1、真空管道运输真空管道运输（Evacuated Tube Transportation）真空管道运输真空管道运输,它对真空产业的影响它对真空产业的影响,将类似于铁路之于钢铁将类似于铁路之于钢铁,是未来是未来真空行业最真空行业最重要的应用方向之一重要的应用方向之一,也将是也将是真空市场上最大的买家真空市场上最大的买家。有远见的真空界企业、行业协会和研究人有远见的真空界企业、行业协会和研究人员已经密切注视真空管道运输的发展动向员已经密切注视真空管道运输的发展动向,为这一巨大市场的到来做好了应对准备。为这一巨大市场的到来做好了应对准备。真空管道运输概念及发展历程真空管道运输概念及发展历程 真空管道运输
2、真空管道运输,英文为英文为Evacuated Tube T ran sportation,缩写为缩写为ETT,这是此系统的美国发明人这是此系统的美国发明人 Daryl Oster 先生在他的专利中最早使用的名称。早先生在他的专利中最早使用的名称。早期期,国外也有人把它叫作国外也有人把它叫作Vacuum Tube Transportation,但现在一般不用此但现在一般不用此叫法叫法,而是使用而是使用Daryl O ster 在他的专利文献中所使在他的专利文献中所使用的名称用的名称(美国专利号美国专利号:5950543)。由于真空管道运输。由于真空管道运输跟高速磁悬浮列车密不可分的联系跟高速磁悬
3、浮列车密不可分的联系,所以我们有时也所以我们有时也叫作叫作“真空管道高速磁浮交通真空管道高速磁浮交通”。历史的开拓历史的开拓 地面高速运输系统要克服地面高速运输系统要克服巨大的空气阻力巨大的空气阻力,当速度超过当速度超过500 km/h 后后,空气阻力就非常巨大空气阻力就非常巨大,所以人们产生了建设真空管道磁浮线路的设想。所以人们产生了建设真空管道磁浮线路的设想。早在早在20世纪世纪60年代年代,美国兰德咨询公司和麻省理美国兰德咨询公司和麻省理工学院的专家通过技术分析工学院的专家通过技术分析,设想了一种高速运设想了一种高速运输工具输工具真空管运输系统真空管运输系统,而且预计在而且预计在21 世
4、世纪可能成为现实。该设想的轮廓是纪可能成为现实。该设想的轮廓是:横贯美国东横贯美国东西西,由纽约到洛杉矶修建一条长由纽约到洛杉矶修建一条长3950km 的地下的地下隧道隧道,隧道内抽成相当于隧道内抽成相当于1个大气压的真空个大气压的真空,将将磁浮系统安装在隧道内磁浮系统安装在隧道内,在这种真空管道中在这种真空管道中,时时速可达速可达22500kmh,即令采用该理论速度四分即令采用该理论速度四分之一的速度之一的速度,即平均速度即平均速度6750 km/h,由由纽约到纽约到洛杉矶洛杉矶也也只要只要36 分分30 秒秒的旅行时间的旅行时间。经过多年的研究与设计经过多年的研究与设计,美国佛罗里达美国佛
5、罗里达机机械工程师械工程师Daryl O ster 于于1999 年申年申请获得真空管道运输请获得真空管道运输(ETT)系统发明专利。系统发明专利。真空管道运输真空管道运输系统基本结构形式系统基本结构形式 真空管道运输线路由双方向的两根管道组成真空管道运输线路由双方向的两根管道组成,可以走地可以走地上或地下上或地下,也可以高架。两根管道可以平排也可以高架。两根管道可以平排,也可竖排也可竖排(如图如图1)。图图1真空管道运输系统结构示意图真空管道运输系统结构示意图 管道内径管道内径1.52.0m,并抽成一定的真空。沿并抽成一定的真空。沿线每隔一定距离设置真空泵站以及车站线每隔一定距离设置真空泵站
6、以及车站,线路及线路及车站布置如图车站布置如图2 所示。所示。图图2真空管道运输线路及车站布局图真空管道运输线路及车站布局图 真空管道运输系统采用先进的真空技术真空管道运输系统采用先进的真空技术,而且速度会比汽而且速度会比汽车、飞机甚至导弹还快车、飞机甚至导弹还快,人们不禁会担心人们不禁会担心:建设成本是否很大建设成本是否很大?对这一问题的回答对这一问题的回答,通过对真空管道运输系统断面与高速铁路通过对真空管道运输系统断面与高速铁路断面相比较断面相比较(图图3),就很容易理解其就很容易理解其造价不会很高造价不会很高,而且可能十分而且可能十分便宜。因为便宜。因为在同样的设计输送能力下在同样的设计
7、输送能力下,真空管道运输系统的断真空管道运输系统的断面可以比高速铁路小很多。面可以比高速铁路小很多。真空管道运输系统对真空管道运输系统对管道材料管道材料的要求的要求 真空管道运输系统中真空管道运输系统中,管道不仅要防水、防大气管道不仅要防水、防大气渗漏渗漏,承受车辆重力承受车辆重力,而且要求承受由于管道内外气而且要求承受由于管道内外气压差形成的额外压力压差形成的额外压力,要求密封良好要求密封良好,保证管道内真保证管道内真空环境不被破坏。因此要选择密封性和力学性能均空环境不被破坏。因此要选择密封性和力学性能均较好较好,但价格较低的管道材料。但价格较低的管道材料。如果建在地下如果建在地下,就变成真
