MaglevRaport tehnic

Cuprins:

Contents

3Introducere

3Istorie:

4Principii si tehnologie:

4Tipuri de tehnologie

4Propulsie

4Stabilitate

4Greutatea magneilor

5Avantaje si dezavantaje

5Avantaje

5Dezavantaje

5Sisteme maglev

6Cele mai cunoscute mrci din domeniu

6Linii maglev

6Linii abandonate

7Linii de testare

7Linii n exploatare

Introducere

Untrenculevitaie magnetic, sauMaglev, este untrencare utilizeazcmpuri magneticeputernice pentru a-i asigurasustentaiai a avansa. Spre deosebire de trenurile clasice, nu exist contact cuina, ceea ce reduceforeledefrecarei permite atingerea unorvitezefoarte mari (anumite sistemeajung la 550km/h). Deoarece nu pot fi folosite cu infrastructura existent, trenurile Maglev trebuie concepute de la 0. Termenul demaglevnu se refer numai lavehicule, ci i la interaciunea dintre acestea i calea derulare. Aceast interaciune este foarte important, fiecare component fiind proiectat n funcie de cealalt pentru a crea i controlalevitaiamagnetic.

In acest proiect se doreste prezentarea diferitelor tipuri de tehnologii din acest domeniu, modul lor de functionare, dar si cateva exemple de proiecte sau linii care sunt deja in uz.Istorie:

Cercetrile asupra trenurilor cu sustentaie magnetic au nceput n1922prin lucrrile germanuluiHermann Kemper. Acesta a depus un brevet n domeniu la14 august1934. Lucrrile sale au fost ntrerupte din cauza celui de-al doilea rzboi mondial.

1962n Japonia ncep cercetrile n domeniul Maglev;

1973n Germania ncep cercetri n domeniu laTechnische Universitt Braunschweig;

1979Transrapid 05 a fost primul tren Maglev din lume care a transportat cltori cu ocazia unei expoziii laHamburg;

1983A fost construit o linie de 1,6 km laBerlinpentru unserviciude tip metrou. n ciuda succesului pe care l-a avut, linia a fost nchis n 1992;

1984A fost dat n serviciu linia de testTransrapid, n Emsland, Germania;

1997La12 decembrie, trenul Maglev MLX01 a btut recordul mondial de vitez cu cltori: 531 km/h;

2003A fost dat n serviciu liniaTransrapiddinShanghai.

Principii si tehnologie:

Tipuri de tehnologieExist 4 tehnologii principale maglev:

o tehnologie care se bazeaz peelectromagneiadaptabili (suspensie electromagneticsau EMS).

Exemplu: Transrapid

o tehnologie care se bazeaz pemagneisupraconductori(suspensie electrodinamicsau EDS).

Exemplu: JR-Maglev.

tehnologie potenial mai ieftin, care folosete magnei permaneni (Inductrack).

Pe lng acestea, mai exist i suspensia magnetodinamic (MDS), recent inventat i deocamdat puin testat.PropulsiePropulsia Maglev

JaponiaiGermaniasunt deosebit de active n domeniu, producnd mai multe idei. Una din aceste idei const n ridicarea trenului prin forele de respingere i de atracie generate de magnei cu aceeai polaritate, respectiv cu polariti opuse. Trenul poate fi pus n micare de unmotor liniarinstalat pe ine sau pe vagon.StabilitateDinteorema lui Earnshawse tie faptul c folosind doar electromagnei i magnei permaneni nu se poate asigura stabilitatea sistemului. Pe de alt parte, magneiidiamagneticii supraconductori pot stabiliza trenul. Anumite sisteme convenionale folosesc electromagnei cu stabilizare electronic: se msoar continuu distana pn la tren i se ajusteaz curentul din electromagnet n consecin.Greutatea magneilorGreutateaelectromagneilorde mari dimensiuni este o problem major. Este nevoie de un cmp magnetic foarte puternic pentru a levita untrende mari dimensiuni, de aceea se folosesc de obicei materiale supraconductoare pentru electromagnei eficieni.Avantaje si dezavantaje

Trebuie precizat de la bun nceput c n lipsa unui sistem n exploatare pe scar larg, nu se pot face aprecieri corecte cu privire la avantajele sistemului, mai ales n ceea ce privete partea economic.

