一种真空管道磁悬浮列车的进站冷却系统及方法与流程

本发明涉及真空管道磁悬浮列车技术领域，具体而言，涉及一种真空管道磁悬浮列车的进站冷却系统及方法。

背景技术：

目前，真空管道磁悬浮列车在理想状态下，能够实现大于1000km/h的时速，其在运行过程中能耗极低，并且没有噪声的污染，真空管道磁悬浮列车突出的性能为下一代高速的交通工具指明了方向。但是，考虑到真空管道磁悬浮列车在高速运行时，其列车上的设备会产生相当一部分热量，这必将会影响真空管道磁悬浮列车的高速运行。

如今，随着真空管道磁悬浮列车相关技术的不断发展，发现真空管道磁悬浮列车上的热量主要来源于列车上电子电气设备的发热。对于传统列车，大部分热量会通过自然对流和强制对流散失掉，但是针对真空管道磁悬浮列车而言，其运行环境是相对密闭的空间，列车上电器设备所产生的热量导致了列车车身温度极高。并且，为了避免冷却气体对真空管道磁悬浮列车的车身结构强度造成不良影响，对不同车身材料所适用的冷却气体温度有较为严格的要求。

由此可见，真空管道磁悬浮列车散热问题亟待解决。因此，进一步的研究真空管道磁悬浮列车热管理系统十分重要。考虑到真空管道磁悬浮列车运行环境的设备过热问题，需要针对性的开发出一种真空管道磁悬浮列车的冷却系统及方法，使其能够在保证列车结构强度的基础上，快速有效地降低列车发热设备的温度。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种真空管道磁悬浮列车的进站冷却系统及方法，该进站冷却系统及方法能够快速有效地降低真空管道磁悬浮列车的车身温度，并且不会对列车车身的结构强度造成不良影响。

为了实现上述目的，本发明提供了一种真空管道磁悬浮列车的进站冷却系统，该进站冷却系统包括：

机械臂，安装在真空管道磁悬浮列车的站台下方；

车身温度测量装置，安装在机械臂上，用于检测真空管道磁悬浮列车的车身温度；

车身材料检测装置，安装在机械臂上，用于检测真空管道磁悬浮列车的车身材料；

冷却气体管路，安装在机械臂上，冷却气体管路上于机械臂的前端设有冷却气体喷头；

高压冷气供应系统，与冷却气体管路相连通，用于向冷却气体管路提供高压冷气；

高压恒温气体供应系统，与冷却气体管路相连通，用于向冷却气体管路提供高压恒温气体；

控制器，机械臂、车身温度测量装置、车身材料检测装置、高压冷气供应系统和高压恒温气体供应系统均与控制器相连接。

进一步地，高压冷气供应系统包括一高压冷气储气罐，高压冷气储气罐的排气口通过一高压冷气供气管路与冷却气体管路相连通，高压冷气供气管路上设有一高压冷气供气阀，高压冷气供气阀与控制器相连接。

进一步地，高压冷气供应系统还包括一高压冷气储气罐加注系统，高压冷气储气罐加注系统通过一高压冷气加注管路与高压冷气储气罐的加注口相连通，高压冷气加注管路上设有一高压冷气加注阀，高压冷气加注阀与控制器相连接。

进一步地，高压恒温气体供应系统包括一高压恒温气体储气罐，高压恒温气体储气罐的排气口通过一高压恒温气体供气管路与冷却气体管路相连通，高压恒温气体供气管路上设有一高压恒温气体供气阀，高压恒温气体供气阀与控制器相连接。

进一步地，高压恒温气体供应系统还包括一高压恒温气体储气罐加注系统，高压恒温气体储气罐加注系统通过一高压恒温气体加注管路与高压恒温气体储气罐的加注口相连通，高压恒温气体加注管路上设有一高压恒温气体加注阀，高压恒温气体加注阀与控制器相连接。

