I-RAIL

Een intelligent hogesnelheidsrail integriteitsmonitoringsysteem, geïnstalleerd op passagiers- en vrachttreinen

Acroniem: I-RAIL
Contract: FP7-SME-2010-I-262293
Volledige titel: An Intelligent On-line High-Speed Rail Condition Monitoring System Deployed via Passenger and Freight Trains
Website: www.i-railproject.eu
Startdatum: November 1, 2010
Project-coördinator: D2S International, Heverlee (BE)
Duur (maanden): 24
Budget: €1,474,500
EC-contributie: €1,107,375

Achtergrond

De spoorwegen in Europa worden alsmaar drukker en drukker, met treinen die aan steeds hogere snelheden rijden en meer passagiers vervoeren en hogere aslasten hebben dan ooit tevoren. De combinatie van deze factoren oefent een zeer zware druk uit op de bestaande infrastructuur, en leidt door het hogere risico op catastrofale defecten tot een toename in de eisen inzake inspectie en onderhoud van de spoorinfrastructuur. Over de laatste jaren zijn de uitgaven voor inspectie en onderhoud aldus gestadig toegenomen, echter zonder ook enige beduidende toename van de veiligheid. Als gevolg hiervan zijn de onmiddellijke uitdagingen van de spoorwegen een beduidende verbetering van de veiligheid van de netwerken van de Europese lidstaten en de ontwikkeling van een duurzamere spoorweginfrastructuur door de verbetering van de efficiëntie en technologische innovatie. Hoewel ernstige spoorwegongevallen vrij zeldzaam zijn binnen de EU, komen zij toch te veel voor. De classificatie van spoorwegongevallen hangt af van de oorzakelijke factor, zoals het menselijk falen, een infrastructuurdefect of een voertuigdefect. Een beduidend aantal spoorwegongevallen zijn infrastructuurgebonden, waarvan een groot gedeelte te wijten is aan een defecte rail. De gestage toename in de operationele treinsnelheid houdt in dat een catastrofaal raildefect kan leiden tot ernstige ontsporingen zoals die welke plaatsvond in Hatfield in de UK in oktober 2000 waarbij zwaargewonden en dodelijke slachtoffers vielen en een ernstige storing van het netwerk veroorzaakte, evenals onnodige kosten en een verlies aan vertrouwen in spoortransport bij het publiek.

Catastrofale raildefecten als gevolg van de groei van structurele defecten kunnen worden vermeden door nauwkeurige inspectie en aangepaste planning van het onderhoud. Indien de onderhoudskosten moeten worden geoptimaliseerd met als resultaat een verbetering in de bestaande veiligheidsnormen, dan is het vinden van defecten in een zo vroeg mogelijk stadium van primordiaal belang voor de spoorwegen.

Doelstellingen

  • Het overkomen van de beperkingen van de huidige inspectieprocedure van spoorlijnen door het succesvol inzetten van een geavanceerd hogesnelheidsconditiebewakingssysteem gebaseerd op de EMAT-technologie.
  • Het ontwikkelen van geavanceerde, op ultrasone gerichte stralentechniek, gebaseerde verificatie- en evaluatieprocedures voor de defecten die door het hogesnelheidssysteem kunnen worden geïdentificeerd.
  • Het bereiken van 90% PoD van de defecten kleiner dan de kritische grootte en 100% PoD voor defecten van de kritische grootte, wat leidt tot een substantiële verbetering van de betrouwbaarheid van het Europese spoornetwerk.
  • Het verminderen van de tijd nodig voor het uitvoeren van de inspecties met 75%, door de integratie van drie verschillende, aan elkaar complementaire technieken die deel uitmaken van een enkel functioneel niet-destructief hogesnelheidsevaluatiesysteem en het dankzij de grotere accuraatheid en betrouwbaarheid van de I-RAIL inspectieprocedure, het bereiken van een beduidende vermindering van indicaties van valse defecten, welke anders manueel dienen te worden geverifieerd.
  • Het ontwikkelen van de vereiste software en een intelligente beheerseenheid die een automatische en onmiddellijke analyse van de gedetecteerde defecten toelaat en de menselijke subjectiviteit gedurende de interpretatie en analyse van de resultaten minimaliseert.

