CN111051176B - 用于真空列车的门系统 - Google Patents

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Abstract

展示一种用于真空列车的门系统，所述真空列车包括具有至少一个车门(2)的至少一个车辆(3)和用于所述车辆的轨道，所述轨道包括用于所述车辆的至少一个抽空管道(10)和/或隧道以及用于所述管道和/或隧道内的所述车辆的引导和推进元件。所述轨道包括在所述管道和/或隧道外部的至少一个车站(20)，其中至少一个车站门(4)被布置在所述管道和/或隧道的壁内，以朝向所述管道和/或隧道选择性地关闭和打开所述车站，当所述车辆在所述车站处处于静止时，所述车门和所述车站门被布置成处于对应的位置，使得当所述车门和所述车站门在所述车辆的静止位置处打开时，人们可以离开或进入所述车辆。另外，所述门系统包括至少一个可充气且可放气的环形密封件(22)，所述环形密封件在两个门处于其对应位置时围绕所述门，并且在其充气位置时通过填充所述车辆外表面与所述车站处的所述管道和/或隧道壁之间的间隙使两个门相对于所述管道和/或隧道内的真空是密封的，并且在处于其放气状态时不填充所述间隙。因此，最大程度地减少对应的门打开之前要在车辆与车站之间去除的空气量，从而可以最大程度地减少开门时间。

Description

用于真空列车的门系统
技术领域
本发明涉及一种用于真空列车的门系统，其中真空列车包括具有至少一个车门的至少一个车辆和用于车辆的轨道，所述轨道包括用于车辆的至少一个抽空管道和/或隧道以及在所述管道和/或隧道外部的至少一个车站，其中至少一个车站门被布置在管道和/或隧道的壁内，以朝向管道和/或隧道和车辆选择性地关闭和打开车站，并且其中当车辆在车站处处于其静止位置时，车门和车站门被布置成处于对应的位置，使得当车门和车站门在车辆的静止位置处打开时，车辆是可进出的。本发明还涉及一种具有此类门系统的真空列车。
背景技术
真空列车或空气动力列车(Vactrain)基本上是一种在管道(或隧道)中行驶的车辆，其中的空气已被部分或几乎完全抽空，以减少或几乎消除空气动力阻力。通过磁悬浮(或类似的方式)来引导和推进真空列车的车辆，还可以消除滚动阻力。出色的性能和效率成为可能。车辆的车厢显然被增压到乘客和车组人员感到舒适的水平(1.0巴)。瑞士地铁和超级高铁(Hyperloop)是空气动力列车概念最突出的例子。
所述概念提出了如何在车站将乘客和/或货物送入车辆中的问题。车辆与管道壁之间的空间中的真空是一个障碍。必须克服这一问题，以方便、快捷、安全且舒适地到达车站的车辆。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于真空列车的门系统。所述门系统应允许迅速打开车辆的门和车站的门，以最大程度地减少车辆必须在车站停顿的时间，尤其是在不让乘客和/或货物进入或离开车辆时的停顿时间。
此目的通过根据权利要求1所述的门系统来实现，所述门系统包括至少一个可充气且可放气的环形密封件，所述环形密封件被定位成在两个门处于其对应位置时围绕所述门，并且在其充气状态下通过填充车辆外表面与车站处的管道和/或隧道壁之间的间隙使两个门以及两个门之间的空间相对于管道和/或隧道内的真空是密封的，并且在处于放气状态时不填充所述间隙。
如所要求保护的可充气且可放气密封件提供了机械上简单的解决方案，除了膨胀和收缩的密封件自身之外，基本上没有用于密封的移动部件。这允许快速密封动作以将两个门与管道或隧道内的真空隔离。它还允许将密封件定位在车辆和车站的门附近。因此，可以最大程度地减少在对应门可以被打开之前必须引入到门之间的空间且相应引入到车辆与车站之间的空间的空气的量。而且并且非常重要的是，如下所述，它可以最大程度地减少在门已经关闭之后从门之间且相应从车辆与管道壁之间的密封区域去除空气的时间。环形密封件可以是圆形或矩形或二次环形。环形密封件的横截面可以是圆形的或可以具有适合于其功能的不同形状。制成环形密封件的材料或材料组合允许膨胀到其充气后的大小和形状且允许放气。密封件可以由例如汽车轮胎中已知的增强橡胶制成，并且可以另外具有由较软的材料、特别是塑料材料制成的外层，所述外层允许相对于车体和管道或隧道的内部进行良好的密封。它必须适合于具有真空的给定环境，尤其是不得将气体和蒸汽释放到真空中。也可能包含这样的材料：在其充气状态下能在环形密封件将接触车体和管道或隧道内部的位置处改进车体以及管道或隧道内部的密封性能，以改进环形密封件与车辆以及管道或隧道的密封接触。车体以及管道/隧道壁上的接触区域也可以具有特殊的形状或形式，例如，孔或凹槽，以分别增强密封效果。
