ES2948119T3 - Tubo para sistema de transporte por tubo de vacío y uso del mismo - Google Patents

Abstract

Tubo del sistema de transporte de tubos de vacío, que en uso es casi vacío, que comprende una pluralidad de segmentos de tubo con un diámetro interno de al menos 3 m, en el que los segmentos de tubo consisten en un tubo metálico de pared simple y en el que se proporciona la superficie del tubo. con refuerzos salientes o intrusivos contra el pandeo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Tubo para sistema de transporte por tubo de vacío y uso del mismo

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un tubo de sistema de transporte por tubo de vacío y al uso del mismo.

Antecedentes de la invención

Un hiperbucle es un modo propuesto de 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. Con base en gran medida en el tren de vacío de Robert Goddard, un hiperbucle comprende un tubo sellado o un sistema de tubos a través de los cuales 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 cuales las cápsulas presurizadas se desplazan sobre cojinetes de aire impulsados por motores de inducción lineales y compresores de aire. Los tubos pasarían por encima del suelo en columnas o por debajo del suelo en túneles para impedir los peligros de los pasos a nivel. El concepto permitiría viajes los cuales son considerablemente más rápidos que los actuales tiempos de viaje en tren o avión. Un sistema hiperbucle 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. 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 divulga en US1020942. Sin embargo, el alto coste de la levitación magnética y la dificultad de mantener el vacío a grandes distancias ha impedido que se construya este tipo de sistema. El hiperbucle 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 divulga en términos generales en US5950543.

El documento GB1049264A divulga otro sistema de transporte por tubo de vacío.

Un sistema de Transporte por Tubo Evacuado (ETT) resuelve diversos problemas asociados con el transporte clásico al mover todos los obstáculos de la ruta de viaje y no permitir su regreso. Una vez que la ruta está evacuada y libre de obstáculos, el viaje puede realizarse sin obstáculos. El objeto que viaja (en este caso, una cápsula) está en un tubo, por lo que permanece en la ruta prevista y ningún obstáculo puede interponerse en la ruta. Si las cápsulas subsiguientes experimentan una aceleración y desaceleración idénticas, diversas cápsulas pueden viajar en la misma dirección en el tubo a la vez con total seguridad. La aceleración y la desaceleración están planificadas para impedir 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 para permitir el paso de las cápsulas que contienen la carga o los pasajeros. El requisito principal del tubo es que debe ser evacuado. La presión en el tubo es de aproximadamente 100 Pa, por lo que debe poder soportar la presión de la atmósfera circundante. La presión atmosférica es de unos 101 kPa, es decir, unas 1000 veces la presión en el tubo. Como los tubos sobre el suelo a menudo estarían sostenidos (por ejemplo, por columnas), el tubo también debe poder salvar el espacio entre dos soportes sin flexionarse ni pandearse. De acuerdo con la propuesta completa del proyecto Hiperbucle Alpha, es necesario un espesor de pared del tubo entre 20 y 23 mm para proporcionar la resistencia suficiente para los casos de carga considerados, tales como diferencial de presión, flexión y pandeo entre pilares, carga debido al peso de la cápsula y aceleración, así como consideraciones sísmicas para un tubo de pasajeros. Para un tubo de pasajeros más vehículo, el espesor 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 cápsula aumentados requieren un diámetro interno del orden de 3.50 a 5.00 metros. Si estos diámetros de tubo se fabrican de acero, entonces esto requiere un espesor del orden de 30 mm. Ningún laminador de bandas en caliente puede suministrar material de este espesor 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 aproximadamente 3000 ton/km x 20000 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 conformado 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 espesor 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.

Objetivos de la invención

El objeto de la invención es proporcionar un tubo para un sistema ETT que sea más ligero que un tubo producido convencionalmente, el cual no sea susceptible de pandearse.

Es otro objeto de la invención proporcionar un tubo para un sistema ETT que pueda fabricarse in situ.

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

Descripción de la invención

Uno o más de estos objetivos se alcanzan con un tubo de sistema de transporte por tubo de vacío, el cual en uso es casi vacío, que comprende una pluralidad de segmentos de tubo, con un diámetro interno de al menos 3 m, en donde los segmentos de tubo consisten en una sola pared. tubo de metal y en donde la superficie del tubo está provista de refuerzos que sobresalen o intruyen contra el pandeo. En el contexto de esta invención, en 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), preferiblemente inferior a 1 kPa (“ 0,01 bar o 10 mbar), incluso más preferiblemente menos de 500 Pa (“ 5 mbar) o incluso menos de 200 Pa (“ 2 mbar), o incluso alrededor de 100 Pa (“ 1 mbar).

Las realizaciones preferibles se proporcionan en las reivindicaciones dependientes.

Un tubo para un ETT se divide en segmentos de tubo de un tamaño manejable. El segmento de tubo de acuerdo con la invención está por lo tanto unido de forma fija a otros segmentos de tubo para formar dicho 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, tal como un elastómero, cuando los segmentos del tubo se atornillan o sujetan entre sí.

Un segmento de tubo de entre 10 y 30 m se puede transportar por aire, tren o camión. El diámetro interior del segmento de tubo es de al menos 3 m. Un límite superior adecuado para el 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.

