Результат интеллектуальной деятельности: Трубопроводный транспорт

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к трубопроводному транспорту.

Известен трубопроводный транспорт (RU №70239, B65G 53/36; B65G 51/00, 20.01.2008), содержащий наряду с внешним цилиндрическим жестким трубопроводом внутренний трубопровод с податливой стенкой, причем межтрубное пространство заполнено газообразной инертной средой, при этом рабочая жидкая среда транспортируется по внутреннему трубопроводу под давлением не менее 1,01 давления инертной среды, герметичные контейнеры, помещенные в поток рабочей среды и в которых размещены различные, в том числе крупногабаритные, грузы и/или пассажиры. Контейнеры оснащены линейными электродвигателями, обеспечивающими регулирование режима транспортирования контейнеров в ручном и автоматическом режиме.

Использование рабочей жидкой среды приводит к большим потерям энергии на трение о стенки внутреннего трубопровода, а, следовательно, к невозможности получения больших скоростей движения контейнеров.

Известен трубопроводный транспорт (RU №147076, B65G 53/36; B65G 51/00, 27.10.14), выбранный в качестве прототипа, содержит внешний цилиндрический жесткий трубопровод, внутри которого расположены линейные электродвигатели и контейнеры, в которых размещены различные, в том числе крупногабаритные, грузы и/или пассажиры, статоры линейных электродвигателей расположены на внутренней поверхности внешнего жесткого трубопровода и выполнены в виде одинаковых сегментов, в начале каждого сегмента расположена индукторная обмотка, за которой расположена трехфазная обмотка, а на наружной поверхности контейнеров закреплены короткозамкнутые витки, причем полюсное деление трехфазной обмотки равно расстоянию между соседними короткозамкнутыми витками.

Недостатком данного трубопроводного транспорта является увеличенное аэродинамическое сопротивление, обусловленное увеличением давления воздуха перед головной частью движущегося контейнера.

Перед авторами стояла задача повышения скорости движения контейнеров трубопроводного транспорта за счет понижения давления перед головной частью движущегося контейнера.

Указанная задача решается тем, что в трубопроводном транспорте, содержащем внешний цилиндрический жесткий трубопровод, внутри которого расположены линейные электродвигатели и контейнеры, в которых размещены различные, в том числе крупногабаритные, грузы и/или пассажиры, статоры линейных электродвигателей расположены на внутренней поверхности внешнего жесткого трубопровода и выполнены в виде одинаковых сегментов, в начале каждого сегмента расположена индукторная обмотка, за которой расположена трехфазная обмотка, а на наружной поверхности контейнеров закреплены короткозамкнутые витки, причем полюсное деление трехфазной обмотки равно расстоянию между соседними короткозамкнутыми витками, параллельно внешнему цилиндрическому жесткому трубопроводу расположен дополнительный трубопровод, внутренняя полость которого соединена с внутренней полостью внешнего цилиндрического жесткого трубопровода с помощью патрубков, каждый участок дополнительного трубопровода между соседними патрубками снабжен перепускным клапаном.

Предлагаемый трубопроводный транспорт показан на чертеже.

На внутренней поверхности внешнего жесткого трубопровода 1, изготовленного, например, из ферромагнитного материала, жестко закреплен статор 2 линейного электродвигателя, на котором расположены индукторная обмотка 3 и трехфазная обмотка 4. Контейнер 5 несет на себе короткозамкнутые витки 6, представляющие в совокупности систему возбуждения трубопроводного транспорта. Статор 2 линейного электродвигателя состоит из отдельных участков - сегментов. Начало и конец сегмента показаны штриховыми линиями. Все сегменты выполняются аналогично - в начале располагается индукторная обмотка 3, а за которой расположена трехфазная обмотка 4. Полюсное деление (τ) трехфазной обмотки 4 равно расстоянию (τ) между соседними короткозамкнутыми витками 6.

