王巖，胡聰，石俏，唐建輝，吳慧峰，胡釙

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，廣東 佛山 528000;2.武漢大學(xué)，湖北 武漢 430072)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力用戶(hù)對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高。配電網(wǎng)帶電作業(yè)是保障供電可靠性的有效工作方式，需要不斷改善各類(lèi)配電網(wǎng)帶電作業(yè)環(huán)境，開(kāi)發(fā)各類(lèi)新的帶電作業(yè)工器具，以提高配電網(wǎng)帶電作業(yè)效率和安全性[1-5]。為了充分保證帶電作業(yè)安全，配電網(wǎng)帶電作業(yè)人員需穿戴厚重、密閉的絕緣服[6]。長(zhǎng)時(shí)間在暑熱期身著絕緣服進(jìn)行高強(qiáng)度工作，會(huì)使作業(yè)人員感到異常不適，直接影響工作效率和作業(yè)質(zhì)量，甚至面臨熱應(yīng)激反應(yīng)、中暑、觸電和高空墜落的風(fēng)險(xiǎn)[7]。

現(xiàn)有適用于作業(yè)人員在夏季高溫條件下開(kāi)展檢修作業(yè)的各種絕緣服均無(wú)法很好地滿(mǎn)足帶電作業(yè)工作環(huán)境的需要，有必要研發(fā)給高溫電力搶修及帶電作業(yè)人員使用的空調(diào)服，即在絕緣服基礎(chǔ)上增加制冷功能。

目前國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究對(duì)空調(diào)服制冷系統(tǒng)已有一些成果。2005年，第一代微型制冷系統(tǒng)工大微冷I型[8]壓縮機(jī)采用鑄鐵，為旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，重量為700 g；第二代壓縮機(jī)采用鋁合金。文獻(xiàn)[9]提出引入微型風(fēng)扇陣列的方法，通過(guò)在皮膚表面的微型風(fēng)扇陣列，利用對(duì)流及人體汗液蒸發(fā)達(dá)到降溫效果。液體制冷空調(diào)服(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“液冷服”)利用液體作為制冷介質(zhì)實(shí)現(xiàn)降溫，具有換熱量大、溫度控制靈活且舒適度較高等特點(diǎn)，因此被用于帶電作業(yè)中。文獻(xiàn)[10]利用傳熱學(xué)理論分析液冷服的降溫原理，建立液冷服散熱模型；通過(guò)分析該模型得出液冷服設(shè)計(jì)參數(shù)與散熱量及散熱效率之間的關(guān)系，給出液冷服設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循的原則。文獻(xiàn)[11]中液冷服采用電池供電，存在不穩(wěn)定且持續(xù)時(shí)間有限等問(wèn)題，制冷效果較差。

帶電作業(yè)是在高壓環(huán)境(10 kV以上，耐壓45 kV)下工作，且作業(yè)平臺(tái)上無(wú)供電條件。若采用平臺(tái)控制電纜管道附加供電線的方式從地面提供交流220 V或直流24 V等電源，將會(huì)因?yàn)?0 kV的高壓產(chǎn)生巨大的電壓差，造成極其嚴(yán)重的后果。文獻(xiàn)[12]采用高壓氣源從地面直接向工作平臺(tái)送入高壓氣流，經(jīng)由渦流管分離后將低溫氣體輸入內(nèi)部降溫管道，實(shí)現(xiàn)氣冷降溫，規(guī)避了從地面取電的風(fēng)險(xiǎn)，但過(guò)度的氣冷散熱會(huì)導(dǎo)致作業(yè)人員發(fā)生熱痙攣、熱衰竭、中暑等高溫?fù)p害。此外，若利用液壓裝置驅(qū)動(dòng)制冷壓縮機(jī)進(jìn)行制冷，因兩者均為機(jī)械設(shè)備，難以在空間和布局受限的情況下實(shí)現(xiàn)精確控制與調(diào)節(jié)。事實(shí)上，用電能驅(qū)動(dòng)制冷壓縮機(jī)比用液壓裝置驅(qū)動(dòng)制冷壓縮機(jī)在實(shí)現(xiàn)方式上更為簡(jiǎn)單，且工作穩(wěn)定可靠,因此需要提出一種新的供電方式。目前液壓傳動(dòng)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于絕緣斗臂車(chē)，為空調(diào)服制冷系統(tǒng)供電的研究較少[11-19]。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文將液壓傳動(dòng)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于帶電作業(yè)空調(diào)服制冷系統(tǒng)中，研制了一種通過(guò)液壓傳動(dòng)的發(fā)電裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)制冷裝置的、適用于帶電作業(yè)服裝的綜合制冷系統(tǒng)，應(yīng)用于絕緣斗臂車(chē)帶電作業(yè)輔助系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

絕緣斗臂車(chē)帶電作業(yè)輔助系統(tǒng)由液壓傳動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)和綜合制冷系統(tǒng)兩部分組成?？紤]到傳統(tǒng)電池供電電壓不穩(wěn)定性以及帶電作業(yè)的實(shí)際工作環(huán)境，采用液壓傳動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)為綜合制冷系統(tǒng)提供電能。系統(tǒng)總體構(gòu)成如圖1所示。

