一种无动力超音速管道运输车及其运行方法与流程

技术领域：

本发明属于管道运输车技术领域，涉及一种无动力超音速管道运输车及其运行方法，特别是一种新型无动力超音速管道运输车及其运行方法，用于管道运输，速度快且环保节能。

背景技术：
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海上航行的轮船、陆地上行驶的车辆、空中飞行的飞机是我们所熟知的三大交通运输形式，而管道运输被称为第四条运输大动脉。目前，管道系统大多还局限于货物运输，例如用于石油开采后的运输，如何使它服务于客运交通，是科学家下一个重要研究目标。其实，地铁就是一种管道列车，而隧道也是管道交通的一种形式。

20世纪的1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，1934年申请了磁悬浮列车的专利。美国兰德咨询公司和麻省理工学院的专家最早提出来真空管道磁悬浮列车运输理论。真正将这一运输方式落实到图纸的是美国弗罗里达州的机械工程师戴睿·奥斯特，经过多年的研究与设计。戴睿于1999年在美国申请了真空管道运输系统发明专利，目前还没有产品和试验的报道。2001年我国西南大学教授张耀平把真空管道磁悬浮列车运输技术引进我国进行研究。戴睿及夫人也来到了中国，并与张耀平教授一起进行研究，得到了我国学术界和政府的支持，目前还停留在理论研究和试验阶段。许多的技术难题还未得到解决和突破，例如：1、真空管道内达不到绝对真空，管道内存在太多连接处(管道与管道的连接处、与辅助设备、抽真空泵站每1-2公里就设一站的接头、接口、进出管道内的门等等)；管道埋在地下深处，长时间难保管道内的真空度，如果存在针眼大的孔，可透过斗大的风，一旦出现空气倒流，后果不堪设想；2、强电磁场以及密闭车厢内空气不流通均对人体健康有一定的影响和伤害；3、真空管道内的磁悬浮和磁悬浮列车的结构复杂，制造困难；该项目投资巨大，经济成本高，难以实现大众营运的问题；4、在真空管道里遭遇突然停电事故时，无法救援；无法救援是最大的缺点，无法克服。中国专利cn102167044a公开了一种真空动力动车装置，主要由路基和固定其上的动车外套壳及内里设有的动车三部分构成，在动车外套壳的两端及侧面设置有通道门，通气窗、抽气阀、进气阀、真空感应器、减速感应器、发射装置和应急通道等，它们由控制线与控制器及计算机相互电连接，用计算机打开动车外套壳一端的空气窗并卡住动车后，在关闭动车外套壳上动车前的所有进气阀及外套壳另一端通气窗的同时，打开所有抽气阀把动车外套壳内的空气抽干净呈真空状态，当打开发射装置后，动车就会在强大空气压力和真空吸力作用下瞬间滑向动车外套壳另一端，达到运输的目的；虽然该技术省略了磁悬浮，但是还是存在保证管道呈真空状态的缺点，另外，人在静止状态下瞬时加速到极速，人体是难以承受的，这一方案是难以实现的，现急需管道内无需真空，无需强磁场的一种新型管道运输车。

技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有技术的缺点，设计一种无动力超音速管道运输车及其运行方法，利用空气动力学和流体力学原理使空气在管道内流动起来所产生的合动力来驱动管道运输车在管道内超音速行驶，达到运输车本身无动力、环保节能的目的。

为达到上述目的，本发明提供一种无动力超音速管道运输车，其由数个车厢前后连接而成，每个车厢的主体结构包括车身中部、车身头部、车身尾部、车轮、前挡板和后挡板，车身中部的前后两端分别固定连接车身头部和车身尾部；车身头部和车身尾部的横截面为正六边形；车轮为充气型橡皮轮，每节车厢共12个车轮，每6个车轮呈放射状环形分布于车身头部和车身尾部的六个平面上，12个车轮用于托起整节车厢在管道内行走；前挡板固定连接在车身头部的外端面，前挡板为平面挡板，后挡板固定连接在车身尾部的外端面，后挡板为平面挡板。

