CN111824183A - 一种管道悬浮运输工具的接驳系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种管道悬浮运输工具的接驳系统及方法，包括闸板阀装置、至少一个复压阀、至少一个抽真空设备和至少一个密封门，均设置在管道上；闸板阀装置设置在某段管道两端，包括闸板阀和闸板阀作动结构，所述的闸板阀由至少两级不同面积的闸板分阀组成。本发明通过设计优化了阀板阀与打开方式，通过采用分级开启阀板阀，可在闸板阀两侧压力差较大时，先开启面积较小的阀板阀分阀，使闸板阀两侧形成贯通通道，当两侧压力逐渐均衡过程中，再依次打开面积较大的阀板阀分阀，避免了闸板阀压力均衡所需时间长，且由于闸板阀的阀板通径较大，开启作用力大及开启速度慢的问题，做到接驳系统的快速性，满足阀板阀快速开启。

Description

一种管道悬浮运输工具的接驳系统及方法
技术领域
本发明涉及一种管道悬浮运输工具的接驳系统及方法，属于真空管道运输技术领域。
背景技术
管道列车是一种以列车为载体，利用超导磁悬浮技术实现列车与地面脱离接触消除摩擦阻力，利用内部接近真空的管道线路大幅减少空气阻力，从而实现列车理论时速超过1000km/h的全新运输系统。可以极大拉近城市间的时空距离，同时具有不受天气条件影响，不受空管流量限制，与城市轨道系统无缝接驳等诸多优点。目前，世界主要经济科技强国已经开展相关技术研究和产业化发展。具有代表性的有美国Hyperloop One公司，从2015年起开展真空管道列车的研究，并获得387km/h的试验速度。
目前管道列车的车站接驳装置主要有以下几种方式：
1)廊桥方案，如专利一种用于真空管道交通的接驳走廊(申请号200710049111.1)采用伸缩式廊桥方案，在接驳管道设有一段嵌入真空管道内的伸缩式廊桥，伸缩廊桥由伸缩机构驱动，其前端与车门配合且设有密封条，伸缩廊桥后部设有密封门，同时设有一个气阀。列车进站伸缩廊桥与车门对接，气阀打开气压平衡后，密封门再打开，乘客走出列车。列车出站时，关闭车门与气阀、密封门，将密封门与车门的过渡空间抽真空，伸缩廊桥撤回。
2)过渡舱体，如专利一种真空管道磁悬浮列车真空接驳系统(申请号201810224890.2)采用过渡舱体，在正线管道旁加设辅助管道，在辅助管道上建立接驳过渡舱来使管道内与管道外的气体联通，车辆从正线行驶到接驳过渡舱方便乘客上下，完成接驳后将过渡舱抽成真空，与正线相连，车辆再返回行驶到正线。
上述接驳装置存在以下缺陷：
1)接驳伸缩式廊桥方案，要求伸缩廊桥与车门必须精准对接技术难度高；对接廊桥接口结构密封性要求较高，技术难度高、成本高；不易布置逃生口与维修通道；廊桥结构占用管道内空间，空间利用率差。
2)加设辅助管道与过渡舱方案，辅助管道所需占用额外空间，所需场地空间大；增加了辅助管道过渡舱建设成本，成本高。
3)上述两种方案中密封门或阀门打开时，需要先平衡两边压力，在两边压力相差不大于1000Pa时才可以打开，故密封门或阀门开启速度较低，所需作用力大、时间消耗长。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种密封门或阀门开启速度快、减少空间占用和辅助管道建设成本、提高安全性与维修性的管道悬浮运输工具的接驳系统及方法。
本发明的技术解决方案：一种管道悬浮运输工具的接驳系统，包括闸板阀装置、至少一个复压阀、至少一个抽真空设备和至少一个密封门，均设置在管道上；
所述的闸板阀装置设置在某段管道两端，包括闸板阀和闸板阀作动结构，所述的闸板阀由至少两级不同面积的闸板分阀组成，接驳时，闸板阀在闸板阀作动结构作用下闭合并密封，将该段管道从运输管道中密封隔离开，复压阀开启，使该段管道内压力恢复常压，密封门开启与外界建立进出通道；完成接驳后，密封门关闭，抽真空设备开启，闸板阀开启采用闸板分阀分级方式，根据闸板分阀面积依次按面积增大顺序在闸板阀作动结构作用下开启，该段管道与运输管道连通。
所述的接驳系统设置在运输管道的站台处和设计所需处(根据设计需要设置安全通道和维修通道的地方)。
