Sú vlaky maglev dopravou budúcnosti? Ako funguje maglev vlak?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Od chvíle, keď ľudstvo vynašlo prvé parné lokomotívy, ubehlo už viac ako dvesto rokov. Pozemná železničná doprava prepravujúca pasažierov a ťažké náklady pomocou elektriny a motorovej nafty je však stále veľmi bežná.

Stojí za to povedať, že všetky tie roky inžinieri a vynálezcovia aktívne pracovali na vytváraní alternatívnych spôsobov pohybu. Výsledkom ich práce boli vlaky na magnetických vankúšoch.

História vzhľadu

Samotná myšlienka vytvorenia vlakov na magnetických vankúšoch sa aktívne rozvíjala na začiatku dvadsiateho storočia. Tento projekt však v tom čase nebolo možné zrealizovať z viacerých dôvodov. Výroba takéhoto vlaku sa začala až v roku 1969. Vtedy bola na území Nemeckej spolkovej republiky položená magnetická dráha, po ktorej malo prechádzať nové vozidlo, ktoré sa neskôr nazývalo maglev. Bol spustený v roku 1971. Prvý vlak maglev, ktorý sa volal Transrapid-02, prešiel po magnetickej dráhe.

Zaujímavým faktom je, že nemeckí inžinieri vyrobili alternatívne vozidlo na základe záznamov vedca Hermanna Kempera, ktorý v roku 1934 získal patent potvrdzujúci vynález magnetickej roviny.

„Transrapid-02“sa dá len ťažko nazvať veľmi rýchlym. Mohol sa pohybovať maximálnou rýchlosťou 90 kilometrov za hodinu. Jeho kapacita bola tiež nízka – iba štyria ľudia.

V roku 1979 bol vytvorený pokročilejší model maglev. Tento vlak s názvom „Transrapid-05“už mohol odviezť šesťdesiatosem cestujúcich. Pohyboval sa po trati nachádzajúcej sa v meste Hamburg, ktorej dĺžka bola 908 metrov. Maximálna rýchlosť, ktorú tento vlak vyvinul, bola sedemdesiatpäť kilometrov za hodinu.

V tom istom roku 1979 bol v Japonsku uvedený na trh ďalší model maglev. Volala sa „ML-500“. Japonský vlak na magnetickom vankúši vyvinul rýchlosť až päťstosedemnásť kilometrov za hodinu.

Konkurencieschopnosť

Rýchlosť, ktorú dokážu vyvinúť vlaky s magnetickým vankúšom, sa dá prirovnať k rýchlosti lietadiel. V tomto ohľade sa tento druh dopravy môže stať vážnym konkurentom tých leteckých liniek, ktoré fungujú na vzdialenosť až tisíc kilometrov. Širokému použitiu maglevov bráni skutočnosť, že sa nemôžu pohybovať po tradičných železničných povrchoch. Vlaky na magnetických vankúšoch musia postaviť špeciálne diaľnice. A to si vyžaduje veľkú investíciu kapitálu. Tiež sa verí, že magnetické pole vytvorené pre maglevy môže negatívne ovplyvniťľudské telo, čo nepriaznivo ovplyvní zdravie vodiča a obyvateľov regiónov nachádzajúcich sa v blízkosti takejto trasy.

Princíp činnosti

Vlaky s magnetickým vankúšom sú špeciálnym druhom dopravy. Počas pohybu sa zdá, že maglev sa vznáša nad železničnou traťou bez toho, aby sa jej dotkol. Je to spôsobené tým, že vozidlo je riadené silou umelo vytvoreného magnetického poľa. Počas pohybu maglevu nedochádza k treniu. Brzdná sila je aerodynamický odpor.

Ako to funguje? Každý z nás pozná základné vlastnosti magnetov z hodín fyziky šiesteho ročníka. Ak sa dva magnety spoja so svojimi severnými pólmi, budú sa navzájom odpudzovať. Vytvorí sa takzvaný magnetický vankúš. Pri spájaní rôznych pólov sa magnety navzájom priťahujú. Tento pomerne jednoduchý princíp je základom pohybu vlaku maglev, ktorý doslova kĺže vzduchom v nepatrnej vzdialenosti od koľajníc.

