风冷导热管及具有其的风冷式分体真空管道结构的制作方法

本发明涉及真空管道磁悬浮交通系统技术领域，尤其涉及一种风冷导热管及具有其的风冷式分体真空管道结构。

背景技术：

为了降低运行阻力，取消传统铁道交通的车轮和钢轨，利用磁悬浮技术来提供车辆的悬浮力和导向力，使用直线电机为车辆提供牵引力和制动力。并且为了降低列车高速运行的空气阻力，将车辆封闭在管道内，并将管道抽真空。

相较于传统的轮轨系统，磁悬浮系统需要在轨道上铺设能够提供悬浮力、导向力、推进力和制动力的线圈，这些电气线圈在工作时会产生很大的电流，从而导致线圈发热，尤其是提供推进和制动作用的线圈，由于通电的时间较长，所以会产生较多的热量。在真空管道中空气密度很低(所谓真空管道并不是完全的真空，存在稀薄的空气)，散热效果极差，长时间使用时会导致线圈温度过高从而影响其工作性能和使用寿命。

现有技术中的真空管道在世界范围内均没有进入工程化实施运用阶段，从所披露的资料来看，所有的真空管道都没有考虑线圈如何散热问题，长时间使用时导致线圈发热量累计到较高温度，从而影响线圈的绝缘性能以及缩短线圈的使用寿命。

另外现有的真空管道断面形状都是一个完整的圆管结构，具体如图6和图7所示，这种圆管结构的真空管道不利于提高断面的垂向刚度，并且水平方向占地面积大，管道架设难度大，总的来看这种真空管道的建设投资成本高。

由上可知，现有结构形式的真空管道存在以下几个技术缺点。

第一，真空管道都没有考虑线圈如何散热问题，长时间使用时导致线圈发热量累计到较高温度，从而影响线圈的绝缘性能以及缩短线圈的使用寿命。

第二，没有充分发挥混凝土材料和钢材的强度性能。车辆在真空管道内运行时对管道的作用载荷主要为垂向，这就要求管道断面在垂向上有很高的抗弯刚度，水平方向则不需要太高的刚度，而现有方案的整体圆钢管在垂向和水平方向的抗弯能力是相同的，很不合理。另外，混凝土部分的断面几何形状因为受到圆管的限制而不能设计太高，更多的材料分布在水平方向上，造成这种管道的垂向刚度不足，水平刚度有余，材料强度性能没有充分利用。

第三，在高架桥路段施工困难。真空管道在使用时是做成几十米长的一段，用架桥设备安装在高架桥上，整体圆管结构的管道上侧为圆弧状，并且只有一层钢板，无法承受架桥机自重，所以这种真空管道的工程施工难度大，带来建造成本高的问题。

第四，这种管道建造的线路占地面积大。因为圆管的横向和垂向尺寸相同，为了增加抗弯垂向刚度，必须增加圆管的直径，横向尺寸的增加加大了这种真空管道线路的占地面积，造成建线成本的增加。

技术实现要素：

本发明提供了一种风冷导热管及具有其的风冷式分体真空管道结构，能够解决现有技术中电气线圈温升过高、线路建设成本高、占地面积大以及施工难度大的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种风冷导热管，风冷导热管包括进风口、通风通道和出风口，风冷导热管设置在真空管道结构内且靠近位于真空管道结构内的电气线圈，进风口用于将外部空气引入通风通道以通过外部空气吸收电气线圈散发的热量，出风口用于将吸收热量后的空气从通风通道中排出。

进一步地，风冷导热管包括多个风冷导热段，多个风冷导热段依次连接且呈蛇形排布。

根据本发明的另一方面，提供了一种风冷式分体真空管道结构，风冷式分体真空管道结构包括第一结构、第二结构以及如上所述的风冷导热管，风冷导热管设置在第二结构内且靠近位于第二结构内的电气线圈，第二结构用于为车辆提供运行轨道，第二结构设置在第一结构的下部，第一结构与第二结构相连接以形成管道本体，管道本体用于提供气密性真空管道环境，管道本体的横截面高度大于横截面宽度。