Un tubo (segmento) de pared simple sin refuerzos contra el pandeo debe construirse a partir de un material plano grueso, por ejemplo, una tira de acero soldada en espiral. Para un tubo de 4 m de diámetro el espesor 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 espesor a 20 mm. Este espesor 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.

Por lo tanto, existe un fuerte incentivo para reducir el peso del segmento de tubo y esto se puede lograr dotando al segmento de tubo de refuerzos que sobresalgan o se intruyan contra el pandeo.

En una realización, el refuerzo contra el pandeo son hoyuelos que se introducen en la superficie del tubo. Intrusión significa que los hoyuelos reducen localmente el diámetro interno del tubo y, por lo tanto, se denominan hoyuelos orientados hacia adentro. La deformación del tubo por los hoyuelos y la forma de la superficie con hoyuelos aumentan la resistencia contra el pandeo en comparación con el tubo sin hoyuelos. La forma de los hoyuelos no es particularmente restrictiva, pero es ventajoso proporcionar los hoyuelos en un patrón regular. Esta regularidad proporciona a la tira un comportamiento predecible, y los hoyuelos se pueden aplicar mediante una tecnología como la laminación o el prensado. La profundidad de los hoyuelos se puede adaptar al caso específico. Los hoyuelos más profundos tendrán un mayor efecto a expensas de la procesabilidad durante la producción de los hoyuelos y el segmento de tubo resultante. Los hoyuelos 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 hoyuelos se pueden aplicar en el segmento de tubo, pero es preferible aplicar los hoyuelos previamente en la tira de acero laminado, la cual puede ser laminada en caliente, opcionalmente galvanizada y/o revestida orgánicamente, o laminada en frío, recocida y opcionalmente galvanizada y/o revestida orgánicamente. La tira de acero laminada o revestida normalmente se proporciona en forma de tira de acero enrollado. Si el segmento de tubo se produce en el sitio utilizando una instalación de producción más o menos móvil para perforar y producir el segmento de tubo a partir de la tira con hoyuelos, entonces el problema de transporte se resuelve en gran medida, porque el transporte de bobinas por carretera no es un problema.

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

Los hoyuelos también pueden tener una forma poligonal en donde 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 impedir hendiduras agudas las cuales pueden 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 realización preferible, los hoyuelos tienen forma hexagonal. Esta forma es preferible porque es posible cubrir toda la superficie del tubo con los hoyuelos, maximizando así el efecto de refuerzo.

En una realización, los refuerzos contra el pandeo son rebordes circunferenciales o helicoidales en la superficie del tubo. En el contexto de esta invención, las bridas o rebordes helicoidales o en espiral difieren de las bridas o rebordes circunferenciales en que una brida o reborde circunferencial está cerrado en sí mismo, a la vez que una brida o reborde en espiral o helicoidal no está cerrado en sí mismo. Estos rebordes tienen preferiblemente forma de onda o sinusoidal con una parte superior y un valle en donde la tangente en la parte superior y la parte inferior del reborde en la dirección longitudinal del tubo es cero (“rebordes lisos”). Estos rebordes se pueden aplicar en la tira de acero laminado, la cual puede ser laminada en caliente, opcionalmente galvanizada y/o revestida orgánicamente, o laminada en frío, recocida y opcionalmente galvanizada y/o revestida orgánicamente, por ejemplo, a través de laminación. Simultáneamente o posteriormente, la tira laminada se dobla o se lamina en una forma adecuada para formar el tubo. Si la tira laminada se suelda posteriormente en espiral en un tubo, entonces los rebordes se convierten en rebordes helicoidales. Se pueden obtener rebordes circulares si la tira laminada se suelda en un subsegmento de tubo corto cilíndrico.

Subsegmentos de tubo corto (STS) son anillos cerrados que se pueden unir para formar un segmento de tubo. Por ejemplo, 20 subsegmentos de tubo corto de 1.5 m de largo forman un segmento de tubo de 30 metros de largo. También es posible proporcionar los rebordes en el tubo después de que el tubo se haya soldado (soldadura en espiral o de otro modo) a través de un aparato de reborde dedicado.

