Maglev: magnetinės levitacijos traukiniai — apibrėžimas ir veikimas

Maglevo traukiniai (sutrumpinta iš „magnetinės levitacijos“) yra speciali greitųjų traukinių šeima, kurioje traukinio riedėjimas vyksta be tradicinių ratų ir bėgių sąlyčio: judėjimą užtikrina magnetiniai laukai. Magnetinė levitacija — tai technologija, kuri traukiniui judėti naudoja magnetinius laukus, pakeldama vagoną keliais centimetrais virš kreipiamojo kelio ir taip praktiškai eliminuodama mechaninę trintį. Dėl to maglevo traukiniai pasiekia žymiai didesnį greitį nei tradiciniai traukiniai: pvz., transkontinentinė „maglevo“ kelionė iš Toronto į Vankuverį teoriškai galėtų trukti kelias valandas, kai įprastu traukiniu ta pati distancija užtrunka dienomis. Kai kuriuose bandymuose pasiekti greičiai rodo, kad maglev technologija gali konkuruoti su oro transportu — didžiausias patvirtintas „maglevo“ traukinio greitis yra 603 km/h (375 mylios per valandą), užfiksuotas 2015 m. Japonijoje. Nuo 2019 m. keleivius veža kelios trumpesnės linijos Kinijoje, Pietų Korėjoje ir Japonijoje.

Kaip tai veikia — pagrindiniai principai

Maglevo traukiniai neturi įprasto mechaninio variklio, riedančio ratų pagalba. Traukinį „varo“ magnetinis laukas, sukuriamas įelektrintų ritinių (ar kitų magnetinių elementų), įmontuotų kreipiamojo kelio sienelėse arba pačiame traukinyje. Sistema susideda iš kelių pagrindinių dalių:

1. didelis elektros energijos šaltinis.
2. metalinės ritės, išklojančios kreipiamąjį kelią (bėgius).
3. dideli kreipiamieji magnetai, pritvirtinti prie apatinės traukinio pusės.

Magnetų priešingi poliai traukia, o panašūs — atstumia vienas kitą. Tai pagrindinis elektromagnetinės traukos ir stūmos principas. Elektromagnetai panašūs į kitus magnetus tuo, kad traukia metalinius objektus, tačiau jų magnetinė jėga yra valdomo pobūdžio: ją galima įjungti ir išjungti bei pakeisti poliškumą. Kintamoji srovė, tiekiama į kreipiamojo kelio ritinius, nuolatos keičia šių ritinių įmagnetinimą, todėl magnetinis laukas „judėdamas“ traukia ir stumia traukinį į priekį.

Levitacija, pajudėjimas ir vadovavimas

Išilgai bėgių einanti įmagnetinta ritė (kreipiamoji) atstumia arba pritraukia traukinio apačioje esančius magnetus. Dėl to traukinys pakyla maždaug nuo 1 iki 100 mm (priklausomai nuo sistemos) virš kreipiančiosios, sukuriant magnetinę „pagalpą“, kuri smarkiai sumažina trintį. Kai traukinys jau pakeltas, energija tiekiama ritėms kreipiamojoje — sukuriamas sinchronizuotų magnetinių laukų laukas, kuris tiek pakelia, tiek stumia ir laiko traukinį stabilioje padėtyje ant trajektorijos.

Tuo pačiu metu naudojami vadinamieji vadovaujamieji (guidance) magnetai, kurie išlaiko traukinį tiesiai (vadina stabilumą posūkiuose ir koreguoja šoninę padėtį). Modernios sistemos naudoja sudėtingą valdymo elektroniką ir sensorius, kad nuolat koreguotų ritinių srovę ir išlaikytų optimalią atskirtį bei stabilumą.

EMS ir EDS — pagrindinės sistemos

Yra dvi plačiai žinomos maglev technologijos grupės:

• EMS (electromagnetic suspension) — elektromagnetinė pakaba. Šioje sistemoje elektromagnetai traukia traukinio apačią link plieninių kreipiamųjų, taip „apgaubdami“ kreipiamąjį bėgį. Tai leidžia traukiniui pakilti mažam atstumui (pvz., ~1 cm) ir pakelti transporto priemonę net stovint. Vokietijos „Transrapid“ yra garsus EMS pavyzdys; šios sistemos keleivinis modelis gali pasiekti apie 300 mylių per valandą (490 km/h).
• EDS (electrodynamic suspension) — elektrodinaminė pakaba. Šiose sistemose naudojami nuolatiniai magnetai arba superlaidūs elektromagnetai traukiniui pakelti ir stabilizuoti, o levitacija dažniausiai pasiekiama tik esant tam tikram greičiui (dėl indukuotos srovės ir atstūmimo). Japonijos SCMaglev (Superconducting Maglev) yra EDS pavyzdys; tokios sistemos gali leisti didesnį pakilimo aukštį ir būti stabilios dideliu greičiu.