本发明涉及的前挡板和后挡板分别包括通道门，通道门作为相邻两节车厢之间连通的通道门。

本发明涉及的前挡板和后挡板的外形轮廓与所使用运输管道内轮廓形状匹配，前挡板和后挡板的大小略小于运输管道内径，即前挡板和后挡板均与运输管道内壁之间存在很小的缝隙，

本发明涉及的管道运输车，为减少管道运输车的自重，在选材上应选用质量过硬的、经久耐用的、重量轻的铝合金材料制造管道运输车。

本发明涉及的车身中部还包括前门和后门，用于乘客上车和下车。

本发明涉及的管道运输车的车轮均与运输管道内表面接触。

本发明还提供所述无动力超音速管道运输车的驱动方法，该方法通过管道运输系统实现，管道运输系统包括运输管道和管道车站,管道车站的主体设备包括第一挡板、第二挡板、进气阀、排气阀、进气管、排气管、供气站和空气过滤器，第一挡板与第二挡板分别位于管道车站内的运输管道内停靠管道车的前后方的适当位置，第一挡板与第二挡板均为平板结构，其平板面积均大于管道的横截面面积，用于将运输管道密封式隔断；进气阀位于进气管上；进气管的一端与运输管道连通，另一端与供气站连通；排气阀位于排气管上；排气管的一端与运输管道连通，另一端与供气站连通；供气站的两端分别与进气管和排气管固定连接，空气过滤器位于供气站连接进气管的一端，用于过滤空气，给运输管道内提供清洁、干净、新鲜的空气；管道运输车的驱动方法，具体步骤为：管道运输车要从本站行驶至下一站，其具体步骤包括：

(1)、关闭本站的第一挡板和排气阀，关闭下一站的第二挡板和进气阀；

(2)、开启本站的第二挡板和进气阀，开启下一站的第一挡板和排气阀；

(3)、启动本站的供气站，向管道运输车尾部的运输管道内供给一定压力的经过空气过滤器过滤的清洁干净的新鲜空气，给管道运输车形成一个正压力，即推力，推动管道车向前行驶；同时启动下一站的供气站，把管道运输车头部前的运输管道内的阻力空气抽出管道外，对管道运输车形成一个负压力，即拉力，拉着管道运输车向前行驶，这样空气在运输管道内一进一出就流动起来了，在管道运输车尾部的运输管道内由外向内进气，在管道运输车头部的运输管道内由内向外排气，这种进、排气在管道运输车的车身上形成了一个空气的正负压差，形成了空气流动的一种合动力，这种合动力就驱动了无动力超音速管道运输车在运输管道内由低速到高速、再到超音速的行驶。

本发明涉及的管道运输车在运输管道内行驶的速度与运输管道内的进、排气量的大小成正比。

本发明涉及的供气站的功能是向运输管道内输送动力空气和抽出运输管道内有阻力的空气，确保无动力超音速管道运输车在运输管道内高速运行。

本发明与现有技术相比，通过将管道运输车前方的空气抽掉并在管道运输车后方输送有一定压力的空气，利用空气动力学和流体力学原理，使空气在管道内流动起来所产生的合动力来驱动该车在管道内超音速行驶，能耗更低，能够取代磁悬浮列车靠强电磁场作为驱动力的问题；因新型无动力超音速管道运输车无动力，所以车体结构简单，容易制造，制造工艺简单，投资少，经济成本低，应用环境良好。

说明书附图：

图1为本发明涉及的无动力超音速管道运输车的整体结构原理示意图。

图2为本发明涉及的无动力超音速管道运输车a-a截面的结构原理示意图。

图3为本发明涉及的前挡板的结构原理示意图。

图4为本发明涉及的后挡板的结构原理示意图。

图5为本发明涉及的管道运输系统的整体结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

本实施例涉及一种新型无动力超音速管道运输车，其由数个车厢前后连接而成，每个车厢的主体结构包括车身中部1、车身头部2、车身尾部3、车轮4、前挡板5和后挡板6，车身中部1的外轮廓为圆筒形，其横截面圆的直径比圆形管道的内径小，车身中部1的前后两端分别固定连接车身头部2和车身尾部3；车身头部2和车身尾部3的横截面为正六边形，正六边形内切于车身中部1的横截面圆；车轮4为充气型橡皮轮，每节车厢共12个，每6个车轮4呈放射状环形分布于车身头部2和车身尾部3的六个平面上，底部的前后两个车轮4为主轮，主轮为支撑整个车厢重量的主承重轮，主轮两边的两个轮为副承重轮，上部三个车轮4为辅助轮，12个车轮4用于托起整节车厢在管道内行走；前挡板5通过螺丝固定连接在车身头部2的外端面，前挡板5为平面圆形挡板，其圆形直径比圆形管道内直径略小；后挡板6通过螺丝固定连接在车身尾部3的外端面，后挡板6为平面圆形挡板，其圆形直径与前挡板5相同。

