CN111902267A - 抽真空管运输系统管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抽真空管运输系统管。

Description

抽真空管运输系统管
技术领域
本发明涉及一种用于生产抽真空管运输系统管的方法。
背景技术
超级高铁是一种客运和/或货运推荐模式，首先被用来描述由来自Tesla和SpaceX的联合团队所发布的开源空气动力火车(vactrain)设计。在很大程度上借鉴RobertGoddard的空气动力火车的超级高铁包括一个密封管或管系统，吊舱可以行进通过密封管或管系统而不受空气阻力或摩擦，从而以高的速度和加速度运送人或物体。于2012年首次公开提及的Elon Musk版本的概念包括减压管，其中加压舱驾驶在由线性感应马达和空气压缩机驱动的空气轴承上。这些管将在地面之上在立柱上运行或者在地面之下在隧道中运行，以避免平面交叉的危险。该概念将容许比当前的铁路显著更快的行进或空中行进时间。理想的超级高铁系统将比现有的公共运输模式更加节能、安静和自主。
高速铁路的发展在历史上受到难以管控摩擦和空气阻力的阻碍，当车辆接近高速时，摩擦和空气阻力两者变得显著。空气动力火车概念通过以下方式在理论上消除这些障碍：在抽真空的(无气的)或部分地抽真空的管中采用磁悬浮列车，从而容许非常高的速度。在US1020942中公开了磁悬浮的原理。然而，磁悬浮的高成本以及长距离维持真空的困难阻止这种类型系统的建造。超级高铁类似于空气动力火车系统，但是其在大约1毫巴(100Pa)的压力下运行，并且因此可以被描述成抽真空管运输(ETT：evacuated tube transport)系统，如在US5950543中概括地公开的。
抽真空管运输系统(ETT)通过从行进路径移开所有障碍物并且不容许它们返回而解决与传统运输相关的许多问题。一旦路径被抽真空并且没有障碍物，行进就可以畅通无阻地进行。行进的物体(在这种情况下为舱)位于管中，所以它待在预期的路径上并且没有障碍物可够着路径。如果后续的舱经历相同的加速和减速，则许多舱可以完全安全地一起在管中沿同一方向行进。对加速和减速进行计划以防止舱对后面的舱形成障碍。由于最低限度地或根本不依赖于运动的部件，因此舱的可靠性非常高。在减速期间回收加速所需的大部分能量。
ETT-系统的重要元件之一是管。这些管需要大直径，以容许容纳货物或乘客的吊舱通过。管的主要要求是它必须被抽真空。管中的压力为大约100Pa，所以它必须能够承受来自周围大气的压力。大气压力为大约101kPa，所以是管中的压力的大约1000倍。由于管在地面以上通常将被支撑(例如通过柱)，所以管还必须能够跨越两个支撑件之间的间隙而不弯曲或屈曲。根据Hyperloop Alpha项目的完整建议，需要介于20mm至23mm之间的管壁厚度，以便为所考虑的载荷情况(例如，压力差、支柱之间的弯曲和屈曲、由于舱的重量和加速度所引起的载荷、以及乘客管的地震考虑)提供足够的强度。对于乘客加车辆管，较大管的管壁厚度将介于23mm至25mm之间。这些计算基于具有3.30m内径的管。然而，计算还表明，通过增大行进通过管的吊舱尺寸，可以大大地改善ETT-系统的经济性。这些增大的吊舱尺寸需要大约3.50米至5.00米的内直径。如果这些直径的管由钢生产，则这需要大约30mm的厚度。没有热轧带轧机能够提供这种厚度的材料，因此这些管将必须由板生产。随着钢(其作为管的优选材料)和ETT系统的所建议的广泛使用，这将需要大约3000ton/km×20000km＝60Mton。目前，EU28中的板总产量为大约10Mton/年。除了该生产力问题之外，显然由板生产管需要大量的繁琐现场搬运和成型以及板焊接，并且管变得非常重。直径为5m、厚为30mm的钢重3700kg/m，这意味着10m的钢段重37公吨。Mi-26直升飞机的有效载荷为约22公吨。考虑到高架桥或其它限制，经由道路运输是不切实际的。
屈曲指的是结构稳定性的损失，并且在其最简单的形式中与材料强度无关，其中假定这种稳定性损失在材料的弹性范围内发生。细长结构或薄壁结构在压缩载荷下易于屈曲。
本发明的一个目的是提供一种比常规生产的管更轻的ETT-系统管，所述ETT-系统管不易于屈曲。
本发明的另一目的是提供一种可以现场生产的ETT-系统管。
