ES2943472T3 - Segmento de tubo para sistema de transporte de tubo de vacío - Google Patents

Abstract

Sección de tubo de doble pared para construir un segmento de tubo de doble pared adecuado para aplicaciones de baja presión, como un sistema de transporte de tubos al vacío. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Segmento de tubo para sistema de transporte de tubo de vacío

Campo de la invención

Esta invención se refiere a una sección de tubo de doble pared para construir un segmento de tubo adecuado para la aplicación a baja presión y a un método para producir tal sección de tubo de doble pared, y a un segmento de tubo producido de ese modo.

Antecedentes de la invención

Con aplicación de subpresión se entiende que la presión en el segmento de tubo es menor que fuera del segmento de tubo. Por lo tanto, el segmento de tubo está bajo presión exterior. Una de esas aplicaciones de baja presión es un tubo en un sistema de transporte de tubo de vacío (ETT). Un hyperloop es un modo propuesto de ETT para el transporte de pasajeros y/o carga, utilizado por primera vez para describir un diseño de tren de vacío de código abierto lanzado por un equipo conjunto de Tesla y SpaceX. Basándose en gran medida en el Vactrain de Robert Goddard, un hyperloop consta de un tubo de vacío sellado o un sistema de tubos de vacío a través del cual una cápsula puede viajar sin la resistencia del aire o la fricción, transportando personas u objetos a alta velocidad y aceleración. La versión del concepto de Elon Musk, mencionada públicamente por primera vez en 2012, incorpora tubos de presión reducida en los que las cápsulas presurizadas se desplazan sobre cojinetes de aire impulsados por motores de inducción lineales y compresores de aire. Los tubos correrían sobre el suelo en pilones o bajo tierra en túneles. El concepto permitiría viajes que son considerablemente más rápidos que los actuales viajes en tren o avión. Un sistema Hyperloop ideal será más eficiente energéticamente, silencioso y autónomo que los modos de transporte público existentes.

Históricamente, los desarrollos en los trenes de alta velocidad se han visto obstaculizados por las dificultades para gestionar la fricción y la resistencia del aire, las cuales se vuelven sustanciales cuando los vehículos se acercan a altas velocidades.US4881469da a conocer un sistema para operar trenes de alta velocidad en túneles. Se proporciona un sistema de ventilación que permite acelerar adicionalmente los trenes produciendo un flujo longitudinal del aire del túnel en la dirección de viaje, para que los trenes puedan acelerarse adicionalmente como en un sistema de correo neumático, o para reducir la presión antes y/o aumentar la presión detrás de un tren en marcha.

En teoría, el concepto de tren de vacío elimina estos obstáculos mediante el empleo de trenes que levitan magnéticamente en tubos al vacío (sin aire) o parcialmente al vacío, lo que permite velocidades muy altas. El principio de la levitación magnética se describe enUS1020942. Sin embargo, el alto costo de la levitación magnética y la dificultad de mantener el vacío a grandes distancias ha impedido que se construya este tipo de sistema. El Hyperloop se asemeja a un sistema de tren de vacío, pero funciona a aproximadamente un milibar (100 Pa) de presión y, por lo tanto, puede describirse como un sistema de transporte por tubo de vacío (ETT), como se describe en términos generales enUS5950543.

Un sistema ETT resuelve muchos problemas asociados con el transporte clásico al mover todos los obstáculos de la ruta de viaje. El objeto que viaja (en este caso, una cápsula) está en un tubo, por lo que permanece en el camino previsto y ningún obstáculo puede interponerse en el camino. Si las cápsulas subsiguientes experimentan una aceleración y desaceleración idénticas, muchas cápsulas pueden viajar en la misma dirección en el tubo a la vez con total seguridad. La aceleración y la desaceleración están planificadas para evitar que la cápsula se convierta en un obstáculo para las cápsulas posteriores. La fiabilidad de las cápsulas es muy alta debido a la mínima o nula dependencia de las piezas móviles. La mayor parte de la energía necesaria para acelerar se recupera durante la desaceleración.

Uno de los elementos importantes de un sistema ETT es el tubo. Estos tubos requieren un gran diámetro interno para permitir el paso de las vainas que contienen la carga o los pasajeros. La presión en el tubo es de unos 100 Pa, por lo que debe poder soportar la presión de la atmósfera circundante de unos 101 kPa, que es unas 1000 veces mayor. Como los tubos sobre el suelo a menudo estarían sostenidos (por ejemplo, por pilones), el tubo también debe poder salvar el espacio entre dos soportes sin doblarse ni pandearse. De acuerdo con la propuesta completa del proyecto Hyperloop Alpha, es necesario un grosor de pared de tubo entre 20 y 23 mm para proporcionar la resistencia suficiente para los casos de carga considerados, como diferencial de presión, flexión y pandeo entre pilones, colocados a unos 30 m de distancia, carga debido a el peso y la aceleración de la cápsula, así como las consideraciones sísmicas para un tubo de pasajeros. Para un tubo de pasajeros más vehículo, el grosor de la pared del tubo para el tubo más grande sería de 23 a 25 mm. Estos cálculos se basan en un tubo que tiene un diámetro interno de 3,30 m. Sin embargo, los cálculos también han demostrado que la economía del sistema ETT se puede mejorar mucho aumentando el tamaño de la cápsula que viaja a través del tubo. Estos tamaños de vaina aumentados requieren un diámetro interno del orden de 3,50 a 5,00 metros. Si estos diámetros de tubo se fabrican a partir de chapa o tira de acero, se requiere un grosor del orden de 30 mm. Ningún laminador de bandas en caliente puede suministrar material de este grosor y, por lo tanto, estos tubos tendrían que fabricarse a partir de chapa. Con el uso generalizado propuesto del sistema ETT y el acero como material preferido para el tubo, esto requeriría aprox.

