2018. augusztus 16., csütörtök

Gyorskeresés

Útvonal

Cikkek » Az élet rovat

A japán maglev múltja és jelene

Hosszú története ellenére a maglev technológiák még csak napjainkban kezdenek a mindennapok részévé válni.

[ ÚJ TESZT ]

Japán maglev technológia röviden

Pontosabb lenne ugyan a „Japánban alkalmazott maglev technológiák” megnevezés, hiszen egyik megoldás sem eredendően japán találmány, ám annak fényében, hogy a későbbiekben itt részletesebben bemutatásra kerülő technológia a világon is egyedülálló (és várhatóan még egy darabig így is marad), talán nem túlzás egyszerűen „japán maglev”ként illetni azt.

A várhatóan sorozatgyártásra kerülő L0-s széria egyik járműve halad Fuefuki (笛吹) városának közelében. (Forrás: Tetsudo Channel)

A várhatóan sorozatgyártásra kerülő L0-s széria egyik járműve halad Fuefuki (笛吹) városának közelében. (Forrás: Tetsudo Channel)

A maglev előnyeinek és hátrányainak felfedezéséhez érdemes először a felhasznált technológiákat is megismernünk. Napjainkban a maglevek kétféle, egymástól gyökeresen eltérő módszert alkalmaznak a járművek lebegtetésére és meghajtására. Jelenleg az ún. eletromágneses lebegtetéssel (EMS, Electromagnetic suspension) kapcsolatban vannak a legátfogóbb gyakorlati ismereteink, hiszen a német Transrapid technológiával megépült Shanghai Maglev mellett, a helyi elnevezéssel HSST-ként (High Speed Surface Transport) illetett LINIMO, a dél-koreai Incheon Maglev, a szintén dél-koreai Daejeon (대전) városában közlekedő Daejeon Expo Maglev és még néhány további, kínai városi közlekedési vonal rendelkezik efféle megoldással. Lényeges különbség azonban, hogy míg a Shanghai Maglev lineáris szinkronmotorral, addig a LINIMO és társai lineáris indukciós motorral hajtják magukat. (A lineáris motor egyébként nem kizárólag a maglevek velejárója, hiszen csak Japánban több mint egy tucat hagyományos metró hajtásáról gondoskodik lineáris indukciós motor, de többek között Kínában, Dél-Koreában és Kanadában is megtalálhatjuk e technológia képviselőit.)

A Yokohama Subway zöld vonalán közlekedő 10000-es sorozatú járművek szintén a lineáris motorral felszerelt vonatok táborát erősítik, a sínszálak között így megfigyelhetjük a lineáris motor állórészét. (Forrás: Train Directory)

A Yokohama Subway zöld vonalán közlekedő 10000-es sorozatú járművek szintén a lineáris motorral felszerelt vonatok táborát erősítik, a sínszálak között így megfigyelhetjük a lineáris motor állórészét. (Forrás: Train Directory)

Az elektrodinamikus lebegtetés (EDS, electrodynamic suspension) azonban egy relatíve kevésbé feltérképezett módja a járművek meghajtásának, lebegtetésének, hiszen az ezzel kapcsolatos gyakorlati információink legnagyobb (ha nem a teljes) része a tesztüzemben lévő japán SCMaglevből származik. A továbbiakban így elsősorban az EDS rendszerről lesz szó, a részletek megismeréséhez viszont érdemes szétválasztanunk a hajtást és a lebegtetést/oldalvezetést.

Az EDS rendszer esetén a hajtásról ún. hosszú sztátortekercselésű lineáris szinkronmotoros (LSM, Linear Synchronous Motor) hajtás gondoskodik, mely tulajdonképpen nem más, mint egy hagyományos forgó szinkrongép, csak kiterítve, ahol az állórész (sztátor) a pálya, a forgórész pedig maga a jármű.