本实施例涉及的车身中部1还包括前门7和后门8，用于乘客上车和下车。

本实施例涉及的前挡板5和后挡板6分别包括通道门9，通道门9作为相邻两节车厢之间连通的通道门。

本实施例涉及的新型无动力超音速管道运输车的内部结构包括座椅、地板、立柱、横梁，其各结构及其之间的连接采用现有技术制造成或采用现有产品。

本实施例涉及的新型无动力超音速管道运输车的各个结构之间均为固定连接，为减少管道运输车的自重，在选材上应选用质量过硬的、经久耐用的、重量轻的铝合金材料制造管道运输车。

本实施例涉及的新型无动力超音速管道运输车自身无任何动力驱动装置，通过在车身前后端面分别设置前挡板和后挡板接收空气外力来驱动车体运行；前挡板和后挡板的外形轮廓与所使用运输管道内轮廓形状匹配，前挡板和后挡板的大小略小于运输管道内径，即前挡板和后挡板与运输管道内壁之间存在很小的缝隙，所以前挡板和后挡板既能最大面积的接收空气外力，又与运输管道内壁无接触，也就没有摩擦阻力；管道运输车的车身直径小于运输管道内径，管道运输车的车轮均与运输管道的内表面接触；因新型无动力超音速管道运输车无动力，所以车体结构简单，容易制造，制造工艺简单，投资少，经济成本低。

实施例2：

本实施例涉及实施例1的无动力超音速管道运输车的驱动方法，该方法通过管道运输系统实现，管道运输系统包括运输管道10和管道车站11,管道车站11的主体设备包括第一挡板12、第二挡板13、进气阀14、排气阀15、进气管16、排气管17、供气站18和空气过滤器19，第一挡板12与第二挡板13分别位于管道车站内的运输管道内停靠管道车的前后方的适当位置，全自动开关控制管道车进出车站，第一挡板12与第二挡板13均为平板结构，其平板面积均大于管道10的横截面面积，用于将运输管道10密封式隔断；进气阀14位于进气管16上；进气管16的一端与运输管道10连通，另一端与供气站18连通；排气阀15位于排气管17上；排气管17的一端与运输管道10连通，另一端与供气站18连通；供气站18的两端分别与进气管16和排气管17固定连接，供气站18还包括空气过滤器19，空气过滤器19位于供气站18连接进气管16的一端，用于过滤空气，给运输管道内提供清洁、干净、新鲜的空气。

本实施例涉及的供气站18的功能是向运输管道10内输送动力空气和抽出运输管道10内有阻力的空气，确保无动力超音速管道运输车在运输管道10内高速运行。

本实施例涉及的管道车站11还包括运输管道上的前、后管道门，前、后管道门的位置与管道运输车20的前门7和后门8位置一一对应，便于乘客通过运输管道的前后门上下管道运输车20。

本实施例涉及的管道运输车的驱动方法，具体步骤为：如图5所示，假设管道运输车20要从b站行驶至c站，其具体步骤包括：

(1)、关闭b站的第一挡板12和排气阀15，关闭c站的第二挡板13和进气阀14；

(2)、开启b站的第二挡板13和进气阀14，开启c站的第一挡板12和排气阀15；

(3)、启动b站的供气站18，向管道运输车20尾部的运输管道10内供给一定压力的经过空气过滤器过滤的清洁干净的新鲜空气，给管道运输车形成一个正压力，即推力，推动管道车向前行驶；同时启动c站的供气站18，把管道运输车20头部前的运输管道10内的阻力空气抽出管道外，对管道运输车20形成一种负压力(即拉力)，拉着管道运输车20向前行驶，这样空气在运输管道内一进一出就流动起来了，在管道运输车20尾部的运输管道内由外向内进气，在管道运输车20头部的运输管道10内由内向外排气，这种进、排气在管道运输车20的车身上形成了一个空气的正负压差，形成了空气流动的一种合动力，这种合动力就驱动了无动力超音速管道运输车在运输管道内由低速到高速、再到超音速的行驶。