3000 ton/km x 20 000 km = 60 Mton. Actualmente, la producción total de chapa gruesa en EU28 es de unas 10 Mton/año. Aparte de este problema de capacidad, está claro que la producción de tubos a partir de chapa requiere una enorme cantidad de engorroso manejo y conformada in situ y soldadura de la chapa, así como que los tubos se vuelven muy pesados. Un tubo de 5 m de diámetro de acero de 30 mm de grosor pesa 3700 kg/m, lo que significa que los segmentos de 10 m pesan 37 toneladas. La carga útil de un helicóptero Mi-26 es de unas 22 toneladas. El transporte por carretera no es práctico en vista de los viaductos u otras restricciones.

El pandeo se refiere a la pérdida de estabilidad de una estructura y, en su forma más simple, es independiente de la resistencia del material donde se supone que esta pérdida de estabilidad ocurre dentro del rango elástico del material. Las estructuras esbeltas o de paredes delgadas bajo carga de compresión son susceptibles de pandeo. Por lo tanto, el tubo no solo debe ser capaz de soportar la diferencia de presión y tener un espacio de 30 m sin un pandeo significativo, sino que también debe tener suficiente resistencia al pandeo. El uso de aceros de mayor resistencia puede aumentar las propiedades mecánicas y, por lo tanto, generar un ahorro de material al permitir un grosor de pared más delgado, pero no la resistencia al pandeo.

El documento US4881469da a conocer un sistema operativo para trenes de túneles de alta velocidad. Este documento también describe secciones transversales de tubos para un sistema de túnel unidireccional para un tren de alta velocidad que opera bajo presión atmosférica.

Objetivos de la invención

El objeto de la invención es proporcionar una sección de tubo para construir un tubo para aplicaciones de baja presión o casi vacío que sea más ligero que un tubo soldado en espiral producido convencionalmente, que no sea susceptible de pandearse.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar una sección de tubo para construir un tubo para aplicaciones de baja presión que se pueda producir in situ.

Es otro objeto de la invención proporcionar una sección de tubo para construir un tubo para un sistema ETT que pueda transportarse fácilmente por carretera.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar un tubo adecuado para un sistema ETT que utiliza menos material que un tubo de una sola cubierta al mismo tiempo que proporciona un rendimiento de pandeo similar con una rigidez aceptable de una manera que se puede fabricar convencionalmente a partir de acero en tiras laminadas en caliente o en frío.

Descripción de la invención

Uno o más de estos objetivos se alcanzan con una sección de tubo de doble pared (dwts) de acuerdo con la reivindicación 1. Las modalidades preferibles se proporcionan en las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con la invención, la sección de tubo de doble pared (2) para construir un segmento de tubo de doble pared (1) adecuado para aplicaciones de baja presión comprende una parte exterior de la carcasa curva alargada (3) que forma la pared exterior del segmento de tubo de doble pared y una pluralidad de partes interiores de la carcasa (4), en donde la parte exterior de la carcasa curva alargada comprende una porción central curva (3a) y una porción plegada (3d) al menos uno de los bordes largos (3b, 3c) en donde la porción plegada forma un pestaña doblada hacia el punto central M de la curvatura, en donde cada parte de carcasa interior comprende una porción central plana (4a) y una porción plegada (4d), doblada hacia afuera del punto central de la curvatura en al menos uno de los bordes largos (4b, 4c ), la porción plegada que tiene un borde curvo (4e) para coincidir con la curvatura de la parte exterior de la carcasa curva alargada, en donde la pluralidad de partes interiores de la carcasa están unidas entre sí a lo largo de sus bordes largos (4b, 4c), y en donde la pluralidad de partes interiores de la carcasa se unen a la superficie interior de la parte exterior de la carcasa curva alargada a lo largo del borde curvo (4e) de la parte del borde doblado (4d).

Si la aplicación de baja presión o la aplicación de vacío cercano es un tubo de sistema de transporte de tubo de vacío, entonces la atmósfera interior en el tubo está, en uso, cerca del vacío. En el contexto de esta invención, donde la presión fuera del tubo es la presión atmosférica de aproximadamente 101 kPa (1 bar), casi vacío significa que la presión dentro del tubo es inferior a 10 kPa (-0,1 bar), preferentemente inferior a 1 kPa. (-0,01 bar o 10 mbar), incluso con mayor preferencia menos de 500 Pa (“ 5 mbar) o incluso 200 Pa (“ 2 mbar), o incluso alrededor de 100 Pa (“ 1 mbar).

El dwts de acuerdo con la invención es un bloque de construcción para un segmento de tubo segmentado radialmente. El tubo segmentado radialmente ofrece una solución de acero laminado. Es un concepto que es capaz de producir tubos de diámetro pequeño y grande (desde el tubo Hyperloop Alpha más pequeño de 2,23 m de diámetro interno equivalente y más grande). Este diseño utiliza menos material que el tubo de pared equivalente de un solo calibre mientras logra el mismo rendimiento de pandeo por presión exterior con una rigidez vertical aceptable entre las torres de soporte y tiene otros beneficios. Preferentemente, el círculo del segmento de tubo, y por lo tanto el tubo producido con los segmentos de tubo, es de al menos 2 m, con mayor preferencia de al menos 3 m, aún con mayor preferencia de al menos 4 m o incluso 5 m.

