真空管道運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)未來(lái)真空產(chǎn)業(yè)的影響
不同設(shè)計(jì)速度下的合理真空度范圍
真空管道運(yùn)輸系統(tǒng)的管道中所要求的真空度跟管道中運(yùn)行車輛的設(shè)計(jì)速度有關(guān), 設(shè)計(jì)速度越高, 所需真空度也越高。原則上, 真空度越高越好。管道中真空度越高, 越有利于減小空氣阻力, 消除引起車輛振動(dòng)的氣體擾動(dòng), 提高驅(qū)動(dòng)效率。但是, 高真空度要求相應(yīng)地提高真空泵功率和真空系統(tǒng)配置, 管道系統(tǒng)的密封、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)也需要提高, 這會(huì)導(dǎo)致真空管道運(yùn)輸系統(tǒng)建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本的增加。所以,最合理的真空度范圍應(yīng)該通過(guò)優(yōu)化計(jì)算和經(jīng)濟(jì)分析來(lái)確定。
目前尚無(wú)真空管道運(yùn)輸系統(tǒng)合理真空度的專門研究, 這里以瑞士Swissmetro、超音速飛機(jī)、巡航導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇航飛船等為參照, 用類比法嘗試給出不同速度時(shí)真空管道運(yùn)輸系統(tǒng)可能的真空度范圍(表1)。
瑞士Swissmetro系統(tǒng)的目標(biāo)速度不超過(guò)700km/h , 考慮采用1/10 個(gè)大氣壓的真空度, 即1. 0133×104 Pa。這是以超音速飛機(jī)為參照確定的,超音速飛機(jī)的飛行速度是每小時(shí)2000多公里, 飛行高度15000～18000m , 這一高度的真空度大約是1/10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
真空管道運(yùn)輸系統(tǒng)所需真空容量計(jì)算
真空管道運(yùn)輸系統(tǒng)在開(kāi)始運(yùn)行時(shí), 首先要對(duì)管道抽氣, 以達(dá)到設(shè)計(jì)速度所對(duì)應(yīng)的真空度。抽氣速率的確定取決于管道容積、系統(tǒng)漏氣率和放氣率, 以及開(kāi)始啟動(dòng)系統(tǒng)直到車輛可以進(jìn)入管道運(yùn)行的期望時(shí)間。在真空管道系統(tǒng)正常運(yùn)營(yíng)期間, 沿線各泵站可能要繼續(xù)補(bǔ)抽氣, 以保證管道中的真空度達(dá)到相對(duì)平衡狀態(tài)。
設(shè)管道總?cè)莘e為V , 沿線各站點(diǎn)支線管道的容
圖5 真空管道運(yùn)輸系統(tǒng)主管道與支線管道示意圖
假設(shè)某條真空管道運(yùn)輸線路長(zhǎng)1000km , 管道內(nèi)徑為d =2m,每50km 設(shè)一個(gè)站, 車站總數(shù)為20,從主干線離開(kāi)減速進(jìn)入車站或從車站加速進(jìn)入主干線的支管道均為5 km 長(zhǎng), 按雙方向雙管道線路計(jì)算, 總的真空管道容積為
這就是說(shuō), 這條1000km 的真空管道線路的真空空間將是690 萬(wàn)立方米。按照Swissmet ro 的設(shè)想,真空隧道斷面直徑至少為5m , 那么, 所創(chuàng)造的真空空間將會(huì)更大。為真空產(chǎn)業(yè)打造新的市場(chǎng)空間
當(dāng)真空管道高速磁浮交通作為一種主要交通方式為社會(huì)提供服務(wù)的時(shí)候, 我國(guó)所需的總里程數(shù)至少為10萬(wàn)km , 按此規(guī)模計(jì)算, 我國(guó)真空管道運(yùn)輸系統(tǒng)為未來(lái)真空產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造的市場(chǎng)空間將是——6. 9 億立方米。這么大的真空市場(chǎng), 恐怕是當(dāng)今任何需要真空設(shè)備與技術(shù)的行業(yè)難以相提并論的。就全世界而言, 真空管道運(yùn)輸所能打造的全新真空市場(chǎng)空間將更加激動(dòng)人心。
真空管道運(yùn)輸系統(tǒng)的建設(shè)與實(shí)施無(wú)疑將為真空產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造一個(gè)前所未有的巨大市場(chǎng)空間, 對(duì)真空產(chǎn)業(yè)的影響將是積極的和深遠(yuǎn)的, 其前景十分誘人。然而, 真空管道運(yùn)輸研究與開(kāi)發(fā)只是剛剛起步, 尤其許多交通運(yùn)輸領(lǐng)域的研究人員, 對(duì)真空科學(xué)與技術(shù)還較陌生, 因此, 需要廣大真空界的專家學(xué)者和工程技術(shù)人員積極投身到前期的研究與開(kāi)發(fā)工作中來(lái), 促進(jìn)真空科學(xué)技術(shù)跟真空管道運(yùn)輸這一新型交通工具的學(xué)科交叉與融合, 讓這一新系統(tǒng)早日成為現(xiàn)實(shí), 造富于人類, 同時(shí)開(kāi)創(chuàng)真空產(chǎn)業(yè)更加燦爛的明天。
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