如果电梯口留1米x2.62米x2米电梯井够用吗做好真空是多少？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-11-19 19:50 标签： 2米x2米电梯井够用吗

有科学家提出太空电梯的设想，如果条件具备，当然是有可行性的，而且这是人类早晚要迈出去的一步。我们诞生于地球，但绝不能灭亡于地球！星际殖民是必须要做的事情。太空电梯，就是星际殖民的基础设施。

1、太空电梯有什么用处？

在反引力、时空跳跃等玄幻科技出现之前，去往其他星系只能依靠恒星际飞船。漫长的旅程和凶险的星际环境要求飞船必须携带足够的燃料（聚变或反物质）、有足够高效的推进系统、有自给自足的生态循环系统、有强大可靠的生命保障系统……这样一算，一艘能载千人的恒星际飞船，其重量怎么也得五万吨，想从地面把它发射到太空有点儿不现实。

而太空电梯可以完美解决这个问题。我们可以用很低的成本把人员和各种材料运上太空，建设太空船坞，在太空中组装飞船。这样可以省下巨量的发射成本，也不用斤斤计较飞船的重量了。而且由于太空电梯终点站在3.6万公里以上高度，随地球自转一同旋转，它的速度也是非常高的，从这里发射飞船的话，只需要很小的加速度，就可以摆脱太阳系引力了。

太空电梯主体就是一根"绳"，一端连接地球，另一端连接四万公里高处的终点站——平衡锤。这个平衡锤与地球自转同步，始终位于地球表面某一点的上空。太空电梯这个设想并不复杂，但想让它成为现实，难点颇多，人类目前的科技水平还是略显稚嫩。

现在能想到的最接近强度要求的材料就是碳纳米管。目前，人类仅能制造几毫米长度的碳纳米管，离生产几千米长、能组合成绳索的要求还差很远呢。另外缆索结构并不简单，它中间还要布置大量超导磁体，和各种导线为磁浮升降舱供能，四万公里缆索总重量估计将超过一万吨。建设过程中，只能先建终点平衡锤，从太空把缆索"垂"到地表。这里面又是一堆技术障碍，比如轨道高度维持和同步保持。

难点之二：太空终点站。

地球同步轨道位于3.6万公里高空，但为了平衡缆索重量，终点平衡锤必须大于这个高度，达到4万公里才能维持整个体系的平衡，保证平衡锤不会和缆索一起砸到地上。建设终点平衡锤的难点在经济上，因为它必须用火箭一点一点的发射到太空。现在每公斤货物的发射成本是十多万块钱，这十多万吨的平衡锤光是分批发射到轨道，就已经是天文数字的耗资了。

"难点"之三：地面基站。

太空电梯基站最好建在赤道上，以便使终点站处速度更高，更利于飞船发射。地址嘛，在赤道选择一块地质构造稳定的地方就可以了。如果想避免领土主权问题，也可以将基站建成巨型海上机动平台，这更好，还能起到一定调节缆索的作用呢。这个应该算不上什么难点，交给基建狂魔，半年搞定。

难点之四：超高速升降舱。

如果升降舱速度是每小时1000公里，跑完40万公里得400个小时，加上加速段和减速段，我的天，得将近20天才能到终点，太慢了吧。所以升降舱肯定不能用轮子或吊索驱动，必须磁悬浮！这样才有望在大气层外加速到每小时一万公里，在两三天内到达终点站。

综上，太空电梯主要是这四大部件，同时也是四大难点。如果全人类通力合作共同攻关，技术上并没有不可逾越的障碍。这总比超时空、钻虫洞、反引力、真空能、曲率驱动……之类靠谱多了吧？太空电梯设想完全具有可行性，一次投入，终身受益，是个好方案！

随着人们生活水平的提高，除了高楼层之外，别墅、轮船、餐厅、图书馆、商业圈等低楼层的场所，对电梯安装的需求也日益增加。在上述低楼层场所中，尤其是针对已建成建筑物，由于传统电梯存在占地面积大、安装复杂等问题，其普及受到一定程度的限制。此时，一种小巧、便于安装、外观时尚的电梯就显得十分必要。

真空电梯是一种利用气压差提供动力的电梯，具有占地面积小、环保、可快速安装，以及无需底坑、起重设备和机房等特点，并可采用独特的全景设计，在低楼层场所的电梯安装或改造方面具有独特的优势。

本文将对真空电梯的基本原理、结构设计等进行介绍，对真空电梯的发展历史进行综述，并对真空电梯的有关专利情况及发展方向进行总结。希望能帮助人们了解这一新型产品，帮助更多的学者进行相关研究。

1 真空电梯的基本原理

图1所示为真空电梯基本原理图。真空电梯利用真空泵在轿厢上方形成真空，轿厢下方与大气相通为大气压，二者通过轿厢顶部的密封环实现密封。

1-大气压区；2-轿厢密封；3-真空区；4-真空泵

图1 真空电梯基本原理图

真空电梯运行包括上行和下行两个阶段——

当真空电梯处于上行阶段时：首先利用真空泵抽出轿厢上方的空气，使得轿厢上方空间的空气压强变小，与轿厢下方的压差增加，轿厢在压差作用下，克服重力和摩擦力等，按照设定的速度上行。

