變電站安全帽自動清洗、烘干及存儲一體化裝置設計

王德賀，張俊偉，王 婷，趙 錚

（貴州電網(wǎng)有限責任公司培訓與評價中心，貴州 清鎮(zhèn) 551417）

近年來，電力企業(yè)高度重視安全生產(chǎn)工作，員工安全聲場意識逐漸增強，安全防護設備日漸完善。而在變電站日常運行維護過程中，安全帽是最基本也是最重要的安全防護用品。按照國家相關標準，安全帽主要包含帽襯、帽殼、下頜帶和后箍等部分，可有效地緩沖、分散外界的瞬間沖擊力，進而減輕或避免突發(fā)外力對作業(yè)人員頭部、腦部的直接沖擊。對于安全帽而言，絕緣性能、沖擊吸收性能、側(cè)向剛性、耐穿刺性能和阻燃性是其關鍵核心指標。Q/CSG510001—2015《中國南方電網(wǎng)有限責任公司電力安全工作規(guī)程》規(guī)定：任何人進入生產(chǎn)場所，應正確佩戴安全帽。而按照相關規(guī)程要求，正確存放、保養(yǎng)安全帽是做好安全生成工作的重要前提。一般來說，安全帽不應與其他工器具混合存放，更不能在高溫、陽光直射、潮濕和酸堿等環(huán)境中存放，以免影響安全帽的防護性能。

目前，公司范圍內(nèi)各變電站生產(chǎn)場所配備的安全帽數(shù)量較多，使用非常頻繁，存放也較為隨意，存放器具較為簡單，且清洗困難。安全帽長期暴露在空氣中，容易受到日曬、潮濕影響，造成防護性能下降，存在一定的安全隱患（圖1）；夏季天氣炎熱，員工出汗較多，安全帽的下頜帶易存在汗水痕跡，導致潮濕打滑，安全系數(shù)大大降低；同時，絕大部分存放地點無安全帽消毒措施及設備，外來人員交叉使用易引發(fā)疾病、細菌和病毒等的傳染，導致皮膚病等傳染性疾病傳播，不利于變電站作業(yè)人員的身體健康。

圖1 變電站安全帽存放現(xiàn)狀

為了解決上述問題，本文計劃設計一種變電站安全帽自動清洗、烘干及存儲裝置，該裝置外觀借鑒現(xiàn)有安全工器具柜樣式（高度約1800mm，單個柜子可容納40個安全帽），可實現(xiàn)安全帽收納、添加清洗劑、自動水洗、自動烘干、自動紫外消毒和存儲等功能，以克服現(xiàn)有技術的不足。同時，該裝置還能提供友好的人機操作界面，實時顯示安全帽消毒狀態(tài)等信息，方便使用者存取、清洗和消殺，提升變電站安全帽清洗效率，保障作業(yè)人員身體健康，增強變電站安全帽管理水平。

1 研究現(xiàn)狀

針對安全帽現(xiàn)場存放、清洗、消毒等問題，國內(nèi)外眾多研究機構及學者紛紛進行了有益的探索及嘗試。

1）信陽供電公司李娟等成功研制了安全帽消毒手推車，其設計了手推式的安全帽存儲架，可四處移動，每個手推車可存放12頂安全帽，其采用紫外燈管作為消毒殺菌工具。但是，該裝置存在安全帽存儲數(shù)量較少、智能化水平較低、無法進行清洗、消毒方式單一等諸多問題，需要進一步改進設計。

2）寧波新芝凍干設備股份有限公司黃欣等設計了一種基于相對擠壓吸水輔助干燥的安全帽清洗烘干一體機（圖2），其主要包括主機體、旋轉(zhuǎn)清洗刷、輸送滑軌、相對擠壓吸水裝置、熱風烘干機、可滑動伸縮桿和吸盤等部件，其可在安全帽進行熱風干燥前，先利用相對擠壓的力擠出安全帽扣繩上的水并吸走，對帶有較多水分且較難烘干的扣繩進行初步干燥，再與安全帽進行同步烘干，可防止出現(xiàn)安全帽已烘干，而扣繩未干，導致發(fā)霉發(fā)臭的情況發(fā)生，保證安全帽后期使用的舒適度。該設計在安全帽自動清洗、全面烘干上具有顯著優(yōu)點，但是，該設計存在結(jié)構復雜、需要人工干預等問題，仍需進一步改進設計。

