CN113994048A - 真空管铁路系统 - Google Patents

Abstract

真空管铁路系统，其包括安装在地面支撑物(4)上的真空管(18)，安装在形成所述真空管(18)的壁(20)内用于引导磁悬浮列车(8)的磁悬浮铁路轨道(10)，真空管(18)沿地面支撑物分段组装，真空管的多个段中的至少一些通过膨胀接头(22)连接在一起，膨胀接头配置为用于气密地密封所述管段之间的膨胀间隙。膨胀接头(22)包括至少第一支撑板和第二支撑板(26a、26b)，第一支撑板和第二支撑板安装在管壁(20)的外表面，第一支撑板固定到真空管的第一段(18a)且第二支撑板(26b)固定到真空管的第二段(18b)，支撑板在大于最大膨胀间隙(G)的长度(L1)上在膨胀间隙上纵向延伸，第一支撑板和第二支撑板相对于彼此可滑动地安装，膨胀接头还包括在支撑板的外侧上延伸的弹性密封层(30)。密封层结合到壁的外表面并在支撑板上完全延伸，密封层配置为当真空管内压力低于大气压时，密封膨胀间隙。

Description

真空管铁路系统

技术领域

本发明涉及磁悬浮铁路系统。在特定应用中，磁悬浮铁路系统可以集成到现有的铁路网或公路网中。

背景技术

众所周知，可以对现有的车轮列车铁路网进行改进以使其包括用于磁悬浮列车的铁路轨道。使用现有铁路轨道基础设施在降低实施成本和时间方面仍具有显著优势，尽管由于现有基础设施通常未针对磁悬浮系统进行优化，仍需要一些折衷方案。磁悬浮系统在真空管中实施时具有特别高的性能，可减少空气摩擦并允许增加速度并降低能耗。易于实施是一个重要因素，尤其是在对现有常规铁路轨道影响最小的情况下对现有网络进行改造以并入磁悬浮系统。考虑到现有铁路轨道可能有各种表面，压载的或非压载的，因此还需要考虑对铁路沿线这些不同表面的适应性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有磁悬浮的真空管铁路系统，其安装快速且容易，特别是在现有基础设施中。

有利的是，提供一种用于集成到现有基础设施中的真空管铁路系统，该系统可以快速部署在现有基础设施中并且可以容易地适应现有基础设施的变化条件。

本发明的目的已通过提供权利要求1所述的系统实现。

从属权利要求列举了本发明的各种有利特征。

本申请公开了一种真空管铁路系统，其包括安装在地面支撑物上的真空管，安装在形成真空管的壁内的磁悬浮铁路轨道，该轨道用于引导磁悬浮列车，真空管沿着地面支撑物分段组装，真空管的多个段中的至少一些通过膨胀接头连接在一起，该膨胀接头被配置为气密地密封所述管段之间的膨胀间隙。膨胀接头包括安装在管壁外表面上的至少第一和第二支撑板，第一支撑板固定到真空管的第一段，第二支撑板固定到真空管的第二段，支撑板在大于最大膨胀间隙(G)的长度(L1)上在膨胀间隙上纵向延伸，第一和第二支撑板相对于彼此可滑动地安装。膨胀接头还包括在支撑板的外侧上延伸的弹性密封层。密封层与壁的外表面结合并在支撑板上完全延伸，密封层配置为当真空管内的压力低于大气压时，将膨胀间隙进行密封。

在一个有利的实施方式中，膨胀接头还包括密封膜，该密封膜在大于最大膨胀间隙的纵向长度上在支撑板的外侧上延伸，该密封膜配置为防止密封层的材料进入所述支撑板和所述膨胀间隙之间的间隙。

在一个有利的实施方式中，密封层由弹性材料制成，该弹性体材料通过沉积工艺以流体状态原位沉积，该沉积工艺包括喷涂、注射和使用层沉积工具例如刷子或抹刀沉积中的任何一种或多种。

