專利名稱：亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在一種列車運(yùn)行系統(tǒng)，特別是一種亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前高速列車的運(yùn)行系統(tǒng)主要有兩種一種是輪軌式，另一種是磁懸浮式。這兩種列車運(yùn)行系統(tǒng)都是在敞開的自然空間運(yùn)行，在運(yùn)行過程中，列車的動(dòng)力主要用來克服列車在高速行駛中的空氣阻力，而用于克服列車本身的系統(tǒng)磨擦阻力所需要的動(dòng)力卻很少。據(jù)資料顯示，當(dāng)列車時(shí)速在360公里/小時(shí)的時(shí)候，輪軌式列車的輸出功率95％都用來克服空氣阻力，只有另外5/％用來克服列車本身的系統(tǒng)磨擦阻力。而磁懸浮式列車的輸出功率幾乎全部都用來克服空氣阻力。從以上的資料可以看出，現(xiàn)有的列車運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行中受空氣的影響很大，為了克服空氣的阻力需要很大的能耗，空氣阻力是提高列車運(yùn)行速度主要障礙。另外由于列車是在敞開的自然空間運(yùn)行，列車運(yùn)行中的噪音對(duì)鐵路沿線居民的生活和正常休息也有很大影響。列車運(yùn)行過程中產(chǎn)生的廢氣對(duì)環(huán)境污染也很大，由于目前的敞開運(yùn)行方式，鐵路沿線一般都比較臟，乘客丟棄的雜物，列車排放的廢水都直接影響了周圍的環(huán)境，也容易發(fā)生列車與行人或其它交通工具之間的交通事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)。它可以大大降低列車的牽引功率和能耗，提高列車的運(yùn)行速度，降低列車運(yùn)行的噪音對(duì)鐵路沿線居民的影響，減小列車運(yùn)行中對(duì)環(huán)境的污染，減少列車交通事故的發(fā)生。
本發(fā)明的技術(shù)方案。一種亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)是在車站與車站之間的運(yùn)行路徑上設(shè)置封閉隧道，封閉隧道內(nèi)保持50Kpa以下的亞真空狀態(tài)，以減小列車克服空氣阻力所需的動(dòng)力，以及列車運(yùn)行中的噪音對(duì)外界的影響。
上述的亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)中，封閉隧道內(nèi)更好地是保持20Kpa以下的亞真空狀態(tài)。
前述的亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)中，封閉隧道的兩端設(shè)有車套，車套兩端設(shè)有密封的保壓門，車套是封閉隧道與車站之間的過渡空間，作用是打開車套與封閉隧道的保壓門時(shí)，防止封閉隧道內(nèi)的真空度發(fā)生較大變化，車套3是一個(gè)容積需略大于列車體積的封閉隧道。
前述的亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)中，列車出站時(shí)，先打開車站與車套之間的保壓門，列車從車站駛進(jìn)車套，待關(guān)閉車站與車套之間的保壓門之后，再打開車套與封閉隧道之間的保壓門，列車駛進(jìn)封閉隧道開始正常行駛；列車進(jìn)站時(shí)，與上述過程相反。
亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)的構(gòu)造，包括封閉隧道1，封閉隧道(1)內(nèi)間隔地設(shè)置有真空泵2，封閉隧道1的兩端設(shè)有車套3，車套3的兩端設(shè)有保壓門5，車套3一端的保壓門5與封閉隧道1連接，車套3另一端的保壓門5與車站4連接，在車套3和封閉隧道1內(nèi)鋪設(shè)有與車站4連接的軌道6。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以大大降低列車的牽引功率和能耗，并且可以提高列車的運(yùn)行速度，降低列車運(yùn)行的噪音對(duì)鐵路沿線居民的影響，減小列車運(yùn)行中對(duì)環(huán)境的污染，減少列車交通事故的發(fā)生。由于空氣阻力的大大減小，輪軌式電力機(jī)車原有的許多技術(shù)難題也自然得到了解決。本發(fā)明適用于電力機(jī)車、磁懸浮列車的運(yùn)行系統(tǒng)。


