hirdetés
hirdetés

Közlekedés

A jövő vasútja a múltban - a vákuumcsöves vonatok

A vákuumcsövek kétségkívül legérdekesebb felhasználási területe a vasúti közlekedés volt. George Medhurst angol gépészmérnök 1812-ben – mindössze 9 évvel az első gőzmozdony megépítése után – elméletben már lefektette a légnyomáskülönbségen alapuló vasúti vontatás alapjait.

hirdetés

A légnyomáskülönbség – mint erőgépet meghajtani képes fizikai jelenség – ereje sokáig ismeretlen volt az ember számára, hiszen ennek felfedezéséhez előbb észre kellett vennie, hogy a láthatatlan levegő nem „semmi”, hanem egy tömeggel, térfogattal rendelkező anyag. Evangelista Torricelli itáliai fizikus, a hidraulika és a pneumatika úttörője volt az első, aki komolyan elgondolkozott azon, mennyi lehet a fölöttünk levő, több kilométernyi levegőoszlop súlya, és vajon miért nem nyom agyon minket. Ő mérte meg először a levegő nyomását higanyos barométerrel (760 Hgmm-re, azaz kb. 101,3 kPa-ra jött ki).

Torricelli arra is rájött, hogy ez a hatalmas nyomás (négyzetméterenként kb. 10 tonna) azért nem okoz károkat a Földön, mert (megfelelően kis környezetben) közel állandó. Ha azonban ezt valahol megritkítjuk, a keletkező légnyomáskülönbség képes a nyomott felületnek megfelelő erőkifejtésre. Ezt a jelenséget használják ki a vákuumcsövek, amelyeknek a működése nagyon egyszerű.

 

A híres magdeburgi féltekék kísérlete 1654-ből. Magdeburg polgármestere, Otto von Gauricke (aki egyben feltaláló is volt) a légnyomás erejének a szemléltetésére az összeillesztett, vákuumozott félgömbök elé irányonként 8-8 lovat fogott be, ám a külső légnyomás olyan erővel nyomta össze a réz féltekéket, hogy azok képtelenek voltak széthúzni őket. A polgármester ezután kinyitott egy szelepet, a vákuum megszűnt, és a félgömbök maguktól kettéváltak.

Egy (legtöbbször) kör keresztmetszetű csőben a légmentesen záró kapszulák egyik oldalán szivattyúkkal részleges vákuumot (és/vagy a másik oldalon kompresszorral túlnyomást) hoznak létre, és a nyomáskülönbség a kívánt irányba taszítja a kapszulát, amelynek a belsejében lehet elhelyezni a küldendő árut. A rendszert a múltban a legkülönbözőbb méretekben valósították meg.

A vákuumcsöves vasutak kezdetei

A vákuumcsövek kétségkívül legérdekesebb – és egyben legnagyobb léptékű – felhasználási területe a vasúti közlekedés volt. George Medhurst angol gépészmérnök 1812-ben – mindössze 9 évvel az első gőzmozdony megépítése után – elméletben már lefektette a légnyomáskülönbségen alapuló vasúti vontatás alapjait.

A feltaláló tervei szerint a két sínszál között a vágánytengelyben elhelyezett levegőcsövekben a légmentes zárást biztosító dugattyúkhoz csatlakozik a mozdony, és a csőben szivattyúkkal hoznának létre vákuumot. A dugattyú mögött megmaradó légköri nyomás így a vákuum irányába mozgásba hozná a mozdonyt és a hozzá kötött vagonokat. A találmány elméletben jól működött – és később ezt a megoldást alkalmazták a valóban megépült vákuumcsöves vasutak egy részén –, azonban a kor híján volt a megfelelő légmentes zárást biztosító anyagoknak és technikáknak.

 

A vákuumcsöves vasutak (egy típusának) működése. A dugattyú előtti csőszakaszban a légkörinél alacsonyabb nyomás uralkodik, mögötte pedig légköri nyomás. A nyomáskülönbség a dugattyúra kifejtett (a dugattyúfelület ismeretében közvetlenül számítható) erő segítségével hozza mozgásba a vonatot.

