一種活塞式車輛推壓排氣為管道交通形成真空的方法及裝置與流程

本發明屬于真空管道交通技術領域，具體涉及一種活塞式車輛推壓排氣為管道交通形成真空的方法及裝置。

背景技術：

真空管道交通是一種正在研制開發階段的未來交通系統，系統運行前要排出管道內空氣，建立真空環境，保證管道內真空度在規定的低壓范圍。在經過一段時間運行后，以及在各種漏氣因素作用下，管道內真空度會下降（氣壓升高），車輛運行氣動阻力上升。為降低氣壓和使管道內真空度恢復到額定水平，則需要進行真空維持工作，即為真空管道補抽氣或者用其他適當方法排除殘留氣體。

用真空泵抽氣是眾所周知的形成真空方法。對于真空管道交通，可以在管道沿線布置真空泵抽除氣體，為管道形成真空和維持真空。專利申請“分階段應用真空泵與車輛運行排氣為管道交通抽真空方法”（專利號：cn201610479045.0）涉及這種排氣抽真空方法。

除了用真空泵對真空管道抽氣外，也可用車輛運行排氣方式，由行駛在管道內的車輛前端安裝的吸氣裝置和壓縮機捕集氣體，經壓縮后存放在車載高壓儲氣罐內，車輛到達站點后把捕集的氣體帶出真空管道，或者以適當方式把儲氣罐內氣體排出管道。專利申請“真空管道高速交通運行抽氣系統”（專利號：cn2009103059627）給出了這種排氣抽真空方法，同時專利申請“分階段應用真空泵與車輛運行排氣為管道交通抽真空方法”（專利號：cn201610479045.0）亦涉及這種排氣抽真空方法。

另外，也可用運行車輛活塞效應方式通過擠壓由單向閥門排出管道內氣體。專利申請“真空管道交通車輛運行活塞效應排氣抽真空設置”（專利號：cn201510724755.0）給出了這種排氣抽真空方法。其特征是，運行車輛必須以足以使前方鄰近局部范圍內氣體快速擠壓的較高速度行駛，且排氣孔、排氣閥門必須沿管道密布。

上述排氣抽真空方法并不要求管道內必須光滑，但排氣效率不高。專利申請“動力系統外置式薄壁真空管道磁浮交通系統”（專利號：cn201010192101.5）給出了一種把用于驅動車輛的直線電機和用于把車輛懸浮起來的懸浮裝置布置到管道外部的方法，使得保持管道內部完全光滑成為可能。對于內壁光滑的管道，則可使用活塞式車輛通過推壓排出管道內氣體，提高排氣抽真空效率，降低真空管道交通運營成本。

技術實現要素：

為了克服現有技術的上述問題，本發明的目的是提供一種活塞式車輛推壓排氣為管道交通形成真空的方法及裝置。本發明有效降低了真空管道交通形成真空和維持真空的成本與投入，提高了真空管道交通整體經濟效益。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案是：

一種活塞式車輛推壓排氣為管道交通形成真空的方法，通過兩輛活塞式車輛在密封管道中相向行駛，在交通管道中形成一定真空環境，具體步驟如下：

1）兩輛活塞式車輛a、b分別進入相距較遠的兩個氣閘站a、b；

2）兩輛活塞式車輛a、b由氣閘站進入管道后，關閉氣閘站a、b的內側隔離門，使氣閘站a、b間的交通管道形成密閉管道；

3）調節兩輛活塞式車輛a、b上的活塞圈，使活塞式車輛與管道密封；

4）兩輛活塞式車輛a、b開始相向行駛，利用相向行駛的兩輛活塞式車輛a、b推動、壓縮前方空氣，使空氣從排氣閥門中排出，當活塞式車輛每到達一個排氣閥時，該排氣閥關閉；

5）當a、b兩輛活塞式車輛運行至管道中部的排氣閥門后，關閉排氣閥門，完成一個排氣過程；

6）活塞式車輛a、b駛回各自出發點氣閘站a、b處，并從氣閘站a、b處離開交通管道。

若不需要進一步提高管道真空度，所述步驟6）中活塞式車輛a、b駛回時，活塞式車輛a、b上的活塞圈收縮，脫離管道壁，從而減小活塞式車輛運行時的摩擦阻力。

若需要進一步提高管道真空度，所述步驟6）中活塞式車輛a、b駛回時，調節活塞式車輛a、b上的活塞圈與管道壁之間的壓緊程度，同時開啟氣閘站附近的單向閥，使活塞式車輛a、b駛回氣閘站過程中推壓管道內的殘留氣體排出，進一步提高管道內的真空度。

