ES2951912T3 - Sección de tubo para sistema de transporte de tubo evacuado - Google Patents
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Abstract
Esta invención se refiere a una sección de tubo para construir un tubo adecuado para aplicaciones de baja presión con un círculo interior que tiene un diámetro de al menos 2 my a un tubo para sistema de transporte de tubos al vacío producido a partir del mismo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sección de tubo para sistema de transporte de tubo evacuado
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una sección de tubo para construir un tubo adecuado para aplicaciones en condiciones de presión negativa con un círculo inscrito que tiene un diámetro de al menos 2 m, y a un tubo del sistema de transporte de tubo evacuado que se produce a partir de esta sección.
Antecedentes de la invención
Con la aplicación en condición de presión negativa se entiende que la presión en el tubo es menor que fuera del tubo. El tubo está, por lo tanto, bajo presión externa. Una aplicación en condición de presión negativa de este tipo es un tubo en un sistema de transporte de tubo evacuado (ETT). Un hiperbucle es un modo propuesto de ETT para el transporte de pasajeros y/o cargas, usado por primera vez para describir un diseño de tren de vacío de código fuente abierto lanzado por un equipo conjunto de Tesla y SpaceX. Basándose en gran medida en el tren de vacío de Robert Goddard, un hiperbucle comprende un tubo sellado al vacío o un sistema de tubos al vacío a través del cual un módulo puede viajar con menos o incluso sin resistencia del aire o fricción, transportando personas u objetos a alta velocidad y aceleración. La versión del concepto de Elon Musk, mencionada por primera vez públicamente en 2012, incorpora tubos de baja presión en los cuales cápsulas presurizadas viajan sobre cojinetes de aire que se accionan mediante motores de inducción lineal y compresores de aire. Los tubos se desplazarían encima del suelo sobre pilotes o debajo del suelo en túneles. El concepto permitiría viajes considerablemente más rápidos que los viajes actuales en tren o avión. Un sistema de hiperbucle ideal sería más eficiente en términos de energía, silencioso y autónomo que los modos de transporte masivo existentes.
El desarrollo de trenes de alta velocidad históricamente ha sido obstaculizado por las dificultades en controlar la fricción y la resistencia del aire, ambas de las cuales se vuelven sustanciales cuando los vehículos se acercan a altas velocidades. El concepto de tren de vacío elimina teóricamente estos obstáculos al emplear trenes levitando magnéticamente en tubos evacuados (sin aire) o parcialmente evacuados, lo que permite alcanzar velocidades muy altas. El principio de levitación magnética se describe en el documento US1020942. Sin embargo, el alto costo de la levitación magnética y las dificultades para mantener un vacío a lo largo de grandes distancias han evitado la construcción de este tipo de sistemas hasta el momento. El hiperbucle se asemeja a un sistema de tren de vacío, pero opera a aproximadamente un milibar (100 Pa) de presión y, por lo tanto, puede describirse como un sistema de transporte de tubo evacuado (ETT) como se describe de manera general en el documento US5950543.
Un sistema de transporte de tubo evacuado (ETT) resuelve muchos problemas asociados con el transporte clásico al eliminar todos los obstáculos de la trayectoria de desplazamiento. El objeto que viaja (en este caso una cápsula) se encuentra en un tubo para que permanezca en la trayectoria prevista y ningún obstáculo pueda interponerse en su trayectoria. Si las cápsulas subsecuentes experimentan la misma aceleración y desaceleración, muchas cápsulas pueden viajar en la misma dirección en el tubo simultáneamente con total seguridad. La aceleración y desaceleración están planificadas para evitar que la cápsula se convierta en un obstáculo para las cápsulas subsecuentes. La confiabilidad de las cápsulas es muy alta debido a la mínima o nula dependencia de piezas móviles. La mayor parte de la energía necesaria para acelerar se recupera durante la desaceleración. Un ejemplo puede encontrarse en el documento US4148260 A, considerado el estado de la técnica más cercano, que describe un tubo de vacío (38) para un sistema de transporte se presión negativa, el tubo tiene largueros longitudinales (96) y secciones de revestimiento de pared delgada (102).