所述的闸板阀支撑结构将闸板分阀水平方向开启或关闭。
所述的闸板阀与管道连接处密封。
所述的密封门设置在站台处管道两端。
所述的站台处管道设置密封的安全门和维修口。
一种管道悬浮运输工具的接驳方法，通过以下步骤实现：
接驳时，闸板阀在闸板阀作动结构作用下闭合并密封，将某段管道从运输管道中密封隔离开，形成密闭管道，复压阀开启，使该段管道内压力恢复常压，密封门开启与外界建立进出通道；
完成接驳后，密封门关闭，抽真空设备开启，闸板分阀开启采用分级方式，先开启面积最小的闸板分阀，待闸板阀两端压力均衡后，再依次根据闸板分阀面积大小开启，使该段管道与运输管道连通。
所述闸板分阀的最小面积通过以下步骤设计：
A1、通过公式
Figure BDA0002033059050000031
确定开启允许压差，
其中t最小面积的闸板分阀等待开启时间(指标设计值)，Sp为抽真空设备的抽速，V为密闭通道的容积，Pi为开始抽真空时密闭管道内的压力，P＝Pj+ΔP，Pj为密闭管道外的压力，ΔP为开启允许压差；
A2、根据步骤A1确定的开启允许压差ΔP和选择的闸板阀作动结构，确定最小面积。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明通过设计优化了阀板阀与打开方式，通过采用分级开启阀板阀，可在闸板阀两侧压力差较大时，先开启面积较小的阀板阀分阀，使闸板阀两侧形成贯通通道，当两侧压力逐渐均衡过程中，再依次打开面积较大的阀板阀分阀，避免了闸板阀压力均衡所需时间长，且由于闸板阀的阀板通径较大，开启作用力大及开启速度慢的问题，做到接驳系统的快速性，满足阀板阀快速开启；
(2)本发明将管道两侧用闸板阀密封后，采用直接复压，通过打开复压将管道内回复常压，工程上真空系统的复压阀已经大量应用，简单可靠，避免了采用对接廊桥要重新研发管道对接廊桥以及对接廊桥的密封性问题；
(3)本发明没有单独增加辅助管道，节省了空间，占用体积大大减少，同时省去了辅助管道所需要的建设成本和列车进入辅助管道和从辅助管道回到正线的时间；
(4)本发明可在管道上根据逃生口与维修通道需要进行设置，增加了系统的安全性、可靠性、维修性；
(5)本发明尽量少的占用管道外部和内部的空间，同时也减少空间占用和辅助管道建设成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明实施例闸板阀装置主视图；
图3为本发明实施例闸板阀装置侧视图；
图4为本发明实施例闸板阀装置后视图；
图5为本发明实施例闸板阀装置俯视图；
图6为本发明另一闸板阀设计实例。
具体实施方式
本发明提供一种管道悬浮运输工具的接驳系统，包括闸板阀装置、至少一个复压阀、至少一个抽真空设备和至少一个密封门，均设置在管道上。接驳系统设置在运输管道的站台处和设计所需处，如根据设计需要设置安全通道和维修通道的地方。
闸板阀装置设置在某段管道两端，包括闸板阀、闸板阀固定安装板和闸板阀作动结构，闸板阀由至少两级不同面积的闸板分阀组成，接驳时，闸板阀在闸板阀作动结构作用下闭合并密封，将该段管道从运输管道中密封隔离开，复压阀开启，使该段管道内压力恢复常压，密封门开启与外界建立进出通道；完成接驳后，密封门关闭，抽真空设备开启，闸板分阀开启采用分级方式，根据闸板分阀面积依次按面积增大顺序在闸板阀作动结构作用下开启，该段管道与运输管道连通。
进一步，本发明还提供一种管道悬浮运输工具的接驳方法，通过以下步骤实现：
接驳时，闸板阀在闸板阀作动结构作用下闭合并密封，将某段管道从运输管道中密封隔离开，形成密闭管道，复压阀开启，使该段管道内压力恢复常压，密封门开启与外界建立进出通道；
完成接驳后，密封门关闭，抽真空设备开启，闸板分阀开启采用分级方式，根据闸板分阀面积依次按面积增大顺序在闸板阀作动结构作用下开启，该段管道与运输管道连通。
实施例
本实例以安装在站台的接驳系统为例，如图1所示，接驳系统包括闸板阀装置2、复压阀4、抽真空设备5和密封门3，均设置在管道1上。