El dwts se fabrica con una configuración de doble pared. El panel de cubierta exterior alargado (eosp) proporciona la hermeticidad para mantener las presiones muy bajas dentro del tubo. Los paneles de cubierta interior (isp) brindan soporte al revestimiento exterior para ayudar a resistir el pandeo global. El segmento de tubo se construye colocando un número de dwts radialmente. Esto permite hacer segmentos individuales antes de ensamblarlos en un tubo completo. La estructura que separa las 2 cubiertas se crea plegando los componentes que forman las cubiertas. En una modalidad, es posible producir los dwts utilizando el eosp de acuerdo con la invención y un isp plano (opcionalmente con refuerzos contra el pandeo) sin pestañas y piezas de inserción que actúan como conexión entre la superficie curva del eosp y el isp plano, en donde las piezas de inserción proporcionan la nervadura anular en el segmento de tubo producido a partir de los dwts. Esta modalidad es menos atractiva porque se requiere mucha más soldadura: las piezas de inserción deben soldarse al eosp y al isp. En la modalidad en la que el reborde de la isp actúa como conexión entre la superficie curva de la eosp y la porción central plana de la isp, hay que realizar una soldadura menos.

En una modalidad, la porción curva de la parte exterior de la carcasa curva alargada está provista de refuerzos que sobresalen o son intrusivos contra el pandeo. Los patrones grabados en las cubiertas ayudan a aumentar el rendimiento de pandeo local del panel entre la estructura de separación.

En una modalidad, los refuerzos sobresalientes contra el pandeo comprenden uno o más hoyos longitudinales (5) paralelos a los bordes largos (4b, 4c) en la parte interior de la carcasa 4.

Los dwts consisten en un solo panel de cubierta exterior alargado (eosp) y varios paneles de cubierta interior (isp) separados por pestañas. Hay pestañas axiales que recorren la longitud del segmento del tubo conocidas como largueros (o nervaduras longitudinales) que se generan doblando 1 borde de la cubierta exterior hacia adentro (como se ve en el tubo final). La cubierta interior se compone de múltiples paneles. Estos paneles tienen un borde ortogonal al eje vuelto hacia el exterior (como se ve en el tubo final) para formar parte de un anillo (completado cuando se unen todos los segmentos) conocido como nervadura o nervio anular. Estos paneles interiores se unen a lo largo de la cubierta exterior para formar una cubierta interior, completando un dwts. Para poder plegar las nervaduras, el panel interior debe ser relativamente plano. Las nervaduras y los largueros forman el esqueleto del segmento del tubo (ver Figura 2). El eosp tiene una longitud L y un ancho w. Preferentemente L>5 w, con mayor preferencia L>10 w y aún con mayor preferencia L>15 w. La curvatura del eosp está en la dirección del ancho, porque la curvatura será parte de la circunferencia del tubo. Asumiendo por ejemplo que 10 dwts formarán un tubo cilíndrico, cada dtws cubre 360/10 = 36° de la circunferencia del tubo. El eosp es preferentemente recto en la dirección longitudinal.

En una modalidad, el ángulo entre la porción central plana (4a) y la parte del borde doblado (4d) de la parte interior de la carcasa está entre 85 y 95°, preferentemente 90° (ortogonal).

Es la cubierta exterior la que es hermética y con la ayuda de la cubierta interior resiste la presión exterior. El aumento del rendimiento de los calibres más ligeros se logra predominantemente por la rigidez adicional fuera del plano de la cubierta exterior. El pandeo puede manifestarse de múltiples maneras, con modos globales que muestran el colapso de todo el tubo y modos locales que muestran fallas entre la nervadura de refuerzo y las estructuras de los largueros. Esta estructura de doble pared en combinación con las nervaduras actúan para resistir los modos de pandeo global. Los refuerzos que sobresalen o son intrusivos en el revestimiento exterior (e interior) normales a la superficie del revestimiento entre las nervaduras y las conexiones de los largueros (es decir, en las celdas (véase la Figura 2)) resisten los modos de pandeo locales.

En una modalidad, cada parte de carcasa interior también está unida a lo largo de al menos uno de sus bordes cortos (4f, 4g) al borde de al menos una porción plegada (3d) de la parte exterior de la carcasa curva alargada, y preferentemente también a lo largo de los bordes laterales cortos 4d.

Preferentemente, el borde (4b) se superpone al borde (4c) de la parte interior de la carcasa contigua, y estos bordes están unidos.

En una modalidad, la sección de tubo de doble pared (2) de acuerdo con la invención comprende partes de la carcasa exterior curva alargada provistas de una porción plegada (3d, 3e) en ambos bordes largos (3b, 3c) donde las porciones plegadas forman pestañas plegadas hacia el punto central M de la curvatura, y en donde cada parte interior de la carcasa también está unida a lo largo de sus dos bordes cortos (4f, 4g) al borde de las porciones plegadas (3d, 3e) de la parte exterior de la carcasa curva alargada.