Werkbeschrijving

Naast de taken voor Demonstratie (WP6), Kennisverspreiding & IPR (intellectueel eigendomsrecht) (WP7) en Management (WP8), zijn vijf taken toegewijd aan het echte ontwikkelingswerk.

  • WP 1 levert de volledig specificaties van het hogesnelheidsbewakingssysteem, de ultrasoon gefaseerde stralentechniek en de monsters die gebruikt zullen worden in de evaluatie. Een selectie van railmonsters zal worden aangeschaft voor de validering en de demonstratie van de I-RAIL-technologie.
  • WP 2 ontwikkelt een geavanceerd hogesnelheidsbewakingssysteem, gebaseerd op EMAT-sensoren die ontplooid zullen worden op het spoornetwerk vanop conventionele passagiers- en vrachttreinen. Het systeem zal gebruik maken van de intelligente bestuurseenheid die automatisch en onmiddellijk de data, voortkomend uit de sensoren, analyseert en wanneer een defect gedetecteerd is, dit onmiddellijk doorgeeft aan een controlecentrum waar de toestand van het ganse netwerk wordt geëvalueerd en aangepast met de data verkregen van het EMAT-systeem.
  • WP 3 ontwikkelt de ultrasone gefaseerde stralentechniek voor de verificatie en evaluatie van raildefecten die gedetecteerd werden met het hogesnelheidsbewakingssysteem. De apparatuur zal ook geschikt zijn voor de inspectie van lassen, wissels en kruisingen die zeer moeilijk te inspecteren zijn met conventionele technieken. Evenals de ontwikkeling van een intelligent beslissingsondersteuningsmodel voor de optimalisering van de onderhoudsplanning van de infrastructuur.
  • WP 4 integreert, test en valideert het hogesnelheids-EMAT-systeem en de ultrasone gefaseerde stralen verificatietechniek teneinde de complete I-RAIL hogesnelheidsinspectietechniek en de ultrasone gefaseerde stralenprocedures te valideren onder gesimuleerde voorwaarden.
  • WP 5 betreft de demonstratie op het spoor van het hogesnelheids-EMAT-inspectiesysteem en de ultrasone gefaseerde stralen defectverificatietechniek.

Resultaten

Het consortium zal een geavanceerd hogesnelheidsbewakingssysteem gebaseerd op de contactloze EMAT-sensoren ontwikkelen en inzetten. Het systeem zal de snelle en betrouwbare inspectie van sporen mogelijk maken aan snelheden tot 320 km/h. Het gebruik van de contactloze EMAT-sensoren elimineert de nood aan een koppelingsmedium, wat de metingen vergemakkelijkt. Het gebruik van de EMAT-techniek, gebaseerd op gerichte golven die werken in een zender–ontvangerconfiguratie (pitch-catch), overkomt de snelheidsbeperkingen geassocieerd met conventionele ultrasone technieken van het detecteren van defecten in de rails, in het bijzonder rollend contact vermoeiingsschade (Rolling Contact Fatigue). Daar de EMAT-sensoren van op een kleine afstand werken is er geen behoefte aan een verbinding met het oppervlak van de te testen rail. Het I-RAIL-inspectiesysteem kan dus ingezet worden vanop eender welk voertuig, met inbegrip van passagiers- en vrachttreinen. Dit betekent dat het I-RAIL-EMAT-systeem ingebouwd kan worden in virtueel elke trein die over het netwerk rijdt, waardoor er te allen tijde accurate en betrouwbare informatie aangaande de structuurintegriteit van de rails aanwezig is.

Het I-RAIL-hogesnelheidsbewakingssysteem wordt aangevuld met de ultrasone gerichte stralentechniek voor de verificatie en evaluatie van de in het netwerk gedetecteerde defecten.