附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖中的標(biāo)記為1-封閉隧道，2-真空泵，3-車套，4-車站，5-保壓門，6-軌道。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例。如圖1所示，一種亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在車站與車站之間的運(yùn)行路徑上設(shè)置封閉隧道，封閉隧道內(nèi)保持10Kpa以下的亞真空狀態(tài)，以減小列車運(yùn)行中的空氣阻力，減小列車克服空氣阻力所需的動(dòng)力，以及列車運(yùn)行中的噪音對(duì)外界的影響。封閉隧道的兩端設(shè)有車套，列車出站時(shí)，先打開車站與車套之間的保壓門，列車從車站進(jìn)入車套，然后關(guān)閉車站與車套之間的保壓門，再打開車套與封閉隧道之間的保壓門，列車進(jìn)入封閉隧道；列車進(jìn)站時(shí)，與上述過程相反，其目的是防止封閉隧道中的真空度發(fā)生較大變化。
上述的亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)的構(gòu)成，如圖1所示，包括封閉隧道1，封閉隧道1上間隔地設(shè)置有真空泵2，封閉隧道1的兩端設(shè)有車套3，在車套3與車站4之間設(shè)有保壓門5，在車套3與封閉隧道1之間也設(shè)有保壓門5，在車套3和封閉隧道1中鋪設(shè)有軌道6與車站4連接。保壓門5是可以橫向或垂直移動(dòng)的密封門。車套3是一個(gè)容積略大于列車的體積的封閉隧道，車套3的容積越小，越有利于保持隧道內(nèi)的真空度。
具體實(shí)施時(shí)，如圖1所示，可在地面或地下修建封閉隧道1，封閉隧道1兩端分別修建一個(gè)或兩個(gè)列車車套3。車套3的長(zhǎng)度控制在最長(zhǎng)列車長(zhǎng)度的1.1倍左右。在車套3與車站4之間和車套3與封閉隧道1之間設(shè)置保壓門5，封閉隧道1建成后，每間隔5公里設(shè)置兩臺(tái)排量15升，轉(zhuǎn)速為每分鐘3000轉(zhuǎn)的真空泵2。啟動(dòng)真空泵2，將封閉隧道1內(nèi)空氣抽出。使封閉隧道內(nèi)空氣壓力達(dá)到10Kpa以下(當(dāng)然壓力越小越好)。這個(gè)過程大約42小時(shí)(以隧道橫切面積為20平米計(jì)算)。以后每當(dāng)隧道內(nèi)空氣壓力高于10Kpa時(shí)真空泵2就自動(dòng)啟動(dòng)，低于9Kpa時(shí)真空泵2就自動(dòng)停止。隧道內(nèi)留少量空氣的目的一是便于列車的空調(diào)系統(tǒng)及列車發(fā)熱部件的散熱。二是便于列車供氧。當(dāng)高速列車在這樣的封閉隧道系統(tǒng)中高速行駛時(shí)，由于封閉隧道內(nèi)空氣密度只有隧道外的1/10，因此列車受到的空氣阻力只有隧道外1/10。
根據(jù)公式F＝ma式中F-列車所受到的空氣阻力；m-列車周圍相關(guān)的空氣質(zhì)量；a-列車周圍相關(guān)的空氣被高速列車作用所產(chǎn)生的加速度。
又根據(jù)公式N＝Fv式中N-列車所需的功率；F-列車所受到的空氣阻力(忽略輪軌式高速列車的系統(tǒng)磨擦阻力)；v-列車的行駛速度。
