CN108749828A - 一种管道交通系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低压和真空管道技术领域。本发明公开了一种管道交通系统，包括列车运行的管道，所述管道由一个运行段和m个低压段构成，每段之间有隔离门；所述低压段分成j、k两部分，分别位于运行段入口端和出口端；位于所述运行段入口端的j个低压段，从第一段至与运行段连接的第j段，压力逐段降低；位于所述运行段出口端的k个低压段，从与运行段连接的第一段至最后的第k段，压力逐段升高；其中，j、k为正整数；m＝j+k。本发明的管道交通系统采用多级减压技术，能够充分利用现有地铁、高铁线路，经过简单少量的改造就能够兼容高速运营。既减少了造价成本，又能减少运营成本。

Description

一种管道交通系统

技术领域

本发明涉及低压和真空管道技术领域，特别涉及一种在常压、低压和真空管道交替环境下既满足常规运营要求又可以有效节能的管道交通系统。

背景技术

任何一种地面交通工具，商业运营速度都不宜超过每小时800公里，否则能耗巨大、噪音超标，难以被市场接受。

根据对列车运行阻力分析表明：当列车时速达到400公里以上时，超过83％的牵引力会被浪费在抵消空气阻力上。特别是当列车在管道中行驶时(如隧道、地下铁路管道等)，受到的空气阻力更高。

目前的超高速列车营运方式，主要分为两类：常压条件运营和真空管道运营。

在常压条件下运营，由于气动阻力等原因，显然是难以持续高速运行的，通常列车速度不会高于40km/h。

采用真空管道运营方式，需要维持低压或高真空状态，通常要求压力≤10^-5Pa，列车速度可以超过800km/h。但要维持高真空状态，同样需要消耗一定的能量。在列车出站启动阶段和进站的低速运营区段，由于运行速度低，也没必要维持真空状态。而且列车站台等人员出入的地方，即便能够维持真空状态，也会非常不方便。

另外，如果未来的高速列车全部采用真空管道运营，则已经建好的上万公里的高铁运营里程将面临被抛弃的命运。因此，有必要在开发高速列车(速度在500km/h以上)的同时，结合现有高铁线路，研究超高速列车的新型运营方式。

中国发明专利CN101644167A公布了一种铁真空管道高速交通移动门装置，该装置可用于真空管道运输系统气闸站，也可用于真空管道交通主线管道线路的分段隔离，以及其他需要对真空主管道线路的分段隔离。中国发明专利CN10211617B公布了一种真空管道或真空管道之真空环境对开式移动门装置，该隔离门装置设置在满足对真空管道线路的真空环境进行隔离需要的同时，可以避免对磁悬浮管道的阻断。中国发明专利CN101152866A公布了一种真空管道(管道)里行驶的高速铁路列车系统，是能够提供一种安全有效、便利且低成本的可载运大量乘客和货物(包括散装货和集装箱货物)的、行驶在真空(包括低真空)管道里的超高速铁路列车运输系统。

现有技术存在以下缺点：1)几乎都需要专门修建新的真空管道，无法有效利用现有的高铁和地铁轨道，造成资源浪费；2)都是真空运输，虽然降低了空气阻力，但是全路线保持一样真空度，能耗上将很造成很大的浪费，不够节能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种管道交通系统，解决真空管道交通系统造价高、能耗大的问题，以及与普通地铁线路、高铁线路兼容性问题。

为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的一个方面，提供了一种管道交通系统，包括列车运行的管道，其特征在于，所述管道由一个运行段和m个低压段构成，每段之间有隔离门；

所述低压段分成j、k两部分，分别位于运行段入口端和出口端；

位于所述运行段入口端的j个低压段，从第一段至与运行段连接的第j段，压力逐段降低；

位于所述运行段出口端的k个低压段，从与运行段连接的第一段至最后的第k段，压力逐段升高；

其中，j、k为正整数；m＝j+k。

进一步的，位于所述运行段入口端的第一段和位于所述运行段出口端的最后一段为常压段，其压力与大气压相等。

进一步的，所述常压段位于开放空间或与开放空间连通。

进一步的，j＝k。

进一步的，所述管道具有上行线路和下行线路，所述低压段对称分布在运行段两端。

进一步的，所述低压段每一段的长度及j、k的大小据能耗进行优化计算得到。

进一步的，所述管道中压力低于大气压的都安装有真空泵和压力监测器，用于控制空气压力维持在设定值。

进一步的，所述压力监测器分别安装在每一段的前部后部和中部。

进一步的，所述设定值由列车速度及该速度下的运行能耗决定。

进一步的，运行段空气压力设定值≤10^-5Pa。

本发明的管道交通系统采用多级减压技术，在满足未来低压(或真空)管道交通需求的同时，能够充分利用现有地铁、高铁线路，经过简单少量的改造就能够兼容高速运营。既减少了造价成本，又能减少运营成本。本发明的多级减压系统能够与列车进站减速和出站加速过程协调配合，最大限度发挥高速运营的经济性。本发明的管道交通系统，每一段相互隔离非常有利于减灾防灾。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为根据本发明具体实施方式的管道交通系统结构示意图。

图中：

1为列车；

2、6为常压段；

4为运行段；

7、8、9、10、11为隔离门；

31、32、33为入口端低压段；

51、52、53为出口端低压段；

A为出发站；

B为达到站。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明具体实施方式、实施例中的附图，对本发明具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明中的管道，既可以是为高速列车定制的管道，既可以修建在地面上，也可以埋于地下。甚至可以由现有技术地下铁路管线经过气密改造构成。

本发明的管道交通系统，用于列车运行的管道是由一个运行段和m个低压段构成的，每段之间通过隔离门进行封闭和隔离，形成一段一段独立的区间。

m个低压段分成j、k两部分。

j个低压段位于运行段入口端；k个低压段位于运行段出口端。

位于运行段入口端的j个低压段，从第一段到与运行段连接的第j段，压力逐段降低。

位于运行段出口端的k个低压段，从与运行段连接的第一段到最后的第k段，压力逐段升高。

其中，j、k均为正整数；且m＝j+k。

本发明这种由一个运行段和m个低压段构成管道系统，作为出发站和达到站之间的运行区间，可以看成是整个管道交通系统的最小单元，这些最小单元排列起来，可以构成从始发站到终点站，其间包括多个车站的管道交通系统。

实施例

如图1所示，列车1从A车站出发，沿箭头方向运行，经过常压段2、低压段31、低压段32和低压段33进入真空段4；从真空段4出去，分别经过低压段51、低压段52、低压段53和常压段6，最后达到B车站。

此过程中，列车1分别经过加速运行、高速运行和减速运行三个阶段。

列车1达到隔离门7时速度为V₀；经过常压段2列车1速度由V₀加速到V₁；通过隔离门8列车1以速度V₁进入低压段31后加速到V₂；以此类推，列车1经过低压段32加速到V₃；经过低压段33加速到运营速度V₄进入真空段4。这是加速阶段，即V₀＜V₁＜V₂＜V₃＜V₄。由于列车速度越来越快，真空段4入口端的低压段压力逐段降低，从常压段2的压力P₂逐段降低到真空段4的压力P₄≤10^-5Pa。

列车1以运营速度V₄匀速运行通过真空段4，这是高速阶段。运营速度V₄可以达到时速几百公里。

列车1以运营速度V₄通过隔离门10，经过低压段51减速到V₅；列车1以速度V₅经过隔离门11通过低压段52后减速到V₆；以此类推，通过低压段53后减速到V₇；通过常压段6后减速到V₈；最后达到B车站。这是减速阶段，即V₄＞V₅＞V₆＞V₇＞V₈。由于列车速度越来越低，真空段4出口端的低压段压力逐段升高，从真空段4的压力P₄≤10^-5Pa逐段升高到常压段6的压力P₂。

本例常压段2和常压段6都与开放空间连通，空气压力为大气压。

由于考虑到列车运行管道通常都具有上行线路和下行线路，本例低压段对称分布在运行段两端。即图1中，常压段2与常压段6长度和空气压力相等；低压段31和低压段53长度和空气压力相等；低压段32和低压段52长度和空气压力相等；低压段33低压段51长度和空气压力相等。

各低压段的长度及低压段的数量(j、k的大小)据能耗进行优化计算得到。既要考虑到降低列车运行的空气阻力，也要兼顾维持相应低压需要消耗的能量，进行权衡优化，设计出运行段入口端各低压段合理的长度，以及列车速度从V₀加速到V₄需要经过多少段。运行段出口端低压段各段的长度和数量，可以根据对称性原理进行设计。