En una realización, el segmento de tubo consta de perfiles anulares o helicoidales en forma de U, en forma de V, semicirculares, catenarios o semielípticos, en donde los perfiles están fijados al perfil adyacente de tal manera que los lados verticales de los perfiles se extienden hacia el exterior para formar los refuerzos contra pandeo. En esta realización, la tira de acero laminado, la cual puede ser laminada en caliente, opcionalmente galvanizada y/o revestida orgánicamente, o laminada en frío, recocida y opcionalmente galvanizada y/o revestida orgánicamente, por ejemplo, se forma en un perfil, por ejemplo, a través de laminación. Este perfil tiene una sección transversal sobre el ancho de la franja de semicírculo (180°, u) o parte de semicírculo (< 180°) o círculos aplanados, catenaria o secciones transversales elípticas. Otras secciones transversales adecuadas son en forma de V o perfiles en forma de u . Todas las formas adecuadas se caracterizan por bordes verticales y una parte rebajada entre los bordes. Estos perfiles se doblan o se forman en una curva helicoidal con bucles de torsión completos de aproximadamente el mismo diámetro que el tubo que se va a formar (es decir, al menos 3 m). Puede haber algo de espacio entre los bucles, o los bucles subsiguientes pueden estar tan juntos que la tensión de compresión presiona los bucles juntos como en un resorte de tensión. Los bucles adyacentes tendrán bordes erguidos que se tocan, y en el segmento de tubo de acuerdo con la invención, un borde de un bucle está unido fijamente al borde del bucle adyacente, interconectando así todos los bucles a su bucle adyacente y formando así un segmento de tubo helicoidal. Dependiendo de la forma del perfil, los bordes verticales que se van a unir son paralelos en los bordes (es decir, el ángulo entre los dos bordes adyacentes es de aproximadamente 0°, o hay un ángulo mayor que 0, pero siempre menor que 180°, y preferiblemente menor de 90°, más preferiblemente menor de 60° e incluso más preferiblemente menor de 45°. Preferiblemente, el ángulo es de al menos 5°, más preferiblemente de al menos 10°. La resistencia al pandeo aumenta considerablemente por la presencia de estos bordes unidos los cuales forman un reborde vertical helicoidal alrededor del tubo. En caso de que los segmentos de tubo sean menos rígidos de lo necesario, es posible que necesiten un refuerzo o soporte longitudinal adicional para impedir un hundimiento excesivo entre los soportes o pilares sobre los cuales descansan los segmentos de tubo.

En una realización, los bordes están soldados entre sí. Esto proporciona una conexión hermética a los gases y asegura la posibilidad de mantener la baja presión en el ETT final formado a partir de los segmentos de tubo de acuerdo con la invención. En una realización alternativa, los bordes están rebordeados entre sí, con o sin un compuesto en la brida para asegurar la conexión hermética al gas. Dependiendo de las especificaciones de esta operación de rebordeado, puede ser necesario preparar las bridas de tal manera que permitan la operación de rebordeado. Por ejemplo, si se va a utilizar una brida tipo cremallera, la cual requiere la presencia de dos bridas de enclavamiento, en general del tipo macho-hembra, entonces estas bridas deben tener la forma adecuada. También es posible unir los bordes a partir de bordes rectos.

En una realización el segmento de tubo es un tubo helicoidal poliédrico y los refuerzos contra el pandeo son las nervaduras de los triángulos que forman el tubo helicoidal poliédrico.

La palabra “polígono” significa “diversos ángulos”. Los polígonos individuales se nombran de acuerdo con el número de lados, combinando un prefijo numérico derivado del griego con el sufijo -ágono, por ejemplo, pentágono, dodecágono. Sin embargo, los matemáticos en general usan notación numérica, por ejemplo, 6-ágonos para un hexágono y 12-ágonos para un dodecaedro.

Un tubo helicoidal poliédrico ideal es un tubo poliédrico que está retorcido a lo largo de su eje longitudinal y el cual tiene facetas lisas. La Figura 4a muestra un boceto de dicho tubo helicoidal poliédrico ideal sobre la base de un cuadrado (4-ágono). Un tubo cuadrado tiene cuatro superficies (superior, inferior, izquierda y derecha) las cuales son rectángulos largos en la Figura 4a. Pero girando el tubo se forma un tubo helicoidal. La Figura 4a muestra dicho tubo helicoidal de este tipo en donde la superficie delantera está torcida 360° con respecto a la superficie posterior. Los rectángulos largos originales ahora se han convertido en superficies curvas, y estas superficies curvas son suaves y no muestran discontinuidades. Sin embargo, no es viable en la práctica producir un tubo helicoidal poliédrico torcido de este tipo a escala industrial y económica, porque los rectángulos largos torcidos se han deformado durante la torsión y cuando se aplanan ya no son rectángulos largos rectos y los bordes del tubo cuadrado sufren una deformación mucho más severa que la línea central de las superficies. Esto se demuestra claramente por la diferencia de tamaño y forma de la rejilla impuesta sobre el tubo helicoidal poliédrico en la Figura 4a. Para producir un tubo helicoidal poliédrico de este tipo a partir de material en tira sería necesario formar el material en tira con forma retorcida y unirlo en los bordes.

El tubo helicoidal poliédrico de acuerdo con la invención es una aproximación de este tubo helicoidal poliédrico ideal el cual puede fabricarse a partir de material en tiras sin tener que deformar el material de forma diferente a lo largo del ancho de la tira, pero que puede fabricarse proporcionando dobleces hacia arriba y hacia abajo en un material en tiras formando así pares de triángulos cuyo par de triángulos forma un paralelogramo con dos lados del paralelogramo paralelos a los bordes del material en tiras. En su forma más simple, la tira está doblada en todo el ancho sobre las líneas discontinuas de lado a lado, como se muestra en la Figura 4b1. También se representa el borde del material visto a partir de un lado y el otro, lo que muestra que una torcedura está hacia arriba y la siguiente hacia abajo. El par de triángulos i y ii forman un paralelogramo con dos de sus bordes paralelos (y en este caso coincidentes) con los bordes de la tira. Entonces, en términos del paralelogramo circunscrito que consiste en los pares de triángulos, la diagonal (corta) del paralelogramo que separa el triángulo i del triángulo ii también está doblada (véase 4b1). Los pares de triángulos i y ii pueden ser pares de triángulos equiláteros (a=b=c), o pares de triángulos isósceles (a=b # c), 0 triángulos con tres longitudes diferentes de lado (a # b # c), en donde a, b y c es la longitud de los lados del triángulo. En la Figura 4b1 los triángulos son triángulos equiláteros y el paralelogramo circunscrito tiene lados de a y a. En 4b2 los triángulos son triángulos isósceles y el paralelogramo circunscrito tiene lados de a y a. Para triángulos irregulares que tienen tres lados diferentes a, b y c, el paralelogramo circunscrito tiene lados a y b, o b y c, o a y c, dependiendo de qué lado del triángulo forma una de las diagonales del paralelogramo.

