮与驱动系统外置且内壁光滑的高温超导真空管道交通系统，其特征在于，所述的支承滚轮（23）当悬浮装置失效或遇到剧烈颠簸时，支承滚轮（23）跟管壁接触，阻止车辆滚转；

该滚轮也可以是万向轮，或者圆球。

5.根据权利要求1所述的一种悬浮与驱动系统外置且内壁光滑的高温超导真空管道交通系统，其特征在于，所述的车辆（2）断面可以是圆形、矩形，四个滚轮（23）所形成的矩形轮廓（6）其对角线（61）长度大于椭圆管道（1）的短轴（7），从而限制车辆在管道1内发生滚转。

6.根据权利要求1所述的管道（1），其特征是：断面为圆形，内壁光滑，管壁很薄（小于2mm），用不锈钢、铝合金、钛合金、碳纳米管或石墨烯等非磁性（不影响磁场、不磁化）的轻型高强度材料制作。

7.根据权利要求1所述的车辆（2），其特征是：车辆（2）包括直线电机动子（42）、悬浮装置（22），重心位于管道下半部，保证在悬浮及驱动系统失效时车辆不易发生倾覆。

8.根据权利要求1所述的管肋（51）和管箍（52），其特征是：管肋（51）沿管壁纵向设置，沿管壁圆周布置4~8条，通过管箍（52）连接与固定，管箍（52）与管壁间空间高度5~20cm，保证不影响直线电机定子41和永磁轨道3的连续安装。

9.根据权利要求1和权利要求4所述的管肋（51）和管箍（52），其特征是：管肋（51）用高强度钢材或合金制作，跟管道（1）一起作为整体加工铸造；管箍（52）用高强度钢材或合金制作，沿管道（1）周向发挥加强固定作用，具有良好的抗弯强度，跟管肋（51）固定连接，每隔2~5m设置一个。