Úvaha nad vysokorychlostními vlaky
Do rubriky "Od čtenářů" jsme zařadili článek od pana Vladislava Černého, tč. studenta U3V, jehož celoživotním chlebem byly železnice včetně nejmodernějších projektů.
Článků v rubrice: 438
19. dubna 2017
Maglev je zážitek
Říká se, že alespoň část budoucí dopravy se bude zakládat na magnetické levitaci. Není to sci-fi, takové vlaky již jezdí. Také se říká, že jde o sice nejrychlejší, ale nejdražší způsob dopravy. Není to pravda. Projížďka šanghajským maglevem z města na letiště Pudong a zpět je levnější než cesta francouzským Rhonexpressem spojujícím Lyon s letištěm Saint Exupéry. A maglev umí až 430 km/h, zatímco Rhonexpress se plouží jen stovkou. Pojďme se poučit do Informačního centra maglevu přímo v Šanghaji. Vlak i dráhu postavila německá firma Siemens.
Fotogalerie (14)
Maglev nemá koleje, jen rovnou betonovou dráhu (foto autorka)
Anglickou zkratku maglev (magnetická levitace) používal již v 60. letech fyzik Howard Coffey, držitel několika patentů na pohonné a stabilizační systémy založené na supravodivých magnetech. Od 70. let tento systém dopravy zkouší Německo pod názvem Transrapid na několika zkušebních tratích, například v Emslandu, Dolním Sasku. V letech 1984 až 1991 byla v provozu zkušební magnetická městská dráha v Berlíně, takzvaná M-Mahn Transrapid Versuchsanlage. Od 70. let zkoušejí magnetickou levitaci i Japonci. Od roku 1996 jezdí JR-Maglev na zkušební trati v prefektuře Jamanaši. Trať vede převážně v tunelech. Nízkorychlostní maglev jezdil v roce 2005 na Expo v Aichi. Jediným komerčním projektem však zůstává maglev provozovaný od prosince 2002 jako příměstská dráha mezi městem Šanghaj a mezinárodním letištěm Pudong. Japonsko plánuje zprovoznit po roce 2027 magnetickou dráhu z Tokia do Nagoje.
Jak funguje
Vlak se pohybuje na polštáři magnetického pole, které vytváří soustava supravodivých magnetů zabudovaných jak v trati, tak v podvozku vlaku. Vlak nemá kola a vznáší se několik centimetrů (5 až 10) nad betonovou dráhou nahrazující kolejnice.
Všechny vlaky typu maglev jsou poháněné lineárními indukčními motory. Hlavní výhodou lineárních motorů je z hlediska konstrukce nepřítomnost mechanických převodů. Používají se dva typy.
Synchronní motor s dlouhým statorem má statorové vinutí rozvinuté do roviny podél celé pojezdové dráhy – tedy třeba i mnoho kilometrů. Sekundární část (rotor) je umístěná na vagónu a je tvořená permanentními magnety. Přivedením řídicího proudu do vinutí vznikne magnetické pole mezi oběma částmi, čímž se vagón rozpohybuje. Motory umožňují zrychlení až 5 G a rychlost posuvu 6 m/s. Tento typ se používá u vysokorychlostních maglevů, jako je šanghajský, německý Transrapid a japonský MLX.
Lineární motor s krátkým statorem má stator umístěný na vagónech a rotor upevněný na vodicí dráze. Energie se dodává bezkontaktně mezi vlakem a dráhou. Toto uspořádání se používá u nízkorychlostních maglevů pro příměstskou dopravu nebo např. u vlaku, který vozil návštěvníky výstavy Expo 2005 v japonském Aichi rychlostí 160 km/h.
Elektřinu o napětí 110 kV maglev získává z veřejné sítě, transformuje ji na 20 kV a 1,5 KV, přes usměrňovač přemění proud na stejnosměrný a potom zpět na střídavý v rozmezí frekvencí 0 až 300 Hz. Kabely a spínací stanice napájejí dlouhý stator podél vodicí dráhy, čímž se generuje pohonná síla mezi statorem a palubními magnety.