A légnyomásos vasutaknak több jelentős előnye volt az akkori vonatokhoz képest. Mivel a vonóerőt itt nem a kerék–sín tapadás segítségével fejtették ki, hanem a dugattyúra ható nyomással, nem kellett számolni a kerekek megcsúszásával, tehát a hagyományos vasutaknál jóval meredekebb emelkedők is megengedhetők voltak. Az erőgépet a mozdonynak itt nem kellett magával hordania, könnyebb lehetett, emiatt kisebb teherbírású pálya is elegendő volt, és a mozdony szűkebb íveket is be tudott venni. Egy nagy központi gőzgépet pedig elméletileg fajlagosan olcsóbb fenntartani, mint több, (hozzá képest) kis teljesítményű gőzmozdonyt.

Ezáltal az üzemeltetés még olcsóbb, és mivel a mozdonyok nem füstöltek, megoldódhatott az akkoriban nagy problémát okozó füstkibocsátás is. Sőt, a biztonság is javult; a vákuumcsöves vasutakon egyszerre csak egy irányba lehet közlekedni, ezért lehetetlen, hogy két vonat összeütközzön. A XIX. században számos próbálkozás történt a vákuumcsöves vasutak meghonosítására és elterjesztésére, kevés sikerrel. Ezek közül az egyik leghíresebbet, az angliai South Devon vasúttársaság atmoszferikus vasútját mutatjuk be.

A South Devon Atmospheric Railway története

A vonalat a világ legjelentősebb vasút- és hajóépítője, Isambard Kingdom Brunel építtette meg az általa favorizált nagyon széles, 2140 milliméteres nyomtávval. A vasúton a szerelvények elméletileg akár 110 km/h-val is száguldhattak volna, de biztonsági okokból a sebességet 40 MPH-ban, azaz 64 km/h-ban maximálták.

A pálya mentén 5 kilométerenként elhelyezett szivattyúházak adták a megfelelő vákuumot, a vontatást biztosító vákuumcsövek 15 hüvelyk, azaz 38 cm átmérőjűek voltak, de az emelkedős szakaszokon ezek helyett nagyobb, 22 hüvelykes, azaz 56 cm-es csöveket alkalmaztak (nem maradt feljegyzés az utókorra arról, hogy miként oldották meg a két különböző átmérőjű csőszakasz közötti átmenetet, de a legvalószínűbb, hogy mozdonyt cseréltek a szakaszhatárokon). Azt sem tudjuk, hogy zajlott az átkelés a különleges síneken, hiszen a pálya síkjából kiemelkedő csöveken nem tudott volna egy lovas kocsi áthaladni.

 

Brunel vákuumcsöves vasútja. A képen a szivattyútelep épülete is látható.

Nem ez volt azonban a legnagyobb probléma a vasúttal. A csövek tömítésére ekkor a legalkalmasabbnak az olajokkal és zsírokkal kikészített bőr bizonyult, amely sajnos csak korlátozott tömítőképességgel rendelkezett. Tovább rontotta a helyzetet, hogy a vasút a tengerparton haladt, és a szél által szállított sósvíz-permet hamar kikezdte a csöveket és tömítéseket, arról nem is beszélve, hogy milyen finom lakomát jelentett a zsíros bőr a patkányok számára. Nem egyszer fordult elő, hogy a vonat egyszerűen nem tudott elindulni, mert a patkányok megették a nyomáskülönbség fenntartásához elengedhetetlen bőrtömítéseket, és a vákuum megszűnt!

A másik probléma a szivattyúházakkal adódott. A gőzgépek nagy szénfogyasztással üzemeltek, mivel a rossz tömítés miatt nagy volt a nyomásesés az egyes szakaszokon. A légnyomásos vasút fenntartási költsége 1 km-re vetítve 10 penny volt, míg a hagyományos vasutak kevesebb, mint feleannyiból, mindössze 4 pennyből működtek ugyanekkora távon.

 

Az eredeti vákuumcsöves pálya egy darabja napjainkban, a Didcot vasút múzeumban.

