RU2721024C2 - Method of reducing shaped resistance of air to movement of vehicle inside tunnel and pipe type transport pipeline owing to arrangement of external air exchange and device for implementation thereof - Google Patents

Method of reducing shaped resistance of air to movement of vehicle inside tunnel and pipe type transport pipeline owing to arrangement of external air exchange and device for implementation thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2721024C2
RU2721024C2 RU2019101256A RU2019101256A RU2721024C2 RU 2721024 C2 RU2721024 C2 RU 2721024C2 RU 2019101256 A RU2019101256 A RU 2019101256A RU 2019101256 A RU2019101256 A RU 2019101256A RU 2721024 C2 RU2721024 C2 RU 2721024C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
vehicle
conveyor
transport
systems
Prior art date
Application number
RU2019101256A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019101256A3 (en
RU2019101256A (en
Inventor
Олег Николаевич Ларин
Александр Викторович Боков
Original Assignee
Олег Николаевич Ларин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Николаевич Ларин filed Critical Олег Николаевич Ларин
Priority to RU2019101256A priority Critical patent/RU2721024C2/en
Publication of RU2019101256A publication Critical patent/RU2019101256A/en
Publication of RU2019101256A3 publication Critical patent/RU2019101256A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2721024C2 publication Critical patent/RU2721024C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61BRAILWAY SYSTEMS; EQUIPMENT THEREFOR NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61B13/00Other railway systems
    • B61B13/08Sliding or levitation systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61BRAILWAY SYSTEMS; EQUIPMENT THEREFOR NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61B13/00Other railway systems
    • B61B13/10Tunnel systems

Abstract

FIELD: transportation.
SUBSTANCE: invention relates to a high-speed transport system of tunnel and pipe type. Method of reducing shaped resistance of air to vehicle movement inside insulated transport-conducting structure of tunnel and pipe type is characterized by the fact that vacuum is not created in inner cavity of transport-conducting structure. In order to redistribute air from the front part of the inner cavity of the transport line located in the direction of movement of the vehicle, an external air exchange device is used in the rear part of the inner cavity. Operation of elements of air-exchange systems of the device is automatically adjusted considering speed of vehicle and its location in transport line. Proposed device comprises air accumulator, at least one component of air discharge system and at least one component of air blowing system.
EFFECT: higher efficiency and safety of high-speed transport systems.
2 cl, 7 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к сфере высокоскоростных транспортных систем тоннельного и трубного типа, в которых для снижения профильного сопротивления движению транспортного средства организуется процесс воздухообмена между передней и задней частями внутренней полости транспортопроводящей конструкцииThe present invention relates to the field of high-speed transport systems of tunnel and pipe type, in which, to reduce the profile resistance to the movement of the vehicle, an air exchange process is organized between the front and rear parts of the internal cavity of the conveying structure

Уровень техникиState of the art

На сегодняшний день известны различные концептуальные варианты высокоскоростных транспортных систем тоннельного и трубного типа, которые проектируются для перевозки грузов и пассажиров со скоростью более одной тысячи километров в час. Наибольшей популярностью в среде разработчиков пользуются вакуумные транспортные системы с герметичными транспортопроводами, из которых воздух, создающий сопротивление движению транспортного средства в изолированном пространстве, откачивается при помощи компрессорных установок (Evacuated tube transport). Для безопасной перевозки грузов и пассажиров в вакуумные транспортные системы необходимо использовать специализированный подвижный состав с прочным герметичным корпусом, способным сохранять атмосферное давление внутри салона при значительно ниже атмосферного давлении снаружи корпуса - внутри транспортопровода. К главным конкурентным преимуществам вакуумных транспортных систем, по сравнению с другими видами транспортных систем, относятся: высокая скорость движения транспортного средства при низких эксплуатационных расходах (так как в безвоздушном пространстве подвижной став не тратит энергию на преодоление силы сопротивления встречного воздушного потока); независимость работы от метеорологических условий (ветра, тумана, осадков); исключение столкновений движущихся транспортных средств.To date, various conceptual options for high-speed transport systems of tunnel and pipe type are known, which are designed for the transport of goods and passengers at a speed of more than one thousand kilometers per hour. The most popular among developers are vacuum transport systems with sealed transport pipelines, of which air, which creates resistance to vehicle movement in an isolated space, is pumped out using compressor units (Evacuated tube transport). For the safe transportation of goods and passengers to vacuum transport systems, it is necessary to use a specialized rolling stock with a strong sealed enclosure capable of maintaining atmospheric pressure inside the cabin at significantly lower atmospheric pressure outside the enclosure - inside the conveyor. The main competitive advantages of vacuum transport systems, compared with other types of transport systems, include: high vehicle speed at low operating costs (since in the airless space the mobile stand does not spend energy to overcome the drag force of the oncoming air flow); independence of work from meteorological conditions (wind, fog, precipitation); elimination of collisions of moving vehicles.

Преимущественной сферой применения вакуумных транспортных систем являются перевозки грузов и пассажиров на магистральных сообщениях между крупными мегаполисами. На таких маршрутах вакуумные транспортные системы способны конкурировать с воздушным транспортом, потому что самолет тратит время и энергию для подъема на высоту с низкой плотностью воздушной среды. В свою очередь транспортное средство при движении в вакуумных транспортных системах переходит в аналогичный режим работы (с низкой плотностью встречного воздушного потока) без дополнительных потерь времени, так как транспортопровод располагается на поверхности или незначительно ниже уровня земли. Наибольший эффект от эксплуатации вакуумных транспортных систем может быть получен при их интеграции с городскими транзитными системами, в частности, метрополитеном, пригородными поездами [1-3].The preferred area of application for vacuum transport systems is the transportation of goods and passengers on trunk lines between major cities. On such routes, vacuum transport systems are able to compete with air transport, because the aircraft spends time and energy to climb to a height with a low density of air. In turn, the vehicle when moving in vacuum transport systems enters a similar mode of operation (with a low density of the oncoming air flow) without additional time losses, since the conveyor is located on the surface or slightly below ground level. The greatest effect from the operation of vacuum transport systems can be obtained by their integration with urban transit systems, in particular, subway, commuter trains [1-3].

Общая структура вакуумных транспортных систем и принцип их работы раскрываются при помощи графических изображений, приведенных на фиг. 1, 2 и 3. Изолированный от внешней окружающей среды транспортопровод состоит из корпуса (1) и транспортопроводящего пути (2), по которому происходит движение транспортного средства (3). Стрелка (9) показывает направление движения транспортного средства. Компрессорная установка (10) откачивает воздушную смесь (7) из внутренней полости транспортопровода.The general structure of vacuum transport systems and the principle of their operation are disclosed using graphic images shown in FIG. 1, 2 and 3. Isolated from the external environment, the transport pipeline consists of a building (1) and a transport path (2) along which the vehicle (3) moves. The arrow (9) shows the direction of travel of the vehicle. The compressor unit (10) pumps out the air mixture (7) from the internal cavity of the conveyor.

Транспортопровод разделяется на два типа участков - станционные (12) и скоростные (14). Станционные участки могут быть совмещенными со скоростными участками, как показано на фиг. 2, и располагаться на одной оси с ними, либо, могут быть обособлены от скоростных участков, как показано на фиг. 3, и соединяться с ними посредством переходных тоннелей (19). Станционные участки представляют собой герметичные шлюзовые камеры, соединяющие скоростные участки с внешними терминалами (16). Станционные участки отгорожены входными и выходными воротами (15) и (18) гильотинного типа.The pipeline is divided into two types of sections - station (12) and high-speed (14). Station sections can be aligned with speed sections as shown in FIG. 2, and located on the same axis with them, or, can be isolated from the speed sections, as shown in FIG. 3, and connect to them through transition tunnels (19). Station sections are hermetic lock chambers connecting high-speed sections to external terminals (16). Station sections are fenced off by the entrance and exit gates (15) and (18) of the guillotine type.

Процесс транспортировки в вакуумных транспортных системах начинается с поступления пассажиров (грузов) из терминала (17) через ворота (18) на станционный участок (12) для их посадки-высадки (погрузки-разгрузки) в транспортное средство. В этот момент ворота (15) станционного шлюза (12) закрыты. После завершения указанных выше начально-конечных операций ворота терминала (18) перекрываются. Со стороны направления движения транспортного средства открываются ворота станционного участка (15), через них транспортное средство переходит в скоростной участок (14). Затем ворота (15) закроются, и транспортное средство начнет движение по скоростному участку в разреженной воздушной среде. Для этого предварительно, то есть до начала движения транспортного средства, из внутренней полости скоростного участка транспортопровода должен быть откачан воздух. Пределы снижения давления устанавливаются конструктивными особенности вакуумных транспортных систем.The transportation process in vacuum transport systems begins with the arrival of passengers (goods) from the terminal (17) through the gate (18) to the station section (12) for their pick-up / drop-off (loading-unloading) into the vehicle. At this moment, the gate (15) of the station lock (12) is closed. After completion of the above initial-final operations, the gates of the terminal (18) are closed. From the direction of the vehicle’s direction, the gates of the station section (15) open, through which the vehicle passes to the high-speed section (14). Then the gate (15) will be closed, and the vehicle will begin to move along the high-speed section in a rarefied air environment. To do this, previously, that is, before the vehicle begins to move, air must be pumped out of the internal cavity of the high-speed section of the transport pipeline. Pressure reduction limits are set by the design features of vacuum transport systems.