V súčasnosti sú už vyvinuté dve technológie, pomocou ktorých sa aktivuje magnetický vankúš alebo odpruženie. Tretia je experimentálna a existuje iba na papieri.

Elektromagnetické odpruženie

Táto technológia sa nazýva EMS. Je založená na sile elektromagnetického poľa, ktoré sa časom mení. Spôsobuje levitáciu (vzostup do vzduchu) maglevu. Pre pohyb vlaku sú v tomto prípade potrebné koľajnice v tvare T, ktoré sú vyrobené zvodič (zvyčajne vyrobený z kovu). Týmto spôsobom je prevádzka systému podobná klasickej železnici. Vo vlaku sú však namiesto párov kolies nainštalované nosné a vodiace magnety. Sú umiestnené paralelne s feromagnetickými statormi umiestnenými pozdĺž okraja stojiny v tvare T.

Hlavnou nevýhodou technológie EMS je potreba kontrolovať vzdialenosť medzi statorom a magnetmi. A to aj napriek tomu, že to závisí od mnohých faktorov, vrátane nestabilného charakteru elektromagnetickej interakcie. Aby sa predišlo náhlemu zastaveniu vlaku, sú na ňom nainštalované špeciálne batérie. Sú schopné dobíjať lineárne generátory zabudované v podporných magnetoch, a tak udržiavať proces levitácie po dlhú dobu.

Vlaky založené na EMS sú brzdené synchrónnym lineárnym motorom s nízkym zrýchlením. Predstavujú ho podporné magnety, ako aj vozovka, nad ktorou sa maglev vznáša. Rýchlosť a ťah kompozície je možné ovládať zmenou frekvencie a sily generovaného striedavého prúdu. Ak chcete spomaliť, stačí zmeniť smer magnetických vĺn.

Elektrodynamické odpruženie

Existuje technológia, pri ktorej dochádza k pohybu maglevu pri interakcii dvoch polí. Jeden z nich je vytvorený na plátne diaľnice a druhý je vytvorený na palube vlaku. Táto technológia sa nazýva EDS. Na jeho základe bol postavený japonský maglev vlak JR–Maglev.

Tento systém má určité rozdiely od EMS, kdeobyčajné magnety, do ktorých je z cievok privádzaný elektrický prúd iba pri pripojení napájania.

Technológia EDS znamená neustály prísun elektriny. K tomu dochádza, aj keď je napájanie vypnuté. V cievkach takéhoto systému je inštalované kryogénne chladenie, ktoré šetrí značné množstvo elektriny.

Výhody a nevýhody technológie EDS

Pozitívnou stránkou systému fungujúceho na elektrodynamickom odpružení je jeho stabilita. Dokonca aj mierne zmenšenie alebo zväčšenie vzdialenosti medzi magnetmi a plátnom je regulované silami odpudzovania a príťažlivosti. To umožňuje, aby bol systém v nezmenenom stave. S touto technológiou nie je potrebné inštalovať riadiacu elektroniku. Nie je potrebné, aby zariadenia upravovali vzdialenosť medzi webom a magnetmi.

Technológia EDS má určité nevýhody. Sila dostatočná na levitáciu kompozície teda môže vzniknúť len pri vysokej rýchlosti. Preto sú maglevy vybavené kolieskami. Zabezpečujú ich pohyb rýchlosťou až sto kilometrov za hodinu. Ďalšou nevýhodou tejto technológie je trecia sila generovaná na zadnej a prednej strane odpudivých magnetov pri nízkych rýchlostiach.

Vzhľadom na silné magnetické pole v časti určenej pre cestujúcich je potrebné inštalovať špeciálnu ochranu. V opačnom prípade človek s kardiostimulátorom nesmie cestovať. Ochrana je potrebná aj pre magnetické pamäťové médiá (kreditné karty a HDD).