AvantajeFa de trenurile clasice, Maglev ofer numeroase avantaje:

Viteze mai mari;

Acceleraii mai bune;

Pot urca pante mai abrupte;

Nu exist riscuri de deraiere;

Randament energetic superior;

Mai puin poluare sonor la viteze egale (totui, conform unui studiu olandez, trenurile cu sustentaie magnetic nu sunt chiar aa de tcute cum se spera).

Dezavantaje Preul infrastructurii este foarte ridicat;

Incompatibilitatea cu reelele tradiionale: trebuie construite ci de rulare noi;

Nu este adaptat la transportul de marf.

Sisteme maglevCele mai cunoscute mrci din domeniu

Transrapid pe pista de testare de la Lathen (Germania)

Transrapideste un proiectgerman(Siemens) care nu i-a gsit (nc) nici o utilizare n Germania. Un proiect pe liniaBerlin-Hamburgfusese aprobat n1994dar a fost ulterior abandonat, datorit lipsei fondurilor. Primul serviciu comercial a fost inaugurat n ianuarie2003nChina, laShanghai. Lungimea liniei este de 30 km i unete oraul cu aeroportul su.

Magleveste un proiect japonez (chiar dac termenul a fost extins la toate trenurile magnetice). A fost contruit o linie experimental, pe care s-a atins viteza record de 581 km/h n2003. Obiectivul final este construcia unei liniiTokyo-Osaka, parcurs ntr-o or.

ProiectulSwissmetroutilizeaz aceleai tehnologii ca i cele anterioare, dar i tunele vidate pentru a reduce frecarea cu aerul, care este foarte mare la viteze mai mari de 500 km/h.

Inductrackeste un sistem de levitaie magnetic complet pasiv folosind bobine nealimentate pe ine i magnei permaneni pe tren. Inductrack a fost inventat de fizicianul Richard E. Post, de laLaboratorul Naional Lawrence Livermore. Este nevoie de putere numai pentru a contracara frecarea cu aerul. Fora de levitaie crete odat cu viteza.

Linii maglevLinii abandonate

Birmingham 19841995Primul sistem comercial automat din lume a fost o navet maglev de mic vitez ntre terminalulaeroportului internaional Birminghamigara din Birmingham, aflat n imediata sa vecintate. Naveta a funcionat ntre1984i1995. Lungimea liniei era de 600m, iar trenurile "zburau" la 15mm de ine. La sfritul perioadei de funcionare sistemul devenise nesigur datorit nvechirii sistemelor electronice i a fost nlocuit cu un funicular.Berlin 19891991nBerlinulde Vest a fost contruit la sfritul anilor 80 sistemulM-Bahn. Era un tren maglev automatizat, cu o lungime a parcursului de 1.6 km i 3 staii. Testrile au inceput n august1989, iar sistemul a fost dat n folosin n iulie1991. Linia se termina la staia deU-BahnGleisdreieck, unde folosea o platform utilizat nainte pentru trenurile ctre Berlinul de Est. Dup cdereaZidului, au fost ncepute lucrrile de reconstrucie a liniei (actuala U2). Demolarea liniei M-Bahn a nceput la doar 2 luni dup punerea sa n servciu i s-a terminat n februarie1992.Linii de testare

Emsland, GermaniaTransrapid, o companie german, are o pist de testri de 31,5 km n districtulEmslanddin landul federal Saxonia Inferioar (Niedersachsen).