闸板阀装置2如图2、3、4、5所示，包括闸板阀、闸板阀固定安装板23和闸板阀作动结构7、8，闸板阀由两级不同面积S1、S2的闸板分阀22、21组成，闸板分阀和闸板阀作动结构安装在闸板阀固定安装板上，闸板阀固定安装板与管道1固连。
在悬浮运输工具在站台停靠后，如图3所示，闸板阀(闸板分阀22、21一起)在闸板阀作动结构7作用下闭合并密封，将站台处的管道从运输管道1中隔离开，在悬浮运输工具从站台离开前，闸板阀在闸板阀作动结构7、8作用下开启，站台处的管道与运输管道连通。
闸板分阀21、22开启采用分级方式，先开启面积最小的闸板分阀22、待闸板阀两侧的压力均衡后，再开启面积较大的闸板分阀21。闸板分阀的级数设置不少于2级，具体级数根据设计实际需要确定，级数设计越多，对闸板阀作动结构的要求越宽松，每级开启所需作用力相应减少，但闸板阀作动结构要增加，整个机械结构复杂。工程中一般2级即可满足要求，在第一级闸板分阀开启后，形成贯通通道，管道两端的压力会迅速平衡，第二级闸板分阀开启较为容易。
由于管道截面一般为圆形，闸板分阀一般也设计成同心圆结构，从中心对称分布，也可设计成其他对称形状，面积小的闸板分阀位置也可设置在较大面积的闸板分阀其他位置上，只要是对称分布即可，如图6所示，第一级闸板分阀22有四个对称分布的圆形闸板组成，开启时同时打开，但相应的面积闸板阀支撑结构会相应复杂。
闸板阀作动结构将闸板分阀水平方向开启或关闭。本发明闸板阀考虑整体密封，左右开启，若设计上下开启，则存在需克服重力额外做功，且存在因为闸板重量太大，作动器作用力不够，无法打开的弊端。闸板阀作动结构可采用液压作动器或电磁伺服作动器等现有产品，根据所需开启作用力选择型号。
如图3所示，闸板阀先通过作动器，沿左右方向分别开启S1区域实现两侧形成贯通通道，当两侧压力逐渐均衡过程中，依次开启S2区域，从而实现闸板阀的全部开启。
闸板阀与管道连接处进行密封设计，在闸板阀闭合时，使站台处管道密闭。闸板阀作动结构可采用液压作动器或电磁伺服作动器等现有结构，只要其行程和输出作用力满足各级闸板分阀打开即可。
复压阀在闸板阀闭合后，打开进气使站台处的管道内恢复至常压状态，可采用现有的结构。密封门在站台处的管道内恢复至常压状态时开启，与站台连通，形成上下车通道；在完成上下车后，密封门关闭。抽真空系统在密封门关闭后，用来抽取密闭管道内的空气，使其能达到第一级闸板分阀打开的要求，同时用于管道内真空度维持。
如图1所示，复压阀5一般设置在接驳系统安装的管道中部一侧，可以将两侧密封后管道内与管道外联通；管道两端设有进出站通道密封门3方便旅客正常上下车，同时管道设计由安全逃生门6用来解决紧急情况的安全逃生、维修；管道中部连接有抽真空系统5，密封门3密封后将管道内抽真空。
本实例还提供一种接驳方法，包括悬浮运输工具进站和出站两个步骤：
悬浮运输工具进站步骤，
悬浮运输工具进站停靠后，站台处管道两端的闸板阀关闭，站台处管道形成密封管道；
密封管道内通过复压阀进气恢复至常压状态，站台处管道上设置的密封门开启，悬浮运输工具的密封车门开启，形成进、出站通道，完成上下车；
悬浮运输工具出站步骤，
完成上下车后，悬浮运输工具的密封车门关闭，站台处管道上设置的密封门关闭，进、出站通道关闭；
真空泵启动，待站台处的管道内达到设定压差后，闸板阀按照闸板分阀面积依次按面积增大顺序分级开启；
闸板阀开启完成后，悬浮运输工具出站。
紧急情况下开启安全逃生门6，正常维修时从维修口进入，不影响乘客正常上下车。
S1面积设计如下：
1、根据公式
Figure BDA0002033059050000081
计算闸板阀两侧的压差，
其中t为最小面积的闸板分阀等待开启时间，指标设计值，一般设计不超过3分钟，Sp为抽真空设备的抽速，一般为10m3/s，根据需要可以设置多台抽真空设备，加快抽速，V为密闭通道的容积。一般密封其管道体积在800m3左右，Pi为开始抽真空时密闭管道内的压力，一般为常压，P＝Pj+ΔP，Pj为密闭管道外的压力，一般在100Pa左右，ΔP为开启允许压差；
本实例中，t取2分钟，采用2台抽真空设备，得到开启允许压差ΔP约为5000N。
2、S1面积设计