在一个有利的实施方式中，膨胀接头可进一步包括在密封膜沉积之前组装在支撑板顶部上的弹性材料，例如橡胶的片或带。

在一个有利的实施方式中，密封膜可以包括弹性聚合物或由弹性聚合物组成，该弹性聚合物包括聚脲、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、氢化丁腈橡胶(HNBR)和氟硅橡胶(FVMQ)以及硅树脂基弹性聚合物中的任何一种或多种。

在一个有利的实施方式中，密封膜由聚合物的片或带制成，该聚合物包括聚脲、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、氢化丁腈橡胶(HNBR)和氟硅橡胶(FVMQ)以及硅树脂基弹性聚合物中的任何一种或多种。

在一个有利的实施方式中，支撑板由金属片、HDPE或纤维增强树脂环氧树脂材料制成。

在一个有利的实施方式中，支撑板通过粘合剂连接到相应的真空管段的壁。

在一个有利的实施方式中，支撑板以可弯曲的扁平直线段的形式提供，例如在2到15米或更长的范围内，用于通过柔性地符合管的横截面轮廓而组装到管壁的外表面。

在一个有利的实施方式中，支撑板具有相互接合的齿，齿的长度(L1)大于最大膨胀间隙(G)。

在另一个实施方式中，支撑板跨过膨胀间隙并且在大于最大膨胀间隙(G)的重叠距离上相互重叠。

在一个有利的实施方式中，真空管由长度在8-40米之间的段制成。

在一个实施方式中，真空管由长度在8-18米之间，优选在12-16米之间的预制可运输段制成。

在一个实施方式中，真空管以长度在12-40米之间，优选长度在20-40米之间的段原位制造。

在一个有利的实施方式中，真空管段安装在具有压载表面的现有常规铁路轨道的地面支撑物上。

在一个实施方式中，真空管段安装在现有的钢轨上，还包括安装在钢轨和真空管壁之间的可变形隔板。定位肋可以固定在真空管壁的外侧并与钢轨的外侧接合。

在一个实施方式中，真空管段直接安装在压载表面上，可变形垫位于压载表面和管壁之间。

在一个实施方式中，管段安装在常规铁路轨道的现有铁路轨枕上，其中钢轨已拆除，支撑梁或块体安装在轨枕和管壁之间。

在一个实施方式中，铁路系统还包括支撑柱以及支撑横梁，支撑柱至少部分地埋在常规铁路轨道的现有轨枕之间的地面支撑物内，该支撑横梁配置为提供额外的支撑或通过障碍物，真空管安装在该横梁上。

在一个有利的实施方式中，铁路系统还包括线性电机，该线性电机包括经由连接支架安装到真空管壁的内侧的定子。

在一个有利的实施方式中，真空管的壁具有圆形或基本圆形的横截面形状。

根据权利要求书以及以下详细描述和附图，本发明的其他目的和有利方面是显而易见的。

附图说明

现在将参考附图来描述本发明，这些附图举例说明了本发明的实施方式，其中：

图1是根据本发明一个实施方式的真空管铁路系统的横截面示意图；

图2是另一个实施方式的与图1相似的视图；

图3是又一个实施方式的与图1和图2相似的视图；

图3a是图3的实施方式的一部分的详细视图，示出了真空管和现有轨道之间的连接；

图4是又一个实施方式的与图1、2和3相似的视图；

图5a是根据本发明一个实施方式的真空管铁路系统的管之间的接合界面的纵向截面示意图；

图5b和5c是图5a的界面的膨胀接头的一部分在膨胀(图5b)和收缩(图5c)状态下的俯视展开示意图。

具体实施方式

参考附图，根据本发明的实施方式的真空管铁路系统2包括磁悬浮列车8、引导列车8的真空管18和支撑真空管18的地面支撑物4。地面支撑物可以具有压载表面4a，换言之包括砾石和/或石头，或者可以具有混凝土、沥青或其他人造表面(未示出)的非压载表面。真空管铁路系统还包括安装在真空管18内部的磁悬浮铁路轨道10，所述磁悬浮铁路轨道10用于磁悬浮列车8，具有与磁悬浮轨道12配合的相应悬浮引导装置。