Sobre la base de esta tira doblada se puede fabricar el tubo helicoidal poliédrico de acuerdo con la invención.

La Figura 4c1 muestra un tubo de acuerdo con la invención producido sobre la base de las tiras dobladas de la Figura 4b1 que consiste completamente en material de tira doblada. Al alimentar el material doblado en un dispositivo de soldadura en espiral, la tira doblada se fuerza en la curvatura del tubo helicoidal poliédrico antes de soldar, no curvando los triángulos usando los dobleces. Al rotar y soldar simultáneamente cada triángulo i se soldará a un triángulo ii en el bucle anterior. Esta construcción conduce a un bucle que tiene una longitud de 12.5 triángulos. Cuando se ve en el plano, esto se consideraría un ágono irregular de 12.5. Hay 12.5 triángulos oscuros para completar un bucle completo.

El paralelogramo en 4b2 es el mismo que en 4b1 pero el par de triángulos es diferente. Los triángulos ahora son triángulos isósceles y no triángulos equiláteros. Aquí, nuevamente, los bordes paralelos del paralelogramo del triángulo 1 y ii están doblados, así como la diagonal (larga) del paralelogramo que separa el triángulo i del triángulo ii. Al producir un tubo helicoidal poliédrico de la misma manera que con el tubo en 4b1, un bucle completo tendrá una longitud de 11.5 triángulos. Cuando se ve en el plano plano, esto se consideraría un ágono irregular de 11.5. Debido a la diferente conexión de los triángulos en 4c2, un bucle a lo largo de la conexión entre un bucle y el siguiente es un 11.5-ágono.

Por lo tanto, ambos tubos de la Figura 4c1 y 4c2 se pueden producir soldando en espiral una tira plana doblada en donde los dobleces son pares de triángulos iguales. En las Figuras 4c1 y 4c2 están resaltados. Sin embargo, debido a que la forma de los pares de triángulos en 4c2 es diferente a la de 4c1 (¡pero el paralelogramo circunscrito de los pares de triángulos es el mismo!), la profundidad de los dobleces también es mayor para 4c2 y, por lo tanto, aumenta el espesor aparente del tubo, lo cual aumenta la resistencia al pandeo. En la Figura 4d, este efecto de espesor aparente se visualiza para el tubo helicoidal hexagonal donde los dobleces se intruyen en el tubo más sustancialmente que en el tubo helicoidal dodecaédrico. Esto también es evidente en la superficie exterior del tubo (comparar la Figura 4c1 con la Figura 4e). En las Figuras 4c1 y 4c2 es claramente visible que el tubo helicoidal poliédrico se puede producir soldando en espiral una tira, que está provista de los dobleces que forman los triángulos, y opcionalmente también ya la curva que forma el tubo, previamente mediante un doblado adecuado o aparato de laminado. En la Figura 4f se muestra que el tubo hexagonal helicoidal se puede producir soldando en espiral dos tiras dobladas simultáneamente. Las dos tiras dobladas se pueden construir primero a partir de tiras individuales (en la Figura 4b, se pueden soldar tres tiras para producir una tira doblada) o la tira ancha se puede doblar en un aparato adecuado de doblado o laminado de modo que en la dirección hacia arriba y hacia abajo los dobleces ya están presentes en las tiras antes de comenzar la soldadura en espiral.

Por lo tanto, el tubo helicoidal poliédrico de acuerdo con la invención no se retuerce después de producir el tubo, sino que se retuerce como resultado del hecho de que las tiras están provistas de dobleces en un patrón triangular los cuales “saltan” en la dirección correcta (hacia adentro o hacia afuera) a la vez que se unen los bordes de las tiras. La presencia de los dobleces forma los elementos que contribuyen al aumento de la resistencia al pandeo del tubo helicoidal poliédrico. Los dobleces que saltan hacia adentro son los refuerzos que intruyen contra el pandeo, los dobleces que saltan hacia afuera son los refuerzos que sobresalen contra el pandeo. Los dobleces que sobresalen y que intruyen proporcionan un espesor aparente más grueso de la tira y eso es lo que contribuye a la resistencia al pandeo. Los dobleces de intrusión del 11.5-ágono de la Figura 4c2 son más profundos que los dobleces de intrusión del 12.5-ágono de la Figura 4c1. El espesor aparente de los 11.5-ágono es en consecuencia mayor y por lo tanto la resistencia al pandeo también es mayor.