Uno de los elementos importantes de un sistema de ETT es el tubo. Estos tubos requieren un diámetro interno grande para permitir que los módulos que contienen la carga o los pasajeros pasen a través del mismo. La presión en el tubo es de aproximadamente 100 Pa, por lo que debe ser capaz de resistir la presión de la atmósfera circundante de aproximadamente 101 kPa, que es aproximadamente 1000 veces mayor. Dado que los tubos en la superficie a menudo estarían soportados (por ejemplo, por pilotes), el tubo también debe ser capaz de cubrir el espacio entre dos soportes sin doblarse ni pandearse. De acuerdo con la propuesta completa del proyecto Hiperbucle Alfa, se necesita un grosor de pared del tubo de entre 20 y 23 mm para que un tubo de pasajeros proporcione la suficiente resistencia para los casos de carga considerados, como la diferencia de presión, la flexión y el pandeo entre pilotes que se posicionan a unos 30 m de distancia, la carga debido al peso de la cápsula y la aceleración, así como también las consideraciones sísmicas. Para un tubo destinado a transportar pasajeros y vehículos, el grosor de la pared del tubo sería de entre 23 y 25 mm para el tubo más grande. Estos cálculos se basan en un tubo con un diámetro interno de 3,30 metros. Sin embargo, los cálculos también han demostrado que la economía del sistema ETT puede mejorar considerablemente al aumentar el tamaño de los módulos que viajan a través del tubo. Estos tamaños de módulos más grandes requieren un diámetro interno en el orden de 3,50 a 5,00 metros. Si estos diámetros de tubo se producen a partir de placas o tiras de acero, entonces esto requiere un grosor en el orden de 30 mm. Ningún laminador de tiras en caliente puede suministrar material de este grosor, por lo tanto, estos tubos tendrían que producirse a partir de placas. Con el uso generalizado propuesto del sistema ETT y el acero como el material preferido para el tubo, esto requeriría aproximadamente 3000 toneladas/km x 20000 km = 60 millones de toneladas. Actualmente, la producción total de
placas en la EU28 es de aproximadamente 10 millones de toneladas al año. Además de este problema de capacidad, la producción de tubos a partir de placas requiere una gran cantidad de manipulación y conformado engorrosos en el lugar, así como también la soldadura de las placas, lo que hace que los tubos sean muy pesados. Un tubo de 5 m de diámetro y 30 mm de grosor de acero pesa 3700 kg/m, lo que significa que segmentos de 10 m pesan 37 toneladas. La carga útil de un helicóptero Mi-26 es de aproximadamente 22 toneladas. El transporte por carretera es impracticable debido a 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 asume que esta pérdida de estabilidad ocurre dentro del rango elástico del material. Las estructuras delgadas o de pared delgada sometidas a carga de compresión son susceptibles al pandeo. Entonces, el tubo no solo debe ser capaz de soportar la diferencia de presión y capaz de abarcar 30 m sin una flexión significativa, sino que también debe tener suficiente resistencia al pandeo. El uso de aceros de mayor resistencia puede aumentar las propiedades mecánicas, y de esta manera, permitir cierto ahorro de material al permitir un grosor de pared más delgado, pero no aumentará la resistencia al pandeo.
Objetivos de la invención
El objetivo de la invención es proporcionar una sección de tubo para construir un tubo para aplicaciones en condiciones de presión negativa, que sea más ligero que una sección de tubo producido convencionalmente con soldadura en espiral, y que no sea susceptible al pandeo.
Es otro objetivo de la invención proporcionar una sección de tubo para construir un tubo para aplicaciones en condiciones de presión negativa que pueda producirse en el lugar.
Es otro objetivo de la invención proporcionar una sección de tubo para construir un tubo para un sistema ETT que pueda transportarse fácilmente por carretera.
Es otro objetivo de la invención proporcionar un tubo adecuado para un sistema ETT que use menos material que un tubo de un solo revestimiento, al tiempo que proporcione un rendimiento similar de resistencia al pandeo con rigidez aceptable, de una manera que pueda fabricarse de forma convencional a partir de acero laminado en caliente o en frío.
Descripción de la invención
Uno o más de estos objetos se alcanza con una sección de tubo de acuerdo con la reivindicación 1. Se proporcionan modalidades preferibles en las reivindicaciones dependientes.
En el contexto de esta invención, "adecuado para aplicaciones en condiciones de presión negativa" significa que la sección de tubo, cuando se usa en un tubo del sistema de transporte de tubo evacuado que comprende una pluralidad de secciones de tubo de acuerdo con la invención, se somete a una presión fuera del tubo o sección de tubo de la presión atmosférica y en donde la presión dentro del tubo o sección de tubo es inferior a 0,1 bar, preferentemente inferior a 0,01 bar (10 mbar), aún con mayor preferencia inferior a 5 mbar, incluso inferior a 2 mbar o incluso aproximadamente 1 mbar (“ 100 Pa). Se señala de manera superflua que durante la construcción de la sección de tubo, esta no se encuentra en una situación de presión negativa.
La invención permite fabricar secciones individuales de tubo antes de ensamblarlas en un tubo completo. El tubo completo ofrece una solución de acero laminado en caliente y sección tubular. Es un concepto que puede producir tubos de gran diámetro (desde el tamaño más pequeño de tubo del Hiperbucle Alfa con un diámetro interno de 2,23 m y mayores). Este diseño usa menos material que el tubo de una sola pared de calibre equivalente, al tiempo que logra el mismo rendimiento de resistencia al pandeo bajo una presión externa con una rigidez vertical aceptable entre los pilotes de soporte.