圖1 絕緣斗臂車(chē)帶電作業(yè)輔助系統(tǒng)總體示意圖

綜合制冷系統(tǒng)包含制冷裝置和液冷服:前者負(fù)責(zé)制冷并對(duì)液冷服溫度進(jìn)行智能控制,可以使冷卻液穩(wěn)定工作在設(shè)定的溫度;液冷服作為制冷服裝，密閉性好，穿著舒適。整個(gè)系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足作業(yè)人員在斗臂車(chē)中靈活、舒適、安全作業(yè)的要求。

液壓傳動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)由液壓傳輸裝置及液壓發(fā)電裝置組成。液壓傳輸裝置將液壓油箱中的絕緣油加壓并通過(guò)絕緣油管路輸送至工作斗中的液壓發(fā)電裝置，再通過(guò)其將轉(zhuǎn)換輸出的電能輸送至智能電源管理模塊，該模塊負(fù)責(zé)工作斗中的電源管理并對(duì)制冷裝置提供穩(wěn)定的電壓。

2 液壓傳動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)

2.1 液壓傳動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)基本原理

為了獲得比單純電池組更加穩(wěn)定的電源供電，且考慮到配電網(wǎng)帶電作業(yè)的實(shí)際工作環(huán)境不允許通過(guò)輸電導(dǎo)線將電能直接輸送到斗臂車(chē)，本文研究通過(guò)液壓傳動(dòng)發(fā)電技術(shù)將能量從地面輸送到斗臂車(chē)的作業(yè)平臺(tái)，再將液壓系統(tǒng)的高壓液體能量轉(zhuǎn)換為電能。液壓傳動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。

圖2 液壓傳動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖

絕緣斗臂工程車(chē)上的電源連接液壓泵，電源啟動(dòng)后，通過(guò)液壓泵的作用，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，即通過(guò)電動(dòng)機(jī)輸出扭矩和轉(zhuǎn)速，液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)從而吸入低壓的液壓油，輸出高壓的液壓油來(lái)實(shí)現(xiàn)。高壓的液壓油通過(guò)絕緣油管路中的絕緣膠管輸入液壓馬達(dá)，當(dāng)高壓油進(jìn)入馬達(dá)的高壓腔時(shí)，處于高壓腔所有輪齒均受到壓力油的作用，其中相互嚙合的2個(gè)輪齒的齒面只有一部分齒面受高壓油的壓力，在壓差作用下，齒輪產(chǎn)生并輸出轉(zhuǎn)矩，即在液壓馬達(dá)中實(shí)現(xiàn)液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。之后，液壓馬達(dá)將機(jī)械能輸出到發(fā)電機(jī)，完成液壓傳動(dòng)發(fā)電過(guò)程。

發(fā)電機(jī)為絕緣斗臂車(chē)上的空調(diào)設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定供電，實(shí)現(xiàn)在保障絕緣斗臂車(chē)絕緣水平的條件下，制冷裝置可以持續(xù)穩(wěn)定地為作業(yè)人員降溫散熱。

2.2 液壓傳動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的液壓傳動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)為：發(fā)電機(jī)功率600 W，電壓12 V，配置蓄電池穩(wěn)壓；液壓系統(tǒng)壓力14 MPa，液壓系統(tǒng)流量12.5 L/s；設(shè)備質(zhì)量24 kg。液壓發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖如圖3所示,圖中PTO為取力器，由齒輪箱、離合器、控制器組合而成，與液壓泵相連實(shí)現(xiàn)控制目的。

圖3 液壓傳動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

液壓傳動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)包括液壓發(fā)電機(jī)組、液壓控制組、蓄電池、整流穩(wěn)壓器、液壓油箱等。①液壓發(fā)電機(jī)組包括發(fā)電機(jī)、液壓馬達(dá)、絕緣膠管和平衡閥，負(fù)責(zé)將液壓能轉(zhuǎn)換為電能。液壓馬達(dá)的輸出軸嚙合發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，平衡閥的C口串聯(lián)液壓馬達(dá)，平衡閥可以確保液壓馬達(dá)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，防止其因沖擊反向轉(zhuǎn)動(dòng)。②液壓控制組由控制器、換向閥與調(diào)速閥構(gòu)成，液壓控制組連通液壓發(fā)電機(jī)組、液壓油箱。調(diào)速閥與控制器連接，受其控制；系統(tǒng)采用的換向閥為“三位四通”電磁換向閥，其A與B口連通平衡閥的V口；調(diào)速閥的進(jìn)油口連通換向閥的P口，出油口連通換向閥的T口，換向閥的T口與液壓油箱連接；控制器是智能控制單元，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)檢測(cè)液壓發(fā)電系統(tǒng)可否啟動(dòng)、上裝是否動(dòng)作、蓄電池電量、液壓系