进一步地，进站冷却系统还包括一冷凝水处理系统，冷凝水处理系统包括：

冷凝水蓄水槽，安装于真空管道磁悬浮列车站台上，且位于真空管道磁悬浮列车的车身下方；

站外排污井，设于真空管道磁悬浮列车站台的外部，冷凝水蓄水槽通过排污管道与站外排污井相连通。

根据本发明的另一方面，提供了一种真空管道磁悬浮列车的进站冷却方法，采用上述的进站冷却系统对真空管道磁悬浮列车车身进行冷却，进站冷却方法包括：

通过控制器控制机械臂运动至靠近真空管道磁悬浮列车车身的预定位置；

通过车身温度测量装置检测预定位置处的真空管道磁悬浮列车的车身温度，并将车身温度信号发送至控制器；

通过车身材料检测装置检测预定位置处的真空管道磁悬浮列车的车身材料，并将车身材料信号发送至控制器；

控制器根据车身温度信号，判断预定位置处的真空管道磁悬浮列车的车身是否为高温区域；当预定位置处的真空管道磁悬浮列车的车身为高温区域时，控制器根据车身材料信号控制高压冷气供应系统和高压恒温气体供应系统向冷却气体管路通入气体的比例，进而调节从冷却气体喷头喷出的冷却气体的温度；

冷却气体经冷却气体喷头喷向预定位置处的真空管道磁悬浮列车车身，对预定位置处的列车车身进行冷却。

进一步地，控制器根据车身材料信号控制高压冷气供应系统和高压恒温气体供应系统向冷却气体管路通入气体的比例，进而调节从冷却气体喷头喷出的冷却气体的温度，具体包括：

根据控制器中储存的真空管道磁悬浮列车车身不同材料与对应的冷却气体温度数据库，确定高温区域的车身材料所对应的冷却气体温度；

根据冷却气体温度函数，确定高压冷气供应系统和高压恒温气体供应系统向冷却气体管路通入气体的比例，进而使得从冷却气体喷头喷出的气体温度达到冷却气体温度。

进一步地，冷却气体温度函数表示为：

其中，

式中，tc为高压冷气的温度；tw为高压恒温气体的温度；k1为高压冷气的权重系数；k2为高压恒温气体的权重系数；σ为高压冷气风量占总风量的比例系数；ft为从冷却气体喷头喷出的冷却气体温度；xc为高压冷气的风量；xw为高压恒温气体的风量。

进一步地，控制器根据车身温度信号，判断预定位置处的真空管道磁悬浮列车的车身是否为高温区域，具体包括：

控制器将车身温度信号与预先设置的车身温度阈值进行比较，当预定位置处的车身温度达到车身温度阈值时，判断预定位置处的真空管道磁悬浮列车车身为高温区域；当预定位置处的车身温度未达到车身温度阈值时，判断预定位置处的真空管道磁悬浮列车车身不是高温区域。

应用本发明的技术方案，对真空管道磁悬浮列车进行冷却时，将真空管道磁悬浮列车停在站台上，通过控制器控制机械臂运动到靠近列车车身的预定位置，通过车身温度测量装置对该位置处的车身温度进行检测；若该位置处的车身属于高温区域，则通过车身材料检测装置对该位置处的车身材料进行检测，并由控制器根据该位置处的车身材料所适用的冷却气体温度调节高压冷气和高压恒温气体的通入比例，进而调节从冷却气体喷头喷出的冷却气体的温度，使得在合适的冷却气体温度下对列车车身高温区域进行冷却。该进站冷却系统能够快速有效地降低真空管道磁悬浮列车高温区域的车身温度，并且不会对列车车身的结构强度造成不良影响。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的进站冷却系统的结构示意图。