Un tubo para un sistema ETT necesita mantener un vacío interno cercano y una estructura de soporte estable y recta. Los dos requisitos funcionales clave que esto impulsa son la resistencia al pandeo y la rigidez vertical (es decir, resistencia a la flexión). El tubo, al estar bajo presión interna y externa, podría ser propenso al pandeo, que puede manifestarse de 2 formas. En primer lugar, podría haber un fallo de pandeo global, donde toda la sección de tubo colapsa, típicamente con formas compuestas por ondas senoidales de media longitud del tubo y con una máxima desviación en el punto medio del tramo del tubo. El segundo modo de fallo potencial por pandeo es un modo local donde se producen fallos en pequeñas secciones del tubo. El diseño del tubo aborda la rigidez vertical, los modos globales y locales, lo que permite ajustar cada uno mientras se genera un diseño ligero.
El diseño consta de un armazón esquelético conceptual y un revestimiento que se fabrica de secciones de revestimiento. El armazón esquelético consiste en secciones longitudinales que se describen en este caso como largueros y secciones circunferenciales que se describen en este caso como nervaduras o anillos. Tanto los anillos como los largueros pueden fabricarse a partir de tubos huecos o secciones cuadradas o rectangulares estándares. Estos tipos de tubos generalmente se conocen como secciones huecas rectangulares (RHS). Puede haber ciertas
ventajas al usar secciones únicas para los largueros, por ejemplo, para ubicar el revestimiento o facilitar la preparación de la soldadura, pero será más rentable usar tubos estándares, tal como la gama Celsius® de Tata Steel. Los revestimientos son rectos a lo largo de la longitud de la sección de revestimiento y tienen un arco esencialmente constante a lo ancho de la sección de revestimiento que, cuando se une al larguero en la sección de tubo, tiene el punto medio del arco apuntando hacia el centro del tubo. Esto significa que bajo una presión externa, las secciones del revestimiento se ponen nominalmente en tensión, no en compresión. El término "en uso" en el contexto de esta invención, por lo tanto, implica una diferencia de presión entre el exterior y el interior de la sección de tubo, donde la presión atmosférica en el exterior es (mucho) mayor que la presión en la sección de tubo. La Figura 12 muestra esto esquemáticamente.
Más de la mitad del peso del tubo está asociado con el revestimiento, y el grosor del revestimiento tiene una gran influencia en el rendimiento ante el pandeo. Al diseñar el tubo de manera que el revestimiento esté predominantemente en tensión, es menos propenso al pandeo, un fenómeno asociado con la carga compresiva. Aumentar la concavidad reduce la contribución del revestimiento a la rigidez vertical. Aumentar la sección del larguero aumenta la rigidez y la masa. La ubicación de los anillos puede inclinarse hacia el punto medio del tramo para tener un efecto mayor en los modos globales. Una modalidad del diseño tiene secciones rectas o nervaduras entre los largueros, de modo que el anillo es un polígono de n lados como se representa en la Figura 10 para un polígono de 11 lados. Sin embargo, esto no es tan efectivo como un anillo circunferencial curvado debido a que la distancia desde el eje del tubo hasta el centro de las nervaduras es más corta (ver Figura 10), lo que proporciona menos resistencia al pandeo global. Por lo tanto, es preferible que los anillos circunferenciales tengan una forma curva, tal como una forma circular, ovalada o elíptica.
La longitud de una sección de tubo no está fija. Típicamente, la longitud está entre 10 y 50 m. El estudio conceptual del Hiperbucle asume que una longitud de 30 metros es factible. Una longitud de este tipo puede transportarse por aire, tren o en un camión. Para aplicaciones de ETT, el diámetro del círculo inscrito en la sección 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 en sí misma. Si la sección de tubo es lo suficientemente fuerte y rígida, diámetros mayores de 5 m son concebibles sin apartarse de la invención como se reivindica. Además, el tubo no necesariamente es circular en secciones transversales. El tubo también puede ser ovalado, o cualquier otra forma adecuada.
Debido a los volúmenes involucrados con un tubo en un sistema ETT, se pretende fabricar el tubo a partir de tubos huecos y tiras laminadas en caliente. Al limitar el diseño a tiras de hasta 1600 mm de ancho, el material podría obtenerse de la mayoría de las fábricas o laminadores. Esto influirá en la longitud máxima de las secciones de revestimiento. Agregar más secciones agrega largueros adicionales que pueden ayudar con la rigidez vertical, pero también aumenta la longitud de las uniones por soldadura durante el ensamblaje, lo que genera costos adicionales.
Para la fabricación y ensamblaje, se prevé que el armazón esquelético se ensamble primero y luego se suelde el revestimiento al mismo.