La Figura 4e muestra un tubo helicoidal poliédrico que consta, en este ejemplo, de un hexágono (6-ágono) que es perpendicular al eje longitudinal del tubo que gira a lo largo de su centro a la vez que se mueve a lo largo de este eje longitudinal. El tubo helicoidal poliédrico ideal tendría seis superficies suavemente curvadas con las 6 esquinas del hexágono formando cada una hélice perfecta (como en la Figura 4a para el 4-ágono). En el tubo helicoidal poliédrico de acuerdo con la invención, el plano entre cada una de las hélices vecinas se rellena de nuevo con triángulos iguales (i y ii) como se representa en la Figura 4e. Se resalta un conjunto de triángulos iguales. La Figura 4b muestra el mismo tubo helicoidal poliédrico en el cual las espirales discurren ortogonales a las seis tiras. Esto muestra que el mismo tubo helicoidal poliédrico se puede fabricar usando soldadura en espiral convencional usando una o más máquinas de soldadura en espiral.

El tubo helicoidal poliédrico de acuerdo con la invención no está limitado a ningún número particular de lados, siempre que los pares de triángulos proporcionen una mayor resistencia al pandeo del tubo helicoidal poliédrico. El valor más bajo para el tubo helicoidal poliédrico sobre la base de un poliedro regular es el 3-ágono (triángulo). Sin embargo, el 3-ágono (triángulo) y el 4-ágono (cuadrado) no son muy prácticos porque el espesor aparente es tan grande que el espacio en el tubo es pequeño, en comparación con los x-ágonos de mayor valor los cuales ya se acercan a la sección transversal circular más cerca.

El valor máximo de x en x-ágono es el valor en el cual no se obtiene un efecto de refuerzo significativo. Cuanto mayor sea el valor de x, más se parecerá el tubo a un tubo cilíndrico, y allí el aumento de espesor aparente proporcionado por los triángulos se reduce a un valor que ya no es relevante. De nuevo, preferiblemente el tubo helicoidal poliédrico es, como se ve a lo largo de la conexión entre dos bucles consecutivos de la hélice, es al menos un 6-ágono, más preferiblemente un 7-ágono. Incluso más preferiblemente, el tubo helicoidal poliédrico es al menos de 10-ágono. Un valor superior adecuado es 20-ágono, preferiblemente como máximo 15-ágono. En este caso, el valor x en x-ágono no necesita ser un número natural, sino que también puede ser un número racional. La x en x-ágono también representa el número de bases triangulares requeridas para un bucle de la hélice. Si la longitud de un bucle es de 12.5 bases de triángulos, entonces el x-ágono es un 12.5-ágono.

El material de la tira se proporciona preferiblemente como tira de acero laminado, el cual puede estar laminado en caliente, opcionalmente galvanizado y/o revestido orgánicamente, o laminado en frío, recocido y opcionalmente galvanizado y/o revestido orgánicamente. La tira de acero laminado o revestido normalmente se proporciona en forma de tira de acero enrollado.

El proceso para producir el tubo helicoidal poliédrico comprende opcionalmente nivelar una tira la cual normalmente se proporciona en forma de tira enrollada, opcionalmente recortada y soldada a una tira anterior, provista de dobleces para formar pares de triángulos iguales, en donde cada par de triángulos forma un paralelogramo en donde dos de los bordes paralelos del paralelogramo son paralelos a los bordes de la tira y en donde los otros dos bordes paralelos del paralelogramo y una diagonal del paralelogramo se doblan consecutivamente hacia arriba y hacia abajo, soldando en espiral la tira para formar un tubo helicoidal poliédrico. El procedimiento más simple es producir el tubo helicoidal poliédrico sobre la base de pares de triángulos iguales en donde los dobleces van de un borde al otro borde de la tira, de modo que un par de triángulos ocupe todo el ancho de la tira, como se muestra en la Figura 4b1 y 4b2. También es posible producir una tira doblada con dos o más filas de pares de triángulos iguales. Sin embargo, debido a la presencia de dobleces hacia arriba y hacia abajo en una lámina, será más difícil doblarla y soldarla.

Se cree además que la forma particular del tubo helicoidal poliédrico puede reducir la necesidad de juntas de dilatación porque es capaz de absorber parte o la totalidad de la propia dilatación, especialmente si los segmentos del tubo son segmentos de tubo helicoidal alternados en el sentido horario y contrario al sentido horario.

