真空管道运输——真空产业发展的新机遇(3)

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

3、真空管道运输系统对未来真空产业的影响

3.1、不同设计速度下的合理真空度范围

  真空管道运输系统的管道中所要求的真空度跟管道中运行车辆的设计速度有关, 设计速度越高, 所需真空度也越高。原则上, 真空度越高越好。管道中真空度越高, 越有利于减小空气阻力, 消除引起车辆振动的气体扰动, 提高驱动效率。但是, 高真空度要求相应地提高真空泵功率和真空系统配置, 管道系统的密封、强度和结构标准也需要提高, 这会导致真空管道运输系统建设成本和运营成本的增加。所以,最合理的真空度范围应该通过优化计算和经济分析来确定。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Swissmetro、超音速飞机、巡航导弹、人造卫星、宇航飞船等为参照, 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(表1)。

真空管道运输系统主管道与支线管道示意图

  瑞士Swissmetro 系统的目标速度不超过700km/h , 考虑采用1/10个大气压的真空度, 即1.0133×104 Pa。这是以超音速飞机为参照确定的,超音速飞机的飞行速度是每小时2000 多公里, 飞行高度15000~ 18000 m , 这一高度的真空度大约是1/10个标准大气压。

3.2、所需真空容量计算

  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。

  设管道总容积为V , 沿线各站点支线管道的容积为V 支1+ V 支2+ ⋯⋯V 支n , 则有

V = V 主+ (V 支1 + V 支2 + ⋯⋯V 支n)

 

图5 真空管道运输系统主管道与支线管道示意图

  假设某条真空管道运输线路长1000 km , 管道内径为d = 2m , 每50 km 设一个站, 车站总数为20,从主干线离开减速进入车站或从车站加速进入主干线的支管道均为5 km 长, 按双方向双管道线路计算, 总的真空管道容积为

V = 2×(V 主+ 20×5×V 支)
 = 2×(3. 14×12×1000+ 20×5×3. 14×12) ×10 3
 = 6908000 m 3

  这就是说, 这条1000 km 的真空管道线路的真空空间将是690 万立方米。按照Swissmetro 的设想,真空隧道断面直径至少为5 m , 那么, 所创造的真空空间将会更大。

3.3、为真空产业打造新的市场空间

  当真空管道高速磁浮交通作为一种主要交通方式为社会提供服务的时候, 我国所需的总里程数至少为10 万km , 按此规模计算, 我国真空管道运输系统为未来真空产业创造的市场空间将是——6.9亿立方米。这么大的真空市场, 恐怕是当今任何需要真空设备与技术的行业难以相提并论的。就全世界而言, 真空管道运输所能打造的全新真空市场空间将更加激动人心。

4、结论

  真空管道运输系统的建设与实施无疑将为真空产业创造一个前所未有的巨大市场空间, 对真空产业的影响将是积极的和深远的, 其前景十分诱人。然而, 真空管道运输研究与开发只是刚刚起步, 尤其许多交通运输领域的研究人员, 对真空科学与技术还较陌生, 因此, 需要广大真空界的专家学者和工程技术人员积极投身到前期的研究与开发工作中来, 促进真空科学技术跟真空管道运输这一新型交通工具的学科交叉与融合, 让这一新系统早日成为现实, 造富于人类, 同时开创真空产业更加灿烂的明天。

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