本发明的另一目的是提供一种用于ETT-系统的管，所述管可以容易地在道路上运输。
利用根据权利要求1的管实现这些目的中的一个或多个。在从属权利要求中提供优选的实施例。抽真空管运输系统管在使用中接近真空。在本发明的上下文中，其中管外部的压力为约101kPa(1bar)的大气压力，接近真空意味着管内部的压力小于10kPa(≈0.1bar)，优选小于1kPa(≈0.01bar或10mbar)，甚至更优选小于500Pa(≈5mbar)或甚至200Pa(≈2mbar)，或者甚至为约100Pa(≈1mbar)。
几个定义如下：用于ETT的管被分成具有可管控尺寸的管段。例如，可以通过航空、火车或卡车运输介于10m与30m之间的管段。管段的内直径介于约3m与5m之间。子段是管段的由于重量较轻或尺寸更方便而可以被更容易地运输的部件。这些子段接合至其它段以形成管段，例如在超级高铁施工现场处或附近。短管子段(STS：short tube sub-segment)是可以接合在一起以形成管段的闭合环。例如，20个1.5m长的短管子段形成一个30米长的管段。子段也可以是长管子段(LTS：long tube-subsegment)或也被称为预制的壁部件。可以通过将3个120°的长管段或4个90°(5×72°、6×60°等)的长管子段接合在一起来生产管段(360°)。这些LTS的长度等于管段的长度。这些LTS可以通过火车、轮船、卡车经由已经构建的管或者通过航空运输(直升飞机)来运输。
提出了一种用于构造抽真空管运输系统的管段，其中管段由双壁金属管组成，所述双壁金属管包括壁厚度为d0的外部金属管(2)和壁厚度为d1的内部金属管(3)，其中外部金属管与内部金属管之间的空间填充有加强化合物，并且其中加强化合物结合至外部金属管(2)的内表面和内部金属管(3)的外表面并且与外部金属管的内表面和内部金属管的外表面紧密接触。
根据本发明的管段适合于构造抽真空管运输系统。然而，管段的特殊性能，特别是管段在从由这些管段生产的管外部施加至管段上的压力明显地高于管中压力的条件下运行的能力使它也适合于在相似的压力条件下操作的管的应用。这些应用的示例为用于交通的地下或水下隧道，比如自行车隧道、汽车隧道、火车隧道、维修隧道或竖井，水力发电站中的管，其中出现或可能出现低压力的储气系统等。
加强化合物不仅确保对管中管的加强，而且由于它将内部管和外部管结合在一起，加强化合物也是结构元件。环形空间优选完全填充有加强化合物，因为环形空间的填充方面的任何不规则性都可能导致引起屈曲和/或机械故障的薄弱点。认为重要的是，在管段的生产期间必须注意，环形空间沿着管的圆周在每个地方具有一定的厚度。可以使用间隔件来确保成为这样的情况。还需要结合，因为疏松的加强化合物将不足以促成刚度和结构完整性。通过使用加强化合物而不是仅仅使用填充材料作为结构构件，可以使管的金属更薄，因为加强化合物在结合至管的金属的情况下是一种承载材料。加强化合物发挥至少三个不同的结构作用。首先，它提供一种手段，由此双表层管承受横向于管的纵向轴线施加的剪切作用。其次，通过在管壁内传递剪切力，确保两个表层之间的复合作用，从而有助于抵抗双表层管的整体屈曲。第三，通过抵抗表层在径向方向上的相对移动，有助于抵抗被称为表面起皱的局部屈曲模式(其中，在受压缩的表层中产生波纹，波纹带有的波长与芯厚度的数量级相似)。
注意，在本说明书的上下文中，将管定义为长的空心圆筒体，其中横截面可以是圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、五边形、六边形等。横截面的形状不被特别地限制，只要横截面足够大以充当用于ETT的管、即吊舱必须能够行进通过管即可，以及只要结构的结构完整性得以保障即可。如果满足这两个主要条件，则设计师的选择取决于生产(现场、场外)、安装(现场、场外)、运输(许多小元件或较少的更大元件)方面以及甚至美学。
加强化合物可以是泡沫芯。例如聚氨酯(PU)泡沫的均质芯材料被广泛地用于低成本应用中(例如，建筑和汽车行业中)。最近，聚丙烯泡沫(EPP)已经成为PU泡沫的更佳可回收替代品。蜂窝状芯材料由于其每单位重量的出色性能而可以减轻重量和节省成本。与波纹状芯类型(其沿平面内方向具有单元开口)不同，蜂窝状芯类型具有竖直的单元壁并且仅仅沿平面外方向具有开口，并且为表层提供双向支撑。