Vyvinutétechnológia

Tretím systémom, ktorý v súčasnosti existuje len na papieri, je použitie permanentných magnetov vo variante EDS, ktoré na aktiváciu nevyžadujú energiu. Až donedávna sa verilo, že to nie je možné. Vedci sa domnievali, že permanentné magnety nemajú takú silu, ktorá by mohla spôsobiť, že vlak bude levitovať. Tomuto problému sa však predišlo. Na vyriešenie boli magnety umiestnené v Halbachovom poli. Takéto usporiadanie vedie k vytvoreniu magnetického poľa nie pod poľom, ale nad ním. To pomáha udržať levitáciu vlaku aj pri rýchlosti asi päť kilometrov za hodinu.

Tento projekt ešte nebol v praxi implementovaný. Je to kvôli vysokým nákladom na polia vyrobené z permanentných magnetov.

Dôstojnosť maglevov

Najatraktívnejšou stránkou maglevov je vyhliadka na dosiahnutie vysokých rýchlostí, ktoré umožnia maglevom v budúcnosti konkurovať aj prúdovým lietadlám. Tento druh dopravy je z hľadiska spotreby elektrickej energie celkom ekonomický. Nízke sú aj náklady na jeho prevádzku. To je možné kvôli absencii trenia. Poteší aj nízka hlučnosť maglevov, čo bude mať pozitívny vplyv na environmentálnu situáciu.

Chyby

Nevýhodou maglevov je, že ich výroba trvá príliš veľa. Vysoké sú aj náklady na údržbu tratí. Uvažovaný spôsob dopravy si navyše vyžaduje komplexný systém tratí a ultrapresnosťzariadenia, ktoré riadia vzdialenosť medzi plátnom a magnetmi.

Implementácia projektu v Berlíne

V hlavnom meste Nemecka sa v 80. rokoch 20. storočia uskutočnilo otvorenie prvého systému maglev s názvom M-Bahn. Dĺžka plátna bola 1,6 km. Vlak maglev premával cez víkendy medzi tromi stanicami metra. Cestovanie pre cestujúcich bolo bezplatné. Po páde Berlínskeho múru sa počet obyvateľov mesta takmer zdvojnásobil. Vyžadovalo si to vytvorenie dopravných sietí so schopnosťou zabezpečiť vysokú osobnú dopravu. Preto bolo v roku 1991 magnetické plátno demontované a na jeho mieste sa začala výstavba metra.

Birmingham

V tomto nemeckom meste sa v rokoch 1984 až 1995 pripájal nízkorýchlostný maglev. letisko a železničná stanica. Dĺžka magnetickej dráhy bola len 600 m.

Cesta fungovala desať rokov a bola uzavretá pre množstvo sťažností cestujúcich na existujúce nepríjemnosti. Následne jednokoľajka nahradila maglev v tejto časti.

Shanghai

Prvú magnetickú cestu v Berlíne postavila nemecká spoločnosť Transrapid. Neúspech projektu vývojárov neodradil. Pokračovali vo výskume a dostali príkaz od čínskej vlády, ktorá sa rozhodla postaviť v krajine dráhu maglev. Táto vysokorýchlostná (až 450 km/h) trasa spájala Šanghaj a letisko Pudong.30 km dlhá cesta bola otvorená v roku 2002. Plány do budúcnosti zahŕňajú jej rozšírenie na 175 km.

Japonsko

Táto krajina hostila výstavu v roku 2005Expo-2005. Jeho otvorením bola uvedená do prevádzky magnetická dráha v dĺžke 9 km. Na trati je deväť staníc. Maglev obsluhuje oblasť priľahlú k výstavisku.

Maglevy sú považované za dopravu budúcnosti. Už v roku 2025 sa plánuje otvorenie novej superdiaľnice v krajine ako Japonsko. Vlak maglev prepraví cestujúcich z Tokia do jednej zo štvrtí centrálnej časti ostrova. Jeho rýchlosť bude 500 km/h. Na realizáciu projektu bude potrebných asi štyridsaťpäť miliárd dolárov.

Rusko

Vytvorenie vysokorýchlostného vlaku plánujú aj ruské železnice. Do roku 2030 spojí maglev v Rusku Moskvu a Vladivostok. Cestujúci prekonajú trasu 9300 km za 20 hodín. Rýchlosť vlaku maglev dosiahne až päťsto kilometrov za hodinu.