真空管道超高速地面轨道交通

真空管道超高速地面轨道交通第1页/共38页一高速铁路是交通领域的低碳技术高速铁路的优势

Co2排放：铁路是公路的1/4,航空的1/5.

能耗：每百人公里消耗标准煤——

公路大客车1.5kg

小轿车3.8～4.8kg

航空6.8kg

高速铁路约1.0kg

铁路是小轿车的1/4,航空的1/6.8

占地：相同运量，公路占地是铁路的8倍

在运量相同条件下：

*一条复线铁路相当于一条16车道的高速公路，铁路宽15m，公路宽达122m，公路占地是铁路的8倍。

*完成单位换算周转量占用的土地，在国外公路一般是铁路的5～10倍，在我国则达到25倍

*高架式高速铁路占地更少项目公路航空铁路每100人-公里排放11.814.42.8比较4.25.11.0每100吨-公里排放79.810.72.6比较30.74.11.0第2页/共38页一高速铁路是交通领域的低碳技术发展高速铁路是当前全世界的共同趋势

1825年9月27日——世界第一条铁路投入运营

1850~1920年——美国修建铁路高潮，总里程到达40万8745公里1920~1960年——世界铁路走向“夕阳产业”，美国许多铁路被拆，总里程降为26万423公里，

1964年10月1日——日本东海道新干线通车，东京到大阪，515公里，210km/h。现有高速铁路2175公里，最高运营速度300km/h。

1983年9月——法国开通TGV东南线，270km/h，现有高速铁路1282公里，最高运营速320km/h。

1991年——德国开通ICE1高速铁路，280km/h。现有高速铁路793公里，最高运营速度300km/h。

1998年——意大利运营ETR500高速列车，300km/h。现有高速铁路1525公里，最高运营速度300km/h

建有高速铁路的国家和地区还有：西班牙，韩国，澳大利亚，英国，中国台湾等。

2009年1月，奥巴马在议会宣布：拨款130亿美元，赞助高速铁路。各州立即报出40多条高速铁路的计划。要大力发展高速铁路，改变单纯依靠汽车飞机的路线世界回归铁路时代！第3页/共38页二我国低碳技术中高速铁路独领风骚铁路建设新高潮

2004年1月：制定中长期铁路网规划

2008年9月：修订中长期铁路网规划

2012年：营业里程：11万公里高速铁路：1.3万公里。

2020年，营业里程：12万公里高速铁路：1.6万公里，第4页/共38页二我国低碳技术中高速铁路独领风骚突破性标志——时速350公里高速铁路

投入运营时间区间里程最高速度直达时分运量2008/08/01北京-天津120公里35030分每小时1万人2009/11/28武汉-广州1068公里3503小时每天10万人以上2010/02/06郑州-西安505公里3502小时每天10万人以上2010/07/01上海-南京300公里3501小时每小时1万人2010/12/31上海-杭州159公里35035分每小时1万人2011/12/31上海-北京1318公里3804小时每天10万人以上第5页/共38页二我国低碳技术中高速铁路独领风骚四纵四横——1.3万公里高速铁路网

序号区间里程直达时分全线建成时间四纵1北京-上海1300公里4小时20112北京-广州2200公里7小时20123北京-哈尔滨1700公里5小时20124杭州-深圳1700公里5小时2012四横1徐州-兰州1400公里5小时20122上海-昆明2000公里7小时20123青岛-太原800公里3小时20124南京-成都1900公里6小时2012第6页/共38页二我国低碳技术中高速铁路独领风骚我国高速铁路站到了世界顶峰——五个世界第一:运营时速最高，350公里，国外一般300公里，法国320公里总里程最长，已建成6552公里，在建1万多公里。运营情况最好，日开行动车组773列，平均上座率：101.7%。技术标准最高，工务工程——全程无砟轨道，最大断面隧道（100m2），最大桥梁（大胜关大桥，世界第一）高速列车——运营速度最高。列控系统——世界最先进的CTCS3。试验手段最强，联调联试时间最短，效果最好。首创科研试验及跟踪试验。定置试验达到600公里/时，世界最高试验速度第7页/共38页二我国低碳技术中高速铁路独领风骚中国高铁走向世界正在实施：

1，土耳其：安卡拉——伊斯坦布尔

2，委内瑞拉：迪拉科——阿拉科正在投标：

1，巴西：里约热内卢——圣保罗——坎皮拉斯

2，美国：旧金山——洛山矶——圣地亚哥已有协议：老挝，缅甸，俄罗斯，印度，沙特，波兰，伊朗。第8页/共38页三高速铁路运营速度的极限1开敞式高速列车的行车阻力主要是气动阻力