进一步地，风冷式分体真空管道结构还包括陶瓷导热元件，陶瓷导热元件设置在电气线圈与风冷导热管之间。

进一步地，第一结构的材质包括钢材，第二结构的材质包括钢筋混凝土。

进一步地，风冷式分体真空管道结构还包括密封件，密封件设置在第一结构和第二结构的连接位置，密封件用于实现第一结构和第二结构之间的密封连接。

进一步地，风冷式分体真空管道结构还包括加强件，加强件焊接在管道本体的外部，加强件用于提高管道本体的强度以及增加分体式真空管道结构的散热面积。

进一步地，风冷式分体真空管道结构包括多个加强件，多个加强件沿管道本体的长度方向间隔焊接在管道本体上。

进一步地，风冷式分体真空管道结构还包括气密涂层，气密涂层涂覆在第二结构外部；第二结构的材质还包括气密剂。

进一步地，风冷式分体真空管道结构包括多个第一风冷导热管和多个第二风冷导热管，第一结构的结构为圆弧拱形结构，第二结构的结构为u型结构，第二结构包括第一侧壁和第二侧壁，在第一侧壁内连续设置有多个第一电气线圈，多个第一风冷导热管与多个第一电气线圈一一对应设置；在第二侧壁内连续设置有多个第二电气线圈，多个第二电气线圈分别与多个第一电气线圈以及多个第二风冷导热管一一对应设置。

应用本发明的技术方案，提供了一种风冷导热管和风冷式分体真空管道结构，该风冷导热管利用“烟囱”效应将电气线圈产生的热量导出，降低电气线圈温度，温度的降低有利于提高线圈的导电性、提高线圈绝缘层的绝缘性能，并有利于提高线圈的使用寿命。

该风冷式分体真空管道结构的高度尺寸与宽度尺寸可以自由设计，互不影响，通过将管道本体的横截面高度设置为大于横截面宽度，能够在有效增加管道的垂向刚度的同时，不增加横向尺寸和线路的占地面积。此外，在高架路段施工时，由于本发明所提供的风冷式分体真空管道结构为分体式管道，因此位于下部的第二结构在施工时其自身可形成架桥机的工作路线，当位于真空管道结构下部的第二结构完成安装后再使用架桥机将上部的第一结构逐一安装到位即可，工程施工非常方便，线路建设成本低。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的第一实施例提供的风冷式分体真空管道结构的断面示图；

图2示出了图1中提供的风冷式分体真空管道结构的左视图；

图3示出了图1中提供的风冷式分体真空管道结构的又一主视图；

图4示出了根据本发明的第二实施例提供的风冷式分体真空管道结构的主视图；

图5示出了图4中提供的风冷式分体真空管道结构的左视图；

图6示出了现有技术中提供的真空管道的断面视图；

图7示出了图6中提供的真空管道的左视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、风冷导热管；10a、风冷导热段；11、进风口；12、通风通道；13、出风口；20、第一结构；30、第二结构；31、第一侧壁；311、第一电气线圈；32、第二侧壁；321、第二电气线圈；40、陶瓷导热元件；50、密封件；60、加强件；70、气密涂层；80、螺栓。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1至图5所示，根据本发明的具体实施例提供了一种风冷导热管，该风冷导热管10包括进风口11、通风通道12和出风口13，风冷导热管10设置在真空管道结构内且靠近位于真空管道结构内的电气线圈，进风口11用于将外部空气引入通风通道12以通过外部空气吸收电气线圈散发的热量，出风口13用于将吸收热量后的空气从通风通道12中排出。