在一个实施例中，加强化合物是蜂窝状材料，优选是刚性聚合物蜂窝状材料。这种材料的示例为EconCore的并且例如被用于Tata Steel’s
Figure BDA0002698047790000051
中的ThermHex蜂窝状材料。蜂窝状材料结合至外部管的内表面和内部管的外表面并且与其紧密接触。
在一个实施例中，加强化合物是结构泡沫，优选是高密度结构泡沫，更优选是聚氨酯泡沫，甚至更优选是高密度聚氨酯泡沫。其它示例为PVC、PET、PES以及复合泡沫。
在一个实施例中，在环形空间中原位形成加强化合物。通过将前体材料放入环形空间中并且容许前体材料反应、形成泡沫以及固化泡沫，可以在金属管之间形成结合，并且泡沫与金属管的金属之间的紧密接触确保泡沫是一种结构构件，而不仅仅是填充物。优选地，加强化合物是环境温度固化泡沫或热固化泡沫。优选地，加强化合物是可膨胀泡沫。
在一个实施例中，提供了一种用于构造抽真空管运输系统的管段，其中管段包括内半径为R0和壁厚度为d0的外部金属管以及外半径为R1和壁厚度为d1的内部金属管，其中环形空间具有大致恒定的厚度R0-R1，其中环形空间填充有加强化合物，并且其中加强化合物结合至外部金属管的内表面和内部金属管的外表面并且与外部金属管的内表面和内部金属管的外表面紧密接触。圆筒形的管中管设计也许是最简单的设计，因为它使用最少量的材料来获得最大的可能体积，圆形形状也自然地抵抗来自外部的压力，并且管的生产本身是众所周知的技术。
可以设想通过以下方式生产双壁圆筒形管段：例如通过螺旋焊接单独地生产两个管，然后将直径较小的管引入直径较大的管中。可以通过使用合适的间隔件来控制两个管之间的空间。例如，可以将尺寸与该空间的厚度大致相同的球引入该空间中，该球充当一种球轴承，并且可以将内部管简单地轧制到外部管中。之后，球保持于适当位置处，同时空间被提供加强化合物。优选地，球由一种结合至加强化合物的材料制成，从而不会在加强化合物中引入薄弱点。
在另一实施例中，借助装配在两个管之间的空间中的成型材料将较小直径的管引入较大直径的管中。成型材料具有高度h，所述高度h使它能够紧贴地装配在该空间中，并且在内部管被插入外部管中时引导内部管。成型材料充当间隔件，同时也充当加强件。因此，优选的是，在两个管之间的空间中在每个地方处具有成型材料。两个管之间的剩余空间可以填充有比如泡沫的加强化合物。特殊型材可以例如具有梯形横截面、金字塔形或正弦形横截面等。型材可以被穿孔，以改善与加强化合物的结合。如果加强化合物是原位形成的泡沫，则穿孔将确保促进对空间的填充，并且泡沫和穿孔可以形成良好的结合。如果需要的话，可以以交错的方式施加成型材料。型材的略微重叠确保型材材料被施加于两个管之间的空间中的每个地方。在将内部管引入外部管中期间使用成型材料作为间隔件的优点在于，相对薄壁的管(相对于其3至5米的直径为薄壁)保持其形状，并且两个管之间的空间在每个地方都尽可能相等，这有助于管的结构完整性(抵抗屈曲，刚度，强度等)。
可以由成卷的钢带生产螺旋焊接管。带可以是热轧的，可选地镀锌的和/或涂覆有机涂层的、或者冷轧的、退火的以及可选地镀锌的和/或涂覆有机涂层的。
这些管段可以接合在一起以形成用于ETT的管。如果需要的话，可以提供夹紧带或环来使两个连续的管段对齐，以准备将管段焊接在一起。
在一个实施例中，内部管和/或外部管的金属板的厚度为至多10mm。在一个实施例中，内部管和/或外部管的金属板的厚度为至少1mm。在一个优选实施例中，外部管的金属板的厚度在1.5mm与5mm之间。在一个优选实施例中，内部管的金属板的厚度在1.5mm与5mm之间。
在一个实施例中，环形空间的厚度介于25mm与75mm之间，这似乎在加强化合物的厚度方面是最佳的。优选地，该厚度介于30mm与60mm之间。
在一个实施例中，管段的圆形边缘弯曲成向内或向外定向的凸缘，以将管段连接至相邻的管段，优选地连接至相邻管段的凸缘。
在一个实施例中，额外的圆周加强件固定地连接至内部管的内表面。向内或向外定向的凸缘充当加强件并且抵消屈曲趋势。可以在内部管中以设定的间隔使用额外的圆周加强件来增强这种效果。在一个实施例中，加强件具有的高度介于25mm与100mm之间，其中加强件的厚度介于3mm与20mm之间，并且其中在管的轴向方向上的距离介于500mm与2500mm之间。
