真空管道超高速地面軌道交通

真空管道超高速地面軌道交通第1頁/共38頁一高速鐵路是交通領(lǐng)域的低碳技術(shù)高速鐵路的優(yōu)勢

Co2排放：鐵路是公路的1/4,航空的1/5.

能耗：每百人公里消耗標(biāo)準(zhǔn)煤——

公路大客車1.5kg

小轎車3.8～4.8kg

航空6.8kg

高速鐵路約1.0kg

鐵路是小轎車的1/4,航空的1/6.8

占地：相同運(yùn)量，公路占地是鐵路的8倍

在運(yùn)量相同條件下：

*一條復(fù)線鐵路相當(dāng)于一條16車道的高速公路，鐵路寬15m，公路寬達(dá)122m，公路占地是鐵路的8倍。

*完成單位換算周轉(zhuǎn)量占用的土地，在國外公路一般是鐵路的5～10倍，在我國則達(dá)到25倍

*高架式高速鐵路占地更少項目公路航空鐵路每100人-公里排放11.814.42.8比較4.25.11.0每100噸-公里排放79.810.72.6比較30.74.11.0第2頁/共38頁一高速鐵路是交通領(lǐng)域的低碳技術(shù)發(fā)展高速鐵路是當(dāng)前全世界的共同趨勢

1825年9月27日——世界第一條鐵路投入運(yùn)營

1850~1920年——美國修建鐵路高潮，總里程到達(dá)40萬8745公里1920~1960年——世界鐵路走向“夕陽產(chǎn)業(yè)”，美國許多鐵路被拆，總里程降為26萬423公里，

1964年10月1日——日本東海道新干線通車，東京到大阪，515公里，210km/h。現(xiàn)有高速鐵路2175公里，最高運(yùn)營速度300km/h。

1983年9月——法國開通TGV東南線，270km/h，現(xiàn)有高速鐵路1282公里，最高運(yùn)營速320km/h。

1991年——德國開通ICE1高速鐵路，280km/h。現(xiàn)有高速鐵路793公里，最高運(yùn)營速度300km/h。

1998年——意大利運(yùn)營ETR500高速列車，300km/h。現(xiàn)有高速鐵路1525公里，最高運(yùn)營速度300km/h

建有高速鐵路的國家和地區(qū)還有：西班牙，韓國，澳大利亞，英國，中國臺灣等。

2009年1月，奧巴馬在議會宣布：撥款130億美元，贊助高速鐵路。各州立即報出40多條高速鐵路的計劃。要大力發(fā)展高速鐵路，改變單純依靠汽車飛機(jī)的路線世界回歸鐵路時代！第3頁/共38頁二我國低碳技術(shù)中高速鐵路獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷鐵路建設(shè)新高潮

2004年1月：制定中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃

2008年9月：修訂中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃

2012年：營業(yè)里程：11萬公里高速鐵路：1.3萬公里。

2020年，營業(yè)里程：12萬公里高速鐵路：1.6萬公里，第4頁/共38頁二我國低碳技術(shù)中高速鐵路獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷突破性標(biāo)志——時速350公里高速鐵路

投入運(yùn)營時間區(qū)間里程最高速度直達(dá)時分運(yùn)量2008/08/01北京-天津120公里35030分每小時1萬人2009/11/28武漢-廣州1068公里3503小時每天10萬人以上2010/02/06鄭州-西安505公里3502小時每天10萬人以上2010/07/01上海-南京300公里3501小時每小時1萬人2010/12/31上海-杭州159公里35035分每小時1萬人2011/12/31上海-北京1318公里3804小時每天10萬人以上第5頁/共38頁二我國低碳技術(shù)中高速鐵路獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷四縱四橫——1.3萬公里高速鐵路網(wǎng)

序號區(qū)間里程直達(dá)時分全線建成時間四縱1北京-上海1300公里4小時20112北京-廣州2200公里7小時20123北京-哈爾濱1700公里5小時20124杭州-深圳1700公里5小時2012四橫1徐州-蘭州1400公里5小時20122上海-昆明2000公里7小時20123青島-太原800公里3小時20124南京-成都1900公里6小時2012第6頁/共38頁二我國低碳技術(shù)中高速鐵路獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷我國高速鐵路站到了世界頂峰——五個世界第一:運(yùn)營時速最高，350公里，國外一般300公里，法國320公里總里程最長，已建成6552公里，在建1萬多公里。運(yùn)營情況最好，日開行動車組773列，平均上座率：101.7%。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最高，工務(wù)工程——全程無砟軌道，最大斷面隧道（100m2），最大橋梁（大勝關(guān)大橋，世界第一）高速列車——運(yùn)營速度最高。列控系統(tǒng)——世界最先進(jìn)的CTCS3。試驗(yàn)手段最強(qiáng)，聯(lián)調(diào)聯(lián)試時間最短，效果最好。首創(chuàng)科研試驗(yàn)及跟蹤試驗(yàn)。定置試驗(yàn)達(dá)到600公里/時，世界最高試驗(yàn)速度第7頁/共38頁二我國低碳技術(shù)中高速鐵路獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷中國高鐵走向世界正在實(shí)施：