A hagyományos forgó szinkronmotor és az LSM összehasonlítása. (Forrás: Yamanashi Prefectural Maglev Exhibition Center)

A hagyományos forgó szinkronmotor és az LSM összehasonlítása. (Forrás: Yamanashi Prefectural Maglev Exhibition Center)

Az EDS lebegtetésű járművek villamos hajtásában jelentkező eltérést a Transrapid és HSST járművekhez képest elsősorban a szupravezető mágnesek alkalmazása okozza. Az EDS lebegtetésre alkalmazott szupravezető mágnesek lényegesen nagyobb mágneses indukciót hoznak létre, illetve fizikai méretük is messze meghaladja az EMS társaikban található váltazatokét, hiszen pólusosztásuk akár 2 méter is lehet, szemben a Transrapid és HSST járművek max. 20-30cm-ével. Hangsúlyozandó azonban, hogy szupravezető mágnesekből csupán 4-6 kap helyet egy-egy kocsin, ebből kifolyólag a vonóerő a forgóvázas vasúti járművekhez hasonlóan helyileg koncentrált, a szupravezető mágnes csoportoknak megfelelő helyen.

A japán maglevek hajtásának elméleti vázlata. (Forrás: Neomag)

A japán maglevek hajtásának elméleti vázlata. (Forrás: Neomag)

Most pedig következzék az érdekesebb rész, a lebegtetés: Az elektrodinamikus lebegtetés a már említett, járművön elhelyezett nagy, néhány tesla mágneses fluxussűrűség létrehozására képes mágnesek (szupravezetők), és a pályán, egymás mellett elhelyezett rövidrezárt tekercsek (v. hurkok) közötti induktív mágneses kölcsönhatáson alapul. Az EDS rendszer legfontosabb előnye, hogy a lebegtetés eredendően stabil, visszacsatolt helyzet-szabályozás nem szükséges (mely EMS rendszer esetén kritikus fontosságú az alacsony, néhány milliméter magasságú lebegtetés miatt).

A szupravezető mágnesek főbb részei.

A szupravezető mágnesek főbb részei.

A lebegtetési magasság kis eltérése is olyan határozott visszahatást hoz létre a rövidrezárt tekercsekben, mely a járművet (a mágnest) visszatéríti az eredeti lebegtetési pozícióba. Az EDS rendszer hátránya viszont, hogy kb. 150km/h-nál alacsonyabb járműsebesség esetén a rövidrezárt tekercsekben indukálódó áram nem elég nagy olyan erő létrehozásához, ami a jármű tömegét meg tudná tartani. Emiatt a járművet (gumi)kerekekre le kell ereszteni, mindaddig, amíg el nem éri azt a sebességet, aminél a lebegtetés már fenntartható. Mivel a járműnek bármely helyen meg kell tudni állnia, emiatt az egész pálya úgy lett kialakítva, hogy egyaránt képes legyen kis- és nagysebességű működésre.

A japán maglev jármű keresztmetszete a pálya és a jármű főbb berendezéseivel.

A japán maglev jármű keresztmetszete a pálya és a jármű főbb berendezéseivel.

A pályában található tekercselés egymás mellett elhelyezett nyolcas alakban összekapcsolt menetekből áll. Az úgynevezett nulla-fluxusú lebegtetés működése azon alapul, hogy a járművel együtt mozgó mágneses tér a felső, és az alsó hurokban azonos irányítású indukált feszültséget hoz létre, amelyek azonban a nyolcas alakú kötés miatt a felső és alsó menetekben szembekapcsolódnak, részben kioltják egymást. Az eredő feszültség által keltett áram a felső és alsó menetekben ellentétes irányú mágneses teret hoz létre. A rendszer önszabályozó, azaz minimális maradó áramra („nulla-fluxusra”) törekszik. Ha valakit nagyon érdekel a nulla-fluxus részletesebb leírása, az a Google Szabványok között megtalálja az eredeti, 1969-es változatot, illetve a japán maglev adaptációját.