Privalumai ir trūkumai

• Privalumai: labai mažai mechaninės trinties, dideli greičiai, mažesnė triukšmo emisija pačiame riedėjime, mažesnis riedėjimo nusidėvėjimas (nėra ratų ir bėgių tiesioginio kontakto), galimybė ilgesniam pastoviam greičiui ir trumpesnis kelionės laikas.
• Trūkumai: aukštos įrengimo sąnaudos (specialūs bėgiai, elektros tinklai), sudėtinga infrastruktūra, didelės energijos sąnaudos esant labai dideliems greičiams, jautrumas paros sąlygoms (pvz., vėjas) ir reikalavimas preciziškam valdymui bei priežiūrai. Ekonominė grąža priklauso nuo eismo srauto intensyvumo — maglev linijos labiau prasmingos labai užimtuose maršrutuose.

Greičio rekordai ir komercinės linijos

Maglevo bandymai parodė didžiulius greičius: jau minėtas rekordas — 603 km/h (375 mylių per valandą) 2015 m. Japonijoje. Komerciniai projektai yra reti, bet egzistuoja: Kinijoje veikia trumpa, komercinė linija Šanchajuje, kur traukinys pasiekia apie 430 km/h greitį; ji yra vienas žinomiausių praktinių pritaikymų. Nuo 2019 m. trumpesnės maglev linijos kariškai perveža keleivius Kinijoje, Pietų Korėjoje ir Japonijoje. Šiuo metu keli projektai — įskaitant Japonijos SCMaglev — siekia sujungti didžiuosius miestus ir pristatyti realius maršrutus, kuriuose maglev turėtų pranokti tradicinius greituosius traukinius ir arčiau konkuruoti su lėktuvu pagal kelionės trukmę.

Energetika, triukšmas ir sauga

Maglevo traukiniai sunaudoja daug elektros energijos, ypač pasiekiant aukštus greičius. Tačiau dėl mažesnės riedėjimo trinties dalis energijos skiriama pagreičiams ir oro pasipriešinimo įveikimui. Traukiniai yra aerodinamiškos konstrukcijos — tai sumažina oro pasipriešinimą ir triukšmą aukštais greičiais. Nors riedėjimo triukšmas sumažėja, aukštų greičių oro triukšmas (vėjo sukeltas) ir tunelių bei stočių triukšmas vis tiek reikalauja sprendimų.

Saugumas grindžiamas keliomis priemonėmis: automatinio valdymo sistemomis, nuolat stebinčiomis magnetinius laukus ir traukinio padėtį; avariniu energijos tiekimo nutraukimo valdymu; bei infrastruktūros kokybės užtikrinimu. Kadangi maglev traukiniai juda nepriklausomai nuo tradicinio geležinkelio tinklo, rizika dėl susidūrimų su kitais traukiniais yra labai mažesnė.

Praktiniai pavyzdžiai ir inžineriniai skirtumai

Tiek Vokietija, tiek Japonija yra vieni iš pirmaujančių maglev technologijų vystymo šalių. Vokietijos bendrovė „Transrapid International“ sukūrė komercinius EMS modelius. Vokietijos EMS koncepcijoje traukinio dugnas „apsivynioja“ aplink plieninį kreipiamąjį bėgį: po traukiniu esantys elektromagnetai yra nukreipti aukštyn ir traukia traukinį link kreipiančiosios, todėl traukinys pakeliamas maždaug 1/3 colio (~1 centimetro). Tokia konstrukcija leidžia traukiniui išlaikyti levitaciją net stovint. Kiti traukinio kėbulo magnetai stabilizuoja padėtį kelionės metu. Transrapid maglevo traukiniai su keleiviais gali pasiekti iki ~300 mylių per valandą (490 km/h).

Ateities perspektyvos

Maglev technologijos toliau vystomos: gerėjant superlaidžių medžiagų veikimui, elektronikos valdymo sistemoms ir energijos tiekimo sprendimams, maglev tampa vis realistiškesne alternatyva ilgesniems greitųjų traukinių tinklams. Svarbiausi iššūkiai — mažinti statybos ir eksploatacijos kaštus, užtikrinti atitinkamą energetinę efektyvumą ir integraciją su esamais transporto tinklais. Jei šie klausimai bus sprendžiami sėkmingai, ateityje maglev galėtų tapti įprasta greitųjų tarpmiesčių jungtimi, kur keleiviai judėtų daugiau kaip 300–500 km/h greičiu, kartais netgi konkuruodami su oro transportu pagal kelionės trukmę.

Apibendrinant — maglev yra pažangi technologija, pasižyminti dideliu potencialu trumpinti kelionės laiką ir mažinti techninį nusidėvėjimą, tačiau jos plėtra priklauso nuo ekonominių, energetinių ir infrastruktūrinių sprendimų.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra maglevo traukinys?

K: Kiek greitesni maglevo traukiniai nei įprasti traukiniai?

K: Koks yra didžiausias žinomas maglevo traukinio greitis?

K: Kaip veikia maglevo traukiniai?

K: Kas yra "Transrapid"?

K: Kokiu greičiu gali važiuoti "Transrapid" su keleiviais?

K.: Kaip tai galima palyginti su keleiviniais lėktuvais, naudojamais tolimiesiems skrydžiams?

Paieška pagal raidę