Dugattyúhatás
A dugattyúhatás a mozgó járművek által egy alagútban vagy aknában okozott kényszerített légáramlást jelenti.[1] Ez egyike azon számos jelenségnek, amelyet a mérnököknek és a tervezőknek figyelembe kell venniük a különböző szerkezetek fejlesztése során.
Ok
[szerkesztés]
A szabad levegőn, amikor egy jármű halad, a félretolt levegő bármilyen irányba elmozdulhat, kivéve a talajba. Egy alagút belsejében a levegőt az alagút falai korlátozzák, hogy az alagút mentén mozogjon. A mozgó jármű mögött, ahogy a levegő eltolódott, szívóhatás jön létre, és a levegőt az alagútba áramláshoz húzza. Ezenkívül a folyadék viszkozitása miatt a jármű felülete a járművel együtt áramló levegőt is magával rántja, amit a jármű közegellenállásként érzékel. A levegőnek a jármű által történő mozgása a dugattyú működéséhez hasonló, mint a dugattyús kompresszoros gázszivattyúban, innen a "dugattyúhatás" elnevezés. A hatás hasonlít a vízelvezető csövekben fellépő nyomásingadozáshoz is, amikor a szennyvíz levegőt tol maga előtt.
A dugattyúhatás nagyon jelentős a vasúti alagutakban, mivel a vonatok keresztmetszete nagy, és sok esetben szinte teljesen kitölti az alagút keresztmetszetét. A metróperonokon (ahol nincsenek peronvédő ajtók felszerelve) az utasok által a vonat közeledésekor érzett szél a dugattyúhatásból eredő légáramlás. A hatás kevésbé kifejezett a közúti járműalagutakban, mivel a jármű keresztmetszete kicsi az alagút teljes keresztmetszetéhez képest. Az egyvágányú alagutakban tapasztalható a legnagyobb hatás, de a gördülőállomány és az alagút közötti távolság, valamint a vonat elejének alakja is befolyásolja az erősségét.[3]
A dugattyúhatás okozta légáramlás nagy erőket gyakorolhat az alagút belsejében lévő berendezésekre, ezért ezeket a berendezéseket gondosan kell megtervezni és megfelelően kell beépíteni. Néha visszacsapó csappantyúkra van szükség, hogy megakadályozzák a szellőzőventilátorok e légáramlás okozta leállását.[3]
Alkalmazása
[szerkesztés]A dugattyúhatást az épületek tervezőinek figyelembe kell venniük a felvonóaknán belüli füstmozgással kapcsolatban.[4] A mozgó felvonókabin kiszorítja az előtte lévő levegőt az aknából, és levegőt húz a mögötte lévő aknába, a hatás leginkább az egy aknában gyorsan mozgó kocsival rendelkező felvonórendszerekben jelentkezik. Ez azt jelenti, hogy tűz esetén a mozgó felvonó füstöt nyomhat az alsóbb szintekre.[4]
A dugattyúhatást használják az alagút szellőztetésében. A vasúti alagutakban a vonat az előtte lévő levegőt az előtte lévő legközelebbi szellőzőakna felé nyomja ki, a mögötte lévő legközelebbi szellőzőaknából pedig levegőt szív az alagútba. A dugattyúhatás közúti járműalagutakban is segítheti a szellőzést.