由上式可以看出，當(dāng)封閉隧道中的空氣質(zhì)量減小后，列車所受到的空氣阻力也減小，空氣阻力也減小后，列車所需的牽引力也減小。如果忽略輪軌式高速列車的系統(tǒng)磨擦阻力。相同規(guī)模、相同運(yùn)輸密度的亞真空高速列車隧道系統(tǒng)對(duì)電力容量的需求也僅為常規(guī)高速列車系統(tǒng)的1/10。
本發(fā)明的工作過程如圖1所示列車從車站出站時(shí)，先打開車站4與車套3之間的保壓門5，列車從車站駛出進(jìn)入車套3，列車駛進(jìn)車套3后，關(guān)閉車站4與車套3之間的保壓門5，再打開車套3與封閉隧道1之間的保壓門5，列車駛?cè)敕忾]隧道1后，將車套3與封閉隧道1之間的保壓門5關(guān)閉。
列車進(jìn)站時(shí)，先打開車套3與封閉隧道1之間的保壓門5，列車從封閉隧道1駛?cè)胲囂?，將車套3與封閉隧道1之間的保壓門5關(guān)閉，再打開車套3與車站4之間的保壓門5，列車從車套3駛出進(jìn)入車車站4，將車套3與車站4之間的保壓門5關(guān)閉。
本發(fā)明的能耗分析及與現(xiàn)有技術(shù)的比較以定員500人，時(shí)速360公里的輪軌式高速列車為例，現(xiàn)在的牽引功率大約為10000千瓦，如果在本發(fā)明的系統(tǒng)中運(yùn)行，考慮其有系統(tǒng)磨擦阻力，其牽引功率只需要1500千瓦也足夠了?？梢杂?jì)算出原來人均百公里能耗為5.56千瓦時(shí)，而現(xiàn)在人均百公里能耗只有0.85千瓦時(shí)。本發(fā)明所需的能耗大約是航空能耗的1/20，磁懸浮式高速列車能耗的1/10，普通列車能耗的1/2。
本發(fā)明的建設(shè)成本分析及與現(xiàn)有技術(shù)的比較假設(shè)在甲乙兩地建一高速鐵路復(fù)線系統(tǒng)。設(shè)兩地相距400公里，甲地到乙地列車運(yùn)1小時(shí)20分，兩地每20分鐘分別發(fā)出一輛列車。那么普通輪軌式高速列車系統(tǒng)大約需12輛1萬千瓦機(jī)車及12萬千瓦的電力支持。12萬千瓦的發(fā)電系統(tǒng)大約需投資6億元。而400多公里相同容量的輸配電系統(tǒng)大約需投資2億元。12輛1萬千瓦機(jī)車大約也需投資2億元。假設(shè)路軌和其它設(shè)施投資為A，則該系統(tǒng)總投資為A+10億元。平均每公里為(A+10)/400億元。
如果把上述系統(tǒng)在地面建成本發(fā)明的運(yùn)行系統(tǒng)，用200毫米厚的混凝土把路軌系統(tǒng)包裹起來，假設(shè)隧道寬7米，高3米。那么每公里需4000千方混凝土，按每方400元計(jì)，每公里增加造價(jià)160萬元。但由于對(duì)電力需求只為原來的10％，機(jī)車功率需求為原來的15％?？紤]到其它因素，比如，為了保證列車有良好的加速性能，機(jī)車功率再加大一些。所以這方面的投資最少可以下降70％，12萬千瓦的系統(tǒng)折合到每公里是250萬元，那么每公里的電力投資可以節(jié)約250×70％＝175萬元。由此得出本發(fā)明每公里造價(jià)比現(xiàn)有技術(shù)節(jié)約15萬元。如果以400公里計(jì)算，則可節(jié)約15×400＝6000萬元＝6千萬元。
現(xiàn)有的城市地鐵造價(jià)高，約每公里2億元。其主要原因是每公里需建一車站，這可能就占了投資的一半；建在城市內(nèi)，施工難度大；隧道強(qiáng)度要求高，隧道需要建的較深。本發(fā)明主要適用于中長(zhǎng)途客貨運(yùn)，城市之間直接連通，中間不設(shè)車站。隧道大部建在農(nóng)村，隧道強(qiáng)度及深度都要求較低，而且不占用土地?？傮w比較起來本發(fā)明的建設(shè)成本應(yīng)低于雙向四車道的高速公路。
由于空氣阻力的大大減小，輪軌式電力機(jī)車原有的許多技術(shù)難題，如牽引功率的增大與輪、軌之間的摩擦力不相適應(yīng)問題，也自然得到了解決。