图2为真空管道磁悬浮列车高温区域分布图。

图3为真空管道磁悬浮列车的发热设备水平截面图。

图4为本发明实施例的进站冷却系统中多个机械臂沿列车站台布点图。

图5为高压恒温气体比例系数与冷却气体温度函数图。

图6为本发明实施例中的列车高温区域温度与冷却气体温度匹配图。

图7为本发明实施例的进站冷却系统中冷凝水处理系统的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、机械臂；2、车身温度测量装置；3、车身材料检测装置；4、冷却气体管路；5、高压冷气供应系统；6、高压恒温气体供应系统；7、控制器；8、冷凝水处理系统；11、步进电机；41、冷却气体喷头；51、高压冷气储气罐；52、高压冷气供气管路；53、高压冷气供气阀；54、高压冷气储气罐加注系统；55、高压冷气加注管路；56、高压冷气加注阀；61、高压恒温气体储气罐；62、高压恒温气体供气管路；63、高压恒温气体供气阀；64、高压恒温气体储气罐加注系统；65、高压恒温气体加注管路；66、高压恒温气体加注阀；81、冷凝水蓄水槽；82、站外排污井；83、排污管道。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

参见图1至图7，一种本发明实施例的真空管道磁悬浮列车的进站冷却系统，该进站冷却系统主要包括机械臂1、车身温度测量装置2、车身材料检测装置3、冷却气体管路4、高压冷气供应系统5、高压恒温气体供应系统6和控制器7。其中，机械臂1安装在真空管道磁悬浮列车的站台下方；车身温度测量装置2安装在机械臂1上，该车身温度测量装置2用于检测真空管道磁悬浮列车的车身温度，并将车身温度信号发送至控制器7；车身材料检测装置3安装在机械臂1上，该车身材料检测装置3用于检测真空管道磁悬浮列车的车身材料，并将车身材料信号发送至控制器7；冷却气体管路4安装在机械臂1上，该冷却气体管路4上于机械臂1的前端设置有冷却气体喷头41；高压冷气供应系统5与冷却气体管路4相连通，该高压冷气供应系统5用于向冷却气体管路4提供高压冷气；高压恒温气体供应系统6与冷却气体管路4相连通，该高压恒温气体供应系统6用于向冷却气体管路4提供高压恒温气体；控制器7安装在机械臂1上，机械臂1的驱动电机、车身温度测量装置2、车身材料检测装置3、高压冷气供应系统5和高压恒温气体供应系统6均与该控制器7相连接。

上述的真空管道磁悬浮列车的进站冷却系统，通过在真空管道磁悬浮列车的站台下方安装机械臂1，在机械臂1上设置车身温度测量装置2、车身材料检测装置3、冷却气体管路4和控制器7，并且设置高压冷气供应系统5和高压恒温气体供应系统6与冷却气体管路4相连接；对真空管道磁悬浮列车进行冷却时，将真空管道磁悬浮列车停在站台上，通过控制器7控制机械臂1运动到靠近列车车身的预定位置，通过车身温度测量装置2对该位置处的车身温度进行检测；若该位置处的车身属于高温区域，则通过车身材料检测装置3对该位置处的车身材料进行检测，并由控制器7根据该位置处的车身材料所适用的冷却气体温度调节高压冷气和高压恒温气体的通入比例，进而调节从冷却气体喷头41喷出的冷却气体的温度，使得在合适的冷却气体温度下对列车车身高温区域进行冷却。该进站冷却系统能够快速有效地降低真空管道磁悬浮列车高温区域的车身温度，并且不会对列车车身的结构强度造成不良影响。

具体来说，参见图1，在本实施例中，高压冷气供应系统5包括一个高压冷气储气罐51，该高压冷气储气罐51的排气口通过一根高压冷气供气管路52与冷却气体管路4相连通，在高压冷气供气管路52上还设置有一个高压冷气供气阀53，该高压冷气供气阀53与控制器7相连接。如此设置，只需通过控制器7控制高压冷气供气阀53的开度，即可对通入冷却气体管路4内的高压冷气风量进行调节。