Первые прототипы вакуумных транспортных систем, основанные на вакуумном способе снижения силы сопротивления воздуха движению транспортного средства в герметичном транспортопроводе, появились более ста лет назад. Например, российский ученый Борис Вейнберг и американский инженер Роберт Годдард (Robert Н. Goddard) независимо друг от друга предложили организовать движение транспортного средства на высокой скорости внутри трубы, из которой должен быть откачен воздух [4-5].The first prototypes of vacuum transport systems based on the vacuum method of reducing the force of air resistance to movement of a vehicle in an airtight conveyor appeared over a hundred years ago. For example, the Russian scientist Boris Weinberg and the American engineer Robert Goddard (Robert N. Goddard) independently proposed to organize the movement of the vehicle at high speed inside the pipe, from which air should be pumped out [4-5].

В течение двадцатого века концептуальные подходы к проектированию вакуумных транспортных систем активно развивалась. Предлагались различные модификации конструкций транспортопровода, адаптировались инновационные силовые установки для привода транспортного средства. Например, американский изобретатель Дэрил Остер (Daryl Oster) запатентовал совмещенную конструкцию из нескольких вакуумных трубопроводов, по которым должно осуществляться движение транспортного средства по встречным направлениям [7-8].During the twentieth century, conceptual approaches to the design of vacuum transport systems have been actively developed. Various modifications of the transport pipeline designs were offered, innovative power plants for driving the vehicle adapted. For example, the American inventor Daryl Oster patented a combined design of several vacuum pipelines along which the vehicle should move in opposite directions [7-8].

Современные модели вакуумных транспортных систем, которые предусматривают использование вакуумного способа снижения силы воздушного сопротивления движению транспортного средства, разделяются на два основных конструктивных типа в зависимости от степени снижения давления воздушной среды во внутренней полости транспортопровода. Во-первых, системы с глубоким вакуумом (hard vacuum), внутри которых давление снижается менее 1 Па. Во-вторых, системы с форвакуумом (vorvakuum), в которых давление снижается ниже 100 Па. По мнению многих экспертов, наиболее перспективными являются форвакуумные транспортные системы, так как затраты на их создание и эксплуатацию значительно меньше по сравнению с необходимыми капитальными вложениями в глубоковакуумные транспортные системы, а различия между двумя типами данных транспортных систем по технико-эксплуатационным показателям работы несущественны. При этом наибольшим потенциалом обладают форвакуумные транспортные системы, использующие для движения транспортного средства магнитол евитационную технологию (MagLev). Такие конструкции по экологическим и экономическим показателям способны превзойти все существующие альтернативные системы транспортировки [9].Modern models of vacuum transport systems, which involve the use of a vacuum method of reducing the force of air resistance to vehicle movement, are divided into two main structural types, depending on the degree of decrease in air pressure in the internal cavity of the transport pipeline. Firstly, systems with a deep vacuum (hard vacuum), inside which the pressure drops below 1 Pa. Secondly, systems with forevacuum (vorvakuum), in which the pressure drops below 100 Pa. According to many experts, forvacuum transport systems are the most promising, since the costs of their creation and operation are much lower than the required capital investments in deep vacuum transport systems, and the differences between the two types of these transport systems in terms of technical and operational performance are not significant. At the same time, forevacuum transport systems that use magnetic-propulsion technology (MagLev) to possess a vehicle have the greatest potential. Such constructions are able to surpass all existing alternative transportation systems in environmental and economic indicators [9].

Однако скоростные возможности и экономическая эффективность форвакуумных систем ограничиваются фундаментальными факторами, которые известны в теории газовой динамики как «предел Кантровица». Данные факторы проявляются при движении транспортного средства со сверхзвуковой скоростью в изолированной среде и характеризуются тем, что воздух перестает просачиваться из передней части (5) внутренней полости транспортопровода (расположена перед головной частью движущегося подвижного состава) в заднюю часть (6) внутренней полости транспортопровода (расположена за хвостовой частью движущегося подвижного состава) через межстеночное пространство (11), которое формируется корпусом транспортопровода и транспортного средства. Оставшийся (не просочившийся) воздух создает избыточное давление перед транспортным средством и усиливает сопротивление его движению по транспортопроводу.However, the speed capabilities and cost-effectiveness of fore-vacuum systems are limited by fundamental factors, which are known in the theory of gas dynamics as the “Kantrowitz limit”. These factors are manifested when the vehicle is moving at supersonic speed in an isolated environment and is characterized by the fact that air ceases to seep from the front part (5) of the inner cavity of the conveyor (located in front of the head of the moving rolling stock) to the rear part (6) of the inner cavity of the conveyor (located behind the tail of the moving rolling stock) through the inter-wall space (11), which is formed by the body of the pipeline and the vehicle. The remaining (not leaked) air creates excess pressure in front of the vehicle and strengthens its resistance to movement along the pipeline.

Для обеспечения свободного перетока воздуха через межстеночное пространство в форвакуумных системах предлагается увеличивать диаметр транспортопровода до такого значения, при котором весь объем остаточного воздуха (7), независимо от скорости движения транспортного средства, будет беспрепятственно проходить из передней части (5) в заднюю часть (6) транспортопровода и заполнять разряженное пространство (8). Однако данный способ не лишен недостатков. В частности, создание и эксплуатация вакуумных транспортных систем с большим диаметром транспортопровода приводит к росту затрат и негативно отражается на окупаемости инвестиций в подобные проекты.To ensure free air flow through the inter-wall space in fore-vacuum systems, it is proposed to increase the diameter of the conveyor to such a value that the entire volume of residual air (7), regardless of vehicle speed, will freely pass from the front (5) to the rear (6 ) the pipeline and fill the empty space (8). However, this method is not without drawbacks. In particular, the creation and operation of vacuum transport systems with a large diameter of the transport pipeline leads to increased costs and negatively affects the return on investment in such projects.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения является применяемый в форвакуумных транспортных системах «Hyperloop» и «TransPod» способ снижения силы сопротивления встречного воздушного потока движению транспортного средства посредством принудительного перераспределения воздуха из передней части (5) в заднюю часть (6) транспортопровода. В контексте описания предлагаемого изобретения совокупность действий, которые обеспечивают перераспределение воздуха из передней части в заднюю часть транспортопровода, называется процессом воздухообмена.The closest analogue (prototype) of the claimed invention is a method used in fore-vacuum transport systems “Hyperloop” and “TransPod” to reduce the resistance force of the oncoming air flow to the vehicle’s movement by forcing the redistribution of air from the front (5) to the rear (6) of the conveyor. In the context of the description of the invention, the set of actions that ensure the redistribution of air from the front to the rear of the conveyor is called the process of air exchange.

Основная особенность форвакуумных транспортным систем «Hyperloop» и «TransPod» в части организации процесса воздухообмена заключается в том, что в них перераспределение воздуха из передней части в заднюю часть осуществляется в границах внутренней полости транспортопровода при помощи устройств, входящих в конструкцию транспортного средства. Поэтому данный способ назван «внутреннем воздухообменом». Основным конструктивным элементом, применяемым для «внутреннего воздухообмена» в вакуумных транспортных системах, является компрессорная установка, которая располагается в головной части подвижного состава. В «Hyperloop» компрессорная установка перераспределяет встречный поток воздуха (7) под днище транспортного средства для создания воздушной подушки, облегчающей движение подвижного состава [6]. В «TransPod» компрессорная установка перекачивает воздушную смесь по каналам в корпусе подвижного состава и выбрасывает ее через выпускное сопло в заднюю часть транспортопровода. При этом на выходе из сопла создается реактивная тяга, которая используется для дополнительного ускорения транспортного средства [10].The main feature of the Hyperloop and TransPod forvacuum transport systems regarding the organization of the air exchange process is that in them the redistribution of air from the front to the rear is carried out within the internal cavity of the transport pipeline using the devices included in the vehicle structure. Therefore, this method is called "internal air exchange." The main structural element used for "internal air exchange" in vacuum transport systems is the compressor unit, which is located in the head of the rolling stock. In “Hyperloop”, the compressor unit redistributes the oncoming air flow (7) under the bottom of the vehicle to create an air cushion that facilitates the movement of rolling stock [6]. In TransPod, the compressor unit pumps the air mixture through the channels in the rolling stock body and throws it through the exhaust nozzle to the rear of the conveyor. At the same time, a jet thrust is created at the exit of the nozzle, which is used to further accelerate the vehicle [10].