A földalatti gyorsvasutaknál a dugattyúhatás hozzájárul a szellőzéshez, és bizonyos esetekben elegendő légmozgást biztosít ahhoz, hogy szükségtelenné tegye a mechanikus szellőzést. A szélesebb, több vágányt tartalmazó állomásokon a levegő minősége változatlan marad, sőt javulhat, ha a mechanikus szellőzést kikapcsolják. Az egyetlen alagúttal rendelkező keskeny peronokon azonban romlik a levegő minősége, ha a szellőzés kizárólag a dugattyúhatásra támaszkodik. Ez még mindig lehetővé teszi a potenciális energiamegtakarítást, ha lehetőség szerint a dugattyúhatást használjuk ki a mechanikus szellőztetés helyett.[5]
Alagútbumm
[szerkesztés]
Az alagútbumm a nagysebességű vonatok által az alagutakba való behajtáskor néha keltett hangos bumm. Ezek a lökéshullámok zavarhatják a közelben lakókat, és károsíthatják a vonatokat és a közeli építményeket. Az emberek ezt a hangot a szuperszonikus repülőgépek hangrobbanásához hasonlóan érzékelik. A hangrobbanástól eltérően azonban az alagútbummot nem a hangsebességet meghaladó vonatok okozzák. Ehelyett az alagútbummot az alagút szerkezete okozza, amely megakadályozza, hogy a vonatot körülvevő levegő minden irányba elszökjön. Amikor egy vonat áthalad az alagúton, kompressziós hullámokat hoz létre maga előtt. Ezek a hullámok lökéshullámmá egyesülnek, amely hangos bummot generál, amikor eléri az alagút kijáratát.[6][7] E hullám erőssége arányos a vonat sebességének négyzetével, így a hatás sokkal kifejezettebb a gyorsabb vonatoknál.[7]
Az alagútbumm zavarhatja az alagutak torkolatának közelében lakókat, és súlyosbodik a hegyi völgyekben, ahol a hang visszhangzik. E zavaró hatások csökkentése jelentős kihívást jelent az olyan nagysebességű vonalak számára, mint a japán Sinkanszen, a francia TGV és a spanyol AVE. Az alagútbumm a vonatok sebességének növelését korlátozó legfőbb tényezővé vált Japánban, ahol a hegyvidéki terep miatt gyakoriak az alagutak. Japán törvényben korlátozta a zajszintet 70 dB-re a lakott területeken,[8] amelyek közé számos alagút kijárati zóna is tartozik.
Az alagútzaj csökkentésének módszerei közé tartozik a vonat profiljának aerodinamikus kialakítása, az alagutak bejárataihoz tetők hozzáadása,,[9] perforált falak telepítése az alagút kijáratainál,[6] és szellőzőnyílások fúrása az alagútba[7] (hasonlóan a lőfegyverek hangtompítójának felszereléséhez, de sokkal nagyobb méretben).
Fülpanaszok
[szerkesztés]Az utasok és a személyzet a gyors nyomásváltozások miatt fülpanaszokat tapasztalhatnak, amikor a vonat behajt az alagútba.[10]
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ JR-East (East Japan Railway Company). [2012. február 17-i dátummal az eredetiből archiválva].
- ↑ Hitachi Brasil Ltd.: Innovation and Advanced Technology - High Speed Train – Hitachi Brasil Ltda. www.slideshare.net , 2011. augusztus 16.
- ↑ a b Bonnett, Clifford F.. Practical Railway Engineering. Imperial College Press, 174–175. o. (2005). ISBN 978-1860945151
- ↑ a b Klote, John H. (1986. június 13.). „Elevator Piston Effect and the Smoke Problem”. Fire Safety Journal 11 (2), 227–233. o. DOI:10.1016/0379-7112(86)90065-2. (Hozzáférés: 2016. január 20.)
- ↑ (2014. április 24.) „Subway platform air quality: Assessing the influences of tunnel ventilation, train piston effect and station design”. Atmospheric Environment 92 (August 2014), 461–468. o. DOI:10.1016/j.atmosenv.2014.04.043.
- ↑ a b (1995. október 1.) „Experimental investigation on tunnel sonic boom”. Shock Waves 5 (3), 127–138. o. DOI:10.1007/BF01435520.
- ↑ a b c (2001. február 1.) „Experimental study of the unsteady aerodynamic field outside a tunnel during a train entry”. Experiments in Fluids 30 (2), 221–228. o. DOI:10.1007/s003480000159.
- ↑ 新幹線鉄道騒音に係る環境基準について（昭和50年環境庁告示） The Environmental Regulation of Shinkansen Noise Pollutions (1975, Environmental Agency) (Japanese). Env.go.jp. (Hozzáférés: 2012. október 1.)
- ↑ (2010. november 30.) „Development of New Tunnel Entrance Hoods”. JR East Technical Review 16 (Spring), 56–59. o. (Hozzáférés: 2016. január 4.)
- ↑ (2019. április 1.) „Risks of Ear Complaints of Passengers and Drivers While Trains Are Passing Through Tunnels at High Speed: A Numerical Simulation and Experimental Study”. International Journal of Environmental Research and Public Health 16 (7), 1283. o. DOI:10.3390/ijerph16071283. ISSN 1661-7827. PMID 30974822. PMC 6480231.
Irodalom
[szerkesztés]- Bonnett, Clifford F.. Practical Railway Engineering, 2nd, London, UK: Imperial College Press (2005. november 30.). ISBN 978-1-86094-515-1. OCLC 443641662