在一个优选实施例中，管段的外部金属板和内部金属板由热轧钢带生产，所述热轧带钢可选地镀锌和/或涂覆有机涂层，其中热轧钢带的轧制方向与管段的切向方向重合。为了避免材料的损失，尽可能限制热轧钢带的边缘修整量。该实施例容许生产短管子段(STS)，所述短管子段具有的长度近似等于热轧钢带的宽度。可以在STS的圆形边缘处形成(例如轧制形成)向内或向外定向的凸缘，用以将STS连接至相邻的管段，优选地连接至相邻管段的凸缘。这些凸缘充当圆周加强件，因此这些加强件之间的距离稍微小于(可选地边缘修整的)热轧钢卷的宽度。在钢卷的宽度为例如1600mm并且凸缘(＝加强件)的高度为约70mm的情况下，STS的长度为约1600-2×70＝1460mm。可通过道路运输来运输这种尺寸的短管子段。可以按照与上述管中管段相同的方式将加强化合物引入两个短管之间。
当然，应当指出的是，如果热轧或冷轧带的宽度不足以生产具有所期望尺寸的短管子段或长管子段，则可以通过以下方式生产更宽的热轧带或冷轧带：将两个或更多个带卷焊接在一起，从而有效地使可用板的宽度翻倍、增至三倍等。大多数热轧带轧机和冷轧带轧机不能够提供宽度超过约1.5至2米的带。如果要生产由长管子段组成的管段并且优选地在构造管段期间使用不超过4个长管子段，则对于直径为4m的管带，需要4个宽度为3.14m的长管子段。这将需要将两个宽度为1.57m的带焊接在一起。尽管焊接在一起是长管子段生产中的额外工艺步骤，但是这可能仍然比选择8个宽度为1.57m的长管子段来构造管段优选。而且，焊接在一起可以是高度自动化的，并且技术与在管的螺旋焊接中所采用的技术大致上相同。
管段也可以由多个双壁扁平面板(在三角形横截面的情况下三个面板，在矩形横截面的情况下四个面板，等)构成，其中加强化合物夹在双壁扁平面板之间。尽管管段所需的材料增加，但是管段的更简单的构造可以抵消这一点。然而，大的扁平面板管段更易于屈曲，所以必须采取措施以通过引入额外的加强元件或通过使用较厚的金属板来防止这一点。
本发明还体现在由多个(n个)长管子段(还被称为预制的壁部件)(4)组成的管段，其中长管子段包括基本上四边形的部分(5)，所述部分具有沿管段外部的方向面向外的表面(5')以及沿管段内部的方向面向内的表面(5”)，所述部分具有两个切向边缘(6，7)以及两个轴向边缘(8，9)，其中长管子段由外部金属面板(10)和内部金属面板(11)组成，其中加强化合物夹在这些金属面板之间，加强化合物结合至金属面板(10，11)并且与金属面板紧密接触，并且其中所述n个长管子段沿着切向边缘固定地连接至彼此以形成管段(1)。
本发明还体现在一种由多个(n个)长管子段(4)组成的管段，其中长管子段包括曲形且大致四边形的部分(5)，所述部分具有沿管段外部的方向面向外的表面(5')和沿管段内部的方向面向内的表面(5”)，所述部分具有两个切向边缘(6，7)和两个轴向边缘(8，9)，其中长管子段由半径为R0的曲形外部金属面板(10)和半径为R1的曲形内部金属面板(11)组成，其中加强化合物夹在这些金属面板之间，加强化合物结合至金属面板(10，11)并且与金属面板紧密接触，加强化合物具有R0-R1的厚度，并且其中所述n个长管子段沿着切向边缘固定地连接至彼此以形成管段(1)。
基本四边形的部分如此为曲形，使得所述部分为圆弧段。这样，形成圆筒形管所需的n个段各自具有360°/n的圆弧段作为曲形部分。
优选地，长管子段沿着长边缘6、7设置有凸-凹型材，其中一个长管子段的凸型材与相邻长管子段的凹型材匹配。相邻的长管子段可以使用凸-凹连接件(如果存在的话)或者通过使用围绕整个管子段的夹紧带沿着长边缘焊接在一起或者沿着长边缘胶接，可选地在两个长边缘之间的间隙中具有密封化合物。凸-凹连接件的额外优点是易于使两个相邻的边缘对齐。一旦形成完整的管段，就可以将管段接合在一起以形成用于ETT的管。如果需要的话，可以提供夹紧带或环来使两个连续的管段对齐，以准备将管段焊接在一起。
长管子段可以在专门的生产现场中非现场生产。这容许仔细控制焊接以及加强化合物的准备和引入。另外，如果存在的话可以沿着边缘制造凸-凹型材，并且如果需要的话也可以沿着短边缘8、9制造凸-凹型材，以在两个相邻的管段之间提供互锁。
在一个实施例中，长管子段通过使用插入件连接，插入件可选地具有与长管子段相同的长度。这些插入件可以是实心条，或管，或型材。这些插入件可以由钢生产，比如具有正方形或矩形空心截面的