在优选实施例中，环形密封件永久地布置在车站门周围，并且由布置在管道和/或隧道外部的至少一个流体泵或用于压缩空气或气体的至少一个罐来充气和放气。替代实施例提供的环形密封件永久地布置在车门周围，并且由布置在车辆内的至少一个流体泵或用于压缩空气或气体的至少一个罐来充气和放气。同样优选的是，在车站门周围和车门周围都设置环形密封件，两个环形密封件具有不同的环直径，使得这些密封件形成两个连续的密封区域，所述两个连续的密封区域从车站门中间开始在径向方向上彼此紧靠。
环形密封件优选地由气体气动充气，并且通过从密封件中去除气体而放气。气体可以是空气或惰性气体或空气/惰性气体混合物。同样，环形密封件可以用液体充气并且可以通过从密封件去除液体来放气。液体可以包含一定百分比的气体，以便改进密封件的可压缩性，并因此改进对车体和管道或隧道内部的密封性能。
本发明的另一目的是提供一种改进的真空列车系统。
此目的通过具有权利要求11所述的特征的真空列车系统来实现。
此真空列车系统提供了前文结合门系统所说明的优点。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明的优选实施例，本发明的上述以及其它特征和优点对于本领域的普通技术人员将变得更加显而易见。
该图示出了真空列车的实施例的示意性剖视图，具有用于所述真空列车的门系统的具有。
具体实施方式
图中以竖直截面图示出了真空列车1的实例。真空列车基本上包括车辆和用于车辆的轨道，所述轨道被设计为管道(或隧道)，已从所述管道(或隧道)部分或完全抽空空气以减少或消除空气动力阻力。通过磁悬浮(或类似的方式)还可以消除滚动阻力。出色的性能和效率成为可能。车辆的车厢显然被增压到乘客和车组人员感到舒适的水平(1.0巴)。为了将基本特征说明清楚，以简明的示意图示出真空列车。相应地，真空列车1包含具有乘客舱13的至少一个车辆3。
可以通过MAGLEV系统(磁悬浮系统)或任何其它合适的方式在管道或隧道中推进和引导此车辆。在附图中未示出MAGLEV系统以及相应地用于推进和引导的系统。针对门系统的本发明将适用于任何系统。MAGLEV系统以及相应的推进和引导系统与车辆行驶所在的管道和/或隧道10一起形成了真空列车的轨道。沿轨道的某些点将设有车站，以允许乘客和货物进出车辆。为此，设置了车辆上的门2和车站处的门4，它们仅在图中示意性地示出。显然，在车站停顿时，车辆的一个或多个门与车站的一个或多个门对齐。
车辆与车站管道之间保持真空。根据本发明，在上车过程中，在每个门上，通过至少一个可充气密封件来密封车辆与管道内壁之间的间隙，以防止空气从车站渗入管道中的真空中。门可以缩短上车过程，并缩短在车站的停顿时间。如下所示，这是所选构造的一个重要物理效应。
车辆必须在车站中等待，直到车门与对应车站门之间的真空压力相应地降低到管道中的低压或真空。所谓的抽气时间t由下式定义：
其中
t是抽气时间
V是空气的量
S是抽速
p0、p1是初始压力和最终压力
在下文中通过如图所示的门系统的实例来说明根据本发明的用于真空列车的门系统的设计和基本原理。其示出车辆3停止，因此它的门2与车站20的门4精确对齐。这当然也适用于存在多个车门和多个车站门的情况。围绕车辆的门2设置至少一个车门密封件21，所述车门密封件可以是可充气且可放气的密封件或固定密封件。同样，围绕车站门4设置至少一个车站门密封件24，所述车站门密封件可以是可气动充气且可放气的密封件或固定密封件。围绕两个门2和4设置至少一个可充气且可放气的环形密封件22，所述环形密封件被定位成在两个门处于其对应位置时围绕所述门，并且在如图所示其充气状态下通过填充车辆外表面33与车站处内管道壁11之间的间隙使两个门以及两个门之间的空间26相对于管道内的真空是密封的，并且在处于放气状态时不填充所述间隙。
然后，完成打开和关闭此门系统的门，在以下步骤1到7中打开门，并在步骤8到12中关闭门：