8、空隧道的形式就变成真空隧道的形式,这时采用密这时采用密封性能良好的混凝土衬砌或适当的工艺进行处理。封性能良好的混凝土衬砌或适当的工艺进行处理。无论是预制管道或地下隧道无论是预制管道或地下隧道,都要选择放气率小的都要选择放气率小的材料材料,在真空管道运输系统这种庞大的真空空间在真空管道运输系统这种庞大的真空空间,材材料放气率对内部真空度的影响会非常明显。料放气率对内部真空度的影响会非常明显。n真空管道运输系统对真空管道运输系统对密封技术密封技术的要求的要求n 管道与管道之间的接头处管道与管道之间的接头处,必须密封严实。另外必须密封严实。另外,管管道沿线有许多抽气泵站道沿线有许多抽气泵站,还要为维
9、修、检查以及紧急情还要为维修、检查以及紧急情况预留能打开的开口况预留能打开的开口,在真空管道运输系统正常工作时在真空管道运输系统正常工作时,这些开口都密闭这些开口都密闭,必须保证不漏气。必须保证不漏气。n 在沿线各车站车辆进出主管道的空气锁部位在沿线各车站车辆进出主管道的空气锁部位,系统系统连续运行时少量漏气不可避免连续运行时少量漏气不可避免,但闭合时的密封一定要但闭合时的密封一定要可靠可靠,达到相应的密封要求。管道中是真空状态达到相应的密封要求。管道中是真空状态,而在其而在其中运行的磁浮车辆中必须是适宜人乘坐的大气环境中运行的磁浮车辆中必须是适宜人乘坐的大气环境,因因此车辆必须具有良好的密封
10、。此车辆必须具有良好的密封。n空气锁空气锁(Airlock)技术研究与设计技术研究与设计n 乘客出发时乘客出发时,首先进入停靠在站内的首先进入停靠在站内的ETT 车体内车体内,这时这时车体内外均处于正常大气状态。随即车门关闭车体内外均处于正常大气状态。随即车门关闭,密封装置启密封装置启动动,使车内与车外严格隔离使车内与车外严格隔离,车内车内供氧及生命保持系统供氧及生命保持系统开始工开始工作。然后车辆进入空气锁作。然后车辆进入空气锁(或叫过渡舱或叫过渡舱)中中,过渡舱跟管道是过渡舱跟管道是相联的相联的,这时需要这时需要对过渡舱抽真空对过渡舱抽真空,当过渡舱内气压降低到跟当过渡舱内气压降低到跟管道
11、中的真空度相同时管道中的真空度相同时,打开跟管道相通的过渡舱闸门打开跟管道相通的过渡舱闸门,车辆车辆即可进入支线真空管道中。在进入主干线时即可进入支线真空管道中。在进入主干线时,车辆要加速到车辆要加速到跟主干线中其他车辆一致的速度。车辆进站时的过程跟主干线中其他车辆一致的速度。车辆进站时的过程,跟出跟出发过程相似。车辆首先进入过渡舱内发过程相似。车辆首先进入过渡舱内,关闭跟关闭跟ETT主管道相主管道相联的闸门联的闸门,过渡舱内升压至标准大气水平时过渡舱内升压至标准大气水平时,打开空气锁另一打开空气锁另一端闸门端闸门,车辆驶入站台车辆驶入站台,乘客下车。也可采用过渡舱跟站台合乘客下车。也可采用过
12、渡舱跟站台合成一体的设计模式。成一体的设计模式。n真空管道安全与应急措施真空管道安全与应急措施n真空管道运输系统在运行过程中一旦出现故障或事故,正在行进中的车辆要能够及时停车,如果是车辆内部供氧系统的故障,更需要保证在短时间内使车内得到空气。为此,沿线需要设置紧急紧急进气孔进气孔,当出现险情时,进气孔自动打开,空气进入管道内,一方面可以起到辅助制动作用,另一方面可以使车内及时得到空气补给。不同设计速度下的合理不同设计速度下的合理真空真空度范围度范围 目前尚无真空管道运输系统合理真空度的专门研究目前尚无真空管道运输系统合理真空度的专门研究,这里以瑞士这里以瑞士Swissmetro、超音速飞机、巡
13、航导弹、人造、超音速飞机、巡航导弹、人造卫星、宇航飞船等为参照卫星、宇航飞船等为参照,用类比法尝试给出不同速度时用类比法尝试给出不同速度时真空管道运输系统可能的真空度范围真空管道运输系统可能的真空度范围(表表1)。n真空管道运输系统在开始运行时,首先要对管道抽气,以达到设计速度所对应的真空度。抽气速率的确定取决于管道容积、系统漏气率和放气率,以及开始启动系统直到车辆可以进入管道运行的期望时间。在真空管道系统正常运营期间,沿线各泵站可能要继续补抽气,以保证管道中的真空度达到相对平衡状态。n设管道总容积为V,沿线各站点支线管道的容 n一般术语一般术语n2.1、标准环境条件、标准环境条件 standard ambient conditionsn 温度：温度：20度度n 相对湿度：相对湿度：65%n 干燥空气大气压力：干燥空气大气压力：101325Pa=1013.25mbarn2.2、标准气体状态、标准气体状态 standard reference conditions for gasesn 温度：温度：0度度n 压力：压力：101325Pan2.3、真空、真空 vacuumn 用于描述低于大气压力或大气质量密度的稀薄气体状态或基于用于描述低于大气压力或大气质量密度的稀薄气体状态或基于该状态环境的通用术语。该状态环境的通用术语。
