管道磁浮系统中的维持低真空状态研究 | 高速磁浮交通技术

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高速磁浮交通技术

本文来自《铁路通信信号工程技术》2025年"高速磁浮轨道交通技术创新发展与应用"专栏。

摘要：为实现管道磁浮列车的速度达到1 000 km/h以上的商业化运营，长时间低成本地维持低真空状态是实现管道磁浮的关键技术之一。分别针对区间和车站，提出一套维持管道低真空状态的方案。结合管道磁浮的信号系统功能，设计信号系统与低真空管道控制系统之间的联动逻辑关系，以保证低真空管道磁浮列车的运营安全。该方案具有一定的实操性，确保管道内列车高速运行的安全稳定。后续将针对设计方案的具体实现在实验室进行测试验证和测试结果分析。

关键词：低真空管道磁浮；信号系统；磁浮车站；低真空区间

中图分类号：U237

文献标识码：A

基金项目：中国中车股份有限公司“十四五”科技重大专项科研课题项目 (2021CCZ002)；中车青岛四方机车车辆股份有限公司科研项目（(22)GP-047）

引用格式：徐纪康，田毅，郑树彬，等.管道磁浮系统中维持低真空状态研究[J].铁路通信信号工程技术，2025，22（8）： 8-12.

Xu Jikang, Tian Yi, Zheng Shubin,et al. Research on Maintaining Low Vacuum State in Tube Maglev System[J]. Railway Signalling & Communication Engineering, 2025, 22(8): 8-12.

1 概述

为实现管道磁浮列车的速度达到1 000 km/h以上的商业化运营，以低成本方式维持低真空状态是实现管道磁浮的关键问题之一。低真空是指大气压范围是1 000～100 Pa，用大气压单位表示为0.009 9～0.000 99 atm。如图1所示，为维持管道内的低真空状态，在管道壁上每隔一段距离安装抽真空泵，当检测到管道内的气压高于阈值时，启动真空泵工作以降低管道内的气压值，维持低真空状态。虽然这样的方式可以维持低真空状态，但是成本较高，比较难实现商业化运营。而且，磁浮系统为了满足乘客上下车作业的要求，车站处于完全开放的状态，与外界大气压一致。如采用传统的轨道交通车站方式，车站维持低真空状态的成本将相当高。

因此，本文根据车站作业内容提出管道磁浮车站形式，以及维持车站和区间范围内的管道磁浮低真空状态的方法。同时，结合管道磁浮信号系统的功能，设计了信号系统与低真空控制模块之间的联动逻辑关系，以保证低真空管道磁浮的安全运行。

2 低真空管道磁浮运营作业流程研究

为满足管道磁浮的载客需求，参考传统的轨道交通方式，将整条管道磁浮线路分成车站和区间2部分。区间主要完成列车的运行作业，车站主要负责乘客的上/下车作业。按照传统的轨道交通方式，车站处于完全开放的状态，列车到站后，车门打开，乘客完成上下车作业。结合管道磁浮需要保持低真空的限制条件，本文设计了基于通道的管道磁浮车站形式，如图2所示。

管道磁浮线车站主要由列车通道区域、摆渡车区域、乘客上下车区域3部分组成，摆渡车区域和乘客上下车区域属于常压区，列车通道区域属于低真空区域。列车始终处于低真空管道的环境中，乘客根据不同的目的地，选择不同的摆渡车。摆渡车根据区域内的不同轨迹，在乘客上下车区域与列车通道区域之间运行，实现乘客在车站的上下列车部分作业流程。

如图3所示，为了保证磁浮列车始终处于低真空管道中，降低维持车站管道区域内低真空状态的成本费用，摆渡车即将进入管道时，管道终端和列车尾部的阀门盖同时打开，由于管道与列车之间的缝隙极小，会有少量空气进入到管道与列车之间的缝隙中。等摆渡车完全进入列车并固定在相应的列车位置后，关闭管道终端和列车尾部的阀门盖，启动少量的真空泵即可抽掉由于上下客作业而进入管道内的空气。