Figure BDA0002698047790000091
系列。插入件位于长管子段之间并且充当加强元件。在一个实施例中，长管子段的内部钢板延伸超过加强化合物，以在接触相邻长管子段的内部钢板的外边缘时形成用于接收插入件的开口。两个相邻的长管子段可以焊接在一起并且同时也焊接至插入件，从而将插入件固定在适当位置处。焊接部渗入长管子段(其因此兼做永久性衬背带)中。HAZ应当足够窄，以避免损坏加强化合物。
如果插入件是型钢(section)或正方形管，则也可以机械地而不是通过焊接来进行两个相邻长管子段的固定。在这种情况下，可能需要密封剂来确保压力密封性。相邻长管子段的外部金属板和插入件被包围管的带条覆盖。该带条可以通过紧固件(例如自攻螺钉或盲铆钉)机械地固定，或者可以被焊接或胶接在适当位置处。如果使用合适的型材，则该型材也可以充当带条。当使用蜂窝状加强化合物时，可以使用合适种类的螺纹插入件来将相邻的长管子段连接在一起。
可以在ETT的构造现场由长管子段构造管段。可以在辊床上执行管段的构造，以支撑第一长管子段。第一长管子段例如由装配起重机提升并且下降至辊床上。接下来，第二长管子段被提升并且沿着长边缘连接至第一长管子段。然后，连接的长管子段在辊床上旋转，以提升下一个长管子段，直至完成管段(参见图10)。
在一个实施例中，预制的壁部件沿着切向边缘胶接在一起。该领域的发展使得能够将飞机和汽车胶接在一起。胶接的额外优点是，立即密封使空气进入真空管中以及使水分进入的任何间隙，从而防止由于存留的水分而造成的腐蚀。胶接可以与比如螺栓的机械连接组合。
在所有情况下，可以提供用于抽真空管输送系统的管，所述管由多个根据权利要求1至15中的任一项所述的管段组成。例如，如果使用长的管中管的概念，并且长度为约30m，则每公里的轨道需要33个管段。如果管段为1460mm，则每公里的轨道需要685个管段。
用于管的材料优选为钢带。钢带可以是热轧的，可选地镀锌的和/或涂覆有机涂层的，或者是冷轧的，退火的以及可选地镀锌的和/或涂覆有机涂层的。
具体实施方式
通过以下非限制性示例进一步解释本发明。
E420热轧HSLA作为用于外部金属管和内部金属管的材料，所述E420热轧HSLA具有479MPa的屈服强度，535MPa的抗拉强度，C＝818并且n＝0.145。
Figure BDA0002698047790000101
Figure BDA0002698047790000111
对直径为4m并且长度为30m的圆筒形管段执行测试。在纯钢管上执行参照测试。测试显示，如果内部为真空并且外部处于大气压力下，则需要最小厚度为15mm的钢带以防止管的屈曲。2的安全系数形成20mm的厚度。
如果圆筒形管设置有圆周加强件，而圆周加强件由短管子段的(轧制-)成形的凸缘形成或者通过引入额外的圆周加强件形成，则管段的金属需要为多厚取决于圆周加强件之间的距离(节距)、加强件的高度(H)以及加强件的厚度(为带厚度的两倍)。
H(mm) 节距 t(mm)
50 600 7.50
70 1000 6.35
90 850 5.00
所以，通过使1000mm的STS包括70mm高的加强件(＝凸缘)，可以将厚度从20mm减小至6.35mm(安全系数为2)。对于长度为30m的管段，重量将从59公吨减小20/6.35倍而减至19公吨。
针对用于内部金属管和外部金属管的2mm和3mm的钢厚度以及42mm的加强化合物HDPU厚度，测试管中管概念。
这些管的重量分别为16.5(12公吨的钢，4.5公吨的HDPU)和22.5(18+4.5)公吨。
在任何一种情况下都未观察到屈曲。通过将STS的凸缘的加强作用与两个金属管之间的HDPU加强化合物的加强作用相组合，可以进一步减小钢厚度。
将Ansys(v18)用于测试的分析。
通过以下非限制性绘图进一步解释本发明。绘图未按比例绘制。超级高铁将穿过的内部管的直径为约3m至5m。
图2以横截面示出了管段1的重要元件，其中外部金属管2具有内半径R0以及壁厚度d0(外半径R0+d0)，并且内部金属管3具有外半径R1和壁厚度d1，其中环形空间A具有大致恒定的厚度R0-R1，其中环形空间填充有加强化合物，并且其中加强化合物结合至外部管的内表面和内部管的外表面并且与外部管的内表面和内部管的外表面紧密接触。因此，加强化合物不仅确保对管中管的加强，而且加强化合物还因为它将内部管和外部管结合在一起而是结构元件。
在图3中放大了图2中的矩形图案。它示出了外部金属管2和内部金属管3以及它们之间的环形空间A。
图4的部分a示出了一定长度的管段。管段可以由具有相当大长度的管中管组成。可以预期在10至40m之间的长度，并且该长度的管中管的生产和运输是唯一的限制。金属管可以是螺旋焊接管，并且这可以在现场进行。然而，金属带的厚度相当薄，因此重要的是将管的圆度维持在期望的水平，可选地通过在两个管之间使用间隔件来进行。
图4的部分b通过生产具有较短长度的管中管(STS)环而示出了长管中管的替代方案。在一个有利的实施例中，环可以由热轧的并且可选地涂覆的(例如镀锌的和/或涂覆有机涂层的)带钢制成，其中带的宽度变成管段的长度。因此，带的轧制方向(RD)为管段的切向方向(参见图4的部分c)。普通的热轧带轧机能够生产宽度介于500mm与2500mm之间的带。与基于螺旋焊接带的30m长的管中管相比，由于搬运以及更容易的工艺控制，生产这些类型的短管子段(STS)的工艺在现场更可能可行。额外的优点是例如可以在管段的任一圆形边缘处通过轧制成形而形成凸缘(参见图5)。该凸缘可以充当抵抗屈曲的额外加强构件，并且它可以用来例如通过焊接、胶接、螺栓连接等将一个管段连接至下一个管段。凸缘可以向外或向内定向。如果管段由(长的)螺旋焊接管生产，则也可以在管段的任一圆形边缘处设置该凸缘。凸缘作为加强元件抵抗屈曲的效果将受到限制，因为两个连续的加强元件之间的距离实在太大。
图5的部分a和图5的部分b示出了两个管段胶接在一起的示意性实施例。两个相邻管段的端部相接触并且如图所示通过其间的合适胶水或粘合剂12定位，并且被彼此压靠。一个管段被插入另一管段中。管段的外部上的凸缘可能必须被稍微地扩大以充当用于随后管段的承座。一种替代方案将是使用紧紧地包围两个相邻管的套筒或带条(参见图5的部分c)，并且可以将套筒焊接在适当位置处或胶接在适当位置处。
图6示出了将凸缘弯曲至一侧并且使用螺栓连接在一起的示例。凸缘也可以在一侧向外弯曲并且在另一侧向内弯曲，从而在内部和外部产生凸缘。
图7示出了通过连接多个长的预制壁部件(在该图中，8个预制的壁部件)生产的管中管的正面视图。这些壁部件包括曲形的且基本上四边形的部分5，所述部分具有沿管段外部的方向面向外的表面5'以及沿管段内部的方向面向内的表面5”，所述部分具有两个切向边缘6、7和两个轴向边缘8、9，其中预制的壁部件由内半径为R0的曲形外部金属面板10和外半径为R1的曲形内部金属面板11组成，其中加强化合物夹在这些金属面板之间，加强化合物结合至金属面板10、11并且与金属面板10、11紧密接触，所述加强化合物具有R0-R1的厚度。可以在圆形边缘中的一个或多个处设置凸缘以将面板连接至相邻的面板或相邻的管段，但是这些在图7中未示出。
图8示出了长管子段(预制的壁部件)。绘图未按比例绘制，但是理想地该壁部件的长度为整个管段的长度，并且曲形部件5为360°/n，其中n为生产管段所需的面板的数量。如果将热轧或冷轧材料用于预制的壁部件，则宽度被限制为该材料的宽度。对于直径为4m的管，需要12个宽度为1000mm的面板或8个宽度为1600mm的面板(宽度不包括凸缘)。带需要为多宽取决于凸缘的高度。对于高度为70mm的凸缘，(修整的)带分别变为1140和1740mm宽。如果8个面板全部具有相同的尺寸，则8个面板各自具有360°/8＝45°的圆弧段。应当采取通常的预防措施，以防止真空损失或防止(水等)进入连续段之间的间隙中。可以使用橡胶化合物来防止水进入。另外，间隙的外部上的焊接部可以用作防止水进入的预防措施。该焊接部还增加被连接段的结构完整性。
图9A至9D提出了一种用来连接长管子段的不同解决方案。在图9A所示的示例中，示出了两个相邻的长管子段，其中金属板在一侧上比在另一侧上延伸得更远。如果端部相接触，则在一个长管子段的加强化合物与另一长管子段的加强化合物之间存在空间。在此空间中可以放置插入件。不希望被限于此，图9B示出了该实施例的可能性的一些示例：实心条、正方形或矩形空心管、或特殊型材。图9C示出了实心条作为插入件。可以将延伸金属板的相接触端部焊接在一起并且同时将金属板焊接至实心条。在该示例中，插入件为实心金属条。HAZ应当足够地窄，以避免损坏加强化合物。在另一侧(在该示例中为管的外部)，可以通过焊接、胶接等将带条固定在适当位置处，从而密封间隙并且防止水分进入。额外使用密封剂可能是有用的。如果实心条是结构聚合物，则不可以选择将插入件焊接在适当位置处，但是可以应用机械固定或胶接。