Las secciones circunferenciales podrían fabricarse como un proceso adicional al final de la línea de producción de tubos laminados en caliente. Durante la fabricación de la sección rectangular hueca (RHS), se añadiría una estación adicional al final que doblaría el tubo en una espiral muy poco profunda en el diámetro correcto. Esta espiral sería entonces cortada en 1 revolución completa. Esta espiral de una sola vuelta solo necesita un pequeño ajuste lateral para convertirse en un anillo completo y circular. Mediante este método, el anillo tendría un estrés mínimo incorporado al convertirse en un anillo. El revestimiento podría formarse por laminación y/o fabricarse en una prensa de transferencia. Las soldaduras largas, rectas e ininterrumpidas en el revestimiento pueden facilitar la soldadura robótica de manera sencilla.
Las secciones de revestimiento de pared delgada, junto con los largueros longitudinales a los que se unen las secciones de revestimiento, preferentemente mediante soldadura a lo largo de sus bordes largos, forman el revestimiento hermético y, con la ayuda de los largueros longitudinales, resisten la presión externa. El hecho de que las secciones de revestimiento de pared delgada se curvan significa que las secciones de revestimiento están cargadas en tensión cuando la presión dentro del tubo es menor que en el exterior. Esta estructura de pared delgada, en combinación con las nervaduras, actúa para resistir los modos de pandeo globales. Como las secciones de revestimiento sobresalen hacia adentro debido a su curvatura, el diámetro del círculo inscrito en la sección de tubo es más pequeño que el círculo inscrito en el armazón esquelético que se forma por los largueros longitudinales y las secciones circunferenciales.
La sección de tubo de acuerdo con la invención logra una reducción significativa del peso. En comparación con la tira plana soldada en espiral, puede obtenerse la misma resistencia al pandeo con la sección de tubo de acuerdo con la invención, en donde la sección de tubo de acuerdo con la invención sería 3 veces más ligera que una sección de tubo equivalente que se forma a partir de una tira plana soldada en espiral.
La sección de tubo de acuerdo con la invención comprende un tubo hermético con un diámetro mínimo de 2 metros en su círculo inscrito. Es un concepto que puede producir tubos con diámetros pequeños y grandes (desde el tamaño más pequeño de tubo del Hiperbucle Alfa, con un diámetro interno de 2,23 metros, hasta tamaños más grandes). Este diseño usa menos material que un tubo equivalente de una sola pared de calibre, al tiempo que logra el mismo
rendimiento de resistencia al pandeo por presión externa, con una rigidez vertical aceptable entre los pilotes de soporte y tiene otros beneficios. Preferentemente, el diámetro del círculo inscrito en la sección de tubo, y por lo tanto el tubo que se produce al combinar las secciones del tubo, es al menos 2 metros, con mayor preferencia de al menos 3 metros, aún con mayor preferencia de al menos 4 metros. Un límite superior adecuado para este diámetro es de 5 m, aunque esto no es una limitación en sí misma. Si la sección de tubo es lo suficientemente fuerte y rígida, diámetros mayores de 5 m son concebibles sin apartarse de la invención como se reivindica.
La sección de tubo se fabrica preferentemente en una configuración de pared única. Las secciones de revestimiento de pared delgada proporcionan la hermeticidad para mantener las presiones muy bajas dentro del tubo. La sección de tubo se construye sobre la base de una armazón esquelético que se forma por secciones circunferenciales y largueros longitudinales. Las secciones circunferenciales forman los aros y los largueros longitudinales forman las duelas. El espacio entre los largueros se cierra con las secciones de revestimiento de pared delgada. Para mejorar la resistencia al pandeo y permitir mantener las secciones de revestimiento lo más delgadas posible, las secciones de revestimiento se proporcionan con una curvatura con un radio de curvatura R. La curvatura se extiende a lo largo de toda la longitud de las secciones de revestimiento de pared delgada. Este radio puede producirse fácilmente, por ejemplo, mediante laminación, y puede realizarse en el lugar. Preferentemente, todas las secciones de tubo son rectas en dirección longitudinal, de modo que los largueros y las secciones de revestimiento de pared delgada curvadas también son rectas a lo largo de su longitud. Las curvas en el tubo pueden acomodarse al unir secciones rectas del tubo en ángulo, debido a que la curvatura es muy pequeña. La pista puede curvarse dentro del propio tubo. Para una curvatura más grande, por ejemplo, si es absolutamente necesario, pueden usarse longitudes reducidas de las secciones rectas del tubo para lograr una mayor curvatura.
Los largueros longitudinales se conectan a la superficie interna de las secciones circunferenciales. Los largueros se montan en las secciones circunferenciales de manera sustancialmente equidistante para formar un armazón esquelético para fijar la sección de revestimiento de pared delgada. Los bordes largos de las secciones de revestimiento de pared delgada curvadas se montan de manera fija y hermética a los largueros longitudinales, preferentemente en la superficie interna de los largueros longitudinales. El punto medio (M) del radio de curvatura (R) de las secciones de revestimiento de pared delgada curvadas (5) se encuentra fuera de la sección de tubo.
