Krátká diskuse o aplikaci trakčních strojů Nidec KDS v projektech metra

Abstraktní

Se zrychleným procesem globální urbanizace se průmysl železniční dopravy rychle rozvíjí. Jako klíčová městská infrastruktura se podchody potýkají s trendy rostoucího toku cestujících a diverzifikovaných požadavků cestujících na cestování, což přináší nové výzvy pro trakční stroj – hlavní součást výtahů metra. Mezi tyto výzvy patří, jak vyvážit efektivitu a bezpečnost ve scénářích s velkým tokem cestujících, jak vyhovět rostoucím potřebám cestujících na pohodlí a komfort a jak vyvážit náklady a životnost. Tento článek stručně pojedná o tom, jak Nidec KDS, jako odborník na konstrukci a výrobu trakčních strojů, poskytuje profesionální řešení pro zákazníky.

Klíčová slova

Výtahy metra, provozní cyklus, úspora energie a ochrana životního prostředí, analýza spolehlivosti, kapacita přetížení, návrh životnosti

Podle klasifikační metody v přehledu World Urban Rail Transit Operation Statistics and Analysis z roku 2021 lze městskou železniční dopravu rozdělit do tří kategorií: metro, lehké koleje a tramvaje. Obecně platí, že železniční tranzit má výhody, jako je velká přepravní kapacita, vysoká rychlost, časté odjezdy, bezpečnost a pohodlí, vysoká sazba včas, nízké jízdné, úspora energie a ochrana životního prostředí. Vyžaduje však také vysoké technické standardy a náklady na údržbu.[1]

Jako zásadní součást městské železniční dopravy hrají metro nepochybně důležitou roli v rozvoji městské dopravy. Pomáhají zmírňovat tlak městské dopravy, rozšiřují městský okruh a životní okruh obyvatel vybudováním integrované dopravní sítě, zlepšují kvalitu života obyvatel, zlepšují celkový obraz města a podporují městský rozvoj a pokrok, stejně jako sociální komunikaci a prosperitu.

Cestující mohou efektivně a pohodlně vstupovat do stanic, přestupních nebo výstupních stanic pomocí vertikálních výtahů. Technická úroveň výtahových motorů hraje klíčovou roli při zajišťování jízdního zážitku cestujících. Nidec KDS se již více než 60 let intenzivně zabývá automobilovým průmyslem. Její produkty integrují mezinárodně vyspělý technologický design, vynikající výrobu a řízení kvality. Díky vysoce kvalitním produktům a komplexnímu servisnímu systému již více než deset let stabilně dodává výtahové trakční stroje pro velké indické zákazníky v projektech metra.

01 Globální měřítko a vyhlídky odvětví městské železniční dopravy

Statistiky ukazují, že do konce roku 2022 byla zprovozněna městská železniční doprava v 545 městech v 78 zemích a regionech po celém světě s provozním nájezdem přesahujícím 41 386,12 km. Ve srovnání s rokem 2021 se celkový počet najetých kilometrů po městské železniční dopravě zvýšil o 4 531,92 km, což představuje meziroční nárůst o 11,0 %.[1]

Obrázek 1 ukazuje celkový rozsah městské železniční dopravy přes hlavní kontinenty světa (Poznámka: Všechna města v Rusku jsou pro výpočet zařazena do Evropy). Data naznačují, že podchody a tramvaje jsou celosvětově hlavními typy městské železniční dopravy a globální městská železniční doprava se soustředí hlavně v Eurasii, přičemž podchody jsou distribuovány hlavně v asijských zemích.[1]

Obrázek 1 Souhrn provozních kilometrů městské železniční dopravy podle kontinentů ve světě v roce 2022 (km)

Globálně je průmysl městské železniční dopravy v kritické fázi rozvoje. Vlády a podniky po celém světě neustále investují do nových technologií a zařízení s cílem zlepšit efektivitu dopravy, snížit znečištění životního prostředí a poskytovat lepší služby velkému počtu cestujících. Výstavba a aplikace globálního železničního tranzitu se neustále rozšiřují a některé rozvojové země také aktivně podporují výstavbu železničního tranzitu.

Indie prosazuje rozsáhlou expanzi metra od roku 2014. Podle The Times of India do dubna 2022 pokryla síť indického metra 870 km a obsluhuje 18 měst. V současné době je ve výstavbě přibližně 1 000 km tratí metra ve 27 městech, přičemž každý měsíc je uvedeno do provozu téměř 6 km nových tratí. Rychlost a rozsah výstavby indického metra za poslední desetiletí byly působivé.

Jako profesionální poskytovatel řešení synchronních motorů s permanentními magnety pro výtahy dodal Nidec KDS v uplynulém desetiletí velkým indickým zákazníkům více než 1 600 vertikálních výtahových motorů. Klíčové projekty jsou znázorněny na obrázku 2. Se silnými technickými a výrobními schopnostmi se Nidec KDS hluboce podílí na městské výstavbě a přispívá k budování mezinárodní image místních měst.

Obrázek 2 Projekty indického metra vyhrál Nidec Kds

02 Průmyslový řetězec metra a výtahy

Železniční doprava spojuje městská průmyslová odvětví, podporuje rozšiřování průmyslového řetězce a pohání rychlý rozvoj podpůrných odvětví, jako je výroba zařízení a technologický výzkum a vývoj. Průmyslový řetězec metra je znázorněn na obrázku 3, kde jsou všechny články vzájemně závislé a řídí ekonomický rozvoj městských aglomerací a metropolitních oblastí.[2]

Obrázek 3 Průmyslový řetězec metra

Výtahy, které jsou v dodavatelském řetězci metra, poskytují nejen velké pohodlí a záruku městské dopravy, ale také odrážejí péči a pozornost země vůči seniorům, zdravotně postiženým a občanům převážejícím těžké náklady. Budoucí rozvoj měst je úzce spjat s výstavbou metra. Vybudování železniční dopravní sítě je důležitým vládním projektem a její stavební úroveň zanechá hlubokou stopu na image města.

Obrázek 4 Aplikace motorů Nidec KDS ve výtazích metra

03 Technické klíčové body motorů výtahů metra

Jako hlavní součást vertikálních výtahů metra musí návrh trakčního stroje brát v úvahu provozní prostředí a aplikační scénáře výtahů metra. Vynikající výkon trakčních strojů Nidec KDS pramení z přesného pochopení aplikačního prostředí a technické akumulace synchronních motorů s permanentními magnety, jak je podrobně popsáno níže:

1. Požadavky na vysoký pracovní cyklus a vysokou energetickou účinnost

Na pozadí celosvětového prosazování zeleného a nízkouhlíkového cestování kladla výstavba železničního tranzitu vyšší požadavky na úsporu energie. Ve srovnání s jinými výtahy proto výtahy metra vyžadují, aby trakční stroje měly vyšší účinnost, aby vyhovovaly městským scénářům s velkým tokem cestujících. U výtahů s rychlostí přibližně 1 m/s může jejich účinnost dosahovat až 90 %. Navíc podle požadavků na instalaci výtahu musí být řízena hmotnost a velikost trakčního stroje. Proto konstruktéři trakčních strojů potřebují mít bohaté zkušenosti s elektromagnetickým designem, optimalizovat elektromagnetický design pomocí pokročilého softwaru pro analýzu elektromagnetického pole (obrázek 5) a vybrat vhodné elektromagnetické materiály, aby splňovaly požadavky.

Vzhledem k požadavku na přepravní kapacitu jsou trakční stroje v provozu často, takže mají vysoké požadavky na pracovní cyklus, obecně S5-60% nebo vyšší. Zároveň jsou požadavky na nárůst teploty (obrázek 6) také velmi vysoké.

To vyžaduje, aby konstrukce trakčních strojů metra kromě požadavků na úsporu energie a nízký nárůst teploty vyhovovala zásadám kompaktnosti a hospodárnosti.

Obrázek 5 Analýza elektromagnetického pole

Obrázek 6 Simulace nárůstu teploty

2. Požadavky na vysokou bezpečnost a spolehlivost

Vysoká bezpečnost a spolehlivost jsou základními požadavky a atributy výtahů a lidé mají ještě vyšší požadavky na bezpečnost a spolehlivost výtahů metra. Proto provádíme podrobnou analýzu mechanické pevnosti (obrázek 7) a předkládáme speciální požadavky a upgrady na mechanickou nosnost a brzdný výkon. Odpovídajícím způsobem byly zvýšeny bezpečnostní faktory pro nosnost klíčových mechanických součástí, jako je základna stroje, náboj kola, tažná kladka a hřídel.

V současné době většina námi vyvážených trakčních strojů metra používá bubnové brzdy, které mají velkou rezervu brzdného momentu a stabilní brzdný výkon. Jsou sladěny s plně ověřenými regulátory výkonu. Vstupní napětí a proud brzd nejsou ovlivněny kolísáním elektrické sítě nebo rušením jiných elektrických zařízení, což je zárukou spolehlivého provozu trakčního stroje.