En una modalidad, el segmento de tubo de doble pared y hermético (1) consiste en una pluralidad de secciones de tubo de doble pared (2) de acuerdo con la invención, donde las secciones de tubo de doble pared están unidas herméticamente a lo largo de los bordes largos (3b, 3c) para formar un segmento de tubo en donde los bordes plegados de la parte de carcasa interior en secciones de tubo de doble pared contiguas (2) están alineados para formar una pluralidad de nervaduras alrededor de la circunferencia interior del segmento de tubo separado, y en donde las porciones plegadas de la parte exterior de la cubierta curva alargada forman bordes longitudinales ("largueros"). Preferentemente, los bordes (4g) del segmento de tubo de doble pared están unidos a los bordes 4f de la sección de tubo de doble pared contigua. Preferentemente, el círculo interior del segmento de tubo hermético al aire y de doble pared tiene un diámetro de al menos 3 m.

Cabe señalar que el segmento de tubo de doble pared y hermético está destinado a ser hermético en la dirección radial, es decir, una vez que una pluralidad de segmentos de tubo de doble pared y herméticos se acoplan herméticamente para formar un tubo largo para un sistema ETT, el aire no puede entrar en el tubo desde el exterior del tubo. Entonces, en la Figura 9, los bordes largos de los 11 dwts (2) están conectados herméticamente entre sí y los 4 segmentos de tubo herméticos (1) de doble pared y así construidos también están conectados herméticamente entre sí para formar (parte de) un tubo (6) para una aplicación de baja presión.

Un tubo 6 para una aplicación de baja presión se divide en segmentos de tubo 1 de un tamaño manejable. El segmento de tubo está conectado de manera fija a otros segmentos de tubo para formar el tubo. La conexión entre los segmentos del tubo debe ser hermética para permitir que exista una baja presión en el tubo. Esta hermeticidad puede ser proporcionada por la propia conexión, es decir, como resultado de la soldadura, o por algún compuesto entre los segmentos del tubo, como un elastómero, cuando los segmentos del tubo se atornillan o sujetan juntos, o por medio de una junta de expansión para hacer frente a con expansión térmica de los segmentos de tubo. En la Figura 9C no se muestran las conexiones entre los segmentos de tubo 1.

La longitud de un segmento de tubo no es fija. Normalmente la longitud es de entre 10 y 50 m. El estudio de concepto de Hyperloop supone que la longitud de 30 m es factible. Tal longitud se puede transportar por aire, tren o camión. Para aplicaciones ETT, el diámetro del círculo inscrito en el segmento de tubo es preferentemente de al menos 3 m. Un límite superior adecuado para este diámetro es de 5 m, aunque esto no es una limitación per se. Si el segmento de tubo es lo suficientemente resistente y rígido, son concebibles diámetros de más de 5 m sin desviarse de la esencia de la invención tal como se reivindica. Además, el tubo no es necesariamente circular en secciones transversales. El tubo también puede ser ovalado o de cualquier otra forma adecuada. La ventaja de un tubo circular es que los dwts pueden ser sustancialmente idénticos, de modo que se alcanza un grado de estandarización.

Un tubo (segmento) de pared simple sin refuerzos contra el pandeo debe construirse con un material plano grueso, por ejemplo, una tira de acero soldada en espiral. Para un tubo de 4 m de diámetro el grosor de la tira de acero E420 HSLA ya es de 15 mm para un factor de seguridad de 1. Un factor de seguridad de 2 aumenta el grosor a 20 mm. Este grosor está en el rango superior de la capacidad de los laminadores de bandas en caliente. Asimismo, un segmento de tubo de 15 mm de 30 m de longitud y 4 m de diámetro ya pesa 45 toneladas.

Se logra una gran reducción de peso mediante el segmento de tubo de acuerdo con la invención. La combinación de una parte de capa exterior alargada y partes de capa interior planas, opcionalmente con refuerzos que sobresalen o son intrusivos (también conocidos como huellas o hoyos) contra el pandeo con las nervaduras y los largueros proporcionados por las alas de los EOSP y los ISP dan como resultado una alta resistencia al pandeo, pero con un peso mucho menor. En comparación con la tira soldada en espiral plana, se puede obtener la misma resistencia al pandeo con los dwts de acuerdo con la invención, siendo el segmento de tubo de acuerdo con la invención 3,4 veces más ligero que el segmento de tubo equivalente de la tira soldada en espiral plana.

En una primera modalidad los refuerzos contra el pandeo son refuerzos que sobresalen o son intrusivos en la superficie de la eosp. Intrusión significa que los hoyos reducen localmente el diámetro interno del segmento de tubo y, por lo tanto, se denominan hoyos orientados hacia adentro. Sobresalir significa que los hoyos aumentan localmente y reducen el diámetro interno del segmento de tubo y, por lo tanto, se denominan hoyos orientados hacia afuera. Las impresiones 5 en el isp de las figuras 3 y 8 son, por lo tanto, refuerzos que sobresalen vistos desde la perspectiva de un segmento de tubo. Los hoyos en el eosp son preferentemente refuerzos de intrusión. La deformación del tubo por los hoyos y la forma de la superficie con hoyos aumentan la resistencia contra el pandeo en comparación con el eosp sin hoyos. La forma de los hoyos no es particularmente restrictiva, pero es ventajoso proporcionar los hoyos en un patrón regular. Esta regularidad proporciona a la tira un comportamiento predecible, y los hoyos se pueden aplicar mediante una tecnología como la laminación o el prensado. La profundidad de los hoyos se puede adaptar al caso específico. Los hoyos más profundos tendrán un mayor efecto a expensas de la procesabilidad durante la producción de los hoyos y el segmento de tubo resultante. Los hoyos más profundos serán más difíciles de aplicar, y una tira con un hoyuelo más profundo será más difícil de moldear en un segmento de tubo.