根据公式ΔP×S1＜F×f/n，其中S1为最小面积，F为作动器作用力，f为滑动摩擦系数，n为安全系数，本实例中f取0.1，考虑作动器的安装空间，选择5KN电磁伺服作动器，其一般最大伸缩量为-50mm到+50mm，由于阀门是左右开启，考虑两倍的安全系数，根据公式ΔP×S1＜F×f/n得到S1＜0.05m2，S1面积选择0.0314m2，S1分阀阀门直径为100mm。
如图3所示，闸板阀先通过作动器8开启S1区域实现两侧形成贯通通道，当两侧压力逐渐均衡过程中，再通过作动器7开启S2区域，从而实现闸板阀的快速开启，列车恢复运行。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种管道悬浮运输工具的接驳系统，其特征在于：包括闸板阀装置、至少一个复压阀、至少一个抽真空设备和至少一个密封门，均设置在管道上；
所述的闸板阀装置设置在某段管道两端，包括闸板阀和闸板阀作动结构，所述的闸板阀由至少两级不同面积的闸板分阀组成，接驳时，闸板阀在闸板阀作动结构作用下闭合并密封，将该段管道从运输管道中密封隔离开，复压阀开启，使该段管道内压力恢复常压，密封门开启与外界建立进出通道；完成接驳后，密封门关闭，抽真空设备开启，闸板阀开启采用闸板分阀分级方式，根据闸板分阀面积依次按面积增大顺序在闸板阀作动结构作用下开启，该段管道与运输管道连通。
2.根据权利要求1所述的一种管道悬浮运输工具的接驳系统，其特征在于：所述的接驳系统设置在运输管道的站台处和设计所需处。
3.根据权利要求1所述的一种管道悬浮运输工具的接驳系统，其特征在于：所述的闸板阀支撑结构将闸板分阀水平方向开启或关闭。
4.根据权利要求1所述的一种管道悬浮运输工具的接驳系统，其特征在于：所述的闸板阀与管道连接处密封。
5.根据权利要求2所述的一种管道悬浮运输工具的接驳系统，其特征在于：所述的密封门设置在站台处管道两端，所述的站台处管道设置密封的安全门和维修口。
6.根据权利要求1所述的一种管道悬浮运输工具的接驳系统，其特征在于：所述的闸板分阀最小面积通过以下步骤确定，
A1、通过公式
Figure FDA0002033059040000011
确定开启允许压差，
其中t最小面积的闸板分阀等待开启时间(指标设计值)，Sp为抽真空设备的抽速，V为密闭通道的容积，Pi为开始抽真空时密闭管道内的压力，P＝Pj+ΔP，Pj为密闭管道外的压力，ΔP为开启允许压差；
A2、根据步骤A1确定的开启允许压差ΔP和选择的闸板阀作动结构，确定最小面积。
7.根据权利要求6所述的一种管道悬浮运输工具的接驳系统，其特征在于：所述步骤A2根据公式ΔP×S1＜F×f/n确定最小面积S1，其中F为作动器作用力，f为滑动摩擦系数，n为安全系数。
8.一种管道悬浮运输工具的接驳方法，其特征在于，通过以下步骤实现：
接驳时，闸板阀在闸板阀作动结构作用下闭合并密封，将某段管道从运输管道中密封隔离开，形成密闭管道，复压阀开启，使该段管道内压力恢复常压，密封门开启与外界建立进出通道；
完成接驳后，密封门关闭，抽真空设备开启，闸板分阀开启采用分级方式，先开启面积最小的闸板分阀，待闸板阀两端压力均衡后，再依次根据闸板分阀面积大小开启，使该段管道与运输管道连通。
9.根据权利要求8所述的一种管道悬浮运输工具的接驳方法，其特征在于所述闸板分阀的最小面积通过以下步骤设计：
A1、通过公式
Figure FDA0002033059040000021
确定开启允许压差，
其中t最小面积的闸板分阀等待开启时间(指标设计值)，Sp为抽真空设备的抽速，V为密闭通道的容积，Pi为开始抽真空时密闭管道内的压力，P＝Pj+ΔP，Pj为密闭管道外的压力，ΔP为开启允许压差；
A2、根据步骤A1确定的开启允许压差ΔP和选择的闸板阀作动结构，确定最小面积。
10.根据权利要求9所述的一种管道悬浮运输工具的接驳方法，其特征在于所述步骤A2根据公式ΔP×S1＜F×f/n确定最小面积S1，其中F为作动器作用力，f为滑动摩擦系数，n为安全系数。
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