当满足时刻表等各种条件要求时，列车发车前往目的地车站。同理，当列车到达目的地后，列车打开对应管道的阀门盖，列车体不离开管道，只是解锁摆渡车的固定位置，摆渡车离开列车体内，到达车站的指定位置处。

在图3中，不同摆渡车代表不同的目的地车站，摆渡车会根据不同目的地，选择不同的路径进入列车通道区域。乘客通过车站乘客信息系统的指引，选择乘坐对应的摆渡车。因此，采用这样的方式，既能满足乘客上下车作业的高效率要求，又能以较低的成本维持车站区域内的管道低真空状态。

3 基于磁浮信号系统的低真空状态监督的控制方法研究

基于上述管道磁浮的作业流程分析，将整个低真空管道磁浮分成区间和车站两部分，列车通过车站区域内的不同管道进入区间完成运行任务。如图4所示，按照车站的联锁关系，列车通过不同的支线到达/离开车站。对于到达列车，当列车运行到支线终端时，摆渡车离开列车体内，到达乘客上下车区域。对于出发列车，列车停在线路终端，当摆渡车都进入列车体内时，列车关闭阀门盖，准备发车。例如，1#列车通过进路2实现列车离开摆渡车区域到达发车指定位置处；1#列车再通过进路1实现列车在车站内的不同管道之间穿梭并离开车站区域。

为了保证运行安全，管道磁浮信号系统需要结合车站和区间的低真空状态，采取不同的策略来保证磁浮列车的安全运行。

3.1 车站维持低真空状态的联动逻辑设计

当管道列车满足列车出发时间时，管道磁浮信号系统会检查是否满足发车条件。在检查车站允许发车的条件中，除了满足常见的条件（包括列车头部/尾部阀门盖是否关闭且锁闭等条件）外，信号系统会检查车站范围内的管道低真空状态，以及运行前方区间的低真空状态。

如果车站/运行前方区间内的低真空状态不满足发车条件，则信号系统会通知车站/区间内的低真空泵控制系统采取抽真空的方式，直至满足发车条件的要求。

如果区间的低真空状态最终无法满足要求，则磁浮列车信号系统会采用降低限速的方式运行，以保证列车在区间的安全运行；如果车站范围内管道区域的低真空状态最终无法满足要求，则不允许发车。详细逻辑如图5所示。

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3.2 区间维持低真空状态的联动逻辑设计

对区间来讲，由于列车处于高速运行的状态，只有当区间满足低真空状态的阈值要求，才允许列车按照最大速度1 000 km/h运行。否则，列车必须降低限速，以保证运行安全。

同时，区间真空泵控制系统与磁浮信号系统实时进行状态信息交互，如图6所示。当磁浮信号系统检查到区间低真空状态不符合要求时，信号系统会控制区间范围内的所有列车速度降低到600 km/h以下，直至运行到下一个车站。同时，当区间真空泵控制系统从信号系统中获知该区间内无车时，真空泵控制系统启动抽真空作业直至满足低真空条件。

通过上述逻辑设计，实现了信号系统与真空泵控制系统实时联动，以低成本的方式维持车站和区间的低真空状态。同时，如果车站或者区间内的低真空状态不满足要求，信号系统会自动降低限速，避免各种安全风险。

4 总结

本文从管道磁浮的载客运营流程出发，提出了低成本维持管道内低真空环境的方案。同时，结合管道磁浮的信号系统与真空泵控制系统联动功能，可以保证出现管道内的部分区域不满足低真空环境要求时，信号系统触发报警并自动降低接近该范围内的列车速度，保障列车运行安全。

综上所述，本文提出的方案具有一定的可行性。下一步的工作是在实验室内对该方案进行测试验证和测试结果分析。

素材来源：通号《铁路通信信号工程技术》期刊

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