En el tubo de acuerdo con la invención es necesario instalar los rieles y otros equipos auxiliares para que funcione el ETT. Los rieles y otros equipos auxiliares pueden montarse en los tubos con la ayuda de estructuras de soporte las cuales pueden tener forma de anillo a través del cual puede desplazarse la cápsula y sobre las que pueden montarse estructuras de soporte adicionales, el equipo auxiliar y los rieles. Si se les da la forma adecuada, estas estructuras de soporte en forma de anillo pueden funcionar como elementos adicionales de refuerzo y antipandeo. Idealmente, el tubo de acuerdo con la invención necesita ser sostenido solo a intervalos limitados de, por ejemplo, 30 metros. Sin embargo, si es necesario, se pueden proporcionar medios de soporte adicionales para soportar el tubo. Estos medios de soporte adicionales pueden comprender una viga o estructura de acero, o una viga o estructura de hormigón. Se advierte específicamente que los rieles y los demás equipos auxiliares no deben considerarse como refuerzos intrusivos o sobresalientes contra el pandeo, porque los rieles y los demás equipos auxiliares tienen otro propósito y no están destinados a ser refuerzos intrusivos o sobresalientes contra el pandeo. Está claro, sin embargo, que el tubo de acuerdo con la invención debe ser capaz de soportar el pandeo con los rieles y otros equipos auxiliares necesarios presentes para permitir el funcionamiento como un tubo ETT. La invención se basa en la idea de que sin los refuerzos que sobresalen o intruyen contra el pandeo, el tubo tendría que construirse con un material más grueso para resistir el pandeo y soportar los rieles y otros equipos auxiliares y, por lo tanto, tendría una huella de carbono mayor que el tubo de acuerdo con la invención.

En una realización, la superficie del tubo está provista de refuerzos de intrusión contra el pandeo. Estos refuerzos pueden ser bridas las cuales se hayan formado doblando uno o ambos bordes de una tira de acero en un ángulo de aproximadamente 90° para formar una brida vertical. Estas tiras de acero se pueden procesar en un tubo ya sea soldando en espiral la tira en un tubo, en cuyo caso las bridas forman una brida helicoidal en el interior del tubo, o produciendo segmentos cortos de tubo, es decir, anillos, y soldando estos anillos. juntos para formar un segmento de tubo. Las bridas forman entonces una brida en forma de anillo en el interior del tubo. Si ambos bordes de los segmentos de tubo corto están provistos de bridas, estas bridas podrían soldarse entre sí o conectarse de otro modo. Uno o ambos bordes de la tira pueden tener bridas, de modo que la brida puede consistir en uno o dos veces el espesor del material de la tira. Se deben tomar medidas para impedir que las bridas se arruguen durante la formación de la brida o la flexión de la tira con brida durante la soldadura en espiral. Las bridas también se pueden proporcionar en la forma de anillos los cuales se montan en el tubo después de formar el tubo como se ha mencionado anteriormente como estructuras de soporte en forma de anillo. Tanto la altura de las bridas como el paso (distancia entre las bridas) son relevantes para la resistencia al pandeo, en donde aumentar la altura de la brida parece ser más efectivo que reducir el paso. Si surge la necesidad, se puede aumentar el número de bridas para aumentar la resistencia al pandeo. En una realización, el paso es más pequeño en el medio del segmento de tubo (es decir, entre los pilares o el soporte) que en los extremos del tubo, donde se conectan los segmentos del tubo. Se encontró que para un segmento de tubo con un radio de 2000 mm (diámetro 4 m) la altura de la brida es preferiblemente de al menos 50 mm, más preferiblemente de al menos 60 mm y aún más preferiblemente de aproximadamente 70 mm. Cuanto más alta es la brida, más efectivos son para resinar el pandeo, pero esto va a expensas del diámetro efectivo del segmento de tubo, porque las bridas reducen el diámetro efectivo del segmento de tubo en D-2 x la altura de la brida. Esto demostró ser igualmente válido para diámetros mayores o menores, por lo que la altura de las bridas es al menos el 2%, y como máximo el 7.5% del radio interno del segmento de tubo, preferiblemente como máximo el 5%, más preferiblemente como máximo el 4%. El paso de las bridas es como mínimo el 20% del radio interior del segmento de tubo, y como máximo el 80%. Preferiblemente, el paso es al menos el 25% del radio interno del segmento de tubo. Para un diámetro interno de 4 m, un paso de 1000 mm y una altura de brida de 70 mm fueron fundamentales para reducir el peso de un tubo de pared simple de 59 toneladas para un segmento de tubo soldado en espiral de 20 mm de 30 m a l9 toneladas y 6.35 mm de espesor de tubo formado por 30 segmentos de tubo corto de 1000 mm de ancho (paso = 1000 mm, el cual es el 50 % del radio interior) con bridas interiores de 70 mm de altura (3.5 % del radio interior de 2000 mm). El diámetro efectivo resultante es entonces 4000 - 140 = 3860 mm. Cabe señalar que las bridas se pueden proporcionar en los segmentos de tubo corto doblando o forzando los bordes de la tira contra los bordes de los segmentos de tubo corto en una brida o, alternativamente, soldando una brida en forma de anillo en un tubo (que comprende por ejemplo, segmentos de tubo soldados en espiral o segmentos de tubo que consisten en segmentos de tubo cortos sin bridas), en cuyo caso el material de la brida no es necesariamente el mismo que el material del tubo.

De acuerdo con un tercer aspecto, la invención también se realiza en el uso de un sistema de transporte por tubo de vacío de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 en un sistema de transporte por tubo de vacío en donde la presión dentro del tubo es inferior a 10 kPa. Preferiblemente, la presión dentro del tubo es inferior a 1 kPa (“ 0.01 bar o 10 mbar), incluso más preferiblemente inferior a 500 Pa (“ 5 mbar) o incluso inferior a 200 Pa (“ 2 mbar), o incluso aproximadamente 100 Pa (“ 1 mbar).