Однако организация «внутреннего воздухообмена» по примеру «Hyperloop» и «TransPod» снижает провозную возможность и эффективность работы транспортных систем тоннельного и трубного типа, так как размещение на подвижном составе дополнительного оборудования (компрессорных установок, воздуховодов и пр.) приводит к сокращению вместимости и грузоподъемности транспортного средства. Более того, конструкции «Hyperloop» и «TransPod» имеют еще ряд недостатков, которые характерны для всех моделей вакуумных транспортных систем, в том числе, форвакуумного и глубоковакуумного типа. В частности, снижение силы сопротивления воздуха движению транспортного средства за счет создания вакуума в транспортопроводе сопряжено с риском повреждения пассажиров или грузов в случае разгерметизации корпуса транспортного средства. Кроме того, на создание и эксплуатацию вакуумных транспортных систем требуется сравнительно больший объем инвестиций, так как конструкции транспортопроводов и подвижного состава, предназначенных для работы в условиях с большими перепадами давлений, должны обладать повышенной прочностью.However, the organization of “internal air exchange” following the example of “Hyperloop” and “TransPod” reduces the carrying capacity and efficiency of the transport systems of the tunnel and pipe type, since the placement of additional equipment (compressor units, air ducts, etc.) on the rolling stock reduces the capacity and vehicle carrying capacity. Moreover, the designs of “Hyperloop” and “TransPod” have a number of drawbacks that are characteristic of all models of vacuum transport systems, including the fore-vacuum and deep-vacuum types. In particular, a decrease in the force of air resistance to vehicle movement due to the creation of a vacuum in the transport pipeline is associated with a risk of damage to passengers or goods in case of depressurization of the vehicle body. In addition, the creation and operation of vacuum transport systems requires a relatively larger investment, since the design of pipelines and rolling stock, designed to work in conditions with large pressure drops, must have increased strength.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении эффективности и безопасности процесса транспортировки грузов и пассажиров в герметичных транспортопроводах на основе применения «безвакуумного» способа снижения силы сопротивления воздуха движению транспортного средства путем организации внешнего воздухообмена между передними и задними частями транспортопроводов. Для характеристики общего принципа осуществления процесса внешнего воздухообмена и конструктивных элементов устройства, применяемого для осуществления этого процесса, используются графические изображения, приведенные на фиг. 4, 5, 6 и 7.The main objective of the invention is to increase the efficiency and safety of the process of transporting goods and passengers in airtight pipelines based on the use of a "vacuum-free" method of reducing the air resistance to vehicle movement by organizing external air exchange between the front and rear parts of the pipelines. To characterize the general principle of the process of external air exchange and structural elements of the device used to implement this process, the graphic images shown in FIG. 4, 5, 6 and 7.

Движение транспортного средства в изолированном пространстве с естественным атмосферным давлением воздушной среды сопровождается потерями энергии на непроизводительную работу по преодолению профильных сопротивлений со стороны фронтальной и тыльной поверхностей подвижного состава, обусловленных нежелательным изменением давления в транспортопроводе - в передней части транспортопровода (30) происходит нагнетание давления и уплотнение воздуха, в задней части (31) отмечается уменьшение давления и плотности воздушной среды. Характерные изменения параметров воздуха в связи с движением транспортного средства называются поршневым эффектом. При этом также отмечается значительное увеличение затрат энергии на преодоление растущей силы встречного сопротивления воздуха, величина которой пропорциональна квадрату скорости движения транспортного средства [11].The movement of the vehicle in an isolated space with natural atmospheric pressure of the air is accompanied by energy losses for unproductive work to overcome the profile resistance from the front and rear surfaces of the rolling stock due to an undesirable change in pressure in the conveyor - pressure is added to the front of the conveyor (30) and compaction air, in the rear part (31) there is a decrease in pressure and density of the air. Characteristic changes in air parameters due to vehicle movement are called the piston effect. At the same time, there is also a significant increase in energy costs for overcoming the growing force of the oncoming air resistance, the value of which is proportional to the square of the vehicle speed [11].

Для исключения указанных потерь предлагается организовать синхронное и сбалансированное по объемам откачивание воздуха из передней части транспортопровода и нагнетание воздуха в заднюю часть транспортопровода. При этом перераспределение воздушного потока между передней и задней частями целесообразно осуществлять путем организации внешнего воздухообмена через обособленный по отношению к транспортопроводу воздухонакопитель (22), представляющий собой типичный резервуар для хранения газов, как правило, цилиндрической формы, сварной конструкции с повышенными требованиями к материалам, применяемым для их изготовления.To eliminate these losses, it is proposed to organize simultaneous and volume-balanced pumping of air from the front of the conveyor and air injection into the rear of the conveyor. At the same time, it is advisable to redistribute the air flow between the front and rear parts by organizing external air exchange through an air accumulator separate from the transport pipeline (22), which is a typical tank for storing gases, usually of a cylindrical shape, of a welded structure with increased requirements for the materials used for their manufacture.

Для организации внешнего воздухообмена в корпусе транспортопровода, относящегося к скоростному участку (14), делается, по меньшей мере, одно сквозное отверстие (29) для откачки воздуха, и, по меньшей мере, одно сквозное отверстие (36) для нагнетания воздуха. Отверстия изготавливаются, как правило, округлой формы в поперечном сечении. Если в корпусе транспортопровода сделано только одно отверстие для откачки воздуха (29), то оно располагается в месте, которое максимально удаленно от станционного участка (12), откуда отправляется транспортное средство. Если в корпусе транспортопровода сделано только одно отверстие для нагнетания воздуха (36), то оно располагается в месте, которое максимально приближено к станционному участку, где начинается движение транспортного средства. Если в корпусе транспортопровода делаются дополнительные отверстия (29) и (36), то они, как правило, равномерно распределяются по корпусу транспортопровода вдоль всего скоростного участка (14). Рекомендуется дополнительные отверстия разных типов (для откачки (29) и нагнетания (36) воздуха) располагать попарно в непосредственной близости друг от друга, насколько допускают габариты конструкции транспортопровода (см. фиг. 4).At least one through hole (29) for pumping out air and at least one through hole (36) for injecting air is made to organize external air exchange in the conveyor casing related to the high-speed section (14). Holes are made, as a rule, of a rounded shape in cross section. If only one hole for pumping air (29) is made in the body of the transport pipeline, then it is located in a place that is as far away as possible from the station section (12), from where the vehicle is sent. If only one hole for air injection (36) is made in the conveyor body, then it is located in a place that is as close as possible to the station section where the vehicle begins to move. If additional holes (29) and (36) are made in the conveyor casing, then they are, as a rule, evenly distributed over the casing of the conveyor along the entire high-speed section (14). It is recommended that additional openings of various types (for pumping (29) and forcing (36) air) be arranged in pairs in close proximity to each other, as far as the dimensions of the conveyor structure allow (see Fig. 4).

Устройство внешнего воздухообмена состоит из: обособленных отводящих (20) и нагнетающих (21) воздуховодов, по которым соответственно осуществляется откачка воздуха из транспортопровода и подача воздуха в транспортопровод; воздухонакопителя (22), в который откачивается воздух из передней части транспортопровода, и откуда отбирается воздух для нагнетания в заднюю часть транспортопровода; компрессорных установок (23) и (24), выполняющих работу по перекачке воздуха; задвижек, которые используются для предотвращения перетока воздуха между транспортопроводом и воздухонакопителем при отключенных компрессорных установках. На фиг. 4 задвижки (25) и (33) показаны в открытом положении, когда компрессоры (23) и (35) включены, а задвижки (26) и (32) показаны в закрытом положении, когда компрессоры (24) и (34) отключены. Отводящие (20) и нагнетающие (21) воздуховоды герметично прикрепляются (свинчиванием, сваркой или другими надежными способами) к транспортопроводу по периметру соответствующих сквозных отверстий (29) и (36). Аналогичным образом отводящие и нагнетающие воздуховоды прикрепляются к воздухонакопителю (22) по периметру соответствующих сквозных отверстий (41) и (37) в его корпусе. Герметичное соединение транспортопровода и воздухонакопителя позволяет создавать высокоскоростные транспортные системы подземного и подводного исполнения.An external air exchange device consists of: separate exhaust (20) and discharge (21) ducts, through which air is evacuated from the transport pipeline and air is supplied to the transport pipeline, respectively; an air accumulator (22) into which air is pumped out from the front of the conveyor, and from where air is taken for injection into the rear of the conveyor; compressor plants (23) and (24), performing the work of pumping air; valves, which are used to prevent air flow between the conveyor and the air accumulator when the compressor units are off. In FIG. The 4 valves (25) and (33) are shown in the open position when the compressors (23) and (35) are turned on, and the valves (26) and (32) are shown in the closed position when the compressors (24) and (34) are turned off. The outlet (20) and injection (21) ducts are hermetically attached (by screwing, welding or other reliable methods) to the conveyor along the perimeter of the corresponding through holes (29) and (36). Similarly, the exhaust and discharge ducts are attached to the air accumulator (22) along the perimeter of the corresponding through holes (41) and (37) in its housing. The tight connection of the conveyor and air storage allows you to create high-speed transport systems of underground and underwater execution.