在图9D中，提出了一种用于插入件的替代方案：空心型材或空心型钢。这与实心金属条相比减轻重量。这些型钢的示例为
Figure BDA0002698047790000141
355或
Figure BDA0002698047790000142
420结构空心型钢，它们有许多尺寸可供选择，例如壁厚度为3mm的40×40mm(步长为10mm)。这种空心型钢对于40×40的型材而言重3.41kg/m，并且对于60×60的型材而言重5.29kg/m。插入件可以像实心条一样被焊接在适当位置，或者它可以使用机械紧固件(例如自攻螺钉或盲铆钉)固定。额外使用密封剂可能有助于使连接部保持气密。
如图9B(右)中所示的型材组合空心型材的优点(额外的加强)以及与实心条一样焊接至长管子段的延伸金属板的端部的可焊性的优点，并且特殊型材的凸缘兼作要被固定至长管子段的另一金属板上的带条。
应当指出的是，以如图所示的管的内部和外部描绘图9C和9D。从搬运角度看，这似乎是最方便的方法，因为可以容易地将插入件提升到适当位置，并且也可以容易地应用带条，同时可以在管内部进行焊接或机械固定。然而，还应当注意的是，也可以相反地使用所述原理，其中插入件被放置在管中并且被提升在适当位置处并且被从外部固定。
插入件可以具有与管段相同的长度。然而，由于插入件不是长管子段的组成部分，所以它也可以被以交错方式使用并且在两个连续的管段之间形成连接部。在图9E中示意性地描绘了这一点。如果一个管段设置有比该管段长的插入件并且下一管段设置有互补的较短插入件(其于是可以连接至前一管段的较长插入件，从而提供骨架框架)，可以达到相同的效果，其中插入件之间的连接部与管段之间的连接部不重合。
图10示出了由长管子段生产管段的示意性工艺。在图10中，第一长管子段被放置于辊床上。第二长管子段被提升并固定至第一长管子段。在固定两个连接的长管子段之后，连接的长管子段在辊床上旋转(参见图10的部分b)。另一长管子段被提升，并且被固定至已经连接的长管子段，并且这继续进行直至管段完成。需要将多少个这些长管子段连接在一起来得到完整的管段取决于长管子段的宽度。可以通过火车、卡车、轮船经由已经构建的管或者经由航空运输(直升飞机)来运输这些长管子段，并且由于长管子段比完整的管段更扁平，所以当通过道路运输时，它们受到高架桥等的阻碍更少。
尽管从生产和物流的角度来看，认为优选地生产如图4的部分a中所示的用于圆管的各个管段，所述各个管段随后被连接以形成管，但是也可以考虑以交错方式(像砌砖一样)使用长管子段，在这种情况下每个随后的长管子段连接至管的已经处于适当位置中的部分。
图11A、B、C示出了使用成型材料作为间隔件的管中管构思的实施例。图11A示出了借助作为间隔件的成型材料11将内部管3插入外部管2中。在图中，示出三块成型材料(11a、11b和11c)。这些成型材料块被以交错方式使用并重叠，以使得成型材料存在于管2与3之间的空间中的每个地方。图11B示出了成型材料的横截面，在本示例中为管2与3之间的梯形形式。管之间的剩余空间可以填充加强化合物。图11C示出了横截面的细节。型材充当间隔件，所以高度h必须足够高以充当有效的间隔件，但是高度不可以超过阻止将内部管和成型材料插入外部管中的水平。
图12示出了包括有5个长管子段的管段的示意性横截面。右侧的图案示出了段的边缘，其中示意性地绘制了凸-凹连接件12。在此示例中，所述连接件不是固定的连接件，而更多的是用于对齐所述段的辅助手段。然而，也可以使用固定的连接件，以便将这些段卡扣在一起直至更永久性连接件处于适当位置中。在两个段之间绘制有密封剂13。这也可以为胶状化合物。图12中所示的段在边缘6、7处是封闭的，并且在此示例中不存在凸缘。所述段中的封闭空间被填充加强化合物，加强化合物可以是聚氨酯泡沫等。

Claims (15)

1.一种抽真空管运输系统管，所述抽真空管运输系统管在使用中被抽真空，具有至少3m的内径，包括多个管段(1)，其中管段由双壁金属管组成，所述双壁金属管包括具有壁厚度d0的外部金属管(2)和具有壁厚度d1的内部金属管(3)，其中外部金属管和内部金属管之间的空间被填充加强化合物，并且其中加强化合物结合至外部金属管(2)的内表面和内部金属管(3)的外表面并且与外部金属管的内表面和内部金属管的外表面紧密接触。