圖2 具備擠壓吸水輔助干燥安全帽清洗裝置

3）陜西吳起建輝工貿(mào)有限公司高榮、王偉等提出了一種石油開采工人安全帽專用清洗裝置，其主要包括清洗箱、第一氣缸、活動板、清洗裝置、進水管、固定裝置、排水管和閥門等（圖3），具備節(jié)省人力、節(jié)約時間和清洗速度快等特點。但是，該設計需要人工手動更換安全帽進行逐個清洗，然后還需要放入其他存儲設備，整體清洗效率不高。

圖3 石油開采工人安全帽專用清洗裝置

綜上所述，國內(nèi)外眾多研究機構及學者均開展了安全帽現(xiàn)場存放、清洗、消毒等方面的研究，但均存在智能化水平較低、消毒方式單一、消毒效率不高和消毒存儲分離等問題。經(jīng)調(diào)研，未發(fā)現(xiàn)變電站安全帽自動清洗、烘干及存儲一體化裝置相關研究。

2 需求分析

2.1 現(xiàn)場需求

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研，提出變電站安全帽自動清洗、烘干及存儲一體化裝置現(xiàn)場需求如下。

1）具備熱水清洗、清水漂洗、紫外消毒、烘干和數(shù)字指示等功能。其中，重點注意安全帽內(nèi)襯部位、下頦帶的干燥及消毒。

2）作業(yè)人員僅需將安全帽按要求放入柜子中，考慮學員非按要求放入的情況。

3）每天作業(yè)完畢后，變電站集中進行安全帽清洗及消毒，人工啟動或自動定時啟動。

4）樣式：參考智能工器具柜。

5）單個柜子單次可存儲、清洗40個標準安全帽。

6）清洗方式：每個安全帽配備1個清洗裝置進行熱水水洗。

7）干燥方式：熱循環(huán)。

8）消毒方式：高溫+紫外消毒。

2.2 功能需求

結(jié)合裝置現(xiàn)場需求，提出裝置功能需求見表1。

表1 一體化裝置基本功能列表

3 裝置設計

3.1 結(jié)構部件設計

結(jié)合變電站安全帽自動清洗、烘干及存儲一體化裝置設計需求，提出裝置結(jié)構設計方案（圖4）。

圖4 裝置結(jié)構設計方案

由圖4可知，變電站安全帽自動清洗、烘干及存儲一體化裝置主要包括主進水管1、箱體2、高壓水泵3、清洗劑添加機構4、噴淋水管5、控制面板6、循環(huán)風機7、循環(huán)風管8、空氣加熱器9、存儲貨格10、安全帽11、往復輸送帶12、運動導軌13、單向噴頭14、設備夾層15、紫外消毒燈帶16、雙向噴頭17和箱體支腳18等組成部件。

3.2 功能模塊設計

從功能模塊劃分，變電站安全帽自動清洗、烘干及存儲一體化裝置主要包括箱體、存儲貨格、設備夾層、水洗模塊、烘干模塊、紫外消毒模塊和控制模塊。

3.2.1 箱體

箱體為本一體化裝置的基礎支撐結(jié)構，其外觀借鑒現(xiàn)有安全工器具柜樣式，采用不銹鋼材料制作，高度約為1.80 m，寬度約2.00 m，深度約0.80 m，具備可開合透明窗口；窗口具備防漏水設計，防止污水隨意排放；底部具有箱體支腳結(jié)構，保持箱體平衡。

3.2.2 存儲貨格

存儲貨格為本裝置的安全帽存儲結(jié)構，采用分層結(jié)構設計，每個安全帽對應一個存儲貨格，貨格大小略大于安全帽尺寸，便于安全帽的存儲及取出。

3.2.3 設備夾層

設備夾層安裝于2層存儲貨格之間的位置，用于水洗噴頭、運動導軌和紫外消毒燈帶等設備安裝（圖5）；設備夾層層間距約為10 cm，夾層上開有與存儲貨格對應的孔洞，便于清洗水及紫外光可作用到安全帽上。