Rychlost
Rychlost vlaků teoreticky téměř nic neomezuje. První rekord v roce 2005 vytvořili Japonci (581 km/h) a v roce 2015 si ho rychlostí 603 km/h sami překonali. V praxi je rychlost limitovaná spotřebou energie a aerodynamickým odporem. Tento problém se snaží vyřešit projekty navrhující provozovat dráhu v tunelech zbavených vzduchu až ke hranici vakua. S magnetickou levitací v uzavřených trubicích alespoň pro počáteční urychlení počítá i nejnovější projekt Elona Musca Hyperloop. Toto řešení se navrhuje i pro tzv. transatlantický tunel – 5 000 km dlouhý tubus pod hladinou moře, který by měl spojit Evropu se severní Amerikou. Zde by vlaky hypoteticky jezdily neuvěřitelnou rychlostí až 8 000 km/h, tedy díky neexistenci tření a odporu vzduchu rychleji, než kulka letící ze střelné zbraně. Šanghajský maglev ujede vzdálenost 30 km za 8 minut, tedy průměrnou rychlostí přes 220 km/h. Po třech a půl minutách od rozjezdu urazí asi 12,5 km, pokračuje cestovní rychlostí 430 km/h a pak zpomaluje opět na úseku dlouhém 12,5 km. 12. 11. 2003 dosáhl rychlosti 501 km/h, nejvyšší ze všech komerčně provozovaných drah.
Dráha pro maglev
Stavba tohoto zvláštního vlaku i jeho tratě byla velmi náročná. Tratě pro maglev jsou poměrně nákladné, protože se z bezpečnostních důvodů staví převážně na mostech nebo v tunelech. V Šanghaji je měkká půda, a proto stavitelé museli do vodicí dráhy zabudovat speciální nastavitelné spoje, které umožňují vyrovnávat změny způsobené sesedáním půdy. Betonové nosníky dráhy podléhají rozpínání a smršťování způsobenému změnami teploty, dráha se tedy musí umět vypořádat i s těmito deformacemi. Odměnou je, že dráha a další technologie jsou méně náročné na údržbu, protože vlak neprodukuje žádné výfukové zplodiny ani hluk. Při přepravě stejného množství cestujících spotřebuje třikrát méně energie než auto, a pětkrát méně než letadlo. Ve skutečnosti maglev spotřebuje k jízdě méně energie, než provoz jeho klimatizace. Dokáže i stoupat do příkřejšího svahu a projíždět ostřejší oblouky než běžný vlak.
Bezpečnost především
Maglev, přestože jezdí rychlostí 430 km/h, je bezpečnější než jiné dopravní systémy. Jeho unikátní brzdné systémy jej bezpečně zastaví. Pro případ potřeby rychlého zastavení vlaku jsou k dispozici tři nezávislé systémy. Elektromagnetický brzdný systém, který mění kinetickou energii vlaku v elektrickou změnou práce lineárního motoru. Vlak tak brzdí bez jakéhokoliv kontaktu. Druhým způsobem je naopak smykové brzdění. Pokud v nejhorším případě dojde ke ztrátě vnějšího i vnitřního napájení, vlak se zastaví třením podpůrných „skluznic“ pod vagóny. Třetí brzdný systém je založen na vířivých proudech generovaných v postranních vodicích kolejnicích na obou stranách dráhy. Potřebnou energii dodají baterie na palubě vlaku. (Vysvětlení brzdicí schopnosti vířivých proudů podal náš čtenář v článku http://www.3pol.cz/cz/rubriky/bez-zarazeni/367-bleskova-aprilova-soutez)
Praktické informace
Maglev jezdí ze Šanghaje ze stanice Longyang, kde je také v prvním patře informační centrum (muzeum), na mezinárodní letiště Pudong. V provozu je denně od 6:45 do 21:45 h v 15 až 20 minutových intervalech. Cesta 30 km trvá 8 minut. Zpáteční jízdenka stojí 80 juanů, což je asi 290 Kč. Má vlastní webstránku http://www.smtdc.com/en/index.html
Nejnovější články
Startuje další fyzikální soutěž Vím proč
Do konce dubna se mohou žáci základní a středních škol přihlašovat do soutěže „Vím proč“ o sto tisícové výhry.
Hrozba sociálních médií? 10 příkladů
Platformy sociálních médií změnily způsob života. Spojujeme se, učíme se, sdílíme informace. Pohodlí sdílení osobních údajů však může také vystavit uživatele různým bezpečnostním rizikům.
Litevské lasery
Lasery, široce používané ve vědě a průmyslu, dnes otevírají úžasné možnosti v různých oborech – od polovodičů, spotřební elektroniky až po lékařské aplikace.
Gravitační díra v Indickém oceánu
V Indickém oceánu je oblast, kde je slabší gravitace, nižší než je průměrná jinde na hladině moří. Prohlubeň leží v Lakadivském moři asi 1 200 km jihozápadně od Indie a byla objevena v roce 1948.
Nejnovější video
Stellarátory - budoucnost energetiky?
Zjímavý průřez historií jaderné fúze a propagace jednoho ze směrů výzkumu - stellarátorů. množstvím animací i reálných záběrů podává srovnání se současnými tokamaky.