1在车辆行驶时，车辆3的车门2周围的气动密封件21和站20的车站门4的气动密封件24保持充气且相应地保持气密密封。
2当车辆3到达车站并已到达其中车辆和车站的对应门对应于适当位置的停顿位置时，车辆外表面33与车站壁11之间的气动密封件22充气。这将防止在门打开时空气渗入管道的真空中(步骤6)。
3此时，门2和4之间的空间26中仍然存在真空。车辆和车站内的大气压力(1.0巴)将产生很大的力(约2×105N或20吨)，所述力将门推向彼此并推入其框架中。打开门几乎是不可能的。
4将打开阀28或相应地在至少一个压力补偿导管27内的多个阀，以使空气进入门之间的空间26，从而消除空间26内的真空和对门的力。
5将释放门周边的气动密封件21和24。
6将打开车辆的至少一个门2和车站的至少一个门4。移动这些门所需的力很小。
7乘客现在将离开车辆，并且新的乘客可以自由进入。
然后，可以通过以下步骤关闭门：
8关闭车辆3的门2和车站20的门4，并且使围绕它们周边的气动密封件21、24充气且相应地密封。车辆与车站之间的气动密封件22保持激活状态，以防止空气渗入管道的真空中。
9通过真空泵29抽空来自门2与4之间的空间26的空气。这也可以通过所示的压力补偿导管27或通过至少一个单独的导管来完成。然后关闭阀28并保持关闭以保持与管道中相同的真空压力。对于此步骤，将应用以下计算：门之间的空间26的体积V的大小为0.2m3，假设门的表面积为2m2，间隙为10cm。抽速S为300m3/h(例如，使用Pfeiffer真空公司的Duo-255转动叶片泵，功率9.0kW)，并且管道中的最终压力p1为10-1mBar，这将需要根据上式约为22秒的所谓抽气时间t。
10使车辆与车站之间的气动密封件22放气，因此从车辆的车体33释放所述气动密封件。
11车辆可以离开车站。
(气动)可充气且可放气的密封件22可以通过至少一个泵36来充气，所述至少一个泵通过通道35连接到气动密封件22，在图中仅示出了一个通道。这适用于其中气动密封件22是车站的一部分的实施例。在另一实施例中，气动密封件22可以是车辆3的一部分，并且在图中，在车辆处于乘客所处地板下方示出了泵36'和一个通道35'。在优选实施例中，可以存在作为车辆一部分的一个密封件22，和作为车站一部分的较大的环形直径密封件22，因此两个密封件彼此嵌套并提供双重密封。代替泵或除了泵之外，至少一个可充气密封件22的充气也可以通过装有压缩气体、特别是压缩空气的罐来完成。可以通过至少一个阀(未示出)来完成至少一个密封件的放气，所述阀打开通道35和/或35'，使得密封件内的压缩气体将离开。也可以通过至少一个泵来协助放气。
这里所示的发明满足了现代高速运输系统的要求，并且与所谓的气闸的概念相比，停顿时间短得多。这是在正常大气条件下在车站中进行上车过程之后将车辆引入其中的腔室。然后在两端将其密封，并使其与选定的真空管道(轨道)对齐，将车辆转移到所述真空管道(轨道)中以行驶至其选定的目的地。以此方式，在转移之前只需要抽空车辆周围的空气层(t＝10cm)。
为了在行程的起点和终点之间实现较高的平均行驶速度，需要在车站(尤其是在中间车站)的停顿时间较短。如何减少抽气时间并因此减少停顿时间的问题借助前面所示的方程式得到最佳解答。
减少抽气时间并因此减少在车站停顿时间的第一种选择是使必须抽空的量V最小化。真空列车门之间捕获的空气量V为0.2m3，这仅需要大约22秒的抽气时间。这是真空列车速度的合适匹配。它可能比上文所示的气闸解决方案快100到400倍。作为气闸解决方案的一种选择，可以使用更多的泵，但是总泵速将必须增加100倍且相应地增加400倍。这将是不必要的浪费。此处所示的真空列车门不仅速度快很多倍。还将更简单且更便宜。
当然，增加管道中的真空压力也是错误的方法。这将只会增加空气动力阻力并降低车辆的速度。另外，这不会明显改变抽气时间。真空管道中的压力从最低建议值增加到最高建议值只能将抽气时间更改5.0倍，因为方程式中的ln(p0/p1)项的范围仅在2.3与11.5之间(压力为102mBar到10-2mBar)。
因此，对于真空列车，根据本发明的门系统将是必需的。它们可缩短在车站的停顿时间，并有助于缩短空气动力列车的预计总行驶时间。
另一方面，考虑到根据本发明的空气动力列车门更快速且更便宜许多倍，气闸几乎没有意义。它们太慢并且不能匹配真空列车的速度要求。