圖5 設備夾層設計參考圖

3.2.4 水洗模塊

水洗模塊包括主進水管、高壓水泵、清洗劑添加機構、噴淋水管、往復輸送帶、運動導軌、單向噴頭和雙向噴頭，實現(xiàn)安全帽的水洗操作，各部分功能如下。

①主進水管一端同市政供水網(wǎng)相連，另一端同高壓水泵相連，高壓水泵與噴淋水管相連，噴淋水管與單向/雙向噴頭相連，為安全帽自動清洗、烘干及存儲裝置提供清洗水源。②通過清洗劑添加機構，可添加中性溫和清潔劑，并通過噴淋水管輸送至單向/雙向噴頭，輔助提升安全帽清洗效果。③往復輸送帶為柔性結(jié)構，其一端連接在箱體上，另一端通過滑塊安裝在運動導軌上。④單向/雙向噴頭安裝在滑塊上，并與噴淋水管相連，可實現(xiàn)單向/雙向散射高壓噴淋，實現(xiàn)對各存儲貨格內(nèi)安全帽內(nèi)部、外部的自動水洗。

3.2.5 烘干模塊

烘干模塊包括空氣加熱器、循環(huán)風機、循環(huán)風管，具備空氣加熱、熱風循環(huán)功能，可將水洗后的安全帽快速烘干，其中，空氣加熱器、循環(huán)風機采用上下位置安裝，空氣加熱器在上，循環(huán)風機在下。循環(huán)風管實現(xiàn)空氣加熱器、循環(huán)風機的連接，并接入噴淋水管，實現(xiàn)熱風循環(huán)功能。

3.2.6 紫外消毒模塊

紫外消毒主要通過紫外線破壞核酸結(jié)構使各類微生物致死，實現(xiàn)路徑簡單，且無任何副作用。科學研究發(fā)現(xiàn)，消毒效果最好的是UVC波段紫外線，其可在1 s內(nèi)快速殺死各類細菌和病毒。本文選擇253.7 nm波段防水紫外燈帶作為消毒光源（圖6）。紫外消毒燈帶安裝在設備夾層內(nèi)，可對烘干后的安全帽進行紫外消毒，殺滅安全帽上殘存的細菌、病毒等。

圖6 防水紫外燈帶

3.2.7 控制模塊

控制模塊為本裝置的控制中心，配置10英寸（1英寸等于2.54 cm）觸摸屏，可以實現(xiàn)良好人機交互；控制模塊可按照預定程序控制各類設備運行，實時顯示裝置運行、安全帽存儲等狀態(tài)，具備消洗工藝流程在線展示。控制模塊具備預約清洗、消毒功能。同時，控制模塊還預留信息化通信接口，便于后續(xù)多設備在線管理。

3.3 裝置流程設計

當需要對安全帽進行清洗、烘干及存儲操作時，首先，打開箱體上的可開合透明窗口，將安全帽依次放入存儲貨格中，關閉可開合透明窗口；然后，操作控制面板，系統(tǒng)自動啟動，開始安全帽水洗、烘干作業(yè)；安全帽水洗、烘干作業(yè)完成后，系統(tǒng)自動關閉，進入安全帽存儲模式；學員打開箱體上的可開合透明窗口，取出安全帽即可使用。

變電站安全帽自動清洗、烘干及存儲一體化裝置基本工作流程如圖7所示。

圖7 裝置基本工作流程

4 結(jié)束語

本文針對變電站安全帽存儲、清洗過程中存在的問題，分析現(xiàn)有研究成果，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研，設計了一款變電站安全帽自動清洗、烘干及存儲一體化裝置。該裝置可滿足安全帽收納、添加清洗劑、自動水洗、自動烘干、自動紫外消毒及存儲等功能需求，且提供了友好的人機操作界面以實時顯示安全帽消毒狀態(tài)。該裝置克服了現(xiàn)有研究中的技術問題，對使用者存、取、清洗和消殺方面進行優(yōu)化，在保障作業(yè)人員生命安全的同時，提升了變電站安全帽清洗效率與管理水平。