Obrázek 7 Analýza mechanické pevnosti

3. Silná stabilita při přetížení a vysoké požadavky na jízdní komfort

Jedním z účelů vybavení vertikálních výtahů metra je poskytnout pohodlí pro cestující. Hlavními servisními objekty vertikálních výtahů jsou občané převážející těžké náklady a skupiny vyžadující zvláštní péči, jako jsou senioři a zdravotně postižení. Trakční stroje výtahů metra proto musí mít silnou přetížitelnost. Podle analýzy přetížení je kapacita přetížení více než dvojnásobná a vyžaduje se, aby točivý moment mohl být vyvíjen stabilně bez ohledu na vysokou rychlost nebo nízkou rychlost, malé zatížení nebo velké zatížení.

Aby byl zajištěn komfortní zážitek z jízdy, věnuje konstrukce trakčního stroje zvláštní pozornost také potlačení harmonických, zejména potlačení a snížení harmonických nižších řádů (které mají velký vliv na komfort) a jejich amplitudy silových vln (obrázek 8), jakož i snížení zvlnění točivého momentu při nízkých otáčkách (obrázek 9) a ozubeného točivého momentu. To zajišťuje hladký chod výtahu během celého procesu s nízkou hlučností a nízkými vibracemi, což cestujícím poskytuje dobrý zážitek z jízdy.

Obrázek 8 Analýza silových vln

Obrázek 9 Analýza točivého momentu

4. Požadavky na dlouhou životnost a humanizovanou údržbu

Konstrukce trakčních strojů metra se musí zaměřit i na životnost, která se neomezuje pouze na výše uvedené aspekty, jako je nízký nárůst teploty a vysoká mechanická pevnost pro prodloužení životnosti trakčního stroje, ale zahrnuje i další aspekty, jako je izolace motoru, ložiska, mazací tuk a permanentní magnety. Například z hlediska izolace se jako štěrbinová izolace volí izolační papír s vysokými mechanickými vlastnostmi a dielektrickou pevností a používají se elektromagnetické dráty se silnější odolností vůči impulznímu napětí. V procesu se používá metoda lakování VPI (Vacuum Pressure Impregnation), která výrazně zlepšuje schopnost statoru trakčního stroje odolávat napěťovým rázům a prodlužuje životnost trakčního stroje.

Většina výtahů metra se používá v aplikacích bez strojovny. Hlavní modely motorů Nidec KDS aplikované v projektech metra jsou znázorněny na obrázku 10. Při návrhu se snažíme co nejlépe přijmout integrovaný design, bezúdržbový design a vizuální design zranitelných částí. Například zásuvná kabeláž, bezúdržbový design rotujících částí, vysoce chráněné provedení elektrických součástí a vizuální zobrazení opotřebení brzdových třecích destiček. Tyto konstrukce prodlužují životnost součástí trakčního stroje a intervaly mezi výměnami, snižují náročnost údržby a zajišťují plynulejší, tišší a trvanlivější chod trakčního stroje. Integrace více technologií vytváří vysoce kvalitní produkty a šetří zákazníkům náklady na údržbu.

Obrázek 10 Hlavní modely motorů Nidec KDS používané v projektech metra

04 Výhled do budoucna

Světová městská železniční doprava se nadále vyvíjí směrem nahoru. Očekává se, že do roku 2024 překročí provozní kilometrový výkon světové městské železniční dopravy 44 500 km a vyhlídky budoucího rozvoje odvětví železniční dopravy jsou velmi široké. V éře rychlého technologického pokroku budou technické a kvalitativní požadavky na výtahové motory stále vyšší, což vyžaduje přizpůsobení různým regionálním kulturním a geografickým rozdílům po celém světě.

Díky vysoce kvalitním produktům, profesionálním řešením a vynikajícímu servisnímu týmu se Nidec KDS již více než deset let intenzivně angažuje v důležitých projektech městské infrastruktury, jako je metro. Pomohla globálním zákazníkům získat mnoho významných vládních projektů, poskytla cestujícím pohodlnou a bezpečnou jízdu a pomohla zákazníkům vytvořit si důvěryhodnou a dobrou pověst.

V budoucnu bude společnost Nidec KDS dodržovat obchodní filozofii „Kvalita na prvním místě, úspěch zákazníka“, zaměří se na zákazníky a díky solidním konstrukčním a výrobním schopnostem a vysoce kvalitním službám, které předčí očekávání zákazníků, bude spolupracovat se zákazníky na vytváření více a lepších řešení výtahů.