La 22 septembrie 2006 n jurul orei 10 dim. aici a avut loc un mare accident: un tren Transrapid s-a ciocnit de un vagon-atelier care se afla pe acelai traseu dintr-o greeal uman. Accidentul s-a soldat cu 23 de mori i 10 rnii.

Universitatea Jiaotong, ChinaPe31 decembrie2000, primul maglev de temperatur mare cu echipaj a fost testat la Universitatea Jiaotong, Chengdu, China. Acest sistem se bazeaz pe principiul c supraconductori cu temperatur ridicat pot fi levitai deasupra unui magnet permanent. Sarcina a fost de 530 kg i distana de levitaie a fost de 20 mm. Sistemul utilizeaz azot lichid pentru rcirea supraconductorului.Linii n exploatare

Naveta ctre aeroportul din Shanghai

Transrapid la aeroportul Pudong din Shanghai

Transrapida lansat primul serviciu comercial cu un maglev de mare vitez din lume, ntre centrul orauluiShanghaiiaeroportul oraului. Linia a fost inaugurat n 2002. Viteza maxim atins a fost de 501 km/h, linia avnd o lungime de 30 km. Transrapid folosete tahnologiaEMS. Linia va fi prelungit la 160 km pn la nceperea Expo 2010 n Shanghai.JR-MaglevJaponiaare o linie de ncercare nprefectura Yamanashi, unde sunt testate trenurileJR-Maglev MLX01. Aceste trenuri folosesc tehnologia EMS. Aceste "Shinkansen magnetice", dezvoltate de Central Japan Railway Co. ("JR Central") iKawasaki Heavy Industries, sunt n acest moment cele mai rapide trenuri din lume, atingnd viteza-record de 581 km/h pe2 decembrie2003.Linimo (Linia Tobu Kyuryo)Primul serviciu comercial automat de tip maglev a intrat n uz n martie 2005 nAichi, Japonia. Este vorba de linia Tobu-kyuryo, cunoscut i caLinimo. Linia are 8.9 km, 9 staii i o vitez maxim de 100km/h. Raza maxim a virajelor este de 75 m i panta maxim 6%. Linia deservete comunitile din zon i siturile n care s-a desfuratExpo 2005. Trenurile au fost proiectate deChubu HSST Development Corporation, care opereaz i linia de ncercare de la Nagoya.Concluzii

Aceasta tehnologie apparent futurista, insa care dateaza inca din perioada interbelica, promite a fii un nou capitol in evolutia mijloacelor de transport.Dovedind a avea o serie de avantaje, printre care unele foarte dorite de civilizatia actuala, cum ar fi ergonomia si proprietatea de a fi o inventie foarte ecologica, Maglev este adoptata de tot mai multe natiuni, in functie de puterea fiecareia de a se adapta cerintelor acestei tehnologii. CUM FUNCTIONEAZA?SUPRACONDUCTORII

Supraconductorii reprezint un tip de conductori electrici a cror rezisten devine practic nul la temperaturi mai mici dect valori specifice materialelor din care sunt construii. Aceast proprietate permite dezvoltarea unor tehnologii precum: vehicule propulsate prin levitaie magnetic i care funcioneaz folosind supraconductibilitatea la temperaturi ceva mai ridicate, vehicule silenioase, care se deplaseaz fr frecare i care sunt foarte uor de accelerat.

n continuarea vor fi introduse principii ce descriu funcionarea supraconductorilor: efectul Meissner, levitaia i suspensia magnetice i efectul de captare n flux magnetic1.

n cadrul acestei demonstraii, obiectul negru din interiorul containerului de polistiren (vezi filmul de deasupra) este un fragment deYBCO(oxid de cupru, ytriu i bariu - un material care capt proprieti de supraconductor la temperaturi ceva mai ridicate). Lng supraconductor este o lingur de fier. La temperatura camerei supraconductorii se comport asemenea pietrelor, fr a interaciona deloc cu lingura. Obiectul cilindric cu nveli metalic este un magnet foarte puternic. Cnd lingura de fier este plasat n apropierea puternicului magnet, acesta este atras rapid spre lingur.