El tubo de acuerdo con la invención está destinado a un sistema de transporte por tubo de vacío. Sin embargo, las propiedades específicas del segmento de tubo y, en particular, su capacidad para funcionar en condiciones en donde la presión ejercida sobre él a partir del 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 que funcionan en condiciones de presión similares (hay depresión en el segmento de tubo). Ejemplos de estas aplicaciones son túneles subterráneos o submarinos para tráfico tales como túneles para bicicletas, túneles para coches, túneles para trenes, túneles o pozos de mantenimiento, tuberías en centrales hidroeléctricas, sistemas de almacenamiento de gas en las cuales se produce o puede producirse depresión, etc.

Breve descripción de los dibujos

La invención se explica ahora con más detalle a través de los siguientes dibujos no limitativos.

En las Figuras 1a y 1b en las cuales se muestran ejemplos de un tubo provisto de hoyuelos que sobresalen en la superficie del tubo. En los ejemplos, los hoyuelos tienen forma hexagonal, pero es fácil imaginar que los hoyuelos tienen forma circular o de otro tipo. Los hoyuelos sobresalen hacia adentro en este ejemplo, y esta es la realización la cual es más fácil de producir en la práctica, pero los hoyuelos también podrían sobresalir hacia afuera y tener una capacidad de mejorar la resistencia al pandeo. Los hoyuelos hexagonales de la Figura 1a tienen una forma diferente a los hoyuelos hexagonales de la Figura 1b. En primer lugar, el patrón se gira 90°, pero los hoyuelos en la Figura 1a son como cráteres, con una simetría puntual alrededor del centro del cráter, a la vez que los hoyuelos en 1b tienen una simetría lineal en la dirección de la circunferencia del tubo (indicado en algunos de los hoyuelos con la línea discontinua). Por supuesto, el patrón de las Figuras 1a y 1b se puede girar 90° o en cualquier otro ángulo adecuado. En la Figura 1c se muestra un tubo provisto de hoyuelos que sobresalen en la superficie del tubo, en donde los hoyuelos tienen forma de cúpula o de cráter, pero con una transferencia más suave de hoyuelo a hoyuelo en comparación con la Figura 1a.

En la Figura 2a se muestra el tubo con rebordes circunferenciales en la superficie del tubo. Este tubo puede formarse a partir de tiras laminadas provistas tanto de rebordes como de la curvatura para formar el tubo y (por ejemplo) soldadas en anillos como segmentos de tubo cortos los cuales luego pueden unirse para formar un segmento de tubo. En otra realización, la tira está provista tanto de los rebordes como de la curvatura para formar el tubo y soldada en espiral en un segmento de tubo. Esto se muestra en la Figura 2b. En este caso los rebordes serán rebordes helicoidales. Los rebordes de la Figura 2a y b tienen forma de seno, de modo que la tangente en el valle y la parte superior del reborde es cero y los rebordes no tienen discontinuidades.

En la Figura 3a se muestran tres anillos de un segmento de tubo los cuales constan de una hélice de perfiles en forma de catenoide unidos entre sí en los bordes exteriores de la catenoide. La catenoide en este caso no es una catenoide con forma de gravedad porque en física una catenaria es la curva que una cadena o cable colgante idealizado asume bajo su propio peso cuando se apoya solo en sus extremos. En este ejemplo, la catenaria que forma la catenoide es la curva que asumiría una membrana idealizada (sin peso) bajo la presión del aire que actúa sobre la membrana en un extremo con un vacío en el otro lado. Esto se representa en el detalle G de la Figura 3c, y la consecuencia de esta forma es que la presión que ejerce el aire sobre el tubo de vacío hace que el material experimente una fuerza de tensión en la dirección longitudinal y una carga de compresión en la dirección radial las cuales aseguran una excelente estabilidad dimensional del tubo y resistencia al pandeo (véase detalle H en la Figura 3c).

La Figura 3b muestra en detalle dos formas diferentes en las cuales los perfiles contiguos pueden unirse entre sí en los bordes. La imagen de la izquierda (“Con bridas”) muestra una conexión con bridas, en donde un borde de un perfil tiene bridas sobre los bordes del perfil contiguo. La conexión con bridas, si se realiza correctamente, es hermética como se verá en cualquier lata de comida, pero para asegurarse de que sea hermética, se puede usar un compuesto sellante para sellar la conexión con bridas, ya sea incorporando el compuesto sellante en la conexión con bridas misma, o aplicando el compuesto sobre la brida, preferiblemente a partir del interior del tubo, indicado por la flecha discontinua en el dibujo. Una alternativa para la conexión con bridas es soldar los dos bordes de los perfiles contiguos. Esto se muestra en la imagen de la derecha (“Soldado”). Una soldadura es hermética, si se realiza correctamente, pero se podría usar un compuesto sellador para asegurarse de la misma manera que con la conexión con bridas. El ángulo entre los dos bordes contiguos es de unos 25° en este ejemplo.

