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上海浦东磁浮交通:常导型磁浮的安全与发展

时间:2023-08-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:上海浦东磁浮交通线采用的就是常导型磁浮。磁浮列车采用跨座式单轨结构,不会发生脱轨和颠覆事故。然而,磁浮交通因采用跨座式单轨形式,其同样存在单轨交通的短处。高速磁浮列车作为一种新型高速交通工具,为当今世界高速交通系统增添了新成员。2016年5月6日,中国首条具有完全自主知识产权的常导型全高架中低速长沙磁浮快线开通运营。

上海浦东磁浮交通:常导型磁浮的安全与发展

1.概述

磁浮交通是依靠电磁力来悬浮车辆并使其行走的一种交通方式。其基本原理是:在车辆与导轨无接触的情况下,利用电磁系统产生的吸引力或排斥力使车辆悬浮,利用电磁力进行导向和驱动,使车辆不偏离既定轨道运行。

图1-3 常导吸引式磁浮

当前磁浮交通有两种技术模式:以德国为代表的常导型(如TR系列磁浮车)和以日本为代表的超导型(如MLU磁浮车)。

(1)常导吸引式磁浮。一般采用“T”形导轨,车辆环抱导轨运行(图1-3)。导轨上的驱动、悬浮绕组安装在导轨侧翼底部,车辆上的驱动、悬浮绕组安装在车辆下翼的上缘,通过电磁作用,将列车向上吸起悬浮于轨道上,使车体与导轨之间保持约10mm的间隙。车辆和轨面之间的间隙与吸引力的大小成反比。轨道绕组中的电流产生一个电磁行波场,作用于车上的悬浮电磁铁,驱动列车前行。改变行波磁场的方向,将使电动机变为发电机,对列车实施无接触再生制动,制动的能量可反馈回电网。

磁浮列车

(2)超导型磁浮。所谓超导现象,就是当某种金属处于极低温度(比如-269℃)下,就会产生电阻为零的现象。给这种金属通电,电流就会毫无损耗地永久流动。当列车运动时,车载磁体(低温超导线圈或永久磁铁)的运动磁场在安装于线路上的悬浮线圈中产生感应电流,二者相互作用,地面绕组产生的磁场与车辆绕组产生的磁场同性相斥,当两个磁场产生的排斥力大于车辆重量时,车辆就会浮起来,间隙可达100mm左右(图1-4)。这个间隙与列车运行速度高低有关。一般列车运行速度达到100km/h时车体才能悬浮。因此,超导型磁浮列车必须在车辆上装设机械辅助支承装置,如辅助支持轮及相应的弹簧支承等,以保证精确控制列车安全可靠地起动或停车。

图1-4 超导磁斥式磁浮

相对于超导磁浮交通,常导磁浮交通系统结构相对简单,不需要设置专用的着地支撑装置和辅助的着地车轮,对控制系统的要求也稍低一些。上海浦东磁浮交通线采用的就是常导型磁浮。

2.磁浮交通的特点

(1)速度快。最高速度可达400~500km/h,而且加速快(5km之后,速度可增至300km/h),中长距离运输优势明显。

(2)安全性高。磁浮列车采用跨座式单轨结构,不会发生脱轨和颠覆事故。(www.xing528.com)

(3)噪声源少。由于磁浮列车运行没有机器内部产生的噪声,也没有轮轨接触和受电弓的机械接触产生的噪声,所以,除了空气动力原因造成的噪声外,并无其他噪声源。

(4)维修少。由于列车是无接触运行,因此固定安装的导向轨形位受影响小,可节省维修工作和维修费用。

(5)舒适度良好。固定的车道结构,使全区段长度上的动力影响一致,从而提高了列车运行的平顺性,保证了旅客舒适度。

(6)选线自由度大。实践证明,磁浮列车的爬坡能力可达4%~10%;曲线地段最大横坡角可达12°,从而可采用较小的曲线半径。

(7)能耗小。根据比较研究,磁浮列车的能耗较传统高速铁路列车约低1/3。

然而,磁浮交通因采用跨座式单轨形式,其同样存在单轨交通的短处。此外,磁浮交通完全依赖电磁力实现悬浮、导向和驱动,若一时失电,安全保障难,如制动问题的解决;磁浮系统复杂,特别是超导磁浮,除线路上部和下部结构外,还需设置庞大的冷却系统,初期投资大;因制式的独特性,存在不能与其他有轨交通线路兼容运行的缺憾。

3.磁浮交通的适应性

当前磁浮交通有高速和中低速之分。

(1)高速磁浮列车作为一种新型高速交通工具,为当今世界高速交通系统增添了新成员。按最高速度(500km/h)计算,其市场有利竞争距离在1000~1200km,可与航空运输相媲美。已建成的上海浦东磁浮线(30km)仅为一条示范线。2019年5月23日,我国时速600km的高速磁浮试验样车在青岛下线,这标志着我国在高速磁浮技术领域实现了重大突破。

(2)中低速磁浮列车一般采用短定子/常导型,最高速度在300km/h以下。其速度低,造价降低,可服务城区中短距离的客运

日本于1988年在崎玉博览会展示了HSST-05型磁浮车。在191天展览会开放日里,共运送了12.6万人次。随后还研发了HSST系列产品,如HSST-300市际列车(最高速度330km/h)、HSST-200市郊列车(最高速度230km/h)和HSST-100市区列车(最高速度130km/h)。但是,因HSST存在直线电机阻力大和效率较低的缺点,与轮轨交通系统相比,能耗及运营成本相对较高;在运输能力方面,按HSST-100车辆的设计,其平均定员(包括站席)不足130人,编组辆数有限,不能满足大运量及长途客运的要求。因此,日本并不以HSST作为一种普遍应用的城市轨道系统,而只是在博览会等特定条件下,作为旅程不长的一种城市交通补充工具。

2016年5月6日,中国首条具有完全自主知识产权的常导型全高架中低速长沙磁浮快线开通运营。该线全长18.55km,连接长沙高铁南站和长沙黄花国际机场,设车站3座(预留车站2座),列车3节编组,设计速度100km/h(图1-5)。

图1-5 长沙中低速磁浮机场线

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