Lichidul fumegnd care este turnat pe supraconductor esteazot lichid. Temperatura acestuia este de minus 196 grade Celsius sau 77 de grade Kelvin. Lichidul din preajma supraconductorului trece printr-un proces intens de fierberedatorit cldurii absorbite de azotul lichid din materialul supraconductor. Azotul lichid devine gaz, iar temperatura supraconductorului scade gradat.Cnd procesul de fierbere se oprete, nseamn c supraconductorul i azotul lichid sunt n echilibru termic. Este un indiciu al faptului c temperatura a sczut sub pragul critic de supraconductibilitate, adic 91 de grade Kelvin n cazul compusului de YBCO, materialul avnd n acest moment proprieti supraconductive.

EFECTUL MEISSNER

Pe parcursul procesului de rcire, supraconductorul nu a fost plasat n imediata vecintate a unui magnet. Acest tip de rcire poart numele dercire nestimulat, ceea ce nseamn c materialul supraconductor este rcit n absena vreunui cmp magnetic exterior.Dup ce materialul capt proprieti supraconductive, pe msur ce un magnet se apropie de el, se manifest un fenomen ciudat. Supraconductorul este respins. Acest fenomen poart numele deefect Meissner.

Levitaie magnetic - efect Meissner

EFECTUL PRINDERII N FLUXUL MAGNETIC I LEVITAIA MAGNETICn continuare fixm supraconductorul dedesubtul magnetului, prin apsarea magnetului spre acesta. Cmpul magnetic generate de magnet va traversa supraconductoruldnd natere unui aa-numitefect de prindere n flux magnetic.

n acest moment supraconductorul i magnetul se resping i se atrag n acelai timp.Aceast combinaie de fore de respingere i de atracie permite magnetului s pluteasc n mod stabil deasupra supraconductorului. Acest fenomen poart numele delevitaie magnetic. Dac magnetul este uor rotit, acesta se va rsuci deasupra supraconductorului, aa cum se poate vedea n clip.SUSPENSIA MAGNETICCnd ridicm magnetul, supraconductorul va prsi i el containerul, rmnnd suspendat - stabil - dedesubtul magnetului. Acest fenomen poart numele desuspensie magnetic. Att levitaia, ct i suspensia magnetice sunt generate deefectul de prindere n flux magnetic.

Atunci cnd separm n mod forat magnetul de supraconductor, pentru a apropia ulterior, din nou, foarte lent magnetul, supraconductorul va fi atras de ctre magnet i adus foarte aproape de acesta. Totui, nu este acelai comportament ca n cazul a doi magnei ai cror poli opui se atrag ducnd la lipirea acestora. Supraconductorul i magnetul se atrag, dar se i resping reciproc, meninnd o distan constant unul fa de cellalt. Dac ntoarcem magnetul cu cellalt pol spre supraconductor i l apropiem de acesta,cel din urm va fi mpins la distan de magnet. Mai mult, supraconductorul va avea tendina de a se rsturna pentru a se realinia, putnd fi astfel din nou atras de ctre magnet.

n rezumat, n urma diverselor procedee de magnetizare, supraconductorul se va comporta n mod diferit, punnd n eviden diverse efecte i fenomene:efectul Meissner,levitaia i suspensia magnetice, dar iefectul de prindere n flux magnetic.

Plecnd de la aceste caracteristici ale supraconductorilor, multe tehnologii moderne sunt n faza de proiect, att pentru aplicaii pe scar larg, aa cum este cazultrenului Maglevdestinat transportului n comun, dar i pentru aplicaii la scar mai mic, aa cum este cazul n industria fabricrii semiconductorilor. Tehnologiile supraconductorilor vor continua s evolueze i vor deveni n mod cert calea spre un viitor mai eficient.