Совокупность отводящих воздуховодов с задвижками и компрессорными установками образуют отводящую систему. Аналогично совокупность нагнетающих воздуховодов с задвижками и компрессорными установками образуют нагнетающую систему. Конструктивно и функционально соединенные в единое устройство отводящие воздуховоды, задвижки и компрессорные установки, равно как соединенные нагнетающие воздуховоды, задвижки и компрессорные установки, образуют обособленный узел (далее - компонент) соответствующих воздухоотводящей или воздухонагнетающей систем (далее - воздухообменные системы).The combination of exhaust ducts with valves and compressor units form the exhaust system. Similarly, the combination of discharge ducts with valves and compressor units form a discharge system. Structurally and functionally connected into a single device exhaust ducts, gate valves and compressor units, as well as connected pressure ducts, gate valves and compressor units, form a separate unit (hereinafter referred to as the component) of the corresponding air outlet or air discharge systems (hereinafter referred to as air exchange systems).

На фиг. 4 показано устройство внешнего воздухообмена, в котором каждый отводящий (20) и нагнетающий (21) воздуховоды обособленно присоединяется к транспортопроводу. При необходимости повышения интенсивности воздухообмена за счет добавления дополнительных откачивающих и нагнетающих воздуховодов возможна модификация устройства внешнего воздухообмена путем совмещенного присоединения воздуховодов (20) и (21) к транспортопроводу. Конструктивная схема такого устройства, в котором несколько отводящих и нагнетающих воздуховодов совместно присоединяются к транспортопроводу через соединительный патрубок (38), показана на фиг. 5. Аналогичным образом несколько откачивающих и нагнетающих воздуховодов могут совмещаться для присоединения к корпусу воздухонакопителя через общий соединительный патрубок (39). Устройство внешнего воздухообмена с соединенными воздуховодами на корпусе транспортопровода и воздухонакопителя показано на фиг. 6. Такое конструктивное решение, при необходимости, позволяет уменьшить габаритные размеры воздухонакопителя.In FIG. Figure 4 shows an external air exchange device in which each exhaust (20) and discharge (21) ducts are separately connected to the transport pipeline. If it is necessary to increase the intensity of air exchange by adding additional pumping and discharge air ducts, it is possible to modify the external air exchange device by combining the connection of air ducts (20) and (21) to the transport pipeline. A structural diagram of such a device in which several exhaust and discharge ducts are jointly connected to the conveyor via a connecting pipe (38) is shown in FIG. 5. Similarly, several pumping and discharge ducts can be combined for connection to the air accumulator body through a common connecting pipe (39). An external air exchange device with connected air ducts on the housing of the conveyor duct and the air accumulator is shown in FIG. 6. Such a constructive solution, if necessary, allows to reduce the overall dimensions of the air accumulator.

В целях наиболее полного использования поверхности транспортопровода для организации воздухообменных процессов предлагается отводящие и нагнетающие воздуховоды (как с обособленными, так и совмещенными конструкциями) присоединять к корпусу транспортопровода в нескольких местах. Пример подобного устройства показан на фиг. 7. При таком расположении воздуховодов (40) каждая отводящая (34) и нагнетающая (35) компрессорная установка получает доступ к нескольким областям (верхним, средним, нижним) внутренней полости транспортопровода, что позволят повысить равномерность перекачки воздуха и будет способствовать предотвращению турбулентных эффектов.In order to make the most of the surface of the conveyor duct for organizing air exchange processes, it is proposed that the outlet and discharge ducts (both with separate and combined structures) be connected to the conveyor body in several places. An example of such a device is shown in FIG. 7. With this arrangement of air ducts (40), each exhaust (34) and discharge (35) compressor unit gains access to several areas (upper, middle, lower) of the internal cavity of the transport pipeline, which will increase the uniformity of air pumping and will help prevent turbulent effects.

На фиг. 7 показан вариант присоединения устройства внешнего воздухообмена к корпусу транспортопровода в нескольких местах.In FIG. 7 shows a variant of attaching an external air exchange device to the conveyor body in several places.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг. 1. Общая структура вакуумной транспортной системы (не в масштабе)FIG. 1. General structure of the vacuum transport system (not to scale)

1 - корпус транспортопровода; 2 - транспортопроводящий путь; 3 - корпус транспортного средства; 4 - основание транспортного средства; 5 - передняя часть внутренней полости транспортопровода; 6 - задняя часть внутренней полости транспортопровода; 7 -воздушная среда в передней части транспортопровода; 8 - воздушная среда в задней части транспортопровода; 9 - стрелка показывает направление движения транспортного средства; 10 - компрессорная установка; 11 - межстеночное пространство1 - the body of the pipeline; 2 - transport route; 3 - vehicle body; 4 - the base of the vehicle; 5 - the front of the inner cavity of the conveyor; 6 - the back of the inner cavity of the pipeline; 7 - air environment in front of the conveyor; 8 - air in the rear of the pipeline; 9 - an arrow shows the direction of movement of the vehicle; 10 - compressor installation; 11 - interwall space

Фиг. 2. Общая структура транспортопровода с совмещенными станционными и скоростными участками (не в масштабе)FIG. 2. The general structure of the pipeline with combined station and speed sections (not to scale)

12 - станционный участок; 13 - транспортное средство находится на станционном участке; 14 - скоростной участок; 15 - ворота шлюза между станционным и скоростным участками; 16 - терминал подачи пассажиров (грузов) на станционный участок; 17 - пассажиры (грузы) находятся на терминале;12 - station section; 13 - the vehicle is on the station site; 14 - speed section; 15 - gateway gateway between station and high-speed sections; 16 - terminal supplying passengers (cargo) to the station site; 17 - passengers (cargo) are at the terminal;

Фиг. 3. Общая структура транспортопровода с раздельными станционными и скоростными участками (не в масштабе)FIG. 3. The general structure of the pipeline with separate station and high-speed sections (not to scale)

18 - ворота шлюза между станционным участком и терминалом; 19 - переходный тоннель;18 - gateway gateway between the station section and the terminal; 19 - transitional tunnel;

Фиг. 4. Общая структура и принцип действия устройства внешнего воздухообмена с обособленными воздуховодами (не в масштабе)FIG. 4. General structure and principle of operation of an external air exchange device with separate air ducts (not to scale)

20 - обособленный отводящий воздуховод; 21 - обособленный нагнетающий воздуховод; 22 - воздухонакопитель; 23 - отводящие компрессорные установки включены; 24 -нагнетающие компрессорные установки выключены; 25 - задвижка отводящего воздуховода в открытом положении; 26 - задвижка нагнетающего воздуховода в закрытом положении; 27 - направление движение воздуха из транспортопровода в воздухонакопитель; 28 - направление движение воздуха из воздухонакопителя в транспортопровод; 29 - сквозное отверстие в корпусе транспортопровода для откачки воздуха; 30 - область повышенного давления воздуха; 31 - область пониженного давления воздуха; 32 - задвижка отводящего воздуховода в закрытом положении; 33 - задвижка нагнетающего воздуховода в открытом положении; 34 - отводящие компрессорные установки выключены; 35 - нагнетающие компрессорные установки включены; 36 - сквозное отверстие в корпусе транспортопровода для нагнетания воздуха; 37 - сквозное отверстие в корпусе воздухонакопителя для нагнетания воздуха; 41 - сквозное отверстие в корпусе воздухонакопителя для откачки воздуха;20 - a separate outlet duct; 21 - a separate discharge air duct; 22 - air accumulator; 23 - discharge compressor units are included; 24-pressurizing compressor units are off; 25 - valve of the exhaust duct in the open position; 26 - valve of the discharge duct in the closed position; 27 - direction of air movement from the conveyor to the air storage; 28 - direction of movement of air from the air accumulator to the conveyor; 29 - a through hole in the housing of the conveyor for pumping air; 30 - region of increased air pressure; 31 - area of reduced air pressure; 32 - valve of the exhaust duct in the closed position; 33 - valve of the discharge duct in the open position; 34 - discharge compressor units are off; 35 - injection compressor units are included; 36 - a through hole in the housing of the conveyor for air injection; 37 - a through hole in the housing of the air reservoir for pumping air; 41 - a through hole in the housing of the air reservoir for pumping air;

Фиг. 5. Общая структура и принцип действия устройства внешнего воздухообмена с соединенными воздуховодами на корпусе транспортопровода (не в масштабе)FIG. 5. General structure and principle of operation of an external air exchange device with connected air ducts on the conveyor body (not to scale)

38 - соединительный патрубок для отводящих и нагнетающих воздуховодов на корпусе транспортопровода;38 - a connecting pipe for exhaust and discharge ducts on the body of the conveyor;