磁悬浮轨道12包括支撑轨12a，支撑轨12a在车辆通过磁悬浮力移动期间以非接触方式支撑铁路车辆的重量，如在磁悬浮车辆领域本身已知的。磁悬浮轨道12还可包括导轨12b以横向定位铁路车辆。各种其他配置也是可能的，例如倾斜悬浮导轨，其用于横向引导和竖直支撑车辆的重量，或者使横向导轨与重量支撑轨分离。

连接支架14将磁悬浮轨道12固定到真空管18的壁20的内侧。连接支架可以具有位置调节机构(未示出)，以相对于彼此和相对于线性电机16精确地定位磁悬浮铁路轨道，以便沿着真空管18准确地引导铁路车辆。

铁路系统管还包括线性电机16，线性电机16包括安装在真空管18中的定子17，以及安装在铁路车辆8上的互补移动元件19，其磁连接到定子19以沿着轨道10驱动铁路车辆。定子可以通过连接支架15安装到真空管壁20，从而允许调节定子17相对于磁悬浮轨道和铁路车辆的位置以准确地连接到磁悬浮轨道和铁路车辆。定子17通常可以包括线圈，例如安装在铁磁电枢中，产生与移动元件19中的永磁体或感应质量相互作用的磁场。在实施方式中，线性电机还可以具有无铁芯定子，这意味着线圈未安装在铁磁材料上。尽管线性电机力较小，但后一种解决方案在操作中更稳健且更经济。适用于磁悬浮铁路轨道的线性电机的各种配置本身是众所周知的，在此无需进一步描述。线性电机也可以集成在磁悬浮轨道中，而不是如图所示单独提供，这样的配置本身也是本领域已知的。

在真空管内，可提供维护平台24以供维护工人在维护操作期间在管内行进。

真空管18优选地包括圆柱形或基本上圆柱形的壁20，然而在不脱离本发明的精神的情况下可以提供其他横截面轮廓，例如多边形、正方形、椭圆的(elliptical)、椭圆形(oval)或其他非轴对称形状。然而，圆柱形(即圆形横截面)真空管18在许多应用中可能是最简单、最坚固的形状。

真空管18可以由管段制成，这些管段可以是预制部件，每个部件具有允许通过铁路或公路运输的长度。例如，管段的长度可以在8到40米的范围内，这些管段沿着地面支撑物4一个接一个地组装。这种管段的典型长度至少为管径的两倍，甚至为管径的10倍，因此对于4米的直径，管段可能从8米到40米不等。最典型地，管段优选地在12-16米长的范围内。

或者，管段，例如8-40米长，优选20-40米长，可以在现场或靠近铁路轨道制造，例如通过在钢筋骨架周围浇注混凝土。有一些浇筑机，例如沿着轨道移动以放置钢筋并使用模板或模具浇注混凝土。另一种现场管制造方法包括使用固定铸造机在轨道的一侧制造，该铸造机生产节段，然后这些节段被运输到轨道上安装它们的指定部分。

真空管壁的材料可以包括或由混凝土、钢或复合增强材料以及前述材料的组合构成。

真空管18的段可以安装在现有的或新铺设的地面支撑物上。现有的地面支撑物可能是为常规的铁路车辆设计的，可能有如图3所示的轮式铁路车辆轨道，或如图1和图2所示没有轨道(例如在安装真空管之前拆除轨道)。管-支撑物界面25可以安装在预制支撑物7例如安装在压载表面4a上的轨枕7a或横梁7b与管之间，以符合管的形状并且将管准确地定位在地面支撑物上。管-支撑物界面可包括支撑梁或支撑块体25，支撑梁或支撑块体25可单独定位在铁路轨枕上或纵向延伸越过两个或更多个铁路枕木。支撑梁或支撑块体被配置成与真空管底部的外形相符以牢固地固定真空管相对于地面支撑物4的位置。支撑梁或支撑块体可以由与轨枕6分开的部件制成并固定在其上，并且还可以包括柔顺的、弹性的或可变形的层以分散真空管在支撑梁上的压力，以及可选地阻尼真空管和地面之间的连接，以减少铁路车辆沿着磁悬浮铁路轨道运行时的振动和噪音。

在图2的实施方式中，在承载能力不足，需要更高稳定性的地面支撑物的情况下，除了轨枕之外，横梁7b可以安装在轨枕之间的压载地面中，并且可以进一步包括埋入并锚定在压载的地面支撑物中的支撑柱11以支撑横梁7b。这种带有支撑柱11的横梁7b也可用于将铁路管架起越过障碍物或跨过槽桥。

参考图3所示的实施方式，真空管18也可以定位在用于常规轮式铁路车辆的现有铁路轨道上。柔顺的、弹性的或可塑性变形隔板29或材料可定位在铁路轨道上，以分散铁路轨道和真空管之间的接触压力，并可选地减少铁路车辆在管内运行时的振动和噪音。可变形隔板29可以例如由橡胶或其他弹性材料制成，优选地用金属或复合线材或纤维加强。可变形隔板可以以例如至少2m直到例如100m的线性段提供，用于在将管段降低到轨道上之前铺设在钢轨道12上。本实施方式中的管-支撑物界面还可包括定位肋27，用于将管18定位和稳定在轨道21上。肋被配置为接合钢轨21的外侧边缘。取决于管壁20的制成材料，定位肋可以以不同方式固定到管18，例如通过焊接、粘合剂结合(例如甲基丙烯酸甲酯(MMA)粘合剂或树脂基粘合剂)，或使用螺钉或锚固件(在混凝土中)安装。肋可以以例如不小于0.5m的间距安装，由此对于真空管18的防风的直段，间距甚至可以高达6-12米。

参照图4所示的实施方式，真空管也可以直接安装在压载的支撑物上，而无需轨枕或已移除常规现有铁路轨道的轨枕。柔顺的、弹性的或可塑性变形的材料层被铸造或定位为真空管的接触表面部分和地面支撑物之间的垫。适合后一种功能的材料可以包括各种弹性体和橡胶、聚乙烯、沥青、土工织物或这些材料的组合。

现在参考图5a至5c，示出了本发明的一个方面的实施方式。图5a示出了管的两个组装部分之间的接合界面的纵向截面图(即沿着平行于真空管的中心线的方向)。图5b和5c是处于展开(即平坦)状态的界面的膨胀接头的一部分的俯视图。真空管以通常在8到40米长之间的段提供，因此在预制或现场制造的段之间具有界面。某些界面可以以基本刚性的气密方式结合在一起以形成更长的段(例如16到80米)，这些段通过界面连接在一起，界面被配置为允许管18相对于安装有管的地面支撑物4热膨胀和收缩。必须能够调整管的至少某些管段之间的一些膨胀，不一定在每个段之间调整，而是根据地面类型和安装位置的昼夜或季节性温度变化定期进行调整。

根据本发明的一个方面，膨胀接头22安装在真空管20的壁20的外侧，环绕界面。膨胀接头确保真空管18内部的气密密封，同时允许管18的相邻管段之间规定的最大膨胀量。

根据有利的实施方式，膨胀接头至少包括第一和第二支撑板26a、26b，第一支撑板26a连接到真空管18a的第一管段，第二支撑板26b连接到真空管18b的第二管段，其中真空管18b组装到第一管段。支撑板26a、26b可以有利地由金属板制成，例如铜、铝或钢板。支撑板26a、26b也可以由耐用的聚合物制成，例如高密度聚乙烯(HDPE)，或由复合材料制成，所述复合材料以与经受膨胀的管的并列端管段之间的最大界面重叠的方式结合、焊接、铆接或拧到管的对应管段。在一个优选实施方式中，支撑板用粘合剂层33粘合到管壁20的外表面。

如图5b至5c所示，支撑板可设有相互接合的指状件32a、32b，其长度L1大于受管18a、18b之间的膨胀运动影响的最大规定膨胀间隙G。因此，指状件的纵向长度L1大于真空管18工作范围的最大膨胀间隙G。支撑板可以例如由诸如铜或HDPE之类的延展性材料制成，其在真空管段的原位安装期间可以容易地形成并结合到真空管壁20的外侧。

在另一个实施方式(未示出)中，支撑板可以设置为没有相互接合的指状件，而是处于重叠关系，最大重叠的长度大于最大膨胀间隙G。

密封膜28可以定位在支撑板26a、26b之上，特别是支撑板之间的界面之上，使得密封膜28延伸跨过并超出膨胀间隙G。密封膜可以有利地包括非常有弹性的聚合物材料，例如能够超过100％，例如高达1000％的弹性应变的聚脲。可以使用其他密封材料，例如甲基丙烯酸甲酯(MMA)。密封膜可以包括多层多材料结构，例如由粘合在外壁上的橡胶层制成的底层主密封层，或热收缩聚合物，以及弹性材料如聚脲或MMA的喷涂或沉积的外涂层。

密封膜28覆盖支撑板之间的接缝，并允许一种或多种密封材料30以浇注、喷涂、注入、沉积或其他方式形成在支撑板26a、26b上，同时防止所述密封材料进入支撑板之间的间隙和进入壁20的端部之间的间隙。因此，支撑板在最大膨胀距离上保持相对于彼此可滑动。密封层30在相应支撑板26a、26b的两端纵向延伸并且与两个段18a、18b的真空管的壁20的外表面接触，从而提供围绕支撑板和密封膜28的密封。真空管的外部和内部之间的压力差在密封层30上产生抵靠真空管壁20外部的压力以确保气密密封。基本刚性的支撑板26a、26b保持跨过最大膨胀间隙G的密封膜的刚度，以确保真空管段18a、18b能够相对于彼此纵向移动，而不会使得材料插入膨胀间隙中而导致材料被夹在真空管段之间阻碍其进一步移动。换言之，跨过真空管外表面上的膨胀间隙延伸的支撑板确保膨胀间隙保持无材料，并且可以在最大规定膨胀距离G上自由移动。

标记列表

铁路系统2

轨道地面支撑物4

压载(砾石，石头)4a

非压载(混凝土，沥青)

预制支撑物7

轨枕7a

横梁7b

支撑柱11

管-支撑物界面

支撑梁/块体25

可变形垫31

可变形(弹性)隔板29

定位肋27

磁悬浮列车8

悬浮装置

磁悬浮铁路轨道10

悬浮铁路轨道12

导轨12b

支撑轨12a

连接支架14

线性电机16

连接支架15

定子17

电枢

线圈

移动元件19

永磁体

感应板

真空管18

壁20

膨胀接头22

支撑板26a，26b

相互接合的齿32，32a，32b

粘合剂33

密封膜28

密封层30

维护平台24

最大膨胀间隙G(真空管之间)

支撑板齿的长度L1

Claims (22)

1.真空管铁路系统，其包括真空管(18)，所述真空管安装在地面支撑物(4)上，磁悬浮铁路轨道(10)，所述磁悬浮铁路轨道安装在形成所述真空管(18)的壁(20)内，用于引导磁悬浮列车(8)，所述真空管(18)沿地面支撑物分段组装，真空管的多个段中的至少一些通过膨胀接头(22)连接在一起，所述膨胀接头配置为用于气密地密封所述管段之间的膨胀间隙，其特征在于，膨胀接头(22)包括至少第一支撑板和第二支撑板(26a、26b)，所述第一支撑板和第二支撑板安装在管壁(20)的外表面，第一支撑板固定到真空管的第一段(18a)以及第二支撑板(26b)固定到真空管的第二段(18b)，所述支撑板在大于最大膨胀间隙(G)的长度(L1)上在膨胀间隙上纵向延伸，所述第一支撑板和所述第二支撑板相对于彼此可滑动地安装，所述膨胀接头还包括在支撑板的外侧上延伸的弹性密封层(30)，所述密封层结合到所述壁的外表面并在所述支撑板上完全延伸，所述密封层配置为当真空管内压力低于大气压时，将膨胀间隙进行密封。