以及一種活塞式車輛推壓排氣為管道交通形成真空的裝置，包括管道與活塞式車輛本體，管道內壁光滑，縱向連續，管壁1~8mm，為非磁性材質；管道上每隔100km以上距離設置氣閥站；氣閥站間的管道上設置若干排氣閥門，每個排氣閥門上裝有排氣裝置；管道的外壁上設置若干磁性引導機線路；縱梁穿過活塞式車輛本體，縱梁兩端安裝活塞；活塞邊緣設有活塞圈a，活塞圈a采用具有彈性且密封效果良好的材料；活塞圈a上設置有脹縮裝置，可根據需要調節活塞圈a跟管道壁之間的壓力；活塞式車輛本體上與磁性引導機線路對應的位置設有若干組磁性履帶，每組磁性履帶包含若干動輪；磁性履帶表面履帶具有一定弧度，弧度曲率跟管道半徑相一致，使得磁性履帶表面磁體能夠跟管道內壁緊密吻合；磁性履帶間通過若干連接圈連接，縱梁與連接圈通過若干連桿固定連接。

所述排氣閥門為單向閥；所述排氣裝置為排氣風機或真空泵。

所述活塞內側的縱梁上安裝輔助活塞，輔助活塞的邊緣設有活塞圈b；活塞圈b上設置有脹縮裝置，可根據需要調節活塞圈b跟管道壁之間的壓力。

活塞式車輛可以采用磁性引導機驅動，此時，所述管道外壁每隔一定距離安裝異形加強肋圈，異形加強肋圈在引導機線路位置為拱門結構，拱門允許磁性引導機自由通過；所述管道外壁的磁性引導機線路位置設有可移動的磁性引導機，磁性引導機的磁體帶有一定弧度，該弧度曲率跟管道半徑相一致，使得磁性引導機磁體表面能夠跟管道外壁緊密吻合；磁性引導機磁體表面磁極跟磁性履帶表面磁極按相吸關系設置。所述磁性引導機是磁性履帶或者滾動輪式；磁性引導機從設置在管道外壁的供電線、供電軌、供電條或者自帶的蓄電池取電；該磁性引導機通過磁性履帶、電磁鐵、或永久磁鐵驅動磁性履帶。

活塞式車輛也可以采用自主驅動，此時，所述管道外壁磁性履帶的對應位置設置鐵磁性引導軌；供電線、供電軌或供電條嵌入管道內壁，管道內壁表面仍然保持光滑。所述活塞式車輛本體從設置在管道內壁的供電線、供電軌、供電條或者自帶的蓄電池取電；磁性履帶自主驅動。

本發明的有益效果是：

跟單純用真空泵從常壓到額定真空度抽真空相比，可避免真空泵后期抽真空排氣效率不高的問題，有效降低為真空管道交通形成真空和維持真空的成本與投入，提高真空管道交通整體經濟效益。

跟單純用運行排氣方式從常壓到額定真空度抽真空相比，可避免運行排氣方式在前期排氣階段（第1階段）因氣體量過大而需要大量儲氣瓶和排氣效率不高的問題，有效降低為真空管道交通形成真空和維持真空的成本與投入，提高真空管道交通整體經濟效益。

跟專利申請“真空管道交通車輛運行活塞效應排氣抽真空設置”（專利號：cn201510724755.0）給出的排氣抽真空方法相比，不需要在管道沿線密集布置排氣閥門，也不需要排氣車輛高速行駛。本案給出的方案排氣過程中活塞與管道壁之間無縫隙，氣體不會往排氣式車輛后方泄漏，可大大提高一次性達到較高真空度的抽氣效果，有效降低為真空管道交通形成真空和維持真空的成本與投入，提高真空管道交通整體經濟效益。

附圖說明

圖1為活塞式車輛由磁性履帶式引導機驅動時的結構示意圖；

圖2為活塞式車輛由磁性履帶式引導機驅動時的橫斷面示意圖；

圖3為管道外加裝異形加強肋后的橫斷面示意圖；

圖4為自主行駛式活塞式車輛的結構示意圖；

圖5為自主行駛式活塞式車輛時活塞式車輛以及管道的橫斷面示意圖；

圖6為兩輛活塞式車輛相向行駛推壓排氣過程示意圖。

圖中，管道（1）；活塞式車輛本體（2）；活塞（3）；輔助活塞（4）；縱梁（5）；連接圈（6）；磁性履帶（7）；動輪（8）；磁性引導機（9）；連桿（10）；異形加強肋（11）；鐵磁性引導軌（12）；排氣閥門（13）；排氣裝置（14）；活塞圈a（31）；活塞圈b（41）；磁體（91）。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做詳細描述，但是本發明不局限于以下實施例。