2.根据权利要求1所述的抽真空管运输系统管，其具有至多5m的内径。
3.根据权利要求1所述的抽真空管运输系统管，其中，在使用中，内部压力接近真空，优选为至多100Pa。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的抽真空管运输系统管，其中，管段由双壁金属管组成，双壁金属管包括具有内半径R0和壁厚度d0的外部金属管(2)以及具有外半径R1和壁厚度d1的内部金属管(3)，其中外部金属管与内部金属管之间的空间为大致环形空间(A)，所述空间优选具有大致恒定的厚度R0-R1，其中环形空间被填充加强化合物，所述加强化合物结合至外部金属管(2)的内表面和内部金属管(3)的外表面并且与外部金属管的内表面和内部金属管的外表面紧密接触。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的抽真空管运输系统管，其中，加强化合物是蜂窝状材料、优选是刚性聚合物蜂窝状材料。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的抽真空管运输系统管，其中，加强化合物是结构泡沫、优选是高密度结构泡沫。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的抽真空管运输系统管，其中，加强化合物是高密度聚氨酯泡沫。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的抽真空管运输系统管，其中，加强化合物在环形空间中原位形成，优选地其中加强化合物是环境温度固化泡沫或热固化泡沫。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的抽真空管运输系统管，其中，外部金属管和/或内部金属管的厚度介于1.5mm与5mm之间。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的抽真空管运输系统管，其中，环形空间的厚度介于25mm与75mm之间。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的抽真空管运输系统管，其中，管段的边缘弯曲成向内或向外定向的凸缘，以将所述管段连接至另一管段。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的抽真空管运输系统管，其中，额外的圆周加强件固定地连接至内部金属管的内表面。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的抽真空管运输系统管，其中，加强件具有介于25mm与100mm之间的高度，其中加强件的厚度介于3mm与10mm之间，并且其中在管的轴向方向上的距离介于500mm与2500mm之间。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的抽真空管运输系统管，其中，外部金属板和内部金属板由热轧钢带生产，热轧钢带可选地被镀锌，并且其中热轧钢带的轧制方向与管段的切向方向重合。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的抽真空管运输系统管，其中，管段由多个(n个)预制的壁部件(4)组成，其中所述壁部件包括基本上四边形的部分(5)，所述部分具有沿管段外部的方向面向外的表面(5')以及沿管段内部的方向面向内的表面(5”)，所述部分具有两个切向边缘(6，7)和两个轴向边缘(8，9)，其中预制的壁部件由外部金属面板(10)和内部金属面板(11)组成，其中加强化合物夹在外部金属面板和内部金属面板之间，加强化合物结合至外部金属面板(10)和内部金属面板(11)并且与外部金属面板和内部金属面板紧密接触，并且其中所述n个预制的壁部件沿着切向边缘固定地连接至彼此以形成所管段(1)。
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