Los hoyos en el eosp se producen preferentemente durante la misma operación en la que se forma la curva. La brida también se puede aplicar en la misma operación. El eosp tiene 1 o 2 pestañas a lo largo de su longitud y una huella u hoyos en la superficie curva. El papel de la huella o hoyos es resistir el enderezamiento de la forma curva. Por lo tanto, podría producirse en un proceso continuo o casi continuo, como en una prensa de transferencia o laminación o una combinación de ambos.

El panel de cubierta interior se pliega preferentemente de manera que la porción plegada forma la base para las nervaduras anulares. La pestaña tiene una forma tal que su borde coincide con la curvatura de la superficie curva del eosp. Para facilitar este plegado, la cubierta interior debe ser relativamente plana. Ser relativamente plano significa que hay una sección de segmento aumentada, mayor que la profundidad del larguero, entre los revestimientos interior y exterior en la mitad del espacio (ver Figura 8, donde la altura hcen el centro de la brida es mayor que la altura heen el borde). Ser completamente plano haría que el panel de cubierta interior se debilitara en la dirección fuera del plano. Por lo tanto, también se agregan impresiones para mejorar el rendimiento de pandeo de la cubierta interior, pero es posible que deba haber alguna consideración aerodinámica para que la cápsula pase a través del tubo. Estos paneles de cubierta interior serían adecuados para el estampado de gran volumen. Ambos componentes tienen niveles muy altos de utilización de material. En el ejemplo de la Figura 1 he= 70 mm, que es igual a la altura de la brida 3d de la eosp, y hces de 160 mm Los valores no son valores limitantes y se pueden elegir de manera diferente según la cantidad de dwts que componen el segmento de tubo y según los requisitos impuestos al segmento de tubo, que nuevamente dependen de la aplicación específica. Sin embargo, está dentro del alcance de la persona experta determinar los valores óptimos para cualquier aplicación específica.

Limitar la selección de materiales a tiras de acero laminadas más o menos disponibles significa que el diseño tiene un calibre mínimo de 2 mm y un ancho máximo de hoja de aproximadamente 1,6 m.

El número mínimo de segmentos está limitado por el ancho de la tira de acero laminado y debe tener en cuenta la profundidad del larguero. Más segmentos generan más soldadura, pero los largueros adicionales pueden contribuir a la rigidez vertical del tubo y reducen el tamaño de la celda. El tamaño de la celda entre las nervaduras y los largueros influirá en los modos de pandeo locales, junto con cualquier rigidez de la cubierta debido a las huellas. Es probable que el modo global esté influenciado por la altura del larguero y el separado de las nervaduras. Si se considera que vale la pena, se pueden hacer 2 o más paneles interiores de diferentes longitudes. Los más largos ubicados en los extremos del tubo, lo suficientemente cortos para limitar los modos de pandeo locales y los más cortos para proporcionar más costillas y, por lo tanto, más soporte de modo global en la parte media del tubo. Los paneles interiores de diferentes longitudes tendrían que encajar con las impresiones de la cubierta exterior, es decir, donde las nervaduras se encuentran con la cubierta exterior. Está claro que cuantos más tamaños de isp diferentes se utilicen, la logística del proceso se deteriora.

El tubo del ejemplo tiene 11 dwts, que como número primo significa que para los modos globales no es posible repetir la forma del modo de patrón divisible. Por lo tanto, un patrón radial de 2, 3 o 4 lóbulos flexionaría diferentes partes de los segmentos y no podría aprovechar ninguna sección débil.

Incluso con una capa exterior de solo 4 mm, una hoja de 1,6 m de ancho por 30 m de largo pesa alrededor de 1,5 toneladas. Es probable que incluso con la curvatura del tubo y una brida (el larguero), el eosp no sea dimensionalmente estable por su propio peso. Soldar los paneles internos aumentará en gran medida la rigidez de los dwts y permitirá un manejo más fácil. Se prevé que los dwts se ensamblen primero y luego los dwts se ensamblen en un segmento de tubo completo. Debido a la naturaleza modular de los dwts, se pueden utilizar diferentes cuando sea necesario. Por ejemplo, los dwts más bajos podrían constituir un piso para escape de emergencia o para acceso durante el montaje de Hyperloop. Como piso, es posible que solo se necesite una ligera huella en los paneles interiores, o que no se requiera una huella más gruesa, o un patrón tipo placa estriada antideslizante. Puede ser más fácil instalar escotillas de acceso y escape en las secciones antes de ensamblarlas. Las extensiones de los largueros podrían usarse para montar accesorios como los rieles de guía de la cápsula en un sistema ETT.

Soldar los dwts juntos significaría hacer soldaduras largas y rectas que podrían automatizarse y posiblemente completarse en el punto de ensamblaje. Esto brinda la oportunidad de transportar dwts individuales o múltiples apilados, reduciendo potencialmente el ancho o el peso de transportar un tubo completo. También puede permitir el transporte por tramos a través del tubo parcialmente construido.