本实施例涉及的管道运输车20在运输管道10内行驶的速度与运输管道10内的进、排气量的大小成正比。

本实施例涉及的运输管道10深埋在地下，不占用地上面积，运输管道10内部360度的弧形圆圈墙壁要求平整光滑，管道与管道之间的连接的接缝要绝对气密密封，平整光滑，运输管道10内应严防渗漏，确保永无渗水，确保管道运输车20在运输管道10内畅通无阻。

本实施例涉及的管道运输系统是利用了空气动力学和流体力学原理，利用管道内流动的空气形成的合动力来驱动管道运输车进行运输。例如，将一物体放在一根管子的一头(进口处)内，然后用高压水或高压空气将这一物体从管子的进口处迅速地冲到管子的另一头出口处外。与真空管道磁悬浮列车相比，本实施例涉及的管道运输系统既无需管道真空，又无需电力磁悬浮，更无需磁悬浮列车，只是利用管道内的动力空气来驱动新型管道运输车进行管道运输，能耗极低，零污染，零事故，结构简单，投资少、低成本、高效益、安全可靠；系统整体无磁场，空气流通性好，对人体无任何影响和伤害。

实施例3：

本实施例为实施例2涉及的管道运输系统的可行性小型简易试验。

1、试验用材料：

(1)运输管道选用在装修材料市场购得的puc雨水管材，尺寸为200mm×4mm×4000mm；

(2)供气站选用150flj7离心风机，参数为电压220v，功率330w，风量600m³/h，风压450pa，转速2800r/min；

(3)管道车为自制车，选用2个尺寸为110mm×3mm×60mm的puc雨水管分别作为车身头部和车身尾部，在雨水管外径一周均匀安装6个直行的小硬胶皮车轮；选用尺寸为110mm×15mm×300mm的木板作为车身中部；将两个装有6个车轮的雨水管分别嵌入固定连接在木板两端，形成一节车厢的车体，再在车体两端固定连接一块直径190mm、厚度10mm的平面圆形挡板，挡板的功能是接受流动空气形成的合动力然后传递给管道车进行运输做功，完成管道车的制作，自制管道车的车长为330mm，最大直径为190mm，自重为0.75kg。

自制管道车的尺寸正好能够放入外径200mm、内径192mm的运输管道内并能自由滑动，成圆周放射状的6个车轮都能够接触到运输管道的内壁，这样管道车就能够在运输管道内前后自由运行。

2、试验方法及结果

试验时在管道车上加载重量为4.6kg的物体，试验用管道车的1节车厢总重5.35kg。

试验方法：将运输管道(尺寸为200mm×4mm×4000mm的puc雨水管材)放在地面上，再将试验用自制管道车放入运输管道内的一端，然后启动抽风机(离心机)将运输管道另一端空气向外抽出。

(1)平地试验：运输管道平放在地面，使用1节或3节车厢进行试验，当启动抽风机的瞬间，1节或3节管道车就穿过整个运输管道从一端到达了另一端。

(2)爬坡试验：

当运输管道坡度为3°或4.5°或6°时(将运输管道一端抬高形成坡度)，使用1节或2节车厢进行试验，当启动抽风机的瞬间，1节或2节管道车就穿过整个运输管道从一端到达了另一端；使用3节车厢进行试验时，管道车只能到达管道的中部，无法穿过整个运输管道。

3、试验中出现的问题及解决方案

上述试验中的主要问题是使用3节车厢进行爬坡试验时，无法到达最高点，其主要原因是管道车与运输管道之间有一定间隙，存在漏风现象，流动的动力空气在缝隙中溜走了一部分，拉不动有一定重量的管道车。上述试验问题的解决办法是在管道车的尾部增加吹进空气设备(鼓风机)，增加鼓风机设备后，3节车厢在3个坡度的试验中均瞬间到达了最高点。

通过以上试验可以得出，利用空气动力学和流体力学的原理来驱动管道运输车在运输管道内进行运输是完全可行的，并且本实施例的管道车的爬坡能力大于高铁和动车，目前世界各国在地面上的轨道列车的爬坡度一般在3°左右，而本实施例制造的管道车的爬坡能力大于地面轨道列车的爬坡能力。

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