进一步地，参见图1，在本实施例中，高压冷气供应系统5还包括一个高压冷气储气罐加注系统54，该高压冷气储气罐加注系统54通过一根高压冷气加注管路55与高压冷气储气罐51的加注口相连通，在该高压冷气加注管路55上还设置有一个高压冷气加注阀56，该高压冷气加注阀56与控制器7相连接。这样设置，当需要向高压冷气储气罐51内补充加注高压冷气时，只需通过控制器7控制打开高压冷气加注阀56，即可通过高压冷气储气罐加注系统54向高压冷气储气罐51内补充加注高压冷气。具体地，高压冷气储气罐加注系统54可采用空气压缩机。该空气压缩机采用容积型压缩方式，即旋转式全封闭压缩机，其开关结构采用固体膨胀式温度开关，空气压缩机的额定功率选择2200～2500w的范围，该型号空气压缩机故障率较低，稳定性较好。在高压冷气储气罐51内还设置有一个压力传感器(图中未示出)，该压力传感器与控制器7相连接，用于检测高压冷气储气罐51的储存气体的容量，当高压冷气储气罐51内的高压冷气的量低于总容量的1/5时，压力传感器将通过控制器7将高压冷气加注阀56打开，从而开始向高压冷气储气罐51内加注高压冷气。

具体地，参见图1，在本实施例中，高压恒温气体供应系统6包括一个高压恒温气体储气罐61，该高压恒温气体储气罐61的排气口通过一根高压恒温气体供气管路62与冷却气体管路4相连通，在高压恒温气体供气管路62上还设置有一个高压恒温气体供气阀63，该高压恒温气体供气阀63与控制器7相连接。如此设置，只需通过控制器7控制高压恒温气体供气阀63的开度，即可方便地对通入冷却气体管路4内的高压恒温气体风量进行调节，进而调节从冷却气体喷头41喷出的冷却气体的温度。该高压恒温气体的温度高于高压冷气的温度，高压恒温气体作为暖风、高压冷气作为冷风，通过将暖风和冷风按比例进行混合，即可调节冷却气体的温度。高压恒温气体储气罐61内设置恒温装置，用于使高压恒温气体储气罐61内的气体恒温。

进一步地，参见图1，在本实施例中，高压恒温气体供应系统6还包括一个高压恒温气体储气罐加注系统64，该高压恒温气体储气罐加注系统64通过一根高压恒温气体加注管路65与高压恒温气体储气罐61的加注口相连通，在该高压恒温气体加注管路65上还设置有一个高压恒温气体加注阀66，该高压恒温气体加注阀66与控制器7相连接。这样设置，当需要向高压恒温气体储气罐61内补充加注高压恒温气体时，只需通过控制器7控制打开高压恒温气体加注阀66，即可通过高压恒温气体储气罐加注系统64向高压恒温气体储气罐61内补充加注高压恒温气体。具体地，高压恒温气体储气罐加注系统64也可采用空气压缩机。

通过冷却气体对列车高温区域进行冷却降温后，会在列车车身上形成冷凝水，若不将这些冷凝水排出列车车站，则可能会对真空管道磁悬浮列车的运行带来不安全因素。为了解决这一问题，在本实施例中，进站冷却系统还包括一个冷凝水处理系统8(如图7所示)，该冷凝水处理系统8包括冷凝水蓄水槽81和站外排污井82。其中，冷凝水蓄水槽81安装于真空管道磁悬浮列车站台上，且位于真空管道磁悬浮列车的车身正下方；站外排污井82设置在真空管道磁悬浮列车站台的外部，冷凝水蓄水槽81通过排污管道83与该站外排污井82相连通。通过上述的冷凝水蓄水槽81可将列车车身上的冷凝水进行收集，然后通过排污管道83将冷凝水蓄水槽81内的冷凝水排出至列车车站外的站外排污井82中，避免冷凝水对真空管道磁悬浮列车的运行造成安全影响。

进一步地，参见图4，该进站冷却系统还可设置多个机械臂1，可根据真空管道磁悬浮列车车身高温区域的分布，将多个机械臂1沿车站站台并排布置，通过多个机械臂1可能定点快速准确地对列车高温区域进行冷却，实现列车车身的多点降温。