如圖1、圖2所示，管道內壁必須光滑，管壁較薄，1~8mm，且為非磁性材質。管道斷面是規則的圓形，也可以是橢圓或其他無棱角形狀。管道縱向必須連續、光滑，保證活塞式車輛本體能夠順利前進且不會往后方漏氣。

活塞式車輛前端、后端設置活塞，活塞周邊的活塞圈a采用橡膠材料制作，或其他具有彈性且密封效果良好的材料。活塞圈a也可采用如普通冰箱門密封用的磁性密封條。活塞圈a上設置有脹縮裝置，可根據需要調節活塞圈a跟管道壁之間的壓力。不需要排氣的非工作情況下，活塞圈a收縮，脫離管道壁，從而減小活塞式車輛本體運行時的摩擦阻力。為達到更佳的密封效果，可設置第二道輔助活塞，以及帶有脹縮裝置的活塞圈b。

若活塞圈a和活塞圈b密封效果很好，則可只在活塞式車輛本體前端或后端設置一套活塞和輔助活塞。

活塞式車輛本體上設置磁性履帶，管道外部相對位置設置可移動的磁性引導機，用于驅動活塞式車輛本體前進。作為活塞式車輛本體驅動裝置組成部分的磁性履帶可以一個，也可以多個，如兩個、三個或四個。磁性履帶表面磁體具有一定弧度，弧度曲率跟管道半徑相一致，使得磁性履帶表面磁體能夠跟管道內壁緊密吻合，或者間隙盡可能小。

活塞式車輛本體前端、后端的活塞以及車輛通過縱梁連接，通過連桿連接縱梁和磁性履帶，動輪用來帶動磁性履帶。

管道外部的磁性引導機磁體帶有一定弧度，該弧度曲率跟管道半徑相一致，使得引導機磁體表面能夠跟管道外壁緊密吻合，或者間隙盡可能小。引導機磁體表面磁極跟管道內部磁性履帶表面磁極按相吸關系設置。引導機帶有電刷，從設置在管道外壁的供電線（或供電軌，或供電條）取電。引導機也可自帶蓄電池作為動力，還可用直線電機方式驅動引導機，這時管道外壁設置長定子，引導機上設置短定子。該引導機可以是類似活塞式車輛的磁性履帶模式，也可以是其他能驅動活塞式車輛本體磁性履帶的其他模式，如直線電機，電磁鐵，或永久磁鐵模式。

如圖3所示，引導機采用無人駕駛方式，按預設程序自動行駛，或者按遠程控制方式行駛。跟一輛活塞式車輛本體相對應的幾個引導機可以單獨行駛，采用遙感、感應、傳感等技術保證同步。對于本發明所涉及的薄壁管道，每隔一定距離，如30~50m，需要設置加強肋圈，該加強肋圈會阻礙引導機行駛，為解決此問題，本發明給出一種異形加強肋圈，在引導機線路位置形成能使引導機順利通過的拱門結構。

如圖4所示，除了通過為活塞式車輛本體設置磁性履帶，由管道外部引導機驅動活塞式車輛前進，還可采用自主行駛的活塞式車輛，即不依靠引導機驅動前進。自主行駛的活塞式車輛可設置成載人式，也可設置成無人式。載人式活塞式車輛可以由車輛上工作人員駕駛，也可采用無人駕駛方式。無人式活塞式車輛采用無人駕駛方式行駛前進。自主行駛的活塞式車輛通過自帶蓄電池提供行駛動力，也可在管道內壁設置供電線（或供電軌，或供電條）為活塞式車輛提供行駛電力，供電線（或供電軌，或供電條）嵌入管道內壁，管道內壁表面仍然保持光滑。

如圖5所示，對于本發明所涉及的非磁性管道，當采用自主行駛活塞式車輛方法時，磁性履帶對應位置的管道外壁沿線要設置鐵磁性引導軌，為磁性履帶提供驅動作用力，并使活塞式車輛保持穩定，防止滾動旋轉。