当真空电梯处于下行阶段时：与轿厢上方空间相连的真空阀门打开，释放部分空气进入轿厢上方空间，轿厢上方空间的空气压强变大，与轿厢下方的压差减小，轿厢在压差、重力和摩擦力等的共同作用下，按照设定的速度下行。

由控制系统控制真空泵的抽速及真空阀门的开度，实现稳定上行和下行：当轿厢即将到达目标楼层时，导轨或井道上的定位传感器（如激光测距传感器）接受到信号并反馈给控制系统，控制系统发出指令，调节真空泵抽速或真空阀门开度，进而调节真空区气压，实现轿厢的减速运行。当轿厢到达目标楼层停止位置时，平层机构动作，使轿厢稳定停靠在指定位置。此时电梯井道门方可开启，乘客进出电梯。

2 真空电梯的基本结构

真空电梯的结构相比于传统电梯要简单很多。目前通用的传统电梯一般包括机房、井道、底坑、轿厢和层站等组成部分，通过曳引系统、导向系统、轿厢系统、门系统、平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统等确保电梯运行，其占地空间较大，对井道要求高，生产、使用和维护成本高。

真空电梯从结构上大体可分为井道、轿厢、密封、真空系统、控制系统及辅助结构等，没有传统电梯的机房、底坑等，其占地面积小，还免掉了钢丝绳、曳引轮等装置，结构简单，维护方便，容易安装。除了框架，真空电梯几乎可以做成全透明，非常美观，被称为“世界上最轻巧的时尚电梯”。图2为真空电梯实物图。

真空电梯井道部分从功能上可分为大气气压段、真空密封段和顶部动力段。整个井道采用分节式结构，各节根据实际楼层高度和结构需求长度不同，但均由一定数量的立柱（铝或不锈钢等）、透明圆弧板（聚碳酸酯等）和圆弧加强筋构成（见图3）。

井道安装时不需要脚手架，只需利用滑轮组升降安装即可。井道立柱作为导轨，为轿厢上下运动提供导向，并可防止轿厢旋转。层门安装于井道上，上面有门把手、外召盒、呼梯按键及层门锁等，开门方向可根据房屋结构设计。

在大气气压段：整个井道底部的井道壁上开有一定数量的小孔，用以保持轿厢底部压强始终为大气压强。

在真空密封段：井道与轿厢之间设有密封部件，用以保持轿厢上部的低压状态（真空）。

在顶部动力段：井道最顶端的密封隔间内设有真空系统和控制系统。真空系统根据需求，可直接安装在井道最顶端（一体式），也可以通过管道连接安装在室外（分体式）。

真空电梯轿厢部分可分为轿底、轿厢立柱、轿顶、密封隔板等（见图4）。

轿底装有称重机构，用以防止超载。同时轿底底部可设置弹簧，用以落地时减震。轿底与轿顶通过轿厢立柱连接。

轿顶安装有轿顶灯、通风扇等，并且在轿顶上方安装有密封隔板，实现轿厢上部真空密封段和轿厢下部大气气压段的密封。密封隔板与轿顶之间的空间内设有平层锁止机构、安全钳、刹车装置等，能在轿厢到达指定楼层的上、下极限位置时完成制动及锁定，同时防止轿厢上方真空区发生泄漏时出现坠梯。

此外，轿厢内部还可根据需求，安装按键面板、应急电话、电梯扶手及座位等。

真空电梯的密封分为静密封和动密封两种。

静密封主要包括以下几部分——

井道壁与立柱的密封：可以采用橡胶垫密封并涂抹密封胶；

加强筋与井道壁的密封：可以采用橡胶垫密封；

加强筋与井道立柱之间的密封：橡胶垫密封；

层门处的密封：可以采用密封条进行密封，同时在压差作用下也可进一步保证密封的可靠性；

两节井道之间的密封：法兰式密封结构或密封胶密封。

动密封主要为轿厢顶部密封隔板与井道、导轨之间的密封。该处动密封可采用多道密封环或者具有一定高度的密封面进行密封。由于透明井道壁在压差作用下能产生一定的形变，进而压紧密封件，因此设计及安装动密封件时，密封件与井道之间不必密封过紧，满足在抽速允许的范围内形成压强差即可。

（4）真空电梯其他辅助机构

真空电梯辅助结构包括随行电缆、备用电源、锁梯钥匙开关、到站感应装置、限位开关等。图5所示为真空电梯部分辅助装置（随行电缆、锁梯钥匙开关等）。

图5 真空电梯部分辅助装置

本文发表于《真空》杂志2019年第6期

原文标题：真空电梯现状与发展趋势探讨

本文作者：刘朝，邢洪硕，苏家豪，张钧深，梁帅，谢元华，韩进

作者单位：东北大学机械工程与自动化学院

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