ВОЗДУШНЫЙ ШЛЮЗ С ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ДИАФРАГМОЙ ДЛЯ ВАКУУМНОЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СИСТЕМЫ
AIRLOCK WITH PNEUMATIC DIAPHRAGM FOR VACUUM RAILWAY SYSTEM

Объектом изобретения является воздушный шлюз с пневматической диафрагмой в форме тора с внутренней мембраной, активируемой для закрытия зазора в трубе туннеля вакуумной железнодорожной системы.
В документе WO 2016126507 описаны клапан и воздушный шлюз для высокоскоростных транспортных систем и способы их использования. Некоторые варианты осуществления этого изобретения сосредоточены на запорном клапане, функционирующем для изолирования участков трубчатой конструкции под воздействием внешнего давления, вакуума или почти вакуума.
В одном из вариантов осуществления, по меньшей мере, одно средство герметизации трубы содержит воздушную подушку, которая надувается на пути транспортировки для образования воздушного шлюза в, по меньшей мере, одной трубе.
В другом варианте осуществления в качестве воздушной подушки может использоваться прочный пузырь высокого давления (или воздушная подушка). Воздушная подушка может содержать мягкий полимерный материал, который встроен в поверхность трубы и может быстро заполняться газом в случае необходимости быстрого закрытия, например, в аварийной ситуации, минимизирую изменение давления в трубе.
Может быть установлен механизм надувания воздушной подушки, использующий воздушный насос или баллон с предварительной накачкой. Воздушная подушка может включать в себя активируемое отверстие в трубе, позволяющее наружному воздуху попадать внутрь и заполнять воздушную подушку. Запорный клапан содержит, по меньшей мере, один исполнительный механизм, выполненный с возможностью выборочного перемещения затвора по маршруту транспортировки. Решение включает в себя средства герметизации, расположенные примерно по окружности воздушной подушки (например, в развернутом состоянии).
Однако эти устройства по-прежнему не решают проблему эффективного использования воздушных подушек в случае туннеля с поперечным сечением сложной геометрии (существующее решение предложено для герметизации круглого поперечного сечения, но оно не учитывает, например, железнодорожное полотно или вспомогательное оборудование, «искажающее» круглое поперечное сечение трубы).
В дополнение, имеется необходимость разработки решений, которые более компактны, чем известное оборудование, поскольку они занимают меньше пространства как в сложенном, так и в развернутом состоянии, что может быть важно при установке воздушного шлюза на участках туннеля с большим количеством вспомогательного оборудования или в подземных туннелях, в которых экономия пространства важна с точки зрения затрат.
Воздушный шлюз с пневматической диафрагмой для вакуумной железнодорожной системы в корпусе вакуумного туннеля снабжен камерой со сложенной пневматической диафрагмой, форма которой соответствует геометрии туннеля и железнодорожного полотна, выполненной с возможностью полного закрытия зазора между трубой/туннелем при полном развертывании. Пневматическая диафрагма состоит из торообразного внешнего элемента и внутренней мембраны, выполненной из высокопрочного материала.
Сущностью изобретения является компактный воздушный шлюз с пневматической диафрагмой для использования в вакуумном туннеле вакуумной железнодорожной системы, конфигурированный для совпадения с геометрией туннеля и железнодорожного полотна при этом камера диафрагмы расположена внутри вакуумного туннеля вместе с по меньшей мере одним неактивным расширительным элементом, отличающийся тем, что по меньшей мере один неактивный расширяющийся элемент выполнен из гибкого материала, элемент состоит из внешнего торообразного элемента и внутренней по меньшей мере двухслойной мембраны, который активируется сжатым воздухом, подаваемым компрессорами, размещенными в камере диафрагмы; указанный воздушный шлюз дополнительно содержит магниты или стабилизирующие кольца, или адгезивные вещества, или дополнительные пневматические элементы, расположенные на поверхности контакта по меньшей мере одного расширяющегося элемента со стенкой туннеля.
Предпочтительно камера пневматической диафрагмы вместе со сложенным расширяющимся элементом расположена на боковой стороне туннеля и в верхней его части.
Предпочтительно воздушный шлюз с пневматической диафрагмой состоит из нескольких расширяющихся элементов, отличающихся тем, что расширяющиеся элементы воздушного шлюза могут срабатывать последовательно для получения надлежащего закрытия зазора в туннеле.
Предпочтительно контакт между двумя расширяющимися элементами воздушного шлюза может быть реализован за счет силы трения, с помощью магнитов или с помощью адгезивных веществ.
Предпочтительно воздушный шлюз с пневматической диафрагмой активируется автоматически или вручную.
Изобретение заключается в том, что в туннеле имеется камера пневматической диафрагмы, соединенная с конструкцией корпуса, в которой размещен расширяющийся элемент, заполняемый сжатым воздухом из баллона или группы компрессоров, что в случае активации вызывает быстрое закрытие зазора в туннеле и снижает риск возникновения воздушной пробки на участке.
Для надлежащего размещения пневматической диафрагмы в поперечном сечении туннеля предпочтительно сделан внутренний фланец в туннеле, который не мешает датчику габарита транспортного средства. Использование фланца позволяет добиться надлежащей стабилизации диафрагмы, испытывающей одностороннее давление воздушного столба. Упор расширяющегося элемента на участке туннеля обеспечивается силами трения при контакте между стенкой трубы и поверхностью торообразного элемента. Зона диафрагмы между стабилизирующими фланцами должна быть шероховатой для увеличения коэффициента трения между этими элементами. Однако необходимо создать значительное избыточное давление во фланце торообразного элемента (пневматическом элементе), чтобы силы трения блокировали перемещение элемента.
Благодаря такому решению, можно использовать расширяющийся элемент в качестве аварийного средства, позволяющего быстро закрыть зазор в трубе/туннеле в случае нарушения целостности трубопровода или выхода из строя транспортного средства.
При наличии более одного пневматического расширяющегося элемента пневматические расширяющиеся элементы воздушного шлюза работают совместно, образуя герметичное уплотнение зазора в туннеле.
Шероховатая поверхность представляет собой поверхность с повышенным коэффициентом трения между туннелем и расширяющимся элементом. В этом случае придание шероховатости может быть реализовано путем увеличения шероховатости поверхности туннеля при шлифовании абразивом с зернистостью по FEPA (Федерация европейских производителей абразивов) Р30-Р180. Второй способ «придания шероховатости» туннелю заключается в покрытии поверхности участка туннеля, которая контактирует с поверхностью расширяющегося элемента, эластомером, например, силиконом или бутилкаучуком (IIR) путем распыления. Покрытие поверхности эластомером также увеличивает коэффициент трения между поверхностью туннеля и расширяющимся элементом и дополнительно герметизирует воздушный шлюз.
Объект изобретения описан в варианте осуществления и показан на чертежах, на которых: фиг. 1 иллюстрирует поперечное сечение вакуумного туннеля с неактивной воздушной диафрагмой, фиг. 2 иллюстрирует тот же вакуумный туннель с активной воздушной диафрагмой, фиг. 3 иллюстрирует направление сил, воздействующих на диафрагму, и место установки удерживающего фланца. Особые варианты решения в соответствии с изобретением проиллюстрированы на фиг. 4, на которой показано возможное положение камеры 5 диафрагмы в поперечном сечении, и фиг. 5, на которой показана возможность использования закрывающей диафрагмы, состоящей из более чем одного элемента, фиг. 6 иллюстрирует активную пневматическую диафрагму, а фиг. 7 иллюстрирует работу воздушного шлюза с пневматической диафрагмой.
Пример 1
В туннеле 1, в котором установлена камера 5 диафрагмы со сложенным расширяющимся элементом 4, создан вакуум. Пневматическая диафрагма 4 определена как камера 5 с расширяющимся элементом 4 с мембраной 7, который является активным (заполнен газом) во время закрытия зазора в туннеле 1 для изолирования участка туннеля 1, при этом расширяющийся элемент 4 необходимо понимать как надлежащим образом сшитый материал, закрытый в камере диафрагмы 5 и ожидающий активации. Пневматическая диафрагма предназначена для перекрытия или полного закрытия зазора в туннеле 1, т.е. блокировки потока газов. Камера 5 пневматической диафрагмы расположена с боковой стороны туннеля 1 или в верхней части туннеля 1. Активация диафрагмы путем заполнения сжатым воздухом из компрессора 10, установленного в корпусе камеры 5 диафрагмы, приводит к герметичному заполнению участка туннеля 1 расширяющимся элементом 4 пневматической диафрагмы, состоящим из торообразного элемента 6 из гибкого материала и внутренней мембраны 7 из высокопрочного материала, и точному соответствию форме железнодорожного полотна 3. Расширяющийся элемент 4 стабилизирован и защищен от смещения внутренними кольцами 8, встроенными в конструкцию 8 туннеля 1, зоной шероховатости поверхности туннеля 1 в кольцевой зоне 8 или/и магнитами 9. Контакт между двумя частями воздушного шлюза может быть реализован за счет сил трения, с помощью магнитов 9 или за счет использования адгезивных веществ, например, полиизобутилена или аналогичных веществ, или дополнительных пневматических элементов 11. Внутренняя мембрана 7 состоит из, по меньшей мере, двух слоев: герметизирующего слоя и конструктивного слоя. Герметизирующий слой может быть выполнен из эластомера на основе синтетического каучука или аналогичного материала (неопрена), а конструктивный слой выполнен, например, из арамидных волокон. Расширяющийся элемент 4 (торообразный элемент 6) имеет структуру, аналогичную мембране 7.
Пример 2
Пример автоматической работы воздушного шлюза с пневматической диафрагмой.
В туннеле 1 на определенном расстоянии (например, 200-1000 м) расположены датчики давления. В определенный момент один из датчиков обнаруживает скачок давления, что свидетельствует о значительной утечке в туннеле 1. Информация об утечке передается через систему контроля на два пневматических замка, расположенных ближе всего к датчику давления. После приема информации пневматические замки автоматически активируются, отсекая негерметичный участок туннеля 1.
Пример активации работы воздушного шлюза вручную с пневматической диафрагмой:
Транспортное средство, движущееся в туннеле 1, выходит из строя, и пассажиров необходимо эвакуировать. В результате оно останавливается, и оператор принимает решение задействовать воздушный шлюз с пневматическими диафрагмами рядом с транспортным средством. После активации замков давление на изолированном участке выравнивается с атмосферным давлением, и пассажиры эвакуируются через соответствующий эвакуационный выход.
Замки в соответствии с изобретением могут использоваться для защиты вакуумных железнодорожных туннелей на маршруте, на станциях и в служебных туннелях в зависимости от требований безопасности и эксплуатационных нужд.