專利名稱：亞真空高速列車運行系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及在一種列車運行系統，特別是一種亞真空高速列車運行系統。
背景技術：
目前高速列車的運行系統主要有兩種一種是輪軌式，另一種是磁懸浮式。這兩種列車運行系統都是在敞開的自然空間運行，在運行過程中，列車的動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磨擦阻力所需要的動力卻很少。據資料顯示，當列車時速在360公里/小時的時候，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，現有的列車運行系統運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行速度主要障礙。另外由于列車是在敞開的自然空間運行，列車運行中的噪音對鐵路沿線居民的生活和正常休息也有很大影響。列車運行過程中產生的廢氣對環境污染也很大，由于目前的敞開運行方式，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境，也容易發生列車與行人或其它交通工具之間的交通事故。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種亞真空高速列車運行系統。它可以大大降低列車的牽引功率和能耗，提高列車的運行速度，降低列車運行的噪音對鐵路沿線居民的影響，減小列車運行中對環境的污染，減少列車交通事故的發生。
本發明的技術方案。一種亞真空高速列車運行系統，其特征在于該系統是在車站與車站之間的運行路徑上設置封閉隧道，封閉隧道內保持50Kpa以下的亞真空狀態，以減小列車克服空氣阻力所需的動力，以及列車運行中的噪音對外界的影響。
上述的亞真空高速列車運行系統中，封閉隧道內更好地是保持20Kpa以下的亞真空狀態。
前述的亞真空高速列車運行系統中，封閉隧道的兩端設有車套，車套兩端設有密封的保壓門，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，防止封閉隧道內的真空度發生較大變化，車套3是一個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行系統中，列車出站時，先打開車站與車套之間的保壓門，列車從車站駛進車套，待關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，列車駛進封閉隧道開始正常行駛；列車進站時，與上述過程相反。
亞真空高速列車運行系統的構造，包括封閉隧道1，封閉隧道(1)內間隔地設置有真空泵2，封閉隧道1的兩端設有車套3，車套3的兩端設有保壓門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內鋪設有與車站4連接的軌道6。
與現有技術相比，本發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行速度，降低列車運行的噪音對鐵路沿線居民的影響，減小列車運行中對環境的污染，減少列車交通事故的發生。由于空氣阻力的大大減小，輪軌式電力機車原有的許多技術難題也自然得到了解決。本發明適用于電力機車、磁懸浮列車的運行系統。
附圖1是本發明的結構示意圖；附圖中的標記為1-封閉隧道，2-真空泵，3-車套，4-車站，5-保壓門，6-軌道。
具體實施例方式
實施例。如圖1所示，一種亞真空高速列車運行系統，該系統是在車站與車站之間的運行路徑上設置封閉隧道，封閉隧道內保持10Kpa以下的亞真空狀態，以減小列車運行中的空氣阻力，減小列車克服空氣阻力所需的動力，以及列車運行中的噪音對外界的影響。封閉隧道的兩端設有車套，列車出站時，先打開車站與車套之間的保壓門，列車從車站進入車套，然后關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，列車進入封閉隧道；列車進站時，與上述過程相反，其目的是防止封閉隧道中的真空度發生較大變化。
上述的亞真空高速列車運行系統的構成，如圖1所示，包括封閉隧道1，封閉隧道1上間隔地設置有真空泵2，封閉隧道1的兩端設有車套3，在車套3與車站4之間設有保壓門5，在車套3與封閉隧道1之間也設有保壓門5，在車套3和封閉隧道1中鋪設有軌道6與車站4連接。保壓門5是可以橫向或垂直移動的密封門。車套3是一個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的真空度。
具體實施時，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或兩個列車車套3。車套3的長度控制在最長列車長度的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之間設置保壓門5，封閉隧道1建成后，每間隔5公里設置兩臺排量15升，轉速為每分鐘3000轉的真空泵2。啟動真空泵2，將封閉隧道1內空氣抽出。使封閉隧道內空氣壓力達到10Kpa以下(當然壓力越小越好)。這個過程大約42小時(以隧道橫切面積為20平米計算)。以后每當隧道內空氣壓力高于10Kpa時真空泵2就自動啟動，低于9Kpa時真空泵2就自動停止。隧道內留少量空氣的目的一是便于列車的空調系統及列車發熱部件的散熱。二是便于列車供氧。當高速列車在這樣的封閉隧道系統中高速行駛時，由于封閉隧道內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。
根據公式F＝ma式中F-列車所受到的空氣阻力；m-列車周圍相關的空氣質量；a-列車周圍相關的空氣被高速列車作用所產生的加速度。
又根據公式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磨擦阻力)；v-列車的行駛速度。