1，土耳其：安卡拉——伊斯坦布爾

2，委內(nèi)瑞拉：迪拉科——阿拉科正在投標(biāo)：

1，巴西：里約熱內(nèi)盧——圣保羅——坎皮拉斯

2，美國：舊金山——洛山磯——圣地亞哥已有協(xié)議：老撾，緬甸，俄羅斯，印度，沙特，波蘭，伊朗。第8頁/共38頁三高速鐵路運(yùn)營速度的極限1開敞式高速列車的行車阻力主要是氣動阻力

氣動阻力牽引功率（正比于速度平方）（正比于速度立）超過200km/h，氣動阻力占70%以上，牽引功率陡增。300-400km/h達(dá)到90%以上。第9頁/共38頁三高速鐵路運(yùn)營速度的極限2開敞式高速列車的噪聲主要是氣動噪聲第一區(qū)——牽引噪聲為主輪軌:動力裝置，風(fēng)機(jī)等磁?。捍胖潞屮Q聲等第二區(qū)——機(jī)械噪聲為主輪軌：輪軌噪聲，軌道，車輛結(jié)構(gòu)振動磁浮：軌道、車輛結(jié)構(gòu)振動第三區(qū)——?dú)鈩釉肼暈橹鬏嗆墸篤t2=290km/h

磁?。篤t2=256km/h第10頁/共38頁三高速鐵路運(yùn)營速度的極限2開敞式高速列車的噪聲主要是氣動噪聲25m3.5m車外環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)：

不高于70-75dB日本放寬到85dB歐洲放寬到100dB實(shí)測高速列車

300km/h85dB以上

320km/h95dB以上

380km/h100dB以上車內(nèi)≯65dB噪聲標(biāo)準(zhǔn)：環(huán)保超標(biāo)一票否決！運(yùn)行速度/km/h160200240250270300400普通快速列車8588-91---德國ICE-V德國TR磁浮列車78-8284--8589--8992-100法國TGV-PSE高速列車法國TGV-A高速列車--9287--95----94-100西班牙擺式列車-82-----日本東北新干線--80-81--第11頁/共38頁三高速鐵路運(yùn)營速度的極限3結(jié)論：高能耗運(yùn)營成本太高，無法進(jìn)入運(yùn)輸市場；環(huán)保超標(biāo)太多，終被社會淘汰。

實(shí)例：協(xié)和飛機(jī)提速到2000km/h,因噪聲大，票價高而被淘汰。日本500號高速列車試驗(yàn)達(dá)到350km/h，因噪聲超標(biāo)，降至300km/h.日本700號高速列車以360km/h趕超中國為目標(biāo)，結(jié)果因噪聲超標(biāo)降至330km/h運(yùn)營。本人認(rèn)為：在稠密大氣層中運(yùn)行的開敞式高速列車其最高運(yùn)營速度不宜超過400km/h第12頁/共38頁四低真空管道中的高速交通超高速是21世紀(jì)地面高速交通的需求石油短缺將使民航成為一般人難于享用的奢侈品稠密大氣層中無法超越400km/h的警戒線。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們渴望更高的速度。唯一途經(jīng)是改變所處介質(zhì)條件，在地面用

真空管道創(chuàng)造高空才有的低氣壓。速度

可望達(dá)到400~1000km/h,甚至更高。第13頁/共38頁四低真空管道中的高速交通海拔15000-20000m0.1atm超高速飛機(jī)2000Km/h海拔10000-11000m0.2atm干線飛機(jī)800-1000Km/h海拔4000-6000m0.4atm支線飛機(jī)400-800Km/h海拔3000-4000m0.8atm直升飛機(jī)300-400Km/h地表稠密大氣層1atm地面高速交通系統(tǒng)300-400Km/h水面一半為水阻水阻是大氣阻力的13倍船舶50-80Km/h水下全部為水阻潛水艇30-50Km/h第14頁/共38頁四低真空管道中的高速交通FromProf.GJSuppes,U.ofKansas,calculationsforPRT.400100015002000km/h0.2P=0.05∽0.2atm,V=400∽1000km/hAreaofoptimumoptionP=0.01~0.001atmV=1500~2000km/h(340.29m/s,or1225km/h)高真空低真空