气动阻力牵引功率（正比于速度平方）（正比于速度立）超过200km/h，气动阻力占70%以上，牵引功率陡增。300-400km/h达到90%以上。第9页/共38页三高速铁路运营速度的极限2开敞式高速列车的噪声主要是气动噪声第一区——牵引噪声为主轮轨:动力装置，风机等磁浮：磁致哄鸣声等第二区——机械噪声为主轮轨：轮轨噪声，轨道，车辆结构振动磁浮：轨道、车辆结构振动第三区——气动噪声为主轮轨：Vt2=290km/h

磁浮：Vt2=256km/h第10页/共38页三高速铁路运营速度的极限2开敞式高速列车的噪声主要是气动噪声25m3.5m车外环境噪声标准：

不高于70-75dB日本放宽到85dB欧洲放宽到100dB实测高速列车

300km/h85dB以上

320km/h95dB以上

380km/h100dB以上车内≯65dB噪声标准：环保超标一票否决！运行速度/km/h160200240250270300400普通快速列车8588-91---德国ICE-V德国TR磁浮列车78-8284--8589--8992-100法国TGV-PSE高速列车法国TGV-A高速列车--9287--95----94-100西班牙摆式列车-82-----日本东北新干线--80-81--第11页/共38页三高速铁路运营速度的极限3结论：高能耗运营成本太高，无法进入运输市场；环保超标太多，终被社会淘汰。

实例：协和飞机提速到2000km/h,因噪声大，票价高而被淘汰。日本500号高速列车试验达到350km/h，因噪声超标，降至300km/h.日本700号高速列车以360km/h赶超中国为目标，结果因噪声超标降至330km/h运营。本人认为：在稠密大气层中运行的开敞式高速列车其最高运营速度不宜超过400km/h第12页/共38页四低真空管道中的高速交通超高速是21世纪地面高速交通的需求石油短缺将使民航成为一般人难于享用的奢侈品稠密大气层中无法超越400km/h的警戒线。随着社会经济的发展，人们渴望更高的速度。唯一途经是改变所处介质条件，在地面用

真空管道创造高空才有的低气压。速度

可望达到400~1000km/h,甚至更高。第13页/共38页四低真空管道中的高速交通海拔15000-20000m0.1atm超高速飞机2000Km/h海拔10000-11000m0.2atm干线飞机800-1000Km/h海拔4000-6000m0.4atm支线飞机400-800Km/h海拔3000-4000m0.8atm直升飞机300-400Km/h地表稠密大气层1atm地面高速交通系统300-400Km/h水面一半为水阻水阻是大气阻力的13倍船舶50-80Km/h水下全部为水阻潜水艇30-50Km/h第14页/共38页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

和最佳速度的关系真空管道中的压力音障区0.05第15页/共38页四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：万米高空气压:0.2~0.05atm——相当于10000~20000m高空地面轨道中如能保持0.2~0.05atm的低真空，则如同飞机在万米高空飞行。按最佳方案，可实现400~1000km/h的超高速。管道截面按遮挡系数为0.4~0.45计算，可采用普通铁路的30m2。大气压力速度,(Km/h)遮挡系数,CoefficientofCoverage稠密大气层1.0atm道120-1600.40-0.45,隧道截面面积：30m2200-2500.20-0.25,隧道截面面积：64m2300-3500.10-0.15,隧道截面面积：100m2低真空管道,0.2-0.1atm400-10000.40-0.45,管道截面面积：30m2高真空管道,10-6atm1500-30000.80-0.90,管道截面面积接近车辆截面第16页/共38页四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：

最有现实意义的是在此低真空管道中，先采用轮轨技术，

将和谐号动车组提速到400~600km/h

下一步再采用磁浮技术，将速度提高到600~1000km/h

第一步的主要任务是解决真空管道及抽气工程的技术问题第17页/共38页四低真空管道中的高速交通轮轨高速列车方案设想——开行和谐号动车组。4000

.

.京沪全线设隔音墙上部加盖全密封600km/h和谐号动车组整体无砟道床线间距可缩小至正常铁路值在接近30m2的管内空间由真空泵站保持0.10~0.2atm的低真空。第18页/共38页四低真空管道中的高速交通轮轨高速列车方案设想——开行和谐号动车组优点：1，有切实的可行性

¤技术上可行，多为成熟技术

¤经济上与现有高速铁路相比，成本增加不多

2，能实现400~600km/h的超高速运营，

国内交通接近航空速度

3，能与既有线联网，融入全国高速铁路网之中

只要解决好进出真空管道的问题，即能达此目的

4，是和谐号动车组研发的继续

在研发400公里平台上继续提高速度

5，是真空管道技术的基础，为更高速度做准备

为下一步开发600~1000公里磁浮车开辟道路第19页/共38页四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：

主要关键技术

1，真空技术

2，密封技术

3，列车进出真空环境的技术

4，车内保压增氧技术

5，车站上下乘客的技术

随着技术的进步，这些关键问题都可以完全工程化地得到解决！第20页/共38页四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：

主要关键技术

1，真空技术真空技术发展很快，广泛用于冶炼、石油化工、电工、电子等领域。真空管道交通需要大流量的抽气技术，低真空管道使用机械真空泵为核心的真空机组应能满足要求。机械真空泵种类很多，当前的主流方向是使用旋转式的罗茨真空泵。罗茨泵既具有容积泵的工作原理，又有分子泵的抽气效应，在较宽的压力范围内有较大的抽速。抽真空的能耗很小。以ZJ罗茨真空泵为例：选ZJ-1200A型：极限真空度，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/小时。功率，11千瓦/小时，即用11度电可抽4320立方空气。按100m2截面计算，1公里管道有100x1000=100000立方空气，

抽空一公里，只需100000÷4320×11＝254度电，约合101元。

维持真空，能耗约为全抽能耗的1/10,即10元钱！第21页/共38页四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：

主要关键技术

1，真空技术

2，密封技术

就既有谐和号列车线路而言，顶棚可用钢材或铝合金制造。内外两侧均可黏贴塑料薄膜或橡胶等其他隔离材料，达到防水和保持真空度的作用。隔离门的密封应当采用橡胶制件，以增加强度。

第22页/共38页四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：

主要关键技术

1，真空技术

2，密封技术

3，列车进出真空环境的技术

进入真空管道：打开外门，进入过渡段关闭外门，真空泵抽气开启内幕，驶人真空管道驶出真空管道：打开内门，进入过渡段关闭内门，打开外门，驶出管道关闭外门，真空泵抽气

内门外门门室门室真空机组真空管道过渡段开敞大气门室横断面第23页/共38页四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：

主要关键技术

1，真空技术

2，密封技术

3，列车进出真空环境的技术

4，车内保压增氧技术

与飞机所用技术相同

第24页/共38页四低真空管道中的高速交通

低真空管道交通：

主要关键技术

1，真空技术

2，密封技术

3，列车进出真空环境的技术

4，车内保压增氧技术

5，车站上下乘客的技术

一种可以考虑的方案：车站及人行通道中的大气空间真空管道中的低真空空间第25页/共38页四低真空管道中的高速交通采用磁浮技术可使速度提得更高

600km/h以上，轮轨技术困难较大。

粘着系数下降太多，运动稳定性难以达到，轴承发热，机械强度

等问题，都不好解决

磁浮技术有望解决600~1000km/h的问题。

德国常导磁浮技术不能超过450km/h

日本低温超导要冷却到-270o,成本太高

西南交大研究的高温超导,最有希望.

但要达到600km/h以上，还有大量基础性研究要做。第26页/共38页常规永磁体屏蔽电流高温超导体镜象磁体常规永磁体高温超导体原理：利用常规永磁体的磁场在高温超导体中引起

屏蔽电流实现悬浮。导向：由高温超导体钉扎中心对永磁导轨磁力线的

钉扎作用实现导向。钉扎中心

四低真空管道中的高速交通高温超导磁悬浮车辆的工作原理第27页/共38页四低真空管道中的高速交通美国有人提出一种磁浮飞机永磁体装在车上，也可考虑用于真空管道

加上罩就可用于真空管道第28页/共38页四低真空管道中的高速交通原理：永磁体置于车上，轨道为弧形铝板，车辆在车轮上推进，达到一定速度后，铝板切割磁力线产生涡流磁场，极性与永磁场相同，提供斥力，将车浮起。100-150mm车箱轮对永久磁铁铝板优点：结构简单悬浮高度大(150mm)速度高(500-600km/h)成本低美国麻省理工的发明专利，只做小模型试验第29页/共38页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)高真空低真空音障区0.05

相对于前述0.2/0.05atm而言,0.01/0.001atm可谓高真空，但实际上仍属低真空范围。在这个范围中，采用高温超导磁悬浮，可望达到1500/2000公里时速。真正的高真空指：

10-5~10-6atm，相当于

宇宙中的真空度。美国有家ETT公司，提出一种设想。没有工程化，但可开拓我们的思路。/第30页/共38页五高真空管道中的高速交通美国ETT高真空管道磁浮车

EvacuatedTubeTransportation真空度:0.000001atm，百万分之一大气压特点：1，可实现几乎无阻力运行。

加速之能量可在制动时回收。实现“宇宙航船贴地飞”

2，速度不受限制。

噪音极低，不会限制速度。