A 32 kilométeres, a délnyugat-angliai Exetert és Newtont összekötő vákuumcsöves vasutat 1847. szeptember 13-án nyitották meg, 1848 februárjában indultak meg az első, utast is szállító szerelvények, de a már említett tömítési, illetve a szintén nagy fejtörést okozó szivattyúhibák miatt alig egy évvel később, 1848. szeptember 9-én be is zárták, pedig eredetileg szó volt arról, hogy a Newton városa utáni szakaszt is vákuumcsövesre alakítják át.

A sokba kerülő kísérlet kudarca csőd közeli helyzetbe hozta a vasúttársaságot, és az csak újabb hitelezők bevonásával tudott úrrá lenni a pénzügyi válságon. A vonalat kiszolgáló szivattyúházak ma is láthatók a pálya mentén, a csőszakasz egy eredeti darabja pedig a Didcot vasúti múzeumban van kiállítva.

A vákuumcsöves vasutak értékelése

Mint az a fenti esetben is látható, a pneumatikus vasutak előnyei csak elméletben működtek. Az 1840-es ’50-es években még nem léteztek olyan anyagok, amelyek megfelelő zárást biztosítottak volna a vákuumcsöveknek, ezért hatalmas veszteségekkel kellett számolni, így a hajtás eredő hatásfoka rosszabb volt még az akkori gőzmozdonyokénál is.

A pálya ugyan könnyebb lehetett a hagyományos vasutakénál, de a két sín közé fektetett vákuumcső gyártása drága és körülményes volt, a technika pedig jelentős kihívások elé állította a tervezőket. A 40-50 cm átmérőjű csövek miatt nem volt lehetséges az átkelés a keresztutakon, felüljárót kellett építeni, ami akkoriban nem volt bevett gyakorlat; valószínűleg úgy oldották meg ezt a problémát, hogy az átjáróban egy darabon véget ért a cső, és itt a vonat lendületben haladt át.

 

A brazíliai Porto Alegrében tavaly óta üzemelő 1 kilométeres magasvasút az egyik példa a modern pneumatikus meghajtású vasutakra. Az indonéziai Jakartában 1989 óta szintén üzemel egy hasonló vasút.

Nem volt lehetséges az sem, hogy egyszerre egy vágányon két irányba lehessen haladni, illetve a vonat nem tudott irányt váltani sem, a váltók, fordítókorongok kivitelezése pedig akkora kihívás volt a kor mérnökei számára, hogy a megvalósult vasutakon nem is építettek ilyeneket. A vonatok tolatását emberi, vagy állati erővel oldották meg; ez a kisforgalmú vasutakon megoldható volt, de egy nagy teher- vagy személypályaudvaron lehetetlen állapotokat teremtett volna. A vákuumcsöves vasutak nem voltak átjárhatók a hagyományos vonatok számára, és atmoszferikus vonat sem közlekedhetett hagyományos síneken, ez pedig a mai maglev-vasutakhoz hasonló elszigeteltséghez vezetett.

A hajtás későbbi sorsa

A vákuumcsöves vasutak végét a XIX. század végén bekövetkező második ipari forradalom jelentette. 1876-ban elkészült az első villanymotor, 1885-ben pedig útjára indult az első belső égésű motorral felszerelt autó, a XX. század elején pedig mindkét hajtásnak létezett már képviselője a vasúti vontatásban is.

Ezek gyors fejlődésüknek köszönhetően hamar kiszorították azokat az atmoszferikus vasutakat is, amelyekkel esetleg nem végzett egy gazdasági recesszió vagy egyéb működésbeli problémák. Mivel ezek a vasutak sosem terjedtek el igazán, mára szinte teljesen a feledés homályába merültek, igaz, néhány helyen ma is lehet velük találkozni.

Veit András
a szerző cikkei

hirdetés
Hozzászólások (1 db)
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
#
Lehet hogy csak nekem nem vilagos de ha a csovek vegig voltak hasitva a tetejukon akkor hogyan lehetett bennuk vakumot letrehozni ?????
Cikk[160799] galéria
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés