[发明专利]在低压管道运输系统中使用空气和氦气的方法在审
申请号: | 201880097026.9 | 申请日: | 2018-06-29 |
公开(公告)号: | CN112654524A | 公开(公告)日: | 2021-04-13 |
发明(设计)人: | A·尼奥菲图;M·赛瑞;A·齐萨;S·J·鲍德温 | 申请(专利权)人: | 海柏路普运输技术公司 |
主分类号: | B60L13/03 | 分类号: | B60L13/03;B60L13/10;B61B13/08;B61B13/10;B61B13/12;B65G53/04;E01B25/30 |
代理公司: | 永新专利商标代理有限公司 72002 | 代理人: | 陈珊 |
地址: | 美国加*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 低压 管道 运输 系统 使用 空气 氦气 方法 | ||
公开了一种用于保持管道(其是用于经由舱室运输乘客或货物的管道运输系统的一部分)内的气体组合物的方法。该方法包括:(a)将管道泵抽至低于大气压力的压力直到管道被基本排空;(b)识别预定功率值;(c)基于在(b)中识别的预定功率值以及与该管道有关联的泄漏率识别第一百分比x的氦气;(d)在多个基本排空管道中的每个管道内保持气体组合物,该气体组合物包括第一百分比x的氦气与第二百分比(100‑x)空气的混合物。
技术领域
本发明总体上涉及管道运输领域。更具体地,本发明涉及在低压管道运输系统中使用空气和氦气的方法。
背景技术
为开发被Elon Musk称为Hyperloop的高速且高效的新运输方式所做的最近努力始于2013年并发布了技术白皮书。一个由Space-X和Tesla的科学家组成的团队撰写了这篇论文以定义制造此类设备的技术优势和工程要求。
本质上,Hyperloop是舱室在低压下(进而在低空气密度下)被悬浮在管道中的系统。悬浮显著减少地面摩擦。低空气密度会显著减少空气阻力。
白皮书提出空中滑板支撑的舱室行驶在绝对压力为100Pascal(Pa)的真空管道的内部并由线性感应马达推动。将空气压缩机放置在舱室的鼻部以向滑板盘提供空气并提高舱室的速度能力。包含大型压缩机可提高舱室速度,但在Hyperloop旅途中需要大型电池阵列为其供电。另外,这占用了乘客舱的宝贵空间并增加了显著复杂性。多个小组立即注意到了该白皮书并开始开发该白皮书中提出的系统。
参与这种开发的一些设计团队放弃了空中滑板概念,因为其要求滑板到管道的距离仅为0.020”-0.040”,这将难以在适应管道和安装公差的同时保持平稳行驶。空中滑板的一种替代品是基于磁悬浮(Maglevic Levitation)的系统。这种磁悬浮系统将消除对压缩机的需求,从而减小舱室的尺寸/重量,并为开发人员提供增加空间和减少振动的额外优势。
然而,在设计中移除压缩机使得这种基于管道的运输系统中产生另一个主要问题。在Musk白皮书中概述的原始设计中,压缩机用作提高舱室速度的重要组成部分,其中,这种提高并不归因于提供为将舱室推下管道的推力,而是归因于舱室的有效前向面积的减小。在Musk的设计中,压缩机提供了第二路径以将空气从舱室的前部引导到舱室的后部,从而增加了舱室与管道之间的环形区域。该环形部与总管道面积之比(称为旁通比)是阻塞的关键预测指标。一旦舱室达到在旁通区域中发生阻塞的速度,则舱室将充当巨大柱塞,从而产生一种注射器效应。在称为Kantrowitz极限(或K极限)的那个关键点,由于推动舱室前方的空气柱而产生的巨大阻力需要明显更多的能量和功率来克服。克服阻塞或K极限并实现显著降低K极限影响是关键的技术问题。
现在讨论与阻力和阻塞流现象有关的问题。图1描绘了在管道内的载具(也称为容舱或舱室)的示意图(来源:参见2015年1月5日至9日Chin等人标题为“Open-SourceConceptual Sizing Models for the Hyperloop Passenger Pod”的论文)。
阻力主要是两个分量的贡献:压力阻力和摩擦阻力。压力阻力是载具向前移动并推动空气时所施加的压力。摩擦阻力是在载具表面周围流动的空气所施加的粘性力。阻力由以下等式给出:
其中:
ρtube=管道内压力,绝对值;
Spod=容舱的表面积;和
其中,CD是阻力系数,其包括压力阻力和由于摩擦效应引起的阻力。
在EQN 1中,阻力与密度成比例。因此,减小密度对阻力并且进而对推进功率具有实质性影响。这可以通过低压管道来实现。在EQN 1中,阻力与速度的平方成比例。因此,阻力随着速度增加而快速上升。
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