和最佳速度的關(guān)系真空管道中的壓力音障區(qū)0.05第15頁/共38頁四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：萬米高空氣壓:0.2~0.05atm——相當(dāng)于10000~20000m高空地面軌道中如能保持0.2~0.05atm的低真空，則如同飛機(jī)在萬米高空飛行。按最佳方案，可實(shí)現(xiàn)400~1000km/h的超高速。管道截面按遮擋系數(shù)為0.4~0.45計算，可采用普通鐵路的30m2。大氣壓力速度,(Km/h)遮擋系數(shù),CoefficientofCoverage稠密大氣層1.0atm道120-1600.40-0.45,隧道截面面積：30m2200-2500.20-0.25,隧道截面面積：64m2300-3500.10-0.15,隧道截面面積：100m2低真空管道,0.2-0.1atm400-10000.40-0.45,管道截面面積：30m2高真空管道,10-6atm1500-30000.80-0.90,管道截面面積接近車輛截面第16頁/共38頁四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：

最有現(xiàn)實(shí)意義的是在此低真空管道中，先采用輪軌技術(shù)，

將和諧號動車組提速到400~600km/h

下一步再采用磁浮技術(shù)，將速度提高到600~1000km/h

第一步的主要任務(wù)是解決真空管道及抽氣工程的技術(shù)問題第17頁/共38頁四低真空管道中的高速交通輪軌高速列車方案設(shè)想——開行和諧號動車組。4000

.

.京滬全線設(shè)隔音墻上部加蓋全密封600km/h和諧號動車組整體無砟道床線間距可縮小至正常鐵路值在接近30m2的管內(nèi)空間由真空泵站保持0.10~0.2atm的低真空。第18頁/共38頁四低真空管道中的高速交通輪軌高速列車方案設(shè)想——開行和諧號動車組優(yōu)點(diǎn)：1，有切實(shí)的可行性

¤技術(shù)上可行，多為成熟技術(shù)

¤經(jīng)濟(jì)上與現(xiàn)有高速鐵路相比，成本增加不多

2，能實(shí)現(xiàn)400~600km/h的超高速運(yùn)營，

國內(nèi)交通接近航空速度

3，能與既有線聯(lián)網(wǎng)，融入全國高速鐵路網(wǎng)之中

只要解決好進(jìn)出真空管道的問題，即能達(dá)此目的

4，是和諧號動車組研發(fā)的繼續(xù)

在研發(fā)400公里平臺上繼續(xù)提高速度

5，是真空管道技術(shù)的基礎(chǔ)，為更高速度做準(zhǔn)備

為下一步開發(fā)600~1000公里磁浮車開辟道路第19頁/共38頁四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：

主要關(guān)鍵技術(shù)

1，真空技術(shù)

2，密封技術(shù)

3，列車進(jìn)出真空環(huán)境的技術(shù)

4，車內(nèi)保壓增氧技術(shù)

5，車站上下乘客的技術(shù)

隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些關(guān)鍵問題都可以完全工程化地得到解決！第20頁/共38頁四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：

主要關(guān)鍵技術(shù)

1，真空技術(shù)真空技術(shù)發(fā)展很快，廣泛用于冶煉、石油化工、電工、電子等領(lǐng)域。真空管道交通需要大流量的抽氣技術(shù)，低真空管道使用機(jī)械真空泵為核心的真空機(jī)組應(yīng)能滿足要求。機(jī)械真空泵種類很多，當(dāng)前的主流方向是使用旋轉(zhuǎn)式的羅茨真空泵。羅茨泵既具有容積泵的工作原理，又有分子泵的抽氣效應(yīng)，在較寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速。抽真空的能耗很小。以ZJ羅茨真空泵為例：選ZJ-1200A型：極限真空度，500Pa，即0.005atm。高于工作真空度0.0.05~0.2atm。

抽速，1200升/秒，即：4320立方/小時。功率，11千瓦/小時，即用11度電可抽4320立方空氣。按100m2截面計算，1公里管道有100x1000=100000立方空氣，

抽空一公里，只需100000÷4320×11＝254度電，約合101元。

維持真空，能耗約為全抽能耗的1/10,即10元錢！第21頁/共38頁四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：

主要關(guān)鍵技術(shù)

1，真空技術(shù)

2，密封技術(shù)

就既有諧和號列車線路而言，頂棚可用鋼材或鋁合金制造。內(nèi)外兩側(cè)均可黏貼塑料薄膜或橡膠等其他隔離材料，達(dá)到防水和保持真空度的作用。隔離門的密封應(yīng)當(dāng)采用橡膠制件，以增加強(qiáng)度。

第22頁/共38頁四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：

主要關(guān)鍵技術(shù)

1，真空技術(shù)

2，密封技術(shù)

3，列車進(jìn)出真空環(huán)境的技術(shù)

進(jìn)入真空管道：打開外門，進(jìn)入過渡段關(guān)閉外門，真空泵抽氣開啟內(nèi)幕，駛?cè)苏婵展艿礼偝稣婵展艿溃捍蜷_內(nèi)門，進(jìn)入過渡段關(guān)閉內(nèi)門，打開外門，駛出管道關(guān)閉外門，真空泵抽氣

內(nèi)門外門門室門室真空機(jī)組真空管道過渡段開敞大氣門室橫斷面第23頁/共38頁四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：

主要關(guān)鍵技術(shù)

1，真空技術(shù)

2，密封技術(shù)

3，列車進(jìn)出真空環(huán)境的技術(shù)

4，車內(nèi)保壓增氧技術(shù)

與飛機(jī)所用技術(shù)相同

第24頁/共38頁四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：

主要關(guān)鍵技術(shù)

1，真空技術(shù)

2，密封技術(shù)

3，列車進(jìn)出真空環(huán)境的技術(shù)

4，車內(nèi)保壓增氧技術(shù)

5，車站上下乘客的技術(shù)

一種可以考慮的方案：車站及人行通道中的大氣空間真空管道中的低真空空間第25頁/共38頁四低真空管道中的高速交通采用磁浮技術(shù)可使速度提得更高

600km/h以上，輪軌技術(shù)困難較大。

粘著系數(shù)下降太多，運(yùn)動穩(wěn)定性難以達(dá)到，軸承發(fā)熱，機(jī)械強(qiáng)度

等問題，都不好解決

磁浮技術(shù)有望解決600~1000km/h的問題。

德國常導(dǎo)磁浮技術(shù)不能超過450km/h

日本低溫超導(dǎo)要冷卻到-270o,成本太高

西南交大研究的高溫超導(dǎo),最有希望.

但要達(dá)到600km/h以上，還有大量基礎(chǔ)性研究要做。第26頁/共38頁常規(guī)永磁體屏蔽電流高溫超導(dǎo)體鏡象磁體常規(guī)永磁體高溫超導(dǎo)體原理：利用常規(guī)永磁體的磁場在高溫超導(dǎo)體中引起

屏蔽電流實(shí)現(xiàn)懸浮。導(dǎo)向：由高溫超導(dǎo)體釘扎中心對永磁導(dǎo)軌磁力線的

釘扎作用實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向。釘扎中心

四低真空管道中的高速交通高溫超導(dǎo)磁懸浮車輛的工作原理第27頁/共38頁四低真空管道中的高速交通美國有人提出一種磁浮飛機(jī)永磁體裝在車上，也可考慮用于真空管道

加上罩就可用于真空管道第28頁/共38頁四低真空管道中的高速交通原理：永磁體置于車上，軌道為弧形鋁板，車輛在車輪上推進(jìn)，達(dá)到一定速度后，鋁板切割磁力線產(chǎn)生渦流磁場，極性與永磁場相同，提供斥力，將車浮起。100-150mm車箱輪對永久磁鐵鋁板優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單懸浮高度大(150mm)速度高(500-600km/h)成本低美國麻省理工的發(fā)明專利，只做小模型試驗(yàn)第29頁/共38頁五高真空管道中的高速交通FromProf.GJSuppes,U.ofKansas,calculationsforPRT.400100015002000km/h0.2P=0.05∽0.2atm,V=400∽1000km/hAreaofoptimumoptionP=0.01~0.001atmV=1500~2000km/h(340.29m/s,or1225km/h)高真空低真空音障區(qū)0.05

相對于前述0.2/0.05atm而言,0.01/0.001atm可謂高真空，但實(shí)際上仍屬低真空范圍。在這個范圍中，采用高溫超導(dǎo)磁懸浮，可望達(dá)到1500/2000公里時速。真正的高真空指：

10-5~10-6atm，相當(dāng)于

宇宙中的真空度。美國有家ETT公司，提出一種設(shè)想。沒有工程化，但可開拓我們的思路。/第30頁/共38頁五高真空管道中的高速交通美國ETT高真空管道磁浮車

EvacuatedTubeTransportation真空度:0.000001atm，百萬分之一大氣壓特點(diǎn)：1，可實(shí)現(xiàn)幾乎無阻力運(yùn)行。

加速之能量可在制動時回收。實(shí)現(xiàn)“宇宙航船貼地飛”

2，速度不受限制。

噪音極低，不會限制速度。