Параллельно внешнему цилиндрическому жесткому трубопроводу 1 расположен дополнительный трубопровод 7, внутренняя полость которого соединена с внутренней полостью внешнего цилиндрического жесткого трубопровода 1 с помощью патрубков 8, 9. Каждый участок дополнительного трубопровода 7 между двумя соседними патрубками 8, 9 снабжен перепускным клапаном 10 или 11, например, клапаном избыточного давления модернизированным типа КИДм-100, КИДм-150, КИДм-200, КИДм-300. Стрелками показано направление отсасываемого воздуха из внешнего цилиндрического жесткого трубопровода 1.

Работа трубопроводного транспорта следующим образом. Продолжительность работы любого из сегментов статора 2 равна отрезку времени, в течение которого контейнер 5 находится в пределах этого сегмента. На этом отрезке времени индукторная 3 и трехфазная 4 обмотки сегмента подключены к источникам питания однофазного и трехфазного синусоидального тока с периодом где τ - расстояние между соседними короткозамкнутыми витками 6, ν - локальная скорость контейнера 5. Данные источники питания на чертеже не показаны. Ток индукторной обмотки 3 синхронизируется с положением короткозамкнутого витка 6 таким образом, чтобы он достиг максимального значения, когда серединные плоскости индукторной обмотки 3 и короткозамкнутого витка 6 совпадают. В связи с этим направления токов, индуцируемых в короткозамкнутых витках 6 магнитным полем индукторной обмотки 3, чередуются. Это приводит к тому, что магнитное поле этих токов распределяется вдоль оси х периодически с периодом 2τ. Основная гармоника этого поля может рассматриваться как поле возбуждения. Длина l_c сегмента должна быть такой, чтобы уменьшение поля возбуждения на длине l_c было не слишком значительным. Например, для контейнера 5 массой 1000 кг, с ускорением разгона порядка 15g, где g=9,81 м/с², постоянная времени короткозамкнутого витка 6 составляет более 0,06 с. Если поле возбуждения к концу сегмента уменьшается вдвое, то при скорости контейнера 5ν=1000 м/с длина сегмента l_c равна ~50 м.

Частота тока в трехфазной обмотке 4 строго соответствует локальной скорости контейнера 5. Поэтому скорости бегущего магнитного поля статора 2 линейного электродвигателя, его пространственный период также равен 2τ, и поля возбуждения одинаковы, но эти поля сдвинуты на угол , определяемый величиной потребляемой мощности от источника питания трехфазного тока.

Величина силы тяги трубопроводного транспорта, действующей на контейнер 5, равна , где U и Е - напряжение и ЭДС возбуждения трехфазной обмотки 4 сегмента, X - индуктивное сопротивление трехфазной обмотки 4 сегмента с учетом взаимной индукции с двумя другими фазами, ν - локальная скорость контейнера 5, δ - угол нагрузки.

При скоростном движении контейнера 5 его головная часть подобно поршню нагнетает давление внутри внешнего цилиндрического жесткого трубопровода 1. Из-за перепада давлений в дополнительном трубопроводе 7 и внутри внешнего цилиндрического жесткого трубопровода 1 перед головной частью контейнера 5 воздух из внешнего цилиндрического жесткого трубопровода 1 по патрубку 8 отсасывается в дополнительный трубопровод 7 и через перепускной клапан 10 по патрубку 9 частично возвращается внутрь внешнего цилиндрического жесткого трубопровода 1, в результате чего происходит компенсация разряжения воздуха за задней частью контейнера 5. Оставшаяся часть воздуха в дополнительном трубопроводе 7 через перепускной клапан 11 уходит на предыдущий участок дополнительного трубопровода 7. Перепускные клапаны 10 и 11 обеспечивают направленность потока отсасываемого воздуха из внешнего цилиндрического жесткого трубопровода 1.

Таким образом, технические преимущества заявляемого изобретения по сравнению с прототипом, определяющим уровень техники в данной области, вытекают из использования дополнительного трубопровода 7 с регулярной системой патрубков 8, 9 для понижения давления перед головной частью движущегося контейнера 5, т.е. уменьшения лобового аэродинамического сопротивления, что позволит увеличить скорость движения контейнера 5 без увеличения мощности линейного электродвигателя.