真空管道运输——真空产业发展的新机遇(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)西南交通大学交通运输学院 作者:张耀平

  真空管道运输高速磁浮交通是一种即将问世的全新运输系统, 其基本原理是, 在地上或地下建设大型管道, 管道中铺设磁浮轨道, 并抽成一定真空, 让磁悬浮车在此真空管道中无机械磨擦、无空气阻力地运行, 速度可比任何汽车、火车和飞机都快。真空技术、设备和配件是真空管道运输系统必不可少的组成部分, 而且在整个系统中占很大比重。真空管道运输系统的建设与应用, 将给真空产业创造巨大的市场空间, 是真空产业、真空科学与技术发展的新机遇。

  100 多年前, 铁路的出现带来了世界钢铁行业的空前繁荣。铁路, 不仅是钢铁的主要用户, 也不断刺激着钢铁生产工艺与技术的提升。飞机和汽车的出现, 成为世界石油/汽油最大的消费者。今天, 真空对非专业人士来说, 最熟悉的就是家家都有的热水瓶, 还有近些年流行起来的保温杯, 而对其他工业领域的应用则不很熟悉。无论如何, 大家都感觉到, 真空设备、器件、工艺、技术等是一个前景广阔的行业。

  真空应用, 未来还有哪些更重要的领域?本文介绍一种正受到科学界关注的新系统——真空管道运输, 它对真空产业的影响, 将类似于铁路之于钢铁,是未来真空行业最重要的应用方向之一, 也将是真空市场上最大的买家。建议有远见的真空界企业、行业协会和研究人员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应对准备。

1、真空管道运输系统介绍

1.1、真空管道运输概念及发展历程

  真空管道运输, 英文为Evacuated Tube Transportation, 缩写为ETT , 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。早期, 国外也有人把它叫作Vacuum Tube Transportation, 但现在一般不用此叫法, 而是使用Daryl Oster 在他的专利文献中所使用的名称(美国专利号: 5950543) 。由于真空管道运输跟高速磁悬浮列车密不可分的联系, 所以我们有时也叫作“真空管道高速磁浮交通”。

  地面高速运输系统要克服巨大的空气阻力, 当速度超过500 km/h 后, 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。早在20 世纪60 年代, 美国兰德咨询公司和麻省理工学院的专家通过技术分析, 设想了一种高速运输工具——真空管运输系统, 而且预计在21 世纪可能成为现实。该设想的轮廓是: 横贯美国东西, 由纽约到洛杉矶修建一条长3950 km 的地下隧道, 隧道内抽成相当于1‰个大气压的真空, 将磁浮系统安装在隧道内, 在这种真空管道中, 时速可达22500 km/h , 即令采用该理论速度四分之一的速度, 即平均速度6750 km/h , 由纽约到洛杉矶也只要36分30秒的旅行时间。

  经过多年的研究与设计, 美国佛罗里达机械工程师Daryl Oster于1999 年申请获得真空管道运输(ETT)系统发明专利。

1.2、真空管道运输系统基本结构形式

  真空管道运输线路由双方向的两根管道组成,可以走地上或地下, 也可以高架。两根管道可以平排, 也可竖排(如图1) 。管道内径1.5~ 2.0m, 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, 线路及车站布置如图2 所示。

真空管道运输线路及车站布局图真空管道运输系统结构示意图

图1 真空管道运输系统结构示意图  图2 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, 而且速度会比汽车、飞机甚至导弹还快, 人们不禁会担心: 建设成本是否很大?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断面相比较(如图3) , 就很容易理解其造价不会很高, 而且可能十分便宜。因为在同样的设计输送能力下, 真空管道运输系统的断面可以比高速铁路小很多。

 真空管道运输系统断面与高速铁路断面比较

图3 真空管道运输系统断面与高速铁路断面比较

1.3、真空管道运输的优越性

  真空管道运输是一种新型的运输系统, 最新研究资料表明, 所需能耗不到当前运输方式能耗的2% , 而安全性更高、速度更快。管中抽成真空, 消除了空气阻力, 类似飞行器的旅行舱在管道中旅行, 或者让旅行舱在无磨擦的磁浮状态运行。

  真空管道运输是一种非常有效的运输方式, 运营费将相当便宜。另外, 真空管道运输以连续方式运行, 所以可在你所期望的任何时候出发, 不用担心天气条件。而且具有独特的环保优点, 建设真空管道磁浮交通比建设一条公路对环境造成的损害减少95% , 对资源的消耗也少得多。就每人公里运输量而言, 磁浮交通对环境的温室效应只有飞机和小汽车的0~2% , 对湿地、沼泽地的影响也较小, 不会破坏自然水体和蓄水层。

  跟现有的运输工具(飞机、火车、汽车等) 相比,真空管道磁浮交通具有以下优越性:

  ① 快速。纽约—洛杉矶, 45 min; 华盛顿—北京, 2 h; 本地旅行速度350 km/h , 城际间旅行速度1000 km/h , 国际间旅行速度大于4000 km/h。

  ② 方便。连续运行, 可以在任何时候搭乘、旅行, 没有时刻表, 不需要遵循交通部门制定的出发时间; 没有延迟与停止, 到任何目的地均为直达。

  ③ 高效、节能。在一定速度下, 只有当前运输能耗的1%; 材料节省达90%。

  ④ 清洁。环境友好, 使用可再生能源——少量电力, 可持续性好, 由于管道中抽成真空, 自然形成音屏障, 以致无任何对外噪声。

  ⑤ 安全。消除了相撞的可能性, 不受任何气候条件影响, 不会因不良天气而终断。

  ⑥ 现实可行。所有建设ETT 的设备都是现成的; 所涉及的各项技术都已投入商业应用。

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