管道沿線每隔一定距離（較大距離，大于100km）設置排氣閥門。根據需要，管道沿線排氣閥門也可較密設置，如每隔1km一個。

如圖6所示，活塞式車輛排氣抽真空工作開始后，車輛前后將形成最高達一個大氣壓的壓差，引導機驅動活塞式車輛本體前進所需動力會很高。為降低這種壓差，則在排氣閥門處加裝排氣風機或真空泵，以降低活塞式車輛本體運行前方壓力。

本發明的具體實施方式為：

管道內壁光滑，管壁較薄，且為非磁性材質；活塞式車輛前端、后端設置活塞，活塞周邊設置活塞圈a；活塞式車輛本體設置有磁性履帶，管道外部設置有引導機（9），用于驅動活塞式車輛行駛前進；活塞式車輛本體在前進時推壓前方空氣，經由排氣閥門排出，使管道內氣壓降低，形成真空管道交通所需要的真空環境。

活塞圈a采用橡膠材料制作，或其他具有彈性且密封效果良好的材料；尤其是，活塞圈a、活塞圈b采用磁性密封條，摩擦系數小、密封效果好。

活塞圈a或活塞圈b上設置有脹縮裝置，可根據需要調節活塞圈跟管道壁之間的壓力；在不需要排氣的非工作情況下，活塞圈收縮，脫離管道壁，從而減小活塞式車輛本體運行時的摩擦阻力。

為活塞設置輔助活塞，以便達到更佳的密封效果；第二道輔助活塞帶有脹縮裝置及活塞圈b。

履帶表面為永磁體，磁體表面為具有一定弧度，弧度曲率跟管道半徑相一致，使得磁性履帶表面磁體能夠跟管道內壁緊密吻合，或者間隙盡可能小。

引導機可以是磁性履帶模式，也可以是滾動輪式；引導機可以通過自帶的蓄電池提供電力，也可通過電刷從布置在管道外壁上的供電線（或供電軌，或供電條）獲得電力。

可以由引導機驅動，也可以采用管道外壁設置適當的直線電機驅動方式；尤其是，還可以自主行駛。

活塞式車輛本體可以是載人式，也可以是不載人式；可以人工駕駛，也可以通過自動控制方式自主行駛。

活塞式車輛可以通過自帶的蓄電池提供電力，也可通過電刷從嵌入式布置在管道內壁上的供電線（或供電軌，或供電條）獲得電力。

跟磁性履帶對應位置的管道外壁上設置鐵磁性引導軌，為磁性履帶提供作用力，并阻止活塞式車輛本體滾動旋轉。

為管道設置異形加強肋，在引導機通過的位置設置拱門式結構，以便引導機順利通過加強肋所在位置。

本發明的工作原理是：

如圖6所示，一種活塞式車輛推壓排氣為管道交通形成真空的方法，其具體實施包括以下步驟：

第一步，a、b兩輛活塞式車輛分別進入相距較遠的兩個氣閘站，氣閘站a和氣閘站b，距離大于100km。

第二步，氣閘站a和氣閘站b的內側隔離門打開，a、b兩輛活塞式車輛分別駛出氣閘站，開始相向行駛，行駛速度20~80km/h，如圖6所示。

第三步，隨著活塞式車輛行駛前進，前方空氣被推動、擠壓，受到推壓的氣體從中間閥門被擠出，或由真空泵抽出，車輛后方則形成氣壓更低的真空。

第四步，當a、b兩輛活塞式車輛到達中點排氣閥門處，即完成一個排氣過程。然后關閉排氣閥門，活塞圈收縮并松開，活塞式車輛駛回各自出發點氣閘站a和氣閘站b處。如果該中間位置附近有能夠使活塞式車輛離開管道的氣閘站，則可就近離開。

也可在氣閘站a和氣閘站b內側隔離門附近設置單向閥門，當a、b活塞式車輛駛向氣閘站a和氣閘站b時，調節活塞圈跟管道壁之間的壓緊程度，使活塞式車輛駛回氣閘站過程中能推壓管道內的殘留氣體從氣閘站附近的單向閥門排出，使管道內真空度進一步提高。氣閘站附近的單向閥門可設置真空泵，輔助排出受到擠壓的氣體。

在上述步驟中，只保留中間閥門或氣閘站附近閥門處于工作狀態。實際上，也可在管道沿線布置更多閥門，當活塞式車輛前進且前方氣壓較高時，氣體能夠就近及時排出，減小活塞式車輛的運行阻力，提高排氣效率。當活塞式車輛的前端活塞圈到達該閥門時，閥門立即關閉。

本發明給出的設置與方法可用于為管道從常壓開始排氣抽真空，也可為管道交通補抽真空。