Фиг. 6. Общая структура и принцип действия устройства внешнего воздухообмена с соединенными воздуховодами на корпусе транспортопровода и воздухонакопителя (не в масштабе)FIG. 6. General structure and principle of operation of an external air exchange device with connected air ducts on the body of the transport pipeline and air storage (not to scale)

39 - соединительный патрубок для отводящих и нагнетающих воздуховодов на корпусе воздухонакопителя;39 - connecting pipe for exhaust and discharge ducts on the body of the air accumulator;

Фиг. 7. Вариант присоединения устройства внешнего воздухообмена к корпусу транспортопровода в нескольких местах (не в масштабе)FIG. 7. The option of attaching an external air exchange device to the conveyor body in several places (not to scale)

40 - дополнительные патрубки воздуховодов для присоединения к корпусу транспортопровода.40 - additional pipe ducts for connection to the body of the pipeline.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Скоростной участок транспортопровода характеризуется наличием определенного количества компонентов отводящей (NO) и нагнетающей (NH) систем. Данные компоненты в зависимости от своего местоположения на скоростном участке относительно движущегося транспортного средства (с фронтальной или тыльной стороны) принимают одно из состояний - активность (перекачивают воздух), либо бездействие (выключены).The high-speed section of the transport pipeline is characterized by the presence of a certain number of components of the discharge (N O ) and discharge (N H ) systems. These components, depending on their location on the high-speed section relative to the moving vehicle (from the front or back), take one of the states - activity (pumping air), or inaction (off).

В момент начала движения транспортного средства по скоростному участку все компоненты отводящей системы расположены с фронтальной стороны транспортного средства и находятся в активном состоянии (задвижки (25) открыты, компрессоры (23) включены) и обеспечивают откачку воздуха из внутренней полости транспортопровода (5) в воздухонакопитель по воздуховодам (20). В этот момент число активных компонентов отводящей системы (NOa) равно их общему количеству (NO). В свою очередь компоненты нагнетающей системы, расположенные в передней части транспортопровода, бездействуют - компрессоры (24) выключены, задвижки (26) перекрыты.At the moment the vehicle starts moving along the high-speed section, all components of the exhaust system are located on the front side of the vehicle and are in an active state (valves (25) are open, compressors (23) are on) and provide for pumping air from the internal cavity of the conveyor (5) into the air accumulator along the ducts (20). At this point, the number of active components of the discharge system (N Oa ) is equal to their total number (N O ). In turn, the components of the injection system located in front of the conveyor are idle - the compressors (24) are turned off, the valves (26) are closed.

По мере передвижения транспортного средства по скоростному участку количество активных компонентов отводящей системы будет уменьшаться, так как после их перехода из передней в заднюю часть транспортопровода они должны прекратить работу - задвижки (32) закрываются, компрессоры (34) выключаются. Это необходимо, чтобы предотвратить откачку воздуха в воздухонакопитель из задней части скоростного участка, где воздушная среда и так будет разряженной в связи с увеличивающимся объемом внутренней полости за счет перемещения подвижного состава. В то же время бездействующие компоненты нагнетающей системы, при их переходе из передней в заднюю часть транспортопровода, будут переводиться в активное состояние, то есть начнут работать - задвижки (33) откроются, компрессорные установки (35) включатся и начнут нагнетать воздух во внутреннюю полость задней части транспортопровода (6).As the vehicle moves along the high-speed section, the number of active components of the exhaust system will decrease, because after they move from the front to the rear of the transport pipeline, they must stop working - the valves (32) are closed, the compressors (34) are turned off. This is necessary to prevent the pumping of air into the air accumulator from the rear of the high-speed section, where the air medium will already be discharged due to the increasing volume of the internal cavity due to the movement of the rolling stock. At the same time, the inactive components of the discharge system, when they switch from the front to the rear of the conveyor, will be activated, that is, they will start working - the valves (33) will open, the compressor units (35) will turn on and begin to pump air into the inner cavity of the rear parts of the pipeline (6).

В момент, когда транспортное средство завершит движение и дойдет до конца скоростного участка, тогда все распложенные с тыльной стороны подвижного состава компоненты отводящей системы будут бездействовать, и все компоненты нагнетающей системы будут находиться в активном состоянии, а их количество (NHa) сравняется с общим числом компонентов данной группы (NH).At the moment when the vehicle completes its movement and reaches the end of the speed section, then all the components of the exhaust system located on the back of the rolling stock will be inactive, and all components of the injection system will be in an active state, and their number (N Ha ) will be equal to the total the number of components in this group (N H ).

Основные конструктивные и рабочие параметры составных частей устройства внешнего воздухообмена, в том числе, общее количество компонентов отводящей и нагнетающей систем, порядок работы и производительность компрессорных установок, определяются таким образом, чтобы обеспечивалось синхронное перераспределение воздуха из передней части в заднюю часть транспортопровода, при котором транспортное средство не будет тратить дополнительную энергию на преодоление профильных сопротивлений.The main design and operating parameters of the components of the external air exchange device, including the total number of components of the exhaust and discharge systems, the operating procedure and performance of the compressor units, are determined in such a way as to ensure synchronous air redistribution from the front to the rear of the conveyor, in which the transport the tool will not spend additional energy on overcoming profile resistances.

Для выполнения данного требования необходимо соблюдение двух основных условий. Во-первых, в каждый момент времени численное значение фактической производительности всех активных компонентов отводящей системы (QOa) должно быть не менее значения интенсивности изменения объема внутренней полости в передней части транспортопровода (IO), которое происходит в связи с движением транспортного средства. Во-вторых, при том же движении транспортного средства численное значение фактической производительности всех активных компонентов нагнетающей системы (QHa) в каждый момент времени должно быть не менее значения интенсивности изменения объема внутренней полости в задней части транспортопровода (IH). Производительность и интенсивность измеряются в количестве кубических метров воздуха за секунду (куб.м/с) [12-14].To fulfill this requirement, two basic conditions must be met. Firstly, at each moment of time, the numerical value of the actual productivity of all active components of the exhaust system (Q Oa ) should be not less than the intensity of the change in the volume of the internal cavity in the front of the conveyor (I O ), which occurs in connection with the movement of the vehicle. Secondly, with the same movement of the vehicle, the numerical value of the actual productivity of all active components of the injection system (Q Ha ) at each moment of time should be not less than the intensity of the change in the volume of the internal cavity in the rear of the conveyor (I H ). Productivity and intensity are measured in the number of cubic meters of air per second (cubic m / s) [12-14].

При отсутствии просачивания воздуха между передней и задней частями транспортопровода через межстеночное пространство численные значения интенсивностей IO и IH будут равны произведению скорости движения транспортного средства (VTC) на площадь поперечного сечения подвижного состава (STC):In the absence of air leakage between the front and rear parts of the transport pipeline through the inter-wall space, the numerical values of the intensities I O and I H will be equal to the product of the vehicle speed (V TC ) and the rolling stock cross-sectional area (S TC ):

Io=IH=VTC ⋅ STC.Io = I H = V TC ⋅ S TC .

Совокупные (потенциальные) производительности отводящей (QO) и нагнетающей (QH) систем определяются как произведение производительностей входящих в их состав компонентов QOe и QHe на общее количество последних:The total (potential) productivity of the discharge (Q O ) and injection (Q H ) systems is defined as the product of the productivity of the components Q Oe and Q He included in their composition by the total number of the latter:

QO=QOe ⋅ NO, (куб.м/с),Q O = Q Oe ⋅ N O , (cubic m / s),

QH=QHe ⋅ NH, (куб.м/с).Q H = Q He ⋅ N H , (cubic m / s).

где NO и NH - общее количество компонентов в отводящей QO и нагнетающей QH системах соответственно, ед.where N O and N H are the total number of components in the discharge Q O and injection Q H systems, respectively, units

Производительность отдельного компонента отводящей (QOe) и нагнетающей (QHe) систем определяется номинальной производительностью входящих в их состав компрессорных установок (куб.м/с).The performance of an individual component of the discharge (Q Oe ) and discharge (Q He ) systems is determined by the nominal capacity of the compressor units included in them (cubic meter / s).

Фактические (текущие) производительности отводящей (QOa) и нагнетающих (QHa) систем определяются с учетом количества входящих в их состав компонентов, находящихся в активном состоянии:Actual (current) capacities of the discharge (Q Oa ) and injection (Q Ha ) systems are determined taking into account the number of components in their active state:

QOa=QOe ⋅ NOa, (куб.м/с),Q Oa = Q Oe ⋅ N Oa , (m3 / s),

QHa=QHe ⋅ NHa, (куб.м/с),Q Ha = Q He ⋅ N Ha , (m3 / s),

где NOa и NHa - общее количество активных компонентов отводящей QO и нагнетающей QH систем соответственно, ед.where N Oa and N Ha are the total number of active components of the discharge Q O and injection Q H systems, respectively, units

Так как активные компоненты отводящей системы располагаются в передней части транспортопровода, а нагнетающей системы - в задней части, то по мере продвижения транспортного средства по скоростному участку число активных компонентов изменяется. Однако на каждом i-м отрезке скоростного участка транспортопровода (индекс «i» изменяется в диапазоне от 1 до NE) количество активных компонентов отводящей (NOai) и нагнетающей (NHai) систем является фиксированной величиной. Данные отрезки в общем количестве (NE) образуются между последовательно расположенными компонентами отводящей системы и равно числу таких компонентов (NO). В обозначении отрезка (NEi) i-й индекс соответствует порядковому номеру компонента отводящей системы (NOi). Отсчет ведется от начала скоростного участка, откуда отправляется транспортное средство. Количество активных компонентов отводящей (NOai) и нагнетающей (NHai) систем на NEi отрезке определяется путем суммированием всех находящихся в рабочем состоянии компонентов данных систем, расположенных соответственно в передней и задней частях транспортопровода в тот момент, когда головная часть подвижного состава пребывает в границах данного отрезка.Since the active components of the exhaust system are located in the front of the conveyor, and the injection system in the rear, the number of active components changes as the vehicle moves along the speed section. However, on each i-th segment of the high-speed section of the transport pipeline (the “i” index varies in the range from 1 to N E ), the number of active components of the discharge (N Oai ) and discharge (N Hai ) systems is a fixed value. These segments in the total number (N E ) are formed between successively located components of the outlet system and is equal to the number of such components (N O ). In the designation of the segment (N Ei ), the i-th index corresponds to the serial number of the component of the outlet system (N Oi ). The countdown is from the beginning of the high-speed section from where the vehicle departs. The number of active components of the discharge (N Oai ) and injection (N Hai ) systems on the N Ei segment is determined by summing all the components of these systems that are in working condition located respectively in the front and rear parts of the pipeline at the moment when the head of the rolling stock is in the boundaries of this segment.

На каждом i-м отрезке фактическая производительность отводящей (Qoai) и нагнетающих (QHai) систем, обеспечивающих воздухообмен между передней и задней частями транспортопровода, определяется с учетом количества активных компонентов NOai и NHai:On each i-th section, the actual productivity of the exhaust (Qoai) and discharge (Q Hai ) systems providing air exchange between the front and rear parts of the transport pipeline is determined taking into account the number of active components N Oai and N Hai :

QOai=QOe ⋅ NOai, (куб.м/с),Q Oai = Q Oe ⋅ N Oai , (m3 / s),

QHai=QHe ⋅ NHai, (куб.м/с).Q Hai = Q He ⋅ N Hai , (m3 / s).

Для синхронного воздухообмена фактические производительности отводящей QOai и нагнетающих QHai систем на каждом i-м отрезке должны быть равны между собой.For synchronous air exchange, the actual performance of the discharge Q Oai and the injection Q Hai systems at each ith segment should be equal to each other.

Величины фактических производительностей QOai и QHai выступают в качестве ограничения для максимально допустимой скорости движения транспортного средства (Vmaxi) на соответствующем i-м отрезке скоростного участка транспортопровода. По условиям, сформулированным выше, фактические производительности QOai и QHai воздухообменных систем не должны быть меньше интенсивностей изменения объема внутренних полостей в передней (IOi) и задней частях, создаваемых при движении транспортного средства по i-му отрезку. Так как соответствующие интенсивности напрямую зависят от скорости движения транспортного средства (VTCi), то при известных параметрах QOai и QHai эта скорость не должна превышать значения (Vmaxi), которое определяется через отношение фактической производительности воздухообменных систем на i-м отрезке к площади поперечного сечения транспортного средства:The values of actual productivity Q Oai and Q Hai act as a limitation for the maximum permissible vehicle speed (V maxi ) on the corresponding i-th segment of the high-speed section of the pipeline. According to the conditions stated above, the actual performance of Q Oai and Q Hai air exchange systems should not be less than the intensity of changes in the volume of internal cavities in the front (I Oi ) and rear parts created when the vehicle moves along the i-th segment. Since the corresponding intensities directly depend on the vehicle speed (V TCi ), with the known parameters Q Oai and Q Hai, this speed should not exceed the value (V maxi ), which is determined through the ratio of the actual performance of the air exchange systems in the ith segment to vehicle cross-sectional area:

VTCi≤Vmaxi, приV TCi ≤V maxi , at

Vmaxi=QOai/STC,V maxi = Q Oai / S TC ,

либоor

Vmaxi=QHai/STC V maxi = Q Hai / S TC

Если полученные результаты Vmaxi различаются, то выбирается показатель с меньшим значением.If the obtained results V maxi differ, then an indicator with a lower value is selected.

В том случае, когда требуется увеличить скорость движения транспортного средства по i-му отрезку до планового значения Vpi, предварительно необходимо обеспечить повышение фактических производительностей воздухообменных систем до величин QOapi и QHapi, которые должны быть не менее новых значений интенсивностей (IOpi) и (IHpi), рассчитанных как произведение заданной скорости движения Vpi на площадь поперечного сечения подвижного состава STC:In the case when it is required to increase the vehicle speed along the ith segment to the planned value V pi , it is first necessary to provide an increase in the actual productivity of the air exchange systems to Q Oapi and Q Hapi , which should be at least new intensities (I Opi ) and (I Hpi ) calculated as the product of a given speed of movement V pi by the cross-sectional area of the rolling stock S TC :

IOpi=Vpi ⋅ STC, (куб.м/с),I Opi = V pi ⋅ S TC , (cubic m / s),

IHpi=Vpi ⋅ STC, (куб.м/с).I Hpi = V pi ⋅ S TC , (cubic m / s).

Для повышения производительностей до QOapi и QHapi могут быть использованы два основных способа. Первый способ состоит в применении более мощных компрессорных установок в отводящих и нагнетающих системах. При этом новые компрессорные установки подбираются таким образом, чтобы их производительность (QOep) и (QHep) была не менее величины, которая рассчитывается через отношение новых интенсивностей IOpi и IHpi к количеству активных компонентов NOai и NHai на соответствующем отрезке транспортопровода:Two main methods can be used to increase productivity to Q Oapi and Q Hapi . The first way is to use more powerful compressor systems in the discharge and discharge systems. Moreover, the new compressor units are selected so that their capacity (Q Oep ) and (Q Hep ) is not less than the value calculated by the ratio of the new intensities I Opi and I Hpi to the number of active components N Oai and N Hai on the corresponding section of the pipeline :

VOepi=IOp/NOai, (куб.м/с),V Oepi = I Op / N Oai , (m3 / s),

QHepi=IHp/NHai, (куб.м/с).Q Hepi = I Hp / N Hai , (cubic m / s).

Второй способ предусматривает увеличение фактической производительности воздухообменных систем QOai и QHai и заключается в добавлении дополнительных компонентов отводящих и нагнетающих систем. Требуемое количество активных компонентов NOapi и NHapi, при которых будет обеспечена возможность движения транспортного средства по i-му отрезку с плановой скоростью Vpi, рассчитывается через отношение интенсивностей IOpi и IHpi к производительности отдельных компонентов соответствующих отводящей (QOe) и нагнетающей (QHe) систем:The second method involves increasing the actual performance of the Q Oai and Q Hai air exchange systems and consists in adding additional components to the exhaust and discharge systems. The required number of active components N Oapi and N Hapi , at which the vehicle will be able to move along the ith segment with the planned speed V pi , is calculated through the ratio of the intensities I Opi and I Hpi to the performance of the individual components of the corresponding discharge (Q Oe ) and injection (Q He ) systems:

NOapi=IOpi/QOei, (ед.),N Oapi = I Opi / Q Oei , (unit),

NHapi=IHpi/QHei, (еД.).N Hapi = I Hpi / Q Hei , (units).

Если полученные результаты NOapi и NHapi различаются, то выбирается показатель с большим значением.If the results obtained for N Oapi and N Hapi are different, then an indicator with a large value is selected.

Организация внешнего воздухообмена предусматривает регулирование работы задвижек и компрессорных установок в автоматическом режиме на основе данных о фактическом местонахождении транспортного средства во внутренней полости транспортопровода и скорости его движения. Сбор соответствующей информации ведется при помощи электронных датчиков, встроенных в транспортопроводящий путь, корпус транспортопровода и подвижной состав [10, 15, 16].The organization of external air exchange involves regulating the operation of valves and compressor units in automatic mode based on data on the actual location of the vehicle in the internal cavity of the conveyor and its speed. The collection of relevant information is carried out using electronic sensors embedded in the transport path, the body of the transport pipeline and rolling stock [10, 15, 16].

Основные характеристики заявленного способа, отличающие его от прототипов. Во-первых, данный способ предназначен для повышения скорости движения транспортного средства внутри герметичного транспортопровода за счет снижения силы сопротивления воздуха при движении транспортного средства без создания вакуума.The main characteristics of the claimed method, distinguishing it from prototypes. Firstly, this method is intended to increase the speed of a vehicle inside a sealed transport pipeline by reducing the force of air resistance when the vehicle is moving without creating a vacuum.

Во-вторых, при движении транспортного средства осуществляется процесс принудительного внешнего воздухообмена, который предусматривает перераспределение воздуха из передней части транспортопровода в заднюю его часть относительно направления движения транспортного средства.Secondly, when the vehicle is moving, a process of forced external air exchange is carried out, which provides for the redistribution of air from the front of the pipeline to its rear relative to the direction of movement of the vehicle.

В-третьих, для перераспределения воздуха используется специальное устройство, состоящее из воздуховодов, компрессорных установок, задвижек, воздухонакопителя, расположенных обособленно от транспортного средства.Thirdly, for the redistribution of air, a special device is used, consisting of air ducts, compressor units, valves, an air accumulator, located separately from the vehicle.

В-четвертых, процесс внешнего воздухообмена производятся только во время движения транспортного средства, для движения транспортного средства предварительная откачка воздуха не требуется.Fourth, the process of external air exchange is carried out only during the movement of the vehicle; preliminary movement of air is not required for the movement of the vehicle.

В-пятых, процесс воздухообмена предусматривает автоматическое регулирование процесса перераспределения воздуха с учетом скорости движения транспортного средства и его местоположения в транспортопроводе.Fifth, the air exchange process provides for automatic regulation of the air redistribution process, taking into account the speed of the vehicle and its location in the conveyor.

В-шестых, скорость движения транспортного средства по каждому отрезку скоростного участка нормируется в зависимости от фактической производительности компонентов воздухообменных систем.Sixth, the speed of the vehicle over each segment of the high-speed section is normalized depending on the actual performance of the components of the air exchange systems.

В-седьмых, использование герметичного воздухонакопителя позволяет создавать высокоскоростные транспортные системы подземного и подводного исполнения.Seventhly, the use of a sealed air accumulator allows you to create high-speed transport systems of underground and underwater execution.

В-восьмых, движение транспортного средства по транспортопроводу с нормальным атмосферным давлением во внутренней полости обеспечивает условия для безопасной транспортировки грузов и пассажиров.Eighth, the movement of a vehicle through a pipeline with normal atmospheric pressure in the internal cavity provides the conditions for the safe transportation of goods and passengers.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо при строительстве новых высокоскоростных транспортных систем тоннельного и трубного типа.The invention has novelty, which follows from a comparison with the prototype, inventive step, as it clearly does not follow from the existing level of technology, is practically feasible in the construction of new high-speed transport systems of tunnel and pipe type.

Использование изобретения устранит отмеченные выше недостатки прототипа, в частности, исключит риск причинения ущерба пассажирам и грузам в связи с разгерметизацией корпуса транспортного средства, сократит расходы на строительство и эксплуатацию транспортопровода, способного выдерживать высокие перепады давления, повысит провозные возможности транспортной системы за счет увеличения вместимости и грузоподъемности подвижного состава.Using the invention will eliminate the aforementioned disadvantages of the prototype, in particular, it will eliminate the risk of damage to passengers and cargo due to depressurization of the vehicle body, reduce the cost of construction and operation of a transport pipeline that can withstand high pressure drops, increase the transport capacity of the transport system by increasing the capacity and carrying capacity of rolling stock.

Список источников:List of sources:

1. Role and Position of ETT in the Future Comprehensive Transportation System. Available from // Интерент-портал Researchgate.net. URL: https://www.researehgate.net/publication/268600567 Role and Position of ETT in the Putin-с Comprehensive Transportation System (дата обращения 21.12.2018).1. Role and Position of ETT in the Future Comprehensive Transportation System. Available from // Internet-portal Researchgate.net. URL: https://www.researehgate.net/publication/268600567 Role and Position of ETT in the Putin-with Comprehensive Transportation System (accessed 12/21/2018).

2. Evacuated tube transport technologies (ET3)tm: A maximum value global transportation network for passengers and cargo // Официальный сайт корпорации ET3. URL: https://www.researchgate.net/publication/285413820_Evacuated_tube_transport_technologies_ ET3tm_A_maximum_value_global_transportation_network_for_passengers_and_cargo (дата обращения 20.12.2018).2. Evacuated tube transport technologies (ET3) tm: A maximum value global transportation network for passengers and cargo // Official site of ET3 Corporation. URL: https://www.researchgate.net/publication/285413820_Evacuated_tube_transport_technologies_ ET3tm_A_maximum_value_global_transportation_network_for_passengers_and_cargo (accessed 12/20/2018).

3. Closing the infrastructure gap through innovative and sustainable solutions // Официальный сайт корпорации ET3. URL: http://et3.eu/images/upload/Strategy%20innovation%20paper%20ET3(r).pdf (дата обращения 21.12.2018).3. Closing the infrastructure gap through innovative and sustainable solutions // Official website of ET3 Corporation. URL: http://et3.eu/images/upload/Strategy%20innovation%20paper%20ET3(r).pdf (accessed 12/21/2018).

4. Robert Н. Godard's 'High-Speed Bet' // Сайт интернет-журнала EIR. 1991. 01 янв. URL: https://larouchepub.com/eiw/public/1991/eirv18n42-19911101/eirv18n42-19911101_034- robert_h_goddards_high_speed_bet.pdf (дата обращения 20.12.2018).4. Robert N. Godard's 'High-Speed Bet' // Website of the EIR online magazine. 1991.01 Jan URL: https://larouchepub.com/eiw/public/1991/eirv18n42-19911101/eirv18n42-19911101_034- robert_h_goddards_high_speed_bet.pdf (accessed 12/20/2018).

5. Вейнберг Б.П. Движение без трения (безвоздушный электрический путь) // Сайт о скоростном транспорте. URL: http://veinberg.o7.ru/pdf/no_friction_motion.pdf (дата обращения 20.12.2018).5. Weinberg B.P. Movement without friction (airless electric path) // Website about high-speed transport. URL: http://veinberg.o7.ru/pdf/no_friction_motion.pdf (access date 12/20/2018).

6. Hyperloop Alpha // Официальный сайт компании Spacex. 2013. 12 авг. URL: https://www.spacex.com/sites/spacex/files/hvperloop_alpha-20130812.pdr (дата обращения 02.01.2019).6. Hyperloop Alpha // Official website of Spacex. 2013.Aug 12 URL: https://www.spacex.com/sites/spacex/files/hvperloop_alpha-20130812.pdr (accessed January 2, 2019).

7. Evacuated tube transport system with interchange capability (Pub. No.: US 2014/0261054A1; Pub. Date: Sep.18, 2014) // URL: https://patents.google.com/patent/US20140261054/ (дата обращения 02.12.2018).7. Evacuated tube transport system with interchange capability (Pub. No .: US 2014 / 0261054A1; Pub. Date: Sep.18, 2014) // URL: https://patents.google.com/patent/US20140261054/ (date appeals on 12/02/2018).

8. Evacuated tube and capsule having interchange capability (Pub. No.: US 2015/0360580 A1; Pub. Date: Dec. 17, 2015) // URL: https://patents.google.com/patent/US20140261055 A1/en?q=Evacuated&q=tube&q=capsule&q=interchange&q=rcapabilitv&oq=Evacuated+tube+and+capsule+having+interchange+capability (дата обращения 02.12.2018).8. Evacuated tube and capsule having interchange capability (Pub. No .: US 2015/0360580 A1; Pub. Date: Dec. 17, 2015) // URL: https://patents.google.com/patent/US20140261055 A1 / en? q = Evacuated & q = tube & q = capsule & q = interchange & q = rcapabilitv & oq = Evacuated + tube + and + capsule + having + interchange + capability (accessed 12/02/2018).

9. The Very High Speed Transit System // Официальный сайт корпорации Rand. 1972. 01 авг. URL: https://www.rand.org/pubs/papers/P4874.html (дата обращения 02.12.2018).9. The Very High Speed Transit System // Official Rand Corporation website. 1972 Aug 1 URL: https://www.rand.org/pubs/papers/P4874.html (accessed 12/02/2018).

10. Ryan Janzen. TransPod Ultra-High-Speed Tube Transportation: Dynamics of Vehicles and Infrastructure. Procedia Engineering. 199 (2017). P. 8-17.10. Ryan Janzen. TransPod Ultra-High-Speed Tube Transportation: Dynamics of Vehicles and Infrastructure. Procedia Engineering. 199 (2017). P. 8-17.

11. Чурков H.A., Битюцкий A.A., Кручек B.A. Влияние воздушной среды на поезд // Известия ПГУПС. - 2013. - Вып.2. - С.20-26.11. Churkov H.A., Bityutsky A.A., Kruchek B.A. The influence of the air on the train // Izvestia PGUPS. - 2013. - Issue 2. - S.20-26.

12. Кокунина Л.Х. Основы аэродинамики. М: Транспорт, 1982.12. Kokunina L.Kh. Fundamentals of aerodynamics. M: Transport, 1982.