El patrón de impresión en la cubierta exterior e interior no es crítico, potencialmente múltiples patrones serían suficientes. Los patrones que se muestran generan una elevación del modo de pandeo local suficiente para la geometría y los calibres utilizados y logran el objetivo de pandeo deseado. Para el eosp, el requisito para la impresión es generar rigidez o sección normal a la superficie e idealmente que sea tal que no sea posible cortar la cubierta con un plano y crear solo un arco. Las abolladuras circulares entrelazadas son utilizables, pero las formas hexagonales se entrelazan mejor. Para los paneles interiores, la impresión de uno o más refuerzos sobresalientes alargados paralelos al borde con pestaña del isp ayuda a endurecerse en una dirección entre los largueros que es un espacio más largo y, por lo tanto, más débil que entre las nervaduras.

La tira de acero puede estar laminada en caliente, opcionalmente galvanizada y/o revestida orgánicamente, o laminada en frío, recocida y opcionalmente galvanizada y/o revestida orgánicamente. El fleje de acero laminado o revestido normalmente se proporciona en forma de fleje de acero enrollado. Si el dwts se produce en el sitio utilizando una instalación de producción móvil para producir los eosp e isp directamente desde la tira enrollada, y luego ensamblar el dwts y el segmento de tubo en el sitio también resuelve el problema de transporte resuelto, porque el transporte de bobinas no es un problema.

En una modalidad, los hoyos en el segmento de tubo y el tubo resultante son circulares, elípticos o poligonales, donde el número de lados del polígono es 5 o más. Los hoyos circulares son comparables en forma (no en tamaño) con los hoyos en una pelota de golf. Puede ser ventajoso utilizar hoyos elípticos, en los que un eje largo y uno corto están presentes en el hoyuelo (en un hoyuelo circular los ejes son iguales). Los hoyos pueden estar todos orientados en la misma dirección, o puede haber hoyos que estén orientados de manera diferente (ver placa de protección).

Los hoyos también pueden tener una forma poligonal en la que el número de lados del polígono es 5 o más. La forma de la poligonal puede ser aproximada porque los bordes de la poligonal pueden suavizarse para evitar hendiduras agudas que puedan actuar como concentradores de tensión. Así, en el caso de un hoyuelo hexagonal regular, el ángulo entre dos bordes es de 60°, pero la transición de un borde al borde adyacente se puede realizar de acuerdo con un radio de curvatura para suavizar la transición. En este contexto, el "radio de curvatura" significa la extensión aproximada del redondeo a diferencia de una forma geométrica precisa.

En una modalidad preferible, los hoyos tienen forma hexagonal.

El segmento de tubo de acuerdo con la invención es adecuado para construir un sistema de transporte de tubos al vacío. Sin embargo, las propiedades específicas del segmento de tubo y, en particular, su capacidad para funcionar en condiciones en las que la presión ejercida sobre él desde el exterior del tubo producido a partir de estos segmentos de tubo es significativamente mayor que la presión en el tubo, lo hacen también adecuado para la aplicación de tubos operando bajo condiciones de presión similares. Ejemplos de estas aplicaciones son túneles subterráneos o submarinos para tráfico como túneles para bicicletas, túneles para automóviles, túneles para trenes, túneles o pozos de mantenimiento, tuberías en centrales hidroeléctricas, sistemas de almacenamiento de gas en los que se produce o puede producirse depresión, etc.

Breve Descripción de las figuras

La invención se explicará ahora aún más por medio de los siguientes dibujos no limitativos.

La Figura 1 muestra un segmento de tubo de doble pared de acuerdo con la invención. El segmento del tubo muestra hoyos hexagonales en relieve (indentación) para aumentar la resistencia al pandeo del tubo cuando se opera bajo presión exterior. El segmento de tubo en este ejemplo se construye a partir de once tubos de doble paredsecciones(dwts) de acuerdo con la invención. El exterior del tubosegmentoestá formado por una pluralidad (11 en este ejemplo) de paneles de cubierta exterior alargados (eosp) que tienen una curvatura para formar una superficie lisa y cilíndrica. La superficie interior (vista desde el segmento del tubo) consta de partes de la cubierta interior (isp). La sección transversal de la Figura 1 es circular, y esta es también la forma preferible. Es concebible que la sección transversal no sea circular, por ejemplo, ovalada, pero en ese caso la curvatura de la eosp no es la misma para cada una de las que componen la circunferencia del segmento de tubo, y esto no es preferible desde el punto de vista de la eficiencia del proceso. Sin embargo, puede ser aplicable, por ejemplo, a interruptores domésticos. Los eosp se unen entre sí, por ejemplo, mediante soldadura (tal como soldadura láser, soldadura híbrida láser, soldadura por arco metálico con gas o cualquier otra forma adecuada de soldadura) a lo largo de toda su longitud para obtener una conexión hermética. El número de secciones de tubo de doble pared necesarias para producir un segmento de tubo depende del ancho de la lámina de metal disponible y del diámetro deseado del segmento de tubo. Es preferible producir el eosp a partir de chapa de acero enrollada. En ese caso, el ancho de la eosp está determinado por el ancho de la bobina. Suponiendo un ancho de 1,50 m y una tira de acero de 4 mm de grosor y una porción plegada de 6 cm de alto, un segmento de tubo con un diámetro externo de 5 m requiere 11 eosp. Un segmento de tubo de 4 m de diámetro requiere 9 eosp.