綜上所述，亞真空高速列車隧道系統(tǒng)具有高速，環(huán)保，低能耗，低運(yùn)行成本諸多優(yōu)勢(shì)，在城市之間形成運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于航空和高速公路運(yùn)輸具有強(qiáng)大的竟?fàn)幜?。同時(shí)對(duì)我國(guó)的能源戰(zhàn)略也具有重大意義。而且高速列車在亞真空高速列車隧道系統(tǒng)中很可能達(dá)到目前飛機(jī)的速度，800公里/小時(shí)(如果將隧道內(nèi)氣壓降到5Kpa以下時(shí))。本發(fā)明在運(yùn)行過程中，要求列車需具有保壓，供氧，及空氣調(diào)節(jié)功能。在隧道內(nèi)進(jìn)行一般維修時(shí)，工人需要借助保壓服進(jìn)行操作，大修時(shí)要放入空氣，中斷運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)是在車站與車站之間的運(yùn)行路徑上設(shè)置封閉隧道，封閉隧道內(nèi)保持50Kpa以下的亞真空狀態(tài)，以減小列車克服空氣阻力所需的動(dòng)力，以及列車運(yùn)行中的噪音對(duì)外界的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于封閉隧道內(nèi)是保持20Kpa以下的亞真空狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于封閉隧道的兩端設(shè)有車套，車套兩端設(shè)有密封的保壓門，車套是封閉隧道與車站之間的過渡空間，作用是打開車套與封閉隧道的保壓門時(shí)，防止封閉隧道內(nèi)的真空度發(fā)生較大變化，車套3是一個(gè)容積需略大于列車體積的封閉隧道。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于列車出站時(shí)，先打開車站與車套之間的保壓門，列車從車站駛進(jìn)車套，待關(guān)閉車站與車套之間的保壓門之后，再打開車套與封閉隧道之間的保壓門，列車駛進(jìn)封閉隧道開始正常行駛；列車進(jìn)站時(shí)，與上述過程相反。
5.一種亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于構(gòu)造包括封閉隧道(1)，封閉隧道(1)內(nèi)間隔地設(shè)置有真空泵(2)，封閉隧道(1)的兩端設(shè)有車套(3)，車套(3)的兩端設(shè)有保壓門(5)，車套(3)一端的保壓門(5)與封閉隧道(1)連接，車套(3)另一端的保壓門(5)與車站(4)連接，在車套(3)和封閉隧道(1)內(nèi)鋪設(shè)有與車站(4)連接的軌道(6)。
全文摘要
一種亞真空高速列車運(yùn)行系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在車站與車站之間的運(yùn)行路徑上設(shè)置封閉隧道，封閉隧道內(nèi)保持50KPa以下的亞真空狀態(tài)，以減小列車克服空氣阻力所需的動(dòng)力，以及列車運(yùn)行中的噪音對(duì)外界的影響。該系統(tǒng)的構(gòu)成包括封閉隧道(1)，封閉隧道(1)內(nèi)間隔地設(shè)置有真空泵(2)，封閉隧道(1)的兩端設(shè)有車套(3)，車套(3)的兩端設(shè)有保壓門(5)，在車套(3)和封閉隧道(1)內(nèi)鋪設(shè)有與車站(4)連接的軌道(6)。本發(fā)明可以大大降低列車的牽引功率和能耗，并且可以提高列車的運(yùn)行速度，降低列車運(yùn)行的噪音對(duì)鐵路沿線居民的影響，減小列車運(yùn)行中對(duì)環(huán)境的污染，減少列車交通事故的發(fā)生。本發(fā)明適用于電力機(jī)車、磁懸浮列車的運(yùn)行系統(tǒng)。
文檔編號(hào)B61B13/10GK101020460SQ20061020072
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2006年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月24日
發(fā)明者公丕進(jìn) 申請(qǐng)人:公丕進(jìn)