La sección de tubo que se produce, por lo tanto, tiene la suficiente rigidez para manipularse mediante grúas o equipos similares y montarse en pilotes u otras estructuras de soporte. El armazón esquelético proporciona esta rigidez. Las secciones de revestimiento de pared delgada proporcionan la hermeticidad al tubo.
En una modalidad, uno, varios o todos los largueros longitudinales son tubos huecos. Estos pueden ser tubos redondos, tubos ovalados o tubos poligonales. Sin embargo, es una modalidad preferible que los largueros longitudinales sean tubos rectangulares o cuadrados, tales como los de la gama Celsius® de Tata Steels, ya que tienen bordes planos que los hacen más adecuados para conectar con los largueros longitudinales y las secciones de revestimiento de pared delgada. Estos tubos rectangulares también proporcionan cierta rigidez adicional.
En una modalidad, una o más de todas las secciones circunferenciales (4) son tubos rectangulares huecos. Estos tubos tienen rigidez adecuada y una mayor resistencia al pandeo. Preferentemente, los largueros longitudinales son tubos rectangulares o cuadrados, tales como los de la gama Celsius® de Tata Steels, ya que tienen bordes planos que los hacen más adecuados para conectarse a los largueros longitudinales.
Aunque es preferible que las secciones de revestimiento de pared delgada curvadas tengan suficiente resistencia por sí mismas, en otra modalidad, se proporcionan elementos de refuerzo adicionales (7) al elegir una combinación adecuada de curvatura y grosor después de conectarse a lo largo de sus bordes longitudinales a los largueros longitudinales. Estos elementos de refuerzo adicionales son preferentemente paralelos a los bordes cortos de la sección y pueden consistir en elementos separados que se fijan a la sección de revestimiento, o mediante el refuerzo de las propias secciones de revestimiento por medio de intrusiones orientadas hacia dentro o hacia fuera, como hendiduras o similares. Los patrones grabados en los revestimientos ayudan a aumentar el rendimiento local de pandeo del panel. Los elementos de refuerzo contra el pandeo local pueden ser refuerzos hendidos o salientes en la superficie de las secciones de revestimiento. "Hendidos" significa que las hendiduras reducen localmente el diámetro interno de la sección de tubo y, por lo tanto, se les llama "hendiduras orientadas hacia dentro". "Salientes" significa que las hendiduras aumentan localmente el diámetro interno de la sección de tubo y, por lo tanto, se les llama "hendiduras orientadas hacia fuera". Las hendiduras son preferentemente refuerzos hendidos. La forma de las hendiduras no es particularmente restrictiva, pero es ventajoso proporcionar las hendiduras en un patrón regular. Esta regularidad proporciona a la tira un comportamiento predecible, y las hendiduras pueden aplicarse por medio de una tecnología como la laminación o el prensado. La profundidad de las hendiduras puede adaptarse al caso específico.
En su forma más sencilla, las secciones circunferenciales se separan de manera equidistante a lo largo de la longitud de las secciones longitudinales de la sección de tubo. A modo de ejemplo no restrictivo: para una sección de tubo con una longitud (L) de 30 m, si se usan 11 secciones circunferenciales, entonces la distancia entre todas las secciones es de 3 m, con una sección circunferencial en cada extremo. Sin embargo, en una modalidad, la distancia entre las secciones circunferenciales varía a lo largo de la sección longitudinal. En una modalidad preferida, la distancia entre
las secciones circunferenciales es más pequeña en A L (la mitad de la longitud total), y más grande en ambos extremos. La distancia se variaría para optimizar la resistencia al pandeo de la sección de tubo.
Se debe señalar que las secciones circunferenciales en ambos extremos pueden ser las mismas secciones circunferenciales que se usan en otras partes del armazón esquelético, o pueden ser secciones circunferenciales específicas con una función de conexión que permite enlazar dos secciones de tubo adyacentes entre sí. A modo de ejemplo, estas secciones circunferenciales específicas pueden comprender dos secciones circunferenciales soldadas entre sí para obtener un anillo con el doble del ancho de las otras secciones circunferenciales, o la función de conexión puede incluir una junta de expansión para permitir cambios en la longitud como resultado de cambios de temperatura, por ejemplo.
Aunque la forma más simple de las secciones circunferenciales es circular, también pueden tener una forma ovalada o elíptica, lo cual puede ser particularmente relevante para las conexiones donde dos tubos se unen para continuar como uno solo. Las secciones transversales circulares, ovaladas o elípticas pueden, por ejemplo, producirse mediante el doblado los tubos en forma de espiral inmediatamente después de la producción. Al cortar la espiral y soldar los extremos los extremos entre sí, pueden producirse secciones circunferenciales circulares, ovaladas o elípticas cerradas.
En una modalidad, las secciones circunferenciales tienen una forma poligonal en lugar de circular, ovalada o elíptica. Aunque el número de lados podría ser tan poco como 3, podría usarse un número de 6 o 7. Sin embargo, por razones prácticas, el polígono preferentemente tiene al menos 8 lados. Estas secciones circunferenciales poligonales podrían producirse soldando tubos rectos entre sí.