使用气闸作为开关从而将车辆引入对应于期望目的地的管道(轨道)中也是不可行的。抽气时间长会导致等待时间不可接受、出发间隔时间长、平均速度非常低且运力非常低。
尽管已经示出和描述了目前被认为是本发明的优选实施例，但是本领域技术人员将理解，可以进行各种改变和修改，并且可以在不脱离本发明的真实范围的情况下用等同物代替其要素。因此，希望本发明应不限于所公开的具体实施例，而是本发明将包含落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (8)

1.一种用于真空列车(1)的门系统，其中所述真空列车包括具有至少一个车门(2)的至少一个车辆(3)和用于所述车辆的轨道，所述轨道包括用于所述车辆的至少一个抽空管道和/或隧道(10)以及在所述管道和/或隧道外部的至少一个车站(20)，其中至少一个车站门(4)被布置在所述管道和/或隧道的壁内，以朝向所述管道和/或隧道和所述车辆选择性地关闭和打开所述车站，并且其中当所述车辆在所述车站处处于其静止位置时，所述车门和所述车站门被布置成处于对应的位置，使得当所述车门和所述车站门在所述车辆的静止位置处打开时，所述车辆是可进出的，并且其中所述门系统包括至少一个可充气且可放气的环形密封件(22)，所述环形密封件被定位成在两个门(2、4)处于其对应位置时围绕所述两个门，并且在其充气状态下填充车辆外表面(33)与所述车站处的管道和/或隧道壁(11)之间的间隙并且使所述两个门(2、4)以及两个门之间的空间(26)相对于所述管道和/或隧道内的真空是密封的，并且所述可充气且可放气的密封件(22)在处于其放气状态时不填充所述间隙，并且其中所述至少一个可充气且可放气的环形密封件包括第一环形密封件和第二环形密封件，所述第一环形密封件永久地布置在所述车站门周围，并且能由布置在所述管道和/或隧道外部的至少一个流体泵和/或用于压缩气体的至少一个罐充气，所述第二环形密封件永久地布置在所述车门周围，并且能由布置在所述车辆内的至少一个流体泵充气，并且其中两个密封件中的一个密封件的环直径大于另一个密封件的环直径，使得所述密封件从所述车站门的中间开始在径向方向上彼此紧靠。
2.根据权利要求1所述的门系统，其中所述环形密封件(22)能通过经由至少一个阀从所述密封件中去除气体而放气。
3.根据权利要求1所述的门系统，其中所述环形密封件能通过液体充气，并且能通过从所述密封件中去除所述液体而放气。
4.根据权利要求1所述的门系统，其中，制成所述环形密封件的材料或材料组合包含增强橡胶，并且还包含所述密封件的外层，所述密封件的外层包含塑料材料，从而允许与橡胶材料相比改进所述环形密封件对车体和所述管道或隧道的内部的密封性。
5.根据权利要求1所述的门系统，其中在所述环形密封件将在其充气状态下接触所述车辆的车体和所述管道或隧道的内部的位置处，在所述车辆的车体上和/或在所述管道或隧道的内部设置有能改进所述环形密封件与所述车辆和所述管道或隧道的密封性能的材料，和/或其中所述环形密封件将在其充气状态下接触所述车辆的车体和所述管道或隧道的内部的位置处，在所述车辆的车体上和/或在所述管道或隧道的内部设置有至少一个凹槽，用于改进所述密封件与车体和/或壁之间的接触。
6.根据权利要求1所述的门系统，其中在所述车辆上设置至少一个车门密封件(21)，并且其中在所述车站处设置至少一个车站门密封件(24)。
7.根据权利要求6所述的门系统，其中所述车门密封件是可充气且可放气的密封件，和/或所述车站门密封件是可充气且可放气的密封件。
8.一种真空列车(1)，其包括具有至少一个车门(2)的至少一个车辆(3)和用于所述车辆的轨道，所述轨道包括用于所述车辆的至少一个抽空管道和/或隧道(10)，所述轨道包括在所述管道和/或隧道外部的至少一个车站(20)，其中至少一个车站门(4)被布置在所述管道和/或隧道的壁内，以朝向所述管道和/或隧道选择性地关闭和打开所述车站，当所述车辆在所述车站处处于其静止位置时，所述车门和所述车站门被布置成处于对应的位置，使得当所述车门和所述车站门在所述车辆的静止位置处打开时，所述车辆是可进出的，所述真空列车还包括根据权利要求1至7中任一项所述的门系统。
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