应用此种配置方式，提供了一种风冷导热管，该风冷导热管设置在真空管道结构内且靠近位于真空管道结构内的电气线圈，在使用时，由于风冷导热管靠近电气线圈部分温度较高，导致风冷导热管内的空气上移而由上端出风口排出，较冷的空气则有下端的进风口进入，从而形成自然对流，利用“烟囱”效应将电气线圈产生的热量导出，降低电气线圈温度，温度的降低有利于提高线圈的导电性、提高线圈绝缘层的绝缘性能，并有利于提高线圈的使用寿命。

作为本发明的第一实施例，如图1至图3所示，风冷导热管呈弯折状结构，风冷导热管包括三个导热段，第二导热段分别与第一导热段和第三导热段呈夹角设置，如图2所示，斜向布置的第二导热段靠近电气线圈，斜向布置的目的是为了增加风冷导热管与电气线圈区域的接触面积，增强散热效果。沿真空管道结构的长度方向依次均匀连续设置有多个风冷导热管，多个风冷导热管用于将多个电气线圈产生的热量导出。

进一步地，在本发明中，作为本发明的第二实施例，为了提高风冷导热管的散热效率，如图4和图5所示，可将风冷导热管10配置为包括多个风冷导热段10a，多个风冷导热段10a依次连接且呈蛇形排布，此种设置方式能够增加导热管与电气线圈区域的接触面积。如图5所示，风冷导热管10包括四个风冷导热段10a，四个风冷导热段10a均为稍有倾斜的水平段，四个风冷导热段10a依次相连接呈蛇形排布，此种排布方式能够增大导热面积，提高风冷导热管的散热效率。作为本发明的其他实施例，也可采用其他结构形式的风冷导热管，只要能够将电气线圈散发的热量导出即可，此处不做限制。

根据本发明的另一方面，提供了一种风冷式分体真空管道结构，该风冷式分体真空管道结构包括第一结构20、第二结构30以及如上所述的风冷导热管10，风冷导热管10设置在第二结构30内且靠近位于第二结构30内的电气线圈，第二结构30用于为车辆提供运行轨道，第二结构30设置在第一结构20的下部，第一结构20与第二结构30相连接以形成管道本体，管道本体用于提供气密性真空管道环境，管道本体的横截面高度大于横截面宽度。

应用此种配置方式，提供了一种风冷式分体真空管道结构，该风冷式分体真空管道结构包括风冷导热管10，由于本发明的风冷导热管能够将电气线圈产生的热量导出，降低电气线圈温度，温度的降低有利于提高线圈的导电性、提高线圈绝缘层的绝缘性能，并有利于提高线圈的使用寿命。因此，将该风冷导热管应用到风冷式分体真空管道结构中，能够极大地提高真空管道结构的工作性能。再者，该风冷式分体真空管道结构通过将管道本体设置为分体的，第一结构和第二结构相连接以用于提供气密性真空管道环境，此种方式使得管道结构的高度尺寸与宽度尺寸可以自由设计，互不影响，通过将管道本体的横截面高度设置为大于横截面宽度，能够在有效增加管道的垂向刚度的同时，不增加横向尺寸和线路的占地面积。此外，在高架路段施工时，由于本发明所提供的风冷式分体真空管道结构为分体式管道，因此位于下部的第二结构在施工时其自身可形成架桥机的工作路线，当位于真空管道结构下部的第二结构完成安装后再使用架桥机将上部的第一结构逐一安装到位即可，工程施工非常方便，线路建设成本低。

此外，在本发明中，为了进一步地增强导热效果，可将风冷式分体真空管道结构配置为还包括陶瓷导热元件40，陶瓷导热元件40设置在电气线圈与风冷导热管10之间。在此种配置方式下，电气线圈工作所散发的热量能够通过导热性能良好的陶瓷导热元件传到至风冷导热管，并通过风冷导热管将热量排出。作为本发明的另一实施例，也可采用其他导热性能良好的材料制作散热元件。