La Figura 2 muestra el segmento de tubo de doble pared de acuerdo con la invención de la Figura 1 pero sin la porción central plana de los isp y sin la porción curva del eosp, de modo que la estructura interior es claramente visible. El tamaño de la celda (el espacio rectangular entre las nervaduras anulares y las nervaduras longitudinales (largueros)) es visible, particularmente en la sección ampliada. Las porciones de borde plegadas de los isp están alineadas para formar una nervadura circunferencial continua. La altura de la nervadura no es constante, debido a que la porción central plana de los isp proporciona una sección de pared gemela aún más profunda lejos de los largueros, pero sin embargo contribuye en gran medida a la resistencia al pandeo. La distancia entre las nervaduras está determinada por la anchura (4f, 4g) de la porción central plana de los isp. Idealmente (pero no necesariamente) el ancho del isp es el ancho de la lámina de acero enrollada. Producir estos isp a partir de fleje laminado en caliente parece ser una forma muy económica y eficiente de producir estas piezas porque el fleje se suministra en forma de tira enrollada que se puede desenrollar en el sitio y las piezas se pueden cortar, provistas de refuerzos salientes o intrusivos contra pandeo y plegado en línea. En este ejemplo particular, la longitud del eosp es de 30 m y el ancho (4f, 4g) de la porción central plana del isp es de 1 m. Las eosp están unidas entre sí, a lo largo de toda su longitud, de modo que el reborde a lo largo de los bordes largos de la eosp actúe como nervaduras longitudinales (o largueros). Las once nervaduras longitudinales son claramente visibles en la Figura 2. La Figura 3 muestra un eosp 3 y treinta isp 4 individuales, de los cuales los primeros siete ya están soldados al eosp y los otros se muestran en una vista detallada. Estos se soldarán al eosp, lo que finalmente dará como resultado la sección 2 del tubo de doble pared ensamblada. En este ejemplo, el grosor del eosp es de 4 mm y el grosor de los isp es de 2 mm. Por sí mismo, el eosp no es lo suficientemente rígido para ser manipulado, a pesar de la curvatura, pero en la forma que se muestra en la Figura 4, donde los isp están soldados entre sí y al eosp, el conjunto es lo suficientemente rígido para ser manipulado para el transporte, por ejemplo, en camión o durante la construcción de un tubo, a través del tubo ya construido. Durante la construcción, se podría utilizar el sistema que se muestra en la Figura 9. La Figura 5A muestra dos dwts unidos herméticamente. El eosp puede estar provisto de una ranura G para recibir el borde del eosp contiguo para permitir que la superficie exterior resultante del segmento de tubo hermético al aire y de doble pared quede nivelado y liso después de conectar el borde al eosp contiguo (consulte la Figura 6). En la sección ampliada (Figura 5B) los dos dwts todavía están separados para que la estructura interior sea visible. La segunda ampliación (Figura 5C) muestra que el eosp en este caso tiene una sola pestaña, por lo que la estructura en el otro lado largo está abierta. Además de la conexión hermética entre los eosp contiguos, es preferible que los dwt contiguos también estén conectados, preferentemente de forma hermética, en el lado que forma el interior de la sección del tubo a lo largo de los bordes 4f y 4g de los isp en los dwts.

La Figura 3D también muestra las ubicaciones donde se debe realizar una conexión (k, k') entre los isp y el eosp, y donde ya existe un pliegue (pliegue). La conexión indicada con k-io k² es preferentemente una junta completa, como una soldadura kia lo largo de toda la longitud del borde 4e está el isp que conecta el isp con el eosp, y la soldadura k² a lo largo de toda la longitud del borde 4f para conectar el isp al reborde 3d del eosp, pero también podría soldarse por puntos. Las conexiones k' también pueden ser conexiones completas, pero también podrían ser soldaduras por puntos, soldaduras por puntos o conexiones encoladas. La conexión k" puede ser la misma que k² si el eosp también tiene una pestaña similar a 3d en el borde 3b, o una conexión entre dos dwts en el interior del segmento de tubo. Puede ser una junta completa, como una soldadura a lo largo de toda la longitud de los dwts o un tipo diferente de junta, opcionalmente usando un conector como un soporte de esquina que se fija en su lugar. Tenga en cuenta que no se indica la junta en los bordes verticales cortos de la brida 4d. Estos pueden o no estar unidos.

La Figura 6 muestra una sección transversal de la conexión entre dos dwts, donde la superficie de la eosp izquierda tiene una muesca para recibir el borde de la eosp derecha y así producir una conexión al ras mediante soldadura en la ranura G.

La Figura 7 muestra el eosp con la curvatura R, y la Figura 8 muestra el isp con la misma curvatura del borde 4e en la pestaña 4d.

Cabe señalar que las dimensiones de los bordes 4b/4c y 4f/4g en el isp representado en la Figura 8 son tales que el borde 4b/4c es más corto que el borde 4f/4g. Sin embargo, de acuerdo con la invención, el borde 4b/4c también se puede elegir más largo que el borde 4f/4g. En ese caso, las nervaduras formadas por las pestañas 4d se distancian más, y se reduce la cantidad de soldadura, porque se necesitan menos isp a lo largo de los dwts.

La Figura 9 muestra la secuencia de producción de un tubo 6 a partir de segmentos de tubo 1 y de secciones de tubo de doble pared (dwts) 2. En este ejemplo, se necesitan 11 dwts para producir un segmento de tubo 1.

La Figura 10 muestra un proceso esquemático de producción de segmentos de tubo de doble pared y herméticos a partir de secciones de tubo de doble pared. Se coloca un primer dwts sobre un lecho de rodillos. Se proporciona un segundo dwts y está conectado de forma fija al primer dwts. Después de fijar los dos dwts, los dwts conectados giran sobre el lecho de rodillos. Se proporciona otro dwts, y se conecta de manera fija a los dwts ya conectados y esto se repite hasta que se completa el segmento de tubo de doble pared.