上述对称性也体现在结构上。也就是图1中，常压段2与常压段6结构相同；低压段31和低压段53结构相同；低压段32和低压段52结构相同；低压段33低压段51结构相同，这样有利于降低工程造价和营运维护成本。

图1中的常压段2和常压段6内不需要设置压力监测器，其他低压段和运行段内均需要设置压力监测器。压力监测器设置在每段前部、中部和后部，该段的压力值取三者的平均值。

各个低压段和运行段确定设定压力值后，当运行管道内的压力低于设定值时，各段配置的真空泵自动启动将每段的空气压力抽取到设定值，整个过程通过电脑控制很容易实现。

各段压力设定值由列车速度及该速度下的运行能耗决定。这方面的考虑也需要兼顾空气阻力产生的能耗和维持低压消耗的能量。

图1中，每段之间的隔离门工作过程如下：

列车从车站A以低速出发，逐渐加速，此时7号隔离门处于打开状态，其他隔离门均关闭，当列车尾部一旦驶过7号门，7号门立即关闭。当7号门关闭后，紧接着8号门打开，这个过程列车还未达到最大运行速度，仍在加速。当列车尾部驶过8号门以后，8号门立即关闭。当8号门关闭后，9号门立即打开，这个过程列车还是未达到最大运行速度，仍在加速。当列车尾部驶过9号门以后，9号门立即关闭，以此类推，直到列车达到最大速度进入运行段4，并在运行段4内运行。当列车在运行段4运行一定时间快接近10号门时，10号门打开，此时列车开始减速，当列车尾部驶过10号门时，10号门立即关闭，10号门关闭后，11号门立即打开，列车减速运行；以此类推，列车减速运行到目的地车站B。整个过程运行段4的长度占整个线路长度的80％左右，常压段和低压段合起来占整个线路的20％左右，每段的具体长度根据实际情况并结合能耗进行相关计算而定。

现在的动车和高铁在运行过程中可以随时被定位、测速。所以整个过程隔离门相对于列车位置的开关时机都能很好的用电脑控制。为了安全保障，在原有的定位系统上，再在每道隔离门位置以及列车车头和车尾分别安装一个信号接收器，这些接收器专门负责接收车辆和隔离门的相对距离，当运行前方隔离门和车头的距离到达一个预定值时，对应的隔离门自动开启；当列车驶过隔离门后，隔离门和车尾的距离到达一个预定值时，对应的隔离门自动关闭。这样就对隔离门的开关时机做了双重保障，避免发生事故。

Claims (10)

1.一种管道交通系统，包括列车运行的管道，其特征在于，所述管道由一个运行段和m个低压段构成，每段之间有隔离门；

所述低压段分成j、k两部分，分别位于运行段入口端和出口端；

位于所述运行段入口端的j个低压段，从第一段至与运行段连接的第j段，压力逐段降低；

位于所述运行段出口端的k个低压段，从与运行段连接的第一段至最后的第k段，压力逐段升高；

其中，j、k为正整数；m＝j+k。

2.根据权利要求1所述的一种管道交通系统，其特征在于，位于所述运行段入口端的第一段和位于所述运行段出口端的最后一段为常压段，其压力与大气压相等。

3.根据权利要求2所述的一种管道交通系统，其特征在于，所述常压段位于开放空间或与开放空间连通。

4.根据权利要求1所述的一种管道交通系统，其特征在于，j＝k。

5.根据权利要求4所述的一种管道交通系统，其特征在于，所述管道具有上行线路和下行线路，所述低压段对称分布在运行段两端。

6.根据权利要求1所述的一种管道交通系统，其特征在于，所述低压段每一段的长度及j、k的大小据能耗进行优化计算得到。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的一种管道交通系统，其特征在于，所述管道中压力低于大气压的都安装有真空泵和压力监测器，用于控制空气压力维持在设定值。

8.根据权利要7所述的一种管道交通系统，其特征在于，所述压力监测器分别安装在每一段的前部后部和中部。

9.根据权利要求7所述的一种管道交通系统，其特征在于，所述设定值由列车速度及该速度下的运行能耗决定。

10.根据权利要求7所述的一种管道交通系统，其特征在于，运行段空气压力设定值≤10^-5Pa。