Maglev-rong — magnetilise hõljumise rong: põhimõte ja tippkiirused

Maglev-rongid: magnetilise hõljumise tehnoloogia, tööpõhimõte ja rekordilised tippkiirused (kuni 603 km/h). Uuri, kuidas magneetiline tõukejõud muudab rongireisimise tulevikku.

Maglev-rongid (lühend magnetilise hõljumise sõidukist) on väga kiire kiirraudtee tüüpi rongid, millel puudub traditsiooniline rattavedu. Magnetiline hõljumine on tehnoloogia, mis kasutab rongi liikumiseks magnetvälju. Need väljad tõstavad rongi väikese vahemaa võrra rööbastee kohal ja liigutavad seda edasi ilma mehhaanilise kontakti ja rattahõõrdumiseta, mistõttu on võimalik saavutada väga kõrgeid kiirusi. Näiteks Transkontinentaalne "maglev"-reis Torontost Vancouverisse võiks teoreetiliselt võtta kolm tundi, samas kui tavalise rööbasteeühendusega reis võtab sama teekonna läbimiseks päevi. Üks kõrgeimaid ametlikke katsekiirusi on 603 km/h (375 mph), mis saavutati Jaapanis 2015. aastal. Kommertsliine on tegelikult kasutuses lühikeste või keskmiste distantsidega: alates 2019. aastast teenindavad reisijaid maglev-liinid Hiinas, Lõuna-Koreas ja Jaapanis, enamasti mõne kilomeetri või miili pikkused liinid.

Kuidas maglev töötab

Maglev-rongil ei ole tavapärast sisepõlemis- ega elektrimootorit ratta kaudu; selle liikumine ja vedrustus tuleb magnetväljadest. Rongide jõuallikaks on tagatud elektrienergia, mida juhtrööbastee ehk juhtsiinide seinte mähised muundavad magnetväljadeks. Süsteem koosneb peamiselt kolmest osast:

1. suur elektrienergia allikas
2. juhtrada (rööbastee), vooderdatud metallspiraalide või mähistega
3. rongi alumisele küljele kinnitatud suured magnetid (elektromagnetid või suprajuhtivad magnetid)

Magnetite puhul tõmbavad vastassuunalised poolused üksteist ja samasugused poolused tõrjuvad teineteist — see on elektromagnetilise liikumapanemise aluspõhimõte. Elektromagnetid sarnanevad teiste magnetitega selles osas, et nad tõmbavad ligile metallobjekte, kuid nende magnetiline väli on juhitav: seda saab sisse ja välja lülitada ning polaarsust ümber pöörata.

Lift ja tõuge

Piki rada kulgev magnetiseeritud mähis, mida nimetatakse juhtsiiniks, suudab lükata tagasi rongi all olevad magnetid või tekitada nende ümber sellised voolud, et rong tõuseb rööbastee suhtes. See tõukejõud võib tõsta rongi tavaliselt 1 kuni 10 sentimeetrit (0,4 kuni 4 tolli) üle juhtraja, olenevalt süsteemist. Kui rong on hõljunud, juhitakse juhtsiinide seintes olevale mähistele voolu, mis tekitab liikumiseks vajalikud liikuvad magnetväljad. Juhtsiinidele antav vahelduvvool muudab pidevalt polaarsust: rongi ees olev magnetväli tõmbab sõidukit edasi, samal ajal kui taga olev magnetväli lisab tõukejõudu ettepoole — see on elektrodünaamilise juhtimise põhimõte, mis võimaldab täpset kiiruse ja asendi juhtimist.

Süsteemid: EMS ja EDS

Peamised maglev-tehnoloogiad jagunevad kaheks:

• EMS (electromagnetic suspension) — elektromagnetiline vedrustus: elektromagnetid rööbastee peal tõmbavad rongi üles terasest juhtsiini poole. EMS-süsteemid hoiavad tihti rongi hõljuvana ka seiskunud olekus, kuid vajavad pidevat juhtimist ja täpset kauguse reguleerimist. Saksa Transrapid põhineb peamiselt sellel põhimõttel.
• EDS (electrodynamic suspension) — elektrodünaamiline vedrustus: suprajuhtivad või tugevad püsimagnetid rongi all tekitavad rööbastees liikudes vastassuunalised voolud, mis tõukavad sõiduki üles. EDS annab sageli suurema stabiilsuse kõrgetel kiirustel, kuid täielik tõste nõuab mõningast kiirust; seetõttu on algkiiruse saavutamiseks vajalikud abisüsteemid või rattaid kõigil madalamatel kiirustel.

Eelised ja piirangud

Eelised:

• Väike mehhaaniline hõõrdumine võimaldab kõrgemaid tippkiirusi ja kiiremat kiirendust.
• Vähenenud hooldusvajadus rataste ja rööbastee kulumise tõttu (kui juhtraja on korralikult ehitatud).
• Paremad sõiduomadused ja madalam õõtsumine, mis tõstab mugavust.
• Regeneratiivne pidurdus ja täpne kiire juhtimine võivad parandada energiatõhusust lühikestel distantsidel.