13. Сазонов, Э.В. Вентиляция: теоретические основы расчета / Э.В. Сазонов. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Издательство Юрайт, 2018.13. Sazonov, E.V. Ventilation: theoretical foundations of calculation / E.V. Sazonov. - 2nd ed., Rev. and add. - M.: Yurayt Publishing House, 2018.

14. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т.М. Башта, С.С.Руднев, Б.Б. Некрасов и др. - 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1982.14. Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic drives / T.M. Bashta, S.S. Rudnev, B.B. Nekrasov et al. - 2nd ed., Rev. - M.: Mechanical Engineering, 1982.

15. Ruslan Nikolaev, Rinat Idiatuallin, Dinara Nikolaeva. Software system in Hyperloop pod. Procedia Computer Science. 126 (2018). P. 878-890.15. Ruslan Nikolaev, Rinat Idiatuallin, Dinara Nikolaeva. Software system in Hyperloop pod. Procedia Computer Science. 126 (2018). P. 878-890.

16. ERTMS - Delivering Flexible and Reliable Rail Traffic. A major industrial project for Europe // // URL: http://europa.eu.int/comm/transport/rail/interoperability/crtms_en.htm (дата обращения 02.12.2018).16. ERTMS - Delivering Flexible and Reliable Rail Traffic. A major industrial project for Europe // // URL: http://europa.eu.int/comm/transport/rail/interoperability/crtms_en.htm (accessed 12/02/2018).

Claims (2)

1. Способ снижения профильных сопротивлений воздуха движению транспортного средства внутри изолированной транспортопроводящей конструкции тоннельного и трубного типа, включающий перераспределение воздуха из передней части, расположенной по ходу движения транспортного средства, в заднюю часть внутренней полости транспортопровода, отличающийся тем, что во внутренней полости транспортопроводящей конструкции не создается вакуум, для перераспределения воздуха используется устройство внешнего воздухообмена, которое за счет синхронизированного перераспределения из передней в заднюю часть внутренней полости сбалансированных объемов воздуха, основанного на автоматическом регулировании работы отводящих и нагнетающих систем, учитывающем скорость движения транспортного средства и его местоположение в транспортопроводе, обеспечивает снижение профильных сопротивлений при сохранении атмосферного давления во внутренней полости транспортопровода.1. A method of reducing the profile air resistance to vehicle movement inside an insulated transport structure of the tunnel and pipe type, including the redistribution of air from the front part located in the direction of the vehicle to the rear of the inner cavity of the conveyor, characterized in that in the inner cavity of the conveyor structure a vacuum is created, an external air exchange device is used to redistribute air, which, due to synchronized redistribution of balanced volumes of air from the front to the back of the inner cavity, based on automatic control of the exhaust and discharge systems, taking into account the vehicle speed and its location in the conveyor, reduces profile resistances while maintaining atmospheric pressure in the internal cavity of the transport pipeline. 2. Устройство организации внешнего воздухообмена, содержащее воздухонакопитель в виде резервуара цилиндрической формы, по меньшей мере, один компонент воздухоотводящей системы и, по меньшей мере, один компонент воздухонагнетающей системы, в состав компонентов упомянутых систем входит герметичный воздуховод, регулируемые компрессорная установка и задвижки, каждый отводящий и нагнетающий воздуховод герметично прикреплен одной стороной к транспортопроводу, другой стороной к воздухонакопителю по периметру сквозных отверстий в их корпусе, компрессорная установка и задвижки размещены внутри воздуховода.2. A device for organizing external air exchange, containing an air accumulator in the form of a cylindrical tank, at least one component of the air exhaust system and at least one component of the air discharge system, the components of the mentioned systems include a sealed air duct, adjustable compressor unit and valves, each the exhaust and discharge ducts are hermetically attached on one side to the conveyor, the other side to the air accumulator along the perimeter of the through holes in their housing, the compressor unit and valves are located inside the duct.
RU2019101256A 2019-01-17 2019-01-17 Method of reducing shaped resistance of air to movement of vehicle inside tunnel and pipe type transport pipeline owing to arrangement of external air exchange and device for implementation thereof RU2721024C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019101256A RU2721024C2 (en) 2019-01-17 2019-01-17 Method of reducing shaped resistance of air to movement of vehicle inside tunnel and pipe type transport pipeline owing to arrangement of external air exchange and device for implementation thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019101256A RU2721024C2 (en) 2019-01-17 2019-01-17 Method of reducing shaped resistance of air to movement of vehicle inside tunnel and pipe type transport pipeline owing to arrangement of external air exchange and device for implementation thereof

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019101256A RU2019101256A (en) 2019-03-28
RU2019101256A3 RU2019101256A3 (en) 2019-12-26
RU2721024C2 true RU2721024C2 (en) 2020-05-15

Family

ID=66089413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019101256A RU2721024C2 (en) 2019-01-17 2019-01-17 Method of reducing shaped resistance of air to movement of vehicle inside tunnel and pipe type transport pipeline owing to arrangement of external air exchange and device for implementation thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2721024C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2744083C1 (en) * 2020-08-18 2021-03-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный университет путей сообщения" Method of reducing additional resistance to movement of a train and device for realizing said method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1134494A1 (en) * 1982-12-30 1985-01-15 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт По Трубопроводным Контейнерным Системам Method and apparatus for supplying air into pipeline of pneumatic conveying system having higher and lower resistance portions
JP2005119630A (en) * 2003-10-17 2005-05-12 Tetsuya Saishiyu System for transporting vehicle in tube track and operating method therefor
RU2630268C1 (en) * 2016-08-03 2017-09-06 Валерий Вильгельмович Петрашкевич Supersonic ground transportation system with vacuum cushion
US20180281820A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 The Boeing Company Vacuum transport tube vehicle, system, and method for evacuating a vacuum transport tube
CN207984853U (en) * 2018-01-03 2018-10-19 冯政尧 A kind of extract system of sealing pipeline bullet train

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1134494A1 (en) * 1982-12-30 1985-01-15 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт По Трубопроводным Контейнерным Системам Method and apparatus for supplying air into pipeline of pneumatic conveying system having higher and lower resistance portions
JP2005119630A (en) * 2003-10-17 2005-05-12 Tetsuya Saishiyu System for transporting vehicle in tube track and operating method therefor
RU2630268C1 (en) * 2016-08-03 2017-09-06 Валерий Вильгельмович Петрашкевич Supersonic ground transportation system with vacuum cushion
US20180281820A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 The Boeing Company Vacuum transport tube vehicle, system, and method for evacuating a vacuum transport tube
CN207984853U (en) * 2018-01-03 2018-10-19 冯政尧 A kind of extract system of sealing pipeline bullet train

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2744083C1 (en) * 2020-08-18 2021-03-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный университет путей сообщения" Method of reducing additional resistance to movement of a train and device for realizing said method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019101256A3 (en) 2019-12-26
RU2019101256A (en) 2019-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Han et al. An optimal automatic train operation (ATO) control using genetic algorithms (GA)
Ross Hyperloop: no pressure
US3404638A (en) High-speed ground transportation systems
RU2721024C2 (en) Method of reducing shaped resistance of air to movement of vehicle inside tunnel and pipe type transport pipeline owing to arrangement of external air exchange and device for implementation thereof
US3605629A (en) High speed ground transportation system
CN105221162B (en) Light section super long tunnel transportation system and transportation resources
CN107065848A (en) A kind of underground mine locomotive Unmanned Systems and method based on high accuracy positioning navigation terminal
CN114880770B (en) Train cooperative operation control method based on reference deep reinforcement learning
CN210083205U (en) Sub-vacuum pipeline transportation system
JP2023547956A (en) Tube transport system and method of operating a tube transport system for very high vehicle speeds
CN106740998A (en) Urban track traffic CBTC system onboard ATO energy-conservation control methods
Milan Multicriteria evaluation of the high speed rail, transrapid maglev and hyperloop systems
CN111216742B (en) Pneumatic propulsion system for high-volume transport of passengers and/or goods
CN205906615U (en) Goods trades rail structure
CN104071163A (en) Rail traffic tool and running method thereof
Hirde et al. Energy and emissions analysis of the hyperloop transportation system
Cassat et al. D504 SWISSMETRO-Project development status
US9925993B2 (en) Speed profiling for locomotive display and event recorder
CN103569138A (en) Vertical high-speed pipeline transportation system
CN112590873A (en) Method and system for controlling operation of suspended monorail train by adopting virtual moving block
Mossi et al. Swissmetro: aerodynamic drag and wave effects in tunnels under partial vacuum
Pelle et al. Air cushion vehicle (acv): history development and MagLev comparison
Lluesma Rodríguez Design and Optimisation of a Virtual Prototype of a Ground Transportation System at Very High-Speeds in Conditions Close to Vacuum
RU2347733C2 (en) Pneumotransport device
CN111017732A (en) Precise box parking and cart synchronization control method for RMG cart