A japán maglev lebegtetési és oldalvezetési megoldásai rövidrezárt, „nulla-fluxusú” hurkok segítségével. (Forrás: Neomag)

A japán maglev lebegtetési és oldalvezetési megoldásai rövidrezárt, „nulla-fluxusú” hurkok segítségével. (Forrás: Neomag)

A maradó áramot az szabja meg, hogy mekkora erő kell a jármű tömegének ellentartására, és emiatt mennyire kell lesüllyednie a szupravezető mágnes középvonalának a hurokkereszteződéshez képest. A jármű függőleges lebegtetési magasságát, azaz menet közben a helyzetét, a rövidrezárt hurkok geometriai elhelyezése, oldalmagassága szabja meg. A lebegtetés bemutatására több jópofa videó is rendelkezésre áll, a kísérleteket pedig a Yamanashi Prefectural Maglev Exhibition Center munkatársainak köszönhetjük, ezúttal Halloweenes kiadásban:

A japán maglev járműveken található legnagyobb vívmány a szupravezető mágnesek alkalmazása, melyekből egykor ún. LTS (Low Temperature Superconductor) és HLS (High Temperature Superconductor) változatok is készültek. A „low temperature”, azaz alacsony hőmérsékletű szupravezetők ideális működési hőmérséklete 4,2K (-268,95°C) körül van, nevével ellentétben azonban a „high temperature” is maximum 20K-t (-253,15°C) takar.

Egy HTS szupravezető mágnes modellje.

Egy HTS szupravezető mágnes modellje.

Korábban több kísérlet is folyt a HLS szupravezetők alkalmazásának lehetőségeivel kapcsolatban, így például ún. REBCO ötvözetből is készültek mágnesek. A REBCO a RE-Ba2Cu3Oy összegképletből alkotott mozaikszó, ahol a „RE” a ritkaföldfémeket (szkandium, ittrium stb.) hivatott rövidíteni. Bár a REBCO nagy előnyei, hogy hűtéséhez a jóval olcsóbb és könnyebben hozzáférhető folyékony nitrogén is elegendő, illetve szupravezető mivoltát akár több tíz tesla mágneses indukció esetén is megtartja, az előállítása, valamint kedvezőtlen mechanikai tulajdonságai, doménalkotó képességei okán végül háttérbe szorult a kvázi bevált, folyékony héliummal hűtött NbTi (nióbium-titán) és egyéb, II. típusú LTS szupravezetőkkel szemben.

Felhasznált irodalom:

[1] – Hyung-Suk Han, Dong-Sung Kim: L0. In: Hyung-Suk Han, Dong-Sung Kim: Magnetic Levitation. New York, NY, Springer, 2016. pp. 210-216.

[2] – Watanabe Takeshi: 浮上式鉄道車両 [Lebegtetett vasúti járművek]. Railway Research Review, 2017. (74. évf) 8. sz. pp. 28-31.

[3] – Vincze Gyuláné, Balázs Gergely György: Elektrodinamikus lebegtetés. In: Vincze Gyuláné, Balázs Gergely György: Villamos járművek.

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!

Azóta történt

Előzmények

  • Fejezetek Okinawáról: A Yui Rail és Naha

    Adott volt egy szabad hétvége és némi olcsó repülőjegy, melynek eredménye egy rövid kirándulásban valósult meg Japán déli végén.

  • Kansai kalandok

    Rövid bemutató a „tágabb” Kansai régió, Oszaka, Kiotó, Vakajama és egyéb vidékek közreműködésével.

  • A Kiotói Vasúti Múzeum

    A múzeum kiállítását jellemzően a JR West-féle egykori járművek, berendezések dominálják.

  • Tokió blog - Japan Railways

    A japán vasút szó szerint száguldó történelme, és jelene. Nem csak vonatfanatikusoknak!

Hirdetés

Copyright © 2000-2018 PROHARDVER Informatikai Kft.