真空管道运输——真空产业发展的新机遇(2)

1.4、瑞士地铁

　　瑞士地铁(Swissmetro) 是一种完全设置在地下的交通设施, 由两个直径5 m 的隧道组成, 线路的大部分从岩石中穿过, 依据地形的变化, 深度一般在地下60～ 300m 处。车站都设在城镇中心, 跟城市和地面的运输线联接成网。隧道中抽成一定的真空, 真空度大约跟18000 m 高空的气压相当, 这是协和式飞机作高速飞行所需的高度与大气密度, 这种真空环境有利于减小空气对车体的阻力, 节省用于驱动的能量。运行车体用磁悬浮方式, 由直线电机驱动, 设计运行速度500 km/h。如图3 所示。

A 1. 供电传感器　A 2. 直线电机　A 3. 导向传感器　A 4. 悬浮传感器

图4　Swissmetro系统

　　本项目最早由Rodolphe Nieth 在20 世纪70 年代提出, 随后受到瑞士联邦理工学院专家的支持。在联邦政府和私人企业的资助下, 于1993 年3 月完成预可行性研究, 表明这种系统在技术上和经济上都是可行的。1992 年成立Swissmetro公司, 为主要研究筹集到一定的必要资金。1997 年11 月, 向瑞士政府提交了修建GenevaLausanne 线路的申请报告。1999 年6 月, 完成了主要的研究工作。

2、真空管道运输系统对真空技术的要求

2.1、对管道材料的要求

　　真空管道运输系统中, 管道不仅要防水、防大气渗漏, 承受车辆重力, 而且要求承受由于管道内外气压差形成的额外压力, 要求密封良好, 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较好, 但价格较低的管道材料。

　　如果建在地下, 就变成真空隧道的形式, 这时可采用密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, 都要选择放气率小的材料, 在真空管道运输系统这种庞大的真空空间, 材料放气率对内部真空度的影响会非常明显。

2.2、对密封技术的要求

　　管道与管道之间的接头处, 必须密封严实。另外, 管道沿线有许多抽气泵站, 还要为维修、检查以及紧急情况预留能打开的开口, 在真空管道运输系统正常工作时, 这些开口都密闭, 必须保证不漏气。在沿线各车站车辆进出主管道的空气锁部位, 系统连续运行时少量漏气不可避免, 但闭合时的密封一定要可靠, 达到相应的密封要求。管道中是真空状态, 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, 因此车辆必须具有良好的密封。

2.3、空气锁(Airlock) 技术研究与设计

　　乘客出发时, 首先进入停靠在站内的ETT车体内, 这时车体内外均处于正常大气状态。随即车门关闭, 密封装置启动, 使车内与车外严格隔离, 车内供氧及生命保持系统开始工作。然后车辆进入空气锁(或叫过渡舱) 中, 过渡舱跟管道是相联的, 这时需要对过渡舱抽真空, 当过渡舱内气压降低到跟管道中的真空度相同时, 打开跟管道相通的过渡舱闸门, 车辆即可进入支线真空管道中。在进入主干线时, 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, 跟出发过程相似。车辆首先进入过渡舱内, 关闭跟ETT 主管道相联的闸门, 过渡舱内升压至标准大气水平时, 打开空气锁另一端闸门, 车辆驶入站台, 乘客下车。也可采用过渡舱跟站台合成一体的设计模式。

2.4、高温超导磁悬浮车系统在真空环境中的运行特征

　　高温超导磁悬浮车是磁悬浮车的很有发展前景的一种模式, 也很适合于真空管道运输系统。但是,目前的高温超导磁悬浮车要使用液氮及杜瓦容器。如果杜瓦开口跟车体舱内相联, 则不会对管道真空环境造成影响, 但车辆设计时要考虑氮气的回收问题。如果杜瓦开口直接通向真空管道, 挥发的氮气会影响管道内真空环境, 这时在计算抽气速率时要考虑排放到真空管道中的氮气。

2.5、真空管道中真空环境的创造与保持

　　真空管道中的真空环境是靠真空泵等装置实现的, 该管道相当于一个庞大的真空室, 一台真空泵抽气是不够的。另外, 如果真空管道运输沿线真空泵之间的距离太大, 则可能形成真空管道流导太小的现象, 影响抽气速率和真空泵效率的发挥。因此, 沿线真空泵功率选择以及相隔间距设置要合理。

2.6、真空管道安全与应急措施

　　真空管道运输系统在运行过程中一旦出现故或事故, 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。