Todos los elementos, los largueros longitudinales, las secciones circunferenciales y las secciones de revestimiento de pared delgada se producen preferentemente a partir de tiras de acero laminado en caliente. La tira de acero puede laminarse en caliente, opcionalmente galvanizada y/o recubierta orgánicamente, o laminarse en frío, recocida y opcionalmente galvanizada y/o recubierta orgánicamente. La tira de acero laminada o recubierta generalmente se proporciona en forma de una tira de acero enrollada. Si las secciones de revestimiento de pared delgada se producen en el lugar mediante el uso de una instalación de producción móvil directamente desde la tira enrollada, y se ensambla subsecuentemente la sección de tubo en el lugar, también se resuelven los problemas de transporte, ya que el transporte de bobinas no representa un problema.
En una modalidad, el número de largueros longitudinales a lo largo de las secciones circunferenciales es un número primo, por ejemplo, 11 largueros longitudinales. El inventor descubrió que tener un número primo de largueros longitudinales tiene un efecto beneficioso en la resistencia al pandeo porque para los modos globales no hay posibilidad de un patrón de forma de modo repetitivo divisible.
En una modalidad, uno o más, pero no todos, preferentemente menos de un tercio de los paneles, de las secciones de revestimiento de pared delgada son secciones de revestimiento con funcionalidad añadida, como una sección de revestimiento plana, por ejemplo, un panel de piso, o un panel de instalación para periféricos. Estos periféricos pueden ser rieles eléctricos, iluminación u otras partes de instalación necesarias para permitir que la sección de tubo funcione como parte de un sistema ETT o sistema de transporte de tubo evacuado. Además, las secciones podrían proporcionarse de escotillas para escape de emergencia o para el acceso durante el ensamble del Hiperbucle. Como piso, puede haber una necesidad de solo una ligera huella en los paneles internos, o ninguna huella que requiera un calibre más grueso, o un patrón tipo placa estriada antideslizante. Puede resultar más fácil instalar las escotillas de acceso y escape en las secciones antes de que sean ensambladas. También podrían usarse extensiones de los largueros para montar accesorios como los rieles de guía del módulo en un sistema ETT. Los rieles del módulo ETT podrían montarse directamente en los largueros, potencialmente requiriendo largueros de diferentes tamaños o calibres si es necesario.
La invención también se realiza en un tubo del sistema de transporte de tubo evacuado que comprende una pluralidad de secciones de tubo de acuerdo con la invención, en donde la presión fuera del tubo es la presión atmosférica y en donde la presión dentro del tubo es inferior a 0,1 bar, preferentemente menos de 0,01 bar (10 mbar), aún con mayor preferencia menos de 5 mbar o incluso de 2 mbar. En aplicaciones en la superficie, la presión fuera del tubo es la presión atmosférica de aproximadamente 1 bar. Las secciones individuales del tubo completadas pueden combinarse para formar un tubo continuo que forma parte de un sistema ETT. Un tubo de este tipo se beneficia de la alta resistencia al pandeo, a pesar de las secciones de revestimiento de pared delgada y el armazón esquelético relativamente abierto que funciona como columna vertebral del tubo. Las secciones de tubo adyacentes pueden conectarse mediante el uso de un anillo de conexión, que también puede funcionar como una junta de expansión. El tubo para una aplicación en condición de presión negativa, como un sistema ETT, se divide en secciones de tubo de un tamaño manejable. La sección de tubo se conecta de forma fija a otras secciones de tubo para formar el tubo (ver la Figura 11). La conexión entre las secciones de tubo debe ser hermética para permitir que exista una baja presión en el tubo. Esta hermeticidad puede proporcionarse mediante la conexión en sí misma, es decir, debido a la soldadura, o mediante algún compuesto entre las secciones de tubo, como un elastómero, cuando las secciones de tubo se atornillan o sujetan entre sí, o por medio de una junta de expansión para manejar la expansión térmica de las secciones de tubo.
Una ventaja adicional del armazón esquelético es que también puede servir como base para montar periféricos en el exterior de la sección de tubo o del tubo en sí. Por ejemplo, podrían montarse paneles solares en la parte superior del tubo. Además, dado que se espera que el tubo esté mayormente suspendido en el aire desde pilotes, una de las formas más probables de daño será causada por árboles altos o postes de telégrafo que golpeen el tubo. En comparación con otros diseños de tubos ETT, con el armazón esquelético externo se proporciona una protección superior.
La sección de tubo de acuerdo con la invención es adecuada para construir un sistema de transporte de tubo evacuado. Sin embargo, las propiedades específicas de la sección de tubo y su capacidad para funcionar en condiciones en donde la presión que se ejerce sobre ella desde fuera del tubo, que se produce a partir de estas secciones de tubo es significativamente mayor que la presión en el tubo, también la hacen adecuada para aplicaciones de tubos que operan bajo condiciones de presión similares. Ejemplos de estas aplicaciones son túneles subterráneos o submarinos para el tráfico, como túneles para bicicletas, túneles para automóviles, túneles para trenes, túneles de mantenimiento o conductos, tubos en estaciones hidroeléctricas, sistemas de almacenamiento de gas en los que ocurre o puede ocurrir presión negativa, etc.