La Figura 11 muestra la modalidad en la que el dwts se produce utilizando el eosp de acuerdo con la invención y un isp plano (opcionalmente con refuerzos contra pandeo) sin pestañas y piezas de inserción que actúan como conexión entre la superficie curva del eosp y el isp plano, en donde las piezas de inserción proporcionan la nervadura anular en el segmento de tubo producido a partir de los dwts.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Sección de tubo de doble pared (2) para construir un segmento de tubo de doble pared (1) adecuado para aplicaciones de baja presión caracterizado porque el segmento de tubo de doble pared comprende una parte exterior de la carcasa curva alargada (3) que forma la pared exterior del segmento de tubo de doble pared y una pluralidad de partes interiores de la carcasa (4), en donde la parte exterior de la carcasa curva alargada comprende una porción central curva (3a) y una porción plegada (3d), al menos uno de los bordes largos (3b, 3c) en donde la porción plegada forma un reborde plegado hacia el punto central M de la curvatura, en donde cada parte interior de la carcasa comprende una porción central plana (4a) que tiene bordes largos y bordes cortos, y una porción plegada (4d), doblada desde el punto central de la curvatura en al menos uno de los bordes largos (4b, 4c), la porción plegada que tiene un borde curvo (4e) para coincidir con la curvatura de la parte exterior de la carcasa curva alargada, en donde la pluralidad de partes interiores de la carcasa están unidas entre sí a lo largo de sus bordes largos (4b, 4c), y en donde la pluralidad de partes interiores de la carcasa están unidas a la superficie interior de la parte exterior de la carcasa curva alargada a lo largo del borde curvo (4e) de la porción de borde doblado (4d).

2. Sección de tubo de doble pared (2) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el ángulo entre la porción central plana (4a) y la porción de borde doblado (4d) está entre 85 y 95°.

3. Sección de tubo de doble pared (2) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el ángulo entre la porción central plana (4a) y la porción de borde doblado (4d) es de 90° (ortogonal).

4. Sección de tubo de doble pared (2) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada parte interior de la carcasa también está unida por al menos uno de los bordes (4f, 4g) de la porción central plana (4a) al borde (3f) de la al menos una porción doblada (3d) de la parte exterior de la cubierta curva alargada.

5. Sección de tubo de doble pared (2) de acuerdo con la reivindicación 4, en donde cada parte de carcasa interior también está unida a lo largo de los bordes laterales cortos (4e) a la parte exterior de la carcasa curva alargada (3).

6. Sección de tubo de doble pared (2) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el borde (4b) de la porción central plana (4a) se solapa con el borde (4c) de la porción central plana (4a) de la parte interior de la carcasa contigua, y en donde se unen estos bordes.

7. Sección de tubo de doble pared (2) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la parte exterior de la carcasa curva alargada está provista de una porción plegada (3d, 3e) en ambos bordes largos (3b, 3c) en donde las porciones plegadas forman pestañas plegadas hacia el punto central M de la curvatura, y en donde cada parte interior de la carcasa también está unida a lo largo de sus dos bordes cortos (4f, 4g) al borde de las porciones plegadas (3d, 3e) de la parte exterior de la carcasa curva alargada.

8. Sección de tubo de doble pared (2) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la porción curva de la parte exterior de la carcasa curva alargada está provista de refuerzos sobresalientes o intrusivos contra el pandeo.

9. Sección de tubo de doble pared (2) de acuerdo con la reivindicación 4-8, en donde los refuerzos contra el pandeo son hoyos intrusivos en la superficie del tubo, preferentemente en donde los hoyos son circulares, elípticos o poligonales en donde el número de lados en el polígono es 5 o más.

10. Sección de tubo de doble pared (2) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la porción plana de una, más o todas las partes interiores de la carcasa está provista de refuerzos sobresalientes o intrusivos (5) contra el pandeo.

11. Sección de tubo de doble pared (2) de acuerdo con la reivindicación 10, en donde los refuerzos sobresalientes contra el pandeo comprenden uno o más hoyos longitudinales (5) paralelos a los bordes longitudinales (4b, 4c).

12. Segmento de tubo de doble pared y hermético (1) que consiste en una pluralidad de secciones de tubo de doble pared (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en donde las secciones de tubo de doble pared están unidas herméticamente a lo largo de los bordes largos (3b, 3c) para formar un segmento de tubo en donde los bordes plegados de la parte interior de la carcasa en secciones de tubo de doble pared contiguas (2) están alineados para formar una pluralidad de nervaduras alrededor de la circunferencia interior del segmento de tubo separado, y en donde las porciones plegadas de la parte exterior de la cubierta curva alargada forman bordes longitudinales ("largueros").

13. Segmento de tubo (1) de doble pared y hermético de acuerdo con la reivindicación 12, en donde las secciones de tubo de doble pared también se unen a la sección de tubo de doble pared contigua a lo largo de los bordes 4f y 4g de los isp contiguos.

14. Segmento de tubo (1) de doble pared y hermético de acuerdo con la reivindicación 12 con una circunferencia interior que tiene un diámetro de al menos 3 m.

15. Tubo para un sistema de transporte por tubo de vacío (ETT) que comprende una pluralidad de segmentos de tubo de doble pared de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14.