La Figura 3d muestra un detalle de la sección con bridas. Una alternativa para esta forma helicoidal que consta de bucles individuales es la forma helicoidal que consta de una pluralidad de bucles. En la Figura 3d se muestra una forma helicoidal de doble bucle. El detalle B muestra que una de las partes superiores es una curva, y la siguiente es una junta. Por lo que los perfiles contiguos (en este caso) muestran dos canales, uno superior y con bordes verticales. Por supuesto, esto también se puede hacer con tres o más canales. El número de juntas se reduce así.

La Figura 3f muestra que este concepto también se puede utilizar para interruptores. A partir de la izquierda, un tubo ingresa al interruptor y el diámetro del tubo aumenta a un tamaño tal que dos tubos pueden salir del interruptor. La sección transversal puede ser circular en el lugar donde dos tubos salen del interruptor, pero la sección transversal también puede ser aplanada hacia un elipsoide, o incluso más plana. Las representaciones esquemáticas de esto se dan en el lado derecho de la Figura 3f.

La Figura 4 muestra diversas imágenes del tubo helicoidal poliédrico. En la Figura 5 se dibuja un dispositivo esquemático para producir un tubo helicoidal poliédrico de acuerdo con la invención (es decir, con base en los pares de triángulos). Las diferentes etapas son las siguientes:

1. Inspección de materias primas

2. Desenrollar

3. Nivelación aproximada opcional

4. Corte final y soldadura a tope a la tira anterior

5. Nivelación de precisión opcional

6. Doblando la tira y entregando a soldadura

7. Soldadura

8. Limpieza, desbarbado e inspección general opcionales

9. Inspección detallada opcional (por ejemplo, inspección de rayos X, escaneo)

11. Prueba de vacío opcional

12. Medición de longitud y pesaje opcionales

13. Recubrimiento y marcado opcionales

14. Almacenamiento

La Figura 6 muestra una sección longitudinal de un segmento de tubo de 30 m de largo con bridas internas en forma de anillo que tienen una altura de brida HF y un espesor 2t, lo que significa que la brida consta de dos veces el espesor de la pared del tubo, el cual es t. El paso es la distancia entre dos bridas internas posteriores.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Tubo de sistema de transporte por tubo de vacío, el cual en uso es casi vacío, que comprende una pluralidad de segmentos de tubo (1) con un diámetro interno de al menos 3 m, en donde los segmentos de tubo consisten en un tubo de metal de pared simple y en donde la superficie del tubo está provista de refuerzos que sobresalen o intruyen contra el pandeo.

2. Tubo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde uno o más de los segmentos del tubo es un tubo helicoidal poliédrico que consiste en una tira soldada en espiral, cuya tira consta de pares de triángulos iguales, en donde cada par de triángulos forma un paralelogramo en donde dos de los bordes paralelos de los paralelogramo son paralelos a los bordes de la tira y en donde los otros dos bordes paralelos del paralelogramo y una diagonal del paralelogramo se doblan consecutivamente hacia arriba y hacia abajo y en donde los refuerzos contra el pandeo son los dobleces.

3. Tubo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde uno o más de los segmentos de tubo son segmentos de tubo soldados en espiral en donde las tiras que se van a soldar en espiral están provistas de bridas verticales a lo largo de los bordes largos de la tira, preferiblemente a lo largo de toda su longitud, y en donde las bridas se sueldan entre sí para formar una brida en espiral vertical que forma los refuerzos contra el pandeo.

4. Tubo de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la brida vertical en espiral está situada en la superficie interior del segmento de tubo soldado en espiral.

5. Tubo de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la brida vertical en espiral está situada en la superficie exterior del segmento de tubo soldado en espiral.

6. Tubo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los refuerzos contra el pandeo son bridas circunferenciales en el interior del segmento de tubo.

7. Tubo de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el paso de las bridas es al menos el 25% del radio interior del segmento de tubo.

8. Tubo de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en donde la altura de las bridas es al menos el 2% y como máximo el 7.5% del radio interior del segmento de tubo.

9. Tubo de acuerdo con la reivindicación 6, 7 u 8, en donde las bridas se forman doblando o forzando los bordes de los segmentos de tubo cortos en bridas.

10. Tubo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los refuerzos contra el pandeo son rebordes circunferenciales o helicoidales en la superficie del segmento de tubo.

11. Tubo de acuerdo con la reivindicación 10, en donde la tangente en la parte superior y en el valle del reborde en la dirección longitudinal del segmento de tubo es cero, preferiblemente en donde la sección transversal de los rebordes tiene forma de seno.

12. Uso de un tubo de sistema de transporte por tubo de vacío de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 en un sistema de transporte por tubo de vacío en donde la presión dentro del tubo es inferior a 10 kPa.

13. Método para producir el segmento de tubo de acuerdo con la reivindicación 2, en donde una tira se nivela opcionalmente, se corta en el extremo opcionalmente y se suelda a una tira anterior, provista con dobleces para formar pares de triángulos iguales, en donde cada par de triángulos forma un paralelogramo en donde dos de los bordes paralelos del paralelogramo son paralelos a los bordes de la tira y en donde los otros dos bordes paralelos del paralelogramo y una diagonal del paralelogramo se doblan consecutivamente hacia arriba y hacia abajo, soldando en espiral la tira para formar un tubo helicoidal poliédrico.