Breve descripción de las figuras
La invención se explicará ahora por medio de las siguientes figuras, que no son limitativas.
La Figura 1 muestra dos largueros longitudinales que se forman de secciones huecas cuadradas de 140 x 140 mm y 5 mm de grosor. En este ejemplo, la longitud L es de 30 m.
La Figura 2 muestra los largueros longitudinales de la Figura 1 junto con 11 secciones circunferenciales, en este ejemplo de forma circular. Las secciones son secciones huecas rectangulares de 120x80 con un grosor de pared de 6,3 mm.
La Figura 3 muestra el armazón esquelético de una sección de tubo que se forma por los largueros longitudinales y las secciones circunferenciales. Las secciones circunferenciales en el extremo del armazón se han omitido para mayor claridad. Como se explicó anteriormente, estas secciones circunferenciales pueden ser iguales que las otras secciones circunferenciales o pueden adaptarse específicamente para conectar dos secciones de tubo adyacentes.
La Figura 4 muestra un ejemplo de una sección de revestimiento de pared delgada que, en este ejemplo, se proporciona de elementos de refuerzo adicionales (7) que se extienden de forma paralela al borde corto de la sección de revestimiento. Es muy claro que la sección de revestimiento se curva a lo largo del eje longitudinal. En este ejemplo, los elementos de refuerzo son hendiduras orientadas hacia fuera. En este ejemplo, la sección de revestimiento se fabrica de lámina de acero laminada en caliente de 5 mm.
La Figura 5 muestra la sección de revestimiento de la Figura 4 que se fija al armazón de la Figura 3. En este ejemplo, la ubicación de los elementos de refuerzo coincide con la ubicación de las secciones circunferenciales. La conexión entre los largueros longitudinales y los bordes largos de la sección de revestimiento es hermética al aire, y la conexión se realiza preferentemente mediante soldadura (tal como soldadura láser, soldadura híbrida láser, soldadura por arco de metal con gas, o cualquier otra forma adecuada de soldadura).
La Figura 6 muestra la sección de tubo completada, nuevamente sin las secciones circunferenciales en ambos extremos.
La Figura 7 muestra la sección de tubo completada, vista desde el lateral, que muestra claramente que la distancia entre las secciones circunferenciales es diferente en el centro de la sección de tubo en comparación con los extremos. El tubo en este ejemplo tiene un tamaño que proporciona un área de sección transversal interna equivalente a un tubo de diámetro de 4,5m.
La Figura 8 muestra una sección transversal de la sección de tubo, destacando los tres elementos principales: los largueros longitudinales (3), la sección circunferencial (4) y las secciones de revestimiento (5). Se muestra claramente que un borde plano del larguero se fija, por ejemplo, mediante soldadura, al borde plano interior de la sección circunferencial. Además, se muestra claramente que los bordes de la sección de revestimiento se fijan al larguero, por ejemplo, mediante soldadura. En este ejemplo, el borde de una sección de revestimiento se fija a una esquina del larguero. Esta es la distancia más corta entre los dos largueros adyacentes, por lo que es la ubicación más eficiente en términos de material y la ubicación más accesible. Sin embargo, aunque no sea la opción preferible, también sería posible fijar la sección de revestimiento a otra ubicación del larguero, por ejemplo, a media altura del larguero, más hacia la sección circunferencial. De esta manera, el círculo inscrito podría aumentarse ligeramente.
La curvatura de la sección de revestimiento se indica por medio del radio R y el punto medio M. Se considera esencial que el punto medio M se encuentre fuera de la sección de tubo. Si el punto medio se encuentra dentro de la sección de tubo, entonces o bien la curvatura de la sección de revestimiento es demasiado grande (ver Figura 9a), lo que resulta en un uso excesivo de material, un círculo inscrito demasiado pequeño y propiedades desfavorables de pandeo, o la curvatura es de manera que el punto medio se encuentra dentro del tubo (ver Figura 9b), lo que significa que las secciones de revestimiento no están cargadas en tensión, sino en compresión, lo cual es muy desventajoso para la resistencia al pandeo.
La Figura 10 muestra un ejemplo de las secciones circunferenciales poligonales, en lugar de la circular de la Figura 8. El carácter poligonal de la sección significa que la distancia desde el punto medio hasta la sección circunferencial no es constante (ver la longitud de las flechas en la Figura 10), lo que hace que el centro de cada sección plana
(la distancia más corta entre el punto medio y la sección circunferencial) sea menos efectivo para resistir el pandeo global.