Põhikurtused ja piirangud:

• Väga kõrged infrastruktuuri- ja ehituskulud: juhtsiini täpne, kallis ehitus ja tehniline taristu on märkimisväärne kuluartikkel.
• Süsteemid ei ole omavahel ühilduvad — erinevad tehnoloogiad nõuavad erinevat juhtsiini disaini.
• Kuigi hõõrdumine rööbastee ja ratastega puudub, muutub aerodünaamiline vastupanu määravaks väga kõrgetel kiirustel ning see nõuab suurt energiatarbimist.
• Ohutus ja toitevarustuse usaldusväärsus on kriitilise tähtsusega: elektrikatkestus võib nõuda erisüsteeme või mehaanilisi tugivõimalusi.

Kiirused ja näited

Maglev-rongid võivad sõiduki ja liini tehnilisest lahendusest sõltuvalt sõita väga erinevate kiirustega: olemas on madalama kiirusega linnamaglev-süsteeme ja kõrgspeed-magneetilisi liine. Praktikas on tuntud näited:

• Jaapani SCMaglev on püstitanud katsekiiruse 603 km/h 2015. aastal.
• Shanghai Transrapid (ehk Transrapid-tehnoloogial põhinev liin) on üks väheseid kommertsliine, mis töötab kõrge kiirusega ja suudab sõita kuni umbes 431 km/h (operatiivne kiirus sõltub liinist ja sõidurežiimist).
• Madalama kiirusega maglev-liinid, näiteks Jaapani Linimo ja Lõuna-Korea Incheoni maglev, teenindavad linnasiseseid või lennujaamaühendusi kiirustega tavaliselt alla 100–150 km/h.

Rakendused ja tulevik

Maglev sobib hästi keskmiste kuni pikkade vahemaade kiireks ühendamiseks, samuti täpsete linnasiseste ühenduste puhul, kus müratase ja vibratsioon on kriitilised. Suured väljakutsed on kulude vähendamine ja võrgustiku laiendamine nii, et maglev saaks olla konkurentsivõimeline traditsioonilise kõrge kiirusega raudtee ja lennundusega. Paljud riigid uurivad ja katsetavad jätkuvalt nii EMS- kui EDS-põhiseid lahendusi; mõned riiklikud projektid on ehitusjärgus või planeerimisel.

Turvalisus ja keskkond

Maglev-süsteemide peamised ohutegurid on elektrivarustuse ja juhtimise usaldusväärsus ning hooldus. Kuna rong ei puutu rööbasteega kokku, on ratta- ja rööbasteepõhiseid avariisid vähem, kuid elektriline või juhtimisviga võib nõuda eriprotseduure. Keskkonnamõjude osas võivad maglev-id vähendada lennureiside vajadust lühikestel ja keskmistel liinidel ning pakuvad madalamat heitkogust sõidukiühiku kohta, kui elektrienergia päritoluks on madala süsinikusisaldusega allikas. Aerodünaamiline müra kõrgetel kiirustel on aga oluline tegur ning seda tuleb terviklikult arvestada liini planeerimisel.

Saksa ja Jaapani teadus- ning tööstusettevõtted on arendanud erinevaid maglev-lahendusi ja prototüüpe. Saksa ettevõttel "Transrapid International" on olnud ka kommertskasutuses olevaid projekte, ja kuigi Saksa ja Jaapani lahendused põhinevad sarnastel füüsikalistel põhimõtetel, eristuvad need juurutuse, vedrustuse ja juhtimise tehnoloogiate poolest. Näiteks saksa EMS-põhine Transrapid kasutab rongi all asuvaid elektromagneteid, mis tõmbavad rongi juhtraja terasest siini poole, säilitades hõljumist isegi seisvas olekus; Jaapani EDS-põhised süsteemid kasutavad sageli suprajuhtivaid magneteid ja loovad suurema staatilise stabiilsuse kõrgetel kiirustel.

Maglev tehnoloogia on lubav, kuid laialdase kasutuselevõtu eeltingimuseks on majanduslikult ja tehniliselt tasuv infrastruktuuri planeerimine ning standardite ja ühilduvuse väljatöötamine eri riikide ja tootjate vahel.

Küsimused ja vastused

K: Mis on maglev rong?

K: Kui palju kiiremad on maglev-rongid kui tavalised rongid?

K: Milline on suurim teadaolev maglev-rongi kiirus?

K: Kuidas maglev-rongid töötavad?

K: Mis on Transrapid?

K: Kui kiiresti võib Transrapid reisijatega sõita?

K: Kuidas on see võrreldav pikamaalendudel kasutatavate lennukitega?

Otsing