进一步地，在本发明中，为了适于工业应用以及提高真空管道的工作寿命，可将第一结构20的材质配置为包括钢材，第二结构30的材质包括钢筋混凝土。作为本发明的一个具体实施例，车辆在真空管道内运行时对管道的作用载荷主要为垂向，因此要求管道断面在垂向上有较高的抗弯刚度，水平方向则不需要过大的刚度。由于本发明所提供的风冷式分体真空管道结构为分体式管道，因此，管道结构的高度尺寸与宽度尺寸可以自由设计，基于此，可根据车辆实际运行中对管道的刚度需求，增大管道在垂向上的抗弯刚度，使得更多的混凝土材料分布在垂直方向上，以充分利用材料的强度性能。

进一步地，在本发明中，第一结构20与第二结构30可使用螺栓进行连接。具体地，如图1所示，上部钢制第一结构20和下部混凝土材质的第二结构30之间采用若干螺栓80连接，装配前，螺栓80预埋在下部的混凝土材质的第二结构30内，根据实际需求测试螺栓之间的间距尺寸，并根据螺栓之间的间距尺寸在上部的钢制第一结构20中钻孔，控制螺栓80与螺栓孔的间隙，增强真空管道上下部的连接强度，从而能够提高真空管道的承载一体性。

此外，在本发明中，为了保证风冷式分体真空管道结构的工作性能，防止真空管道结构在工作过程中空气渗漏，可将风冷式分体真空管道结构配置为还包括密封件50，密封件50设置在第一结构20和第二结构30的连接位置，密封件50用于实现第一结构20和第二结构30之间的密封连接。

应用此种配置方式，通过在第一结构和第二结构的连接位置处设置密封件，在对真空管道抽真空及后续车辆在真空管道内运行时，能够有效地防止空气渗漏，提高真空管道的工作性能。作为本发明的一个具体实施例，可采用橡胶条作为密封件50，在此种方式下，当真空管道内抽真空后，上部的刚制第一结构20在数千吨空气压力的作用下，通过密封橡胶条结构紧紧压在下部的钢筋混凝土材质的第二结构30上，能够起到非常良好的密封效果。作为本发明的其他实施例，也可采用其他低刚度、密封性的材料作为密封件50。

进一步地，在本发明中，为了提高真空管道结构的强度以及增加风冷式分体真空管道结构的散热面积，可将风冷式分体真空管道结构配置为还包括加强件60，加强件60焊接在管道本体的外部，加强件60用于提高管道本体的强度以及增加风冷式分体真空管道结构的散热面积。作为本发明的一个具体实施例，可采用加强筋板作为加强件60，加强筋板焊接设置在管道本体上。

此外，在本发明中，为了进一步地提高真空管道结构的强度以及增加风冷式分体真空管道结构的散热面积，可将风冷式分体真空管道结构配置为包括多个加强件60，多个加强件60沿管道本体的长度方向间隔焊接在管道本体上。作为本发明的一个具体实施例，可采用加强筋板作为加强件60，如图2所示，风冷式分体真空管道结构配置包括多个加强筋板，多个加强筋板沿管道本体的长度方向均匀间隔地焊接设置在管道本体上。此种方式既能够节省钢材用量，同时也能够增加风冷式分体真空管道结构的刚度和强度，此外，加强筋板结构还能够增加管道的散热面积，起到散热格栅的作用。

进一步地，在本发明中，为了进一步地提高真空管道的密封性能，可将风冷式分体真空管道结构配置为还包括气密涂层70，气密涂层70涂覆在第二结构30外部；第二结构30的材质还包括气密剂。作为本发明的一个具体实施例，气密涂层70的材质包括沥青、铁皮或钢板，第二结构的材质主要由混凝土组成，混凝土中增加有一定量的气密剂以增强气密性。作为本发明的其他实施例，也可采用其他具有气密作用的材料作为气密涂层70。