由上式可以看出，當封閉隧道中的空氣質量減小后，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磨擦阻力。相同規模、相同運輸密度的亞真空高速列車隧道系統對電力容量的需求也僅為常規高速列車系統的1/10。
本發明的工作過程如圖1所示列車從車站出站時，先打開車站4與車套3之間的保壓門5，列車從車站駛出進入車套3，列車駛進車套3后，關閉車站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，列車駛入封閉隧道1后，將車套3與封閉隧道1之間的保壓門5關閉。
列車進站時，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駛入車套3，將車套3與封閉隧道1之間的保壓門5關閉，再打開車套3與車站4之間的保壓門5，列車從車套3駛出進入車車站4，將車套3與車站4之間的保壓門5關閉。
本發明的能耗分析及與現有技術的比較以定員500人，時速360公里的輪軌式高速列車為例，現在的牽引功率大約為10000千瓦，如果在本發明的系統中運行，考慮其有系統磨擦阻力，其牽引功率只需要1500千瓦也足夠了。可以計算出原來人均百公里能耗為5.56千瓦時，而現在人均百公里能耗只有0.85千瓦時。本發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。
本發明的建設成本分析及與現有技術的比較假設在甲乙兩地建一高速鐵路復線系統。設兩地相距400公里，甲地到乙地列車運1小時20分，兩地每20分鐘分別發出一輛列車。那么普通輪軌式高速列車系統大約需12輛1萬千瓦機車及12萬千瓦的電力支持。12萬千瓦的發電系統大約需投資6億元。而400多公里相同容量的輸配電系統大約需投資2億元。12輛1萬千瓦機車大約也需投資2億元。假設路軌和其它設施投資為A，則該系統總投資為A+10億元。平均每公里為(A+10)/400億元。
如果把上述系統在地面建成本發明的運行系統，用200毫米厚的混凝土把路軌系統包裹起來，假設隧道寬7米，高3米。那么每公里需4000千方混凝土，按每方400元計，每公里增加造價160萬元。但由于對電力需求只為原來的10％，機車功率需求為原來的15％。考慮到其它因素，比如，為了保證列車有良好的加速性能，機車功率再加大一些。所以這方面的投資最少可以下降70％，12萬千瓦的系統折合到每公里是250萬元，那么每公里的電力投資可以節約250×70％＝175萬元。由此得出本發明每公里造價比現有技術節約15萬元。如果以400公里計算，則可節約15×400＝6000萬元＝6千萬元。
現有的城市地鐵造價高，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，施工難度大；隧道強度要求高，隧道需要建的較深。本發明主要適用于中長途客貨運，城市之間直接連通，中間不設車站。隧道大部建在農村，隧道強度及深度都要求較低，而且不占用土地。總體比較起來本發明的建設成本應低于雙向四車道的高速公路。
由于空氣阻力的大大減小，輪軌式電力機車原有的許多技術難題，如牽引功率的增大與輪、軌之間的摩擦力不相適應問題，也自然得到了解決。
綜上所述，亞真空高速列車隧道系統具有高速，環保，低能耗，低運行成本諸多優勢，在城市之間形成運行網絡，對于航空和高速公路運輸具有強大的竟爭力。同時對我國的能源戰略也具有重大意義。而且高速列車在亞真空高速列車隧道系統中很可能達到目前飛機的速度，800公里/小時(如果將隧道內氣壓降到5Kpa以下時)。本發明在運行過程中，要求列車需具有保壓，供氧，及空氣調節功能。在隧道內進行一般維修時，工人需要借助保壓服進行操作，大修時要放入空氣，中斷運行。
權利要求
1.一種亞真空高速列車運行系統，其特征在于該系統是在車站與車站之間的運行路徑上設置封閉隧道，封閉隧道內保持50Kpa以下的亞真空狀態，以減小列車克服空氣阻力所需的動力，以及列車運行中的噪音對外界的影響。
2.根據權利要求1所述的亞真空高速列車運行系統，其特征在于封閉隧道內是保持20Kpa以下的亞真空狀態。
3.根據權利要求1或2所述的亞真空高速列車運行系統，其特征在于封閉隧道的兩端設有車套，車套兩端設有密封的保壓門，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，防止封閉隧道內的真空度發生較大變化，車套3是一個容積需略大于列車體積的封閉隧道。
4.根據權利要求3所述的亞真空高速列車運行系統，其特征在于列車出站時，先打開車站與車套之間的保壓門，列車從車站駛進車套，待關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，列車駛進封閉隧道開始正常行駛；列車進站時，與上述過程相反。
5.一種亞真空高速列車運行系統，其特征在于構造包括封閉隧道(1)，封閉隧道(1)內間隔地設置有真空泵(2)，封閉隧道(1)的兩端設有車套(3)，車套(3)的兩端設有保壓門(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)內鋪設有與車站(4)連接的軌道(6)。
全文摘要
一種亞真空高速列車運行系統。該系統是在車站與車站之間的運行路徑上設置封閉隧道，封閉隧道內保持50KPa以下的亞真空狀態，以減小列車克服空氣阻力所需的動力，以及列車運行中的噪音對外界的影響。該系統的構成包括封閉隧道(1)，封閉隧道(1)內間隔地設置有真空泵(2)，封閉隧道(1)的兩端設有車套(3)，車套(3)的兩端設有保壓門(5)，在車套(3)和封閉隧道(1)內鋪設有與車站(4)連接的軌道(6)。本發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行速度，降低列車運行的噪音對鐵路沿線居民的影響，減小列車運行中對環境的污染，減少列車交通事故的發生。本發明適用于電力機車、磁懸浮列車的運行系統。
文檔編號B61B13/10GK101020460SQ20061020072
公開日2007年8月22日 申請日期2006年7月24日 優先權日2006年7月24日
發明者公丕進 申請人:公丕進