2.根据前述权利要求所述的真空管铁路系统，其中，所述膨胀接头(22)还包括密封膜(28)，所述密封膜在大于最大膨胀间隙的纵向长度上在支撑板(26a、26b)的外侧上延伸，所述密封膜配置为防止密封层(30)的材料进入所述支撑板与所述膨胀间隙之间的间隙。

3.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，其中，所述密封层由弹性材料制成，所述弹性材料通过沉积工艺以流体状态在原位沉积，所述沉积工艺包括喷涂、注射和使用层沉积工具例如刷子或抹刀沉积中的任何一种或多种。

4.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，其中，所述膨胀接头(22)可进一步包括弹性材料例如橡胶的片或带，所述片或带在密封膜(28)沉积之前组装在支撑板的顶部上。

5.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，其中，所述密封膜可以包括弹性聚合物或由弹性聚合物组成，所述弹性聚合物包括聚脲、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、氢化丁腈橡胶(HNBR)和氟硅橡胶(FVMQ)以及硅树脂基弹性聚合物中的任何一种或多种。

6.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，其中，所述密封膜(28)由聚合物的片或带制成，所述聚合物包括聚脲、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、氢化丁腈橡胶(HNBR)和氟硅橡胶(FVMQ)以及硅树脂基弹性聚合物中的任何一种或多种。

7.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，其中，所述支撑板(26a、26b)由金属片、HDPE或纤维增强树脂环氧树脂材料制成。

8.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，其中，所述支撑板通过粘合剂(33)连接到相应的真空管段的壁(20)。

9.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，其中，所述支撑板以可弯曲的扁平直线段的形式提供，例如在2到15米或更长的范围内，用于通过柔性地符合管的横截面轮廓而组装到管壁的外表面。

10.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，其中，所述支撑板(26a、26b)具有相互接合的齿(32a、32b)，所述齿的长度(L1)大于所述最大膨胀间隙(G)。

11.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，其中，所述支撑板跨过所述膨胀间隙并且在大于最大膨胀间隙(G)的重叠距离上相互重叠。

12.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，其中，所述真空管由长度在8-40米之间的段制成。

13.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，其中，所述真空管由长度在8-18米之间，优选在12-16米之间的预制可运输段制成。

14.根据权利要求12所述的真空管铁路系统，其中，所述真空管以长度在12-40米之间，优选长度在20-40米之间的段原位制造。

15.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，其中，真空管段安装在现有常规铁路轨道的地面支撑物上，所述现有常规铁路轨道具有压载表面(4a)。

16.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，其中，所述真空管段安装在现有的钢轨(21)上，还包括安装在所述钢轨(21)和所述真空管壁(20)之间的可变形隔板(29)。

17.根据前述直接两个权利要求中任一项所述的真空管道系统，还包括定位肋(27)，所述定位肋固定在真空管壁(20)的外侧并与所述钢轨(21)的外侧接合。

18.根据权利要求15所述的真空管铁路系统，其中，所述真空管段直接安装在压载表面上，可变形垫(31)位于所述压载表面和所述管壁之间。

19.根据权利要求15所述的真空管铁路系统，其中，所述管段安装在传统铁路轨道的现有铁路轨枕(7a)上，其中，所述常规铁路轨道中钢轨已拆除，支撑梁或块体(7a)安装在所述轨枕和所述管壁之间。

20.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，还包括支撑柱(11)和支撑横梁(7b)，所述支撑柱至少部分埋在常规铁路轨道的现有轨枕之间的地面支撑物内，所述支撑横梁配置为提供额外支撑或用于通过障碍物，所述真空管安装在所述横梁上。

21.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，还包括线性电机(16)，所述线性电机包括定子(17)，所述定子通过连接支架(15)安装到所述真空管壁的内侧。

22.根据前述权利要求任一项所述的真空管铁路系统，其中，所述真空管的壁具有圆形或基本上圆形的横截面形状。

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