La Figura 11 muestra una parte de un tubo del sistema de transporte de tubo evacuado (1) que comprende una pluralidad de secciones de tubo (2) en una aplicación en la superficie, en donde la presión fuera del tubo es la presión atmosférica y la presión dentro del tubo es inferior a 0,1 bar. El tubo está soportado, por ejemplo, por pilotes (se representan esquemáticamente solo en el lado derecho).
La Figura 12 muestra la situación en la que el tubo (1) está sometido a una diferencia de presión (Pexterna = 1 bar, Pinterna = (mucho) menor que 1 bar). En dependencia de la diferencia de presión Pexterna-P intema, la fuerza (Fpresión) ejercida sobre los paneles de revestimiento aumenta. Cuanto mayor sea esta fuerza, mayor será el estrés de tensión en el panel de revestimiento entre los largueros a los que se une el panel de revestimiento. La fuerza ejercida sobre los paneles de revestimiento solo causa un estrés de tensión en la dirección entre los largueros. Tan pronto como la diferencia de presión sea cero, la Fpresión también se convierte en cero. Entonces solo hay un estrés de tensión en los paneles de revestimiento si hay una diferencia de presión entre el exterior y el interior del tubo, lo cual es el caso en todas las aplicaciones en condiciones de presión negativa. Durante la construcción de la sección de tubo y durante la construcción del tubo que comprende una pluralidad de secciones de tubo, no hay tensión en los paneles de revestimiento siempre y cuando no haya diferencia de presión entre el exterior y el interior del tubo.
Claims (14)
1. Sección de tubo (2), que tiene una longitud L, para construir un tubo (1) adecuado para aplicaciones en condiciones de presión negativa, con un círculo inscrito que tiene un diámetro de al menos 2 m, en donde la sección de tubo comprende una pluralidad de largueros longitudinales (3), una pluralidad de secciones circunferenciales (4) y una pluralidad de secciones de revestimiento de pared delgada (5) que tienen un radio de curvatura R y en donde la curvatura se extiende a lo largo de toda la longitud de las secciones de revestimiento de pared delgada,
en donde los largueros longitudinales (3) se conectan a la superficie interna (4a) de las secciones circunferenciales (4), en donde la pluralidad de largueros longitudinales (3) se montan en las secciones circunferenciales de manera sustancialmente equidistante para formar un armazón esquelético (6) para fijar las secciones de revestimiento de pared delgada (5);
en donde los bordes largos de las secciones de revestimiento de pared delgada (5) se montan de forma fija y hermética a los largueros longitudinales (3), en donde el punto medio M del radio de curvatura R de las secciones de revestimiento de pared delgada curvadas (5) se encuentra fuera de la sección de tubo, y en donde, en uso en una aplicación en condiciones de presión negativa, las secciones de pared delgada entre los largueros están cargadas en tensión.
2. Sección de tubo (2) de acuerdo con la reivindicación 1 en donde i). uno, varios o todos los largueros longitudinales (3) son huecos, y/o en donde ii). una, varias o todas las secciones circunferenciales (4) son huecas.
3. Sección de tubo (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las secciones de revestimiento delgada curvadas (5) se proporcionan con elementos de refuerzo adicionales paralelos a los bordes cortos de la sección.
4. Sección de tubo (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la distancia entre las secciones circunferenciales (4) es menor hacia el centro de la sección de tubo en A L que en ambos extremos de la sección de tubo.
5. Sección de tubo (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las secciones circunferenciales (4) tienen una forma curvada, y preferentemente una forma circular, ovalada o elíptica.
6. Sección de tubo (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una, varias o todas las secciones circunferenciales (4) son polígonos con al menos 8 lados.
7. Sección de tubo (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde uno, varios o todos los largueros longitudinales (3) son tubos rectangulares.
8. Sección de tubo (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una, varias o todas las secciones circunferenciales (4) son tubos rectangulares.
9. Sección de tubo (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde uno, varios o todos los largueros longitudinales (3) o las secciones circunferenciales (4) se producen a partir de una tira de acero laminada en caliente.
10. Sección de tubo (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el número de largueros longitudinales (3) a lo largo de las secciones circunferenciales (4) es un número primo.
11. Sección de tubo (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una o más, pero menos de un tercio, de las secciones de revestimiento de pared delgada (5) son secciones de revestimiento planas, por ejemplo, un panel de suelo o un panel de instalación para periféricos.
12. Sección de tubo (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde se proporcionan paneles solares en la parte superior de la sección de tubo y se fijan a uno o más de los largueros longitudinales (3) y/o a una o más de las secciones circunferenciales (4).
13. Tubo del sistema de transporte de tubo evacuado (1) que comprende una pluralidad de secciones de tubo (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde la presión fuera del tubo es la presión atmosférica y en donde la presión dentro del tubo es inferior a 0,1 bar.
14. Tubo (1) de acuerdo con la reivindicación 13 en donde dos o más secciones de tubo adyacentes (2) se conectan por medio de una junta de expansión.
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