駛向未來的軌道交通:高溫超導磁懸浮列車 | 智慧交通館探秘

2021-02-15 智慧交通館

進入21世紀以來,社會可持續發展對新型的綠色環保節能型交通工具,如電動汽車和磁懸浮列車有著巨大的需求。

2011 年日本政府正式啟動了由東京到大阪的低溫超導磁懸浮列車商業化方案——中央新幹線磁浮線,運行速度505 km/h,計劃2027年修建完成東京到名古屋的線路。

相比下,誕生於我國的高溫超導磁懸浮原理更具有技術優勢。

高溫超導磁懸浮是我國的原創技術,誕生於西南交通大學的實驗室。該技術具有建造和運行成本低、無源自穩定、結構簡單、節能環保(無化學和噪聲汙染)、安全舒適等優點,是較理想的軌道交通工具,適用於低、中、高、及超高速線路的運行。

在智慧交通館,我們以沙盤展示的形式為大家介紹了這一技術。大家可以通過現場的展示裝置,直觀的感受高溫超導磁懸浮技術的魅力。

磁懸浮系統分電動懸浮電磁懸浮,也有超導非超導之分,超導又分低溫超導(用液氦,4.2 K)和高溫超導(用液氮,77 K)磁懸浮。

上海購買的德國常導(非超導)磁懸浮列車,利用車載電源供電的車載電磁鐵產生的磁場與地面鐵軌道之間的吸引實現懸掛和導向,這種不穩定的懸掛和導向必需主動控制(100 ms 控制延遲),車體較重、能耗較高。磁場低(0.4 T),懸掛高度低(8 mm),對路基和軌道要求高。

日本低溫超導磁浮列車,用低溫超導Nb-Ti 線繞組磁體,磁場強(5.0 T),懸浮高度高(100 mm),要求液氦低溫條件(4.2 K),製造和運行成本高,不能在靜止狀態懸浮(像飛機一樣用地面輪子助跑,啟動噪聲大)。

高溫超導磁懸浮與上述所有磁懸浮原理完全不同,是唯一的懸浮和導向不需要自動控制的自穩定懸浮系統。

節能:懸浮和導向不需要主動控制、不需要車載電源,系統相對簡單。懸浮和導向只需用廉價的液氮(77 K)冷卻,空氣中78 %是氮氣。

環保:高溫超導磁懸浮能靜止懸浮,完全無噪音;永磁軌道產生的是靜磁場,乘客接觸的地方磁場為零,無電磁汙染。

高速:懸浮高度(10~30 mm)可根據需要設計,可用於從靜止至低、中、高速和超高速運行。與其它磁懸浮技術比較,更適合真空管道交通運輸(大於1000 km/h)。

安全:懸浮力隨懸浮高度的降低成指數函數增加,垂直方向無需控制的情況下也能保證運行安全。自穩定的導向系統在水平方向也可以保證運行安全。

舒適:高溫超導體的特殊的「釘扎力」保持車體上下左右穩定,是任何交通工具都難以達到的平穩性。乘客乘坐時體會到的是「沒有感覺的感覺」。

低成本:與德國的常導磁懸浮車和日本用液氦的低溫超導磁懸浮車比較,具有系統重量輕,結構簡單,製造和運行成本低的優點。高溫超導磁懸浮車體重量約為輕軌車的1/2,基礎設施建設成本也相應同比降低。總的建設成本和運行成本低於城市輕軌。

2013年2月,西南交通大學研製完成我國首條高溫超導磁懸浮環形實驗線,線路總長45米,最大載重1噸。

2014年6月,西南交通大學建成並調試成功世界首個真空管道高溫超導磁懸浮車試驗系統,實現最低氣壓0.029 atm、懸浮高度10-20 mm、最高運行速度50 km/h,形成了含轉向架、制動、無線通訊等功能的高溫超導磁浮整車系統。

2018年,西南交通大學正式啟動真空管道高溫超導磁浮高速試驗臺建設。

這一種無排放、低噪聲、低能耗、高效率的綠色交通方式,正是未來社會的發展方向。如果這項技術能夠運用到實際中,那麼對於我們的生活將帶來翻天覆地的變化,大大節省我們在交通上的時間。而這也將繼高鐵,航天,核電,成為我國的一張新名片!

想要了解更多有關高溫超導磁懸浮的信息,請繼續關注智慧交通館,未來,智慧交通館二期(軌道交通類)將展示更多內容,敬請期待!


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