此外，在本发明中，如图1所示，为了保证车辆在真空管道内快速运行时散热的均匀性，风冷式分体真空管道结构包括多个第一风冷导热管和多个第二风冷导热管，第一结构20的结构为圆弧拱形结构，第二结构30的结构为u型结构，第二结构30包括第一侧壁31和第二侧壁32，在第一侧壁31内连续设置有多个第一电气线圈311，多个第一风冷导热管与多个第一电气线圈311一一对应设置；在第二侧壁32内连续设置有多个第二电气线圈321，多个第二电气线圈321分别与多个第一电气线圈311以及多个第二风冷导热管一一对应设置。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图3对本发明的风冷式分体真空管道结构进行详细说明。

如图1至图3所示，根据本发明的具体实施例提供了一种风冷式分体真空管道结构，该风冷式分体真空管道结构包括第一结构20、第二结构30、风冷导热管10、陶瓷导热元件40、密封件50、加强件60和气密涂层70，第一结构20由钢材制成，第二结构30由混凝土制成，采用密封条作为密封件50，采用加强筋板作为加强件60，钢制的第一结构20和混凝土制的第二结构30之间使用密封条进行密封，使用螺栓80进行连接。

上部的钢制第一结构20的主要作用是为真空管道结构提供密闭密封，采用钢板钣金成半圆的拱形结构，然后沿管道纵向焊接多道加强筋板，这样节省了钢材用量同时增加了结构的刚度和强度，另外这些加强筋板结构还增加了管道的散热面积，起到散热格栅的作用。

下部的混凝土制的第二结构30的作用有两点，一是作为车辆运行的轨道，二是为真空管道结构提供密闭密封。与一般高铁线路上的混凝土结构不同，这里对混凝土增加了密封要求，所以混凝土中增加一定量的气密剂，并在混凝土结构的外侧敷设喷涂一层气密涂层70，气密涂层70采用沥青、铁皮或钢板等有气密作用的材料即可。

上部的钢制第一结构20和下部的混凝土制的第二结构30之间采用若干螺栓80连接，螺栓80预埋在下部的混凝土结构中，根据实际测试螺栓的间距尺寸，在上部的钢结构中钻孔，控制螺栓与螺栓孔的间隙，增强上下部的连接刚度，提高了管道的承载的一体性。

密封条采用橡胶等低刚度、密封性材料制成，管道内抽真空后，上部的钢结构在数千吨的空气压力作用下，通过密封条结构紧紧压在下部的钢筋混凝土结构上，能起到非常良好的密封效果。

在下部的混凝土制的第二结构30中预埋风冷导热管，风冷导热管靠近电气线圈的部分由于温度较高，导致风冷导热管内的空气经通风通道12上移而由上端出风口13排出，较冷的空气则有下端的进风口11进入，从而形成自然对流，利用“烟囱”效应将线圈产生的热量导出，降低线圈温度，温度的降低有利于提高线圈的导电性、提高线圈绝缘层的绝缘性能，并有利于提高线圈的使用寿命。在风冷导热管和电气线圈之间设置有陶瓷导热元件40，电气线圈工作所散发的热量能够通过导热性能良好的陶瓷导热元件传到至风冷导热管，并通过风冷导热管将热量排出。

综上所述，本发明提供了一种风冷导热管以及风冷式分体真空管道结构，该真空管道结构与现有技术相比，具有以下优点。

第一，本发明所提供的分体真空管道结构通过引入风冷导热管，解决了管道内的电气线圈发热导致的温升问题，提高了电气线圈性能，包括降低电阻和提升绝缘性能，并延长线圈的使用寿命。

第二，本发明的分体式真空管道结构的高度尺寸与宽度尺寸完全可以自由设计，根据需要可增加管道的高度尺寸，提高管道的垂向刚度，同时控制横向尺寸，减少钢材和混凝土材料的使用并且减少线路的占地面积。

第三，本发明所提供的分体式真空管道结构非常方便高架路段施工，首先将使用架桥机将下部的混凝土结构顺序吊装到桥墩上，下部混凝土结构本身就形成了架桥机的走行的工作线路，下部混凝土结构安装完成后再使用架桥机将上部结构逐一安装到位即可，降低了施工难度以及施工成本。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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