具体来说，在本实施例中，在机械臂1上设有三个步进电机11，步进电机11与控制器7相连接，通过该三个步进电机11来实现机械臂1在真空管道磁悬浮列车车身高温区域附近的运动。步进电机11采用步距角为1.5度，精度为0.075的电机，该型号步进电机能够根据控制器7所输出的脉冲信号精准地运动到预定的位置，并且其不受高温和低温环境的影响，能够有效地保证其运动的准确性。控制器7的芯片采用stm32单片机，该单片机的i/o数量能够满足机械臂控制需求，同时该控制器7能够根据车身温度测量装置2所测得的车身温度信号来精确地控制机械臂1运动的位置。车身温度测量装置2主要由红外线温度传感器组成，该红外线温度传感器的精度为a级(0℃＜±0.15℃)，测量范围为-50℃～150℃。车身材料检测装置3具体可采用红外光谱仪，该红外光谱仪的光谱检测范围为180～3500cm^-1，信噪比为40000:1(测试条件：峰峰值，1min)。

实施例2：

一种本发明实施例的真空管道磁悬浮列车的进站冷却方法，采用本发明上述实施例1的进站冷却系统对真空管道磁悬浮列车车身进行冷却，该进站冷却方法主要包括以下步骤：

将待冷却的真空管道磁悬浮列车停靠在列车站台上，通过控制器7控制机械臂1运动至靠近真空管道磁悬浮列车车身的预定位置处；

通过车身温度测量装置2检测预定位置处的真空管道磁悬浮列车的车身温度，并将该车身温度信号发送至控制器7；

通过车身材料检测装置3检测预定位置处的真空管道磁悬浮列车的车身材料，并将该车身材料信号发送至控制器7；

控制器7根据车身温度信号，判断预定位置处的真空管道磁悬浮列车的车身是否为高温区域；当判断预定位置处的真空管道磁悬浮列车的车身为高温区域时，由控制器7根据车身材料信号控制高压冷气供应系统5和高压恒温气体供应系统6向冷却气体管路4通入气体的比例，进而调节从冷却气体喷头41喷出的冷却气体的温度；

冷却气体经冷却气体喷头41喷向预定位置处的真空管道磁悬浮列车车身，对预定位置处的列车车身进行冷却。

上述的真空管道磁悬浮列车的进站冷却方法，能够快速有效地降低真空管道磁悬浮列车高温区域的车身温度，并且冷却过程不会对列车车身的结构强度造成不良影响。

具体地，在本实施例中，控制器7根据车身材料信号控制高压冷气供应系统5和高压恒温气体供应系统6向冷却气体管路4通入气体的比例，进而调节从冷却气体喷头41喷出的冷却气体的温度，其具体步骤包括：

根据控制器7中预先储存的真空管道磁悬浮列车车身不同材料与对应的所适用的冷却气体温度关系的数据库(不同车身材料所能耐受的冷却气体温度数据)，确定高温区域的车身材料所对应的冷却气体温度；

然后根据冷却气体温度函数，确定高压冷气供应系统5和高压恒温气体供应系统6向冷却气体管路4通入气体的比例，进而使得从冷却气体喷头41喷出的气体温度达到与车身材料相适应的冷却气体温度。

进一步地，冷却气体温度函数可表示为：

其中，

式中，tc为高压冷气的温度，单位为℃；tw为高压恒温气体的温度，单位为℃；k1为高压冷气的权重系数；k2为高压恒温气体的权重系数；σ为高压冷气风量占总风量的比例系数；ft为从冷却气体喷头41喷出的冷却气体温度，单位为℃；xc为高压冷气的风量；xw为高压恒温气体的风量。

通过以上方式，可以有效地对从冷却气体喷头41喷出的冷却气体的温度进行调节和控制，确保冷却气体不会对列车车身的结构强度造成不良影响。

具体来说，在本实施例中，控制器7根据车身温度信号判断预定位置处的真空管道磁悬浮列车的车身是否为高温区域，具体包括：控制器7将检测到的车身温度信号与预先设置的车身温度阈值进行比较，当预定位置处的车身温度达到该车身温度阈值时，则判断该预定位置处的真空管道磁悬浮列车车身为高温区域；当预定位置处的车身温度未达到该车身温度阈值时，则判断该预定位置处的真空管道磁悬浮列车车身不是高温区域。如此，可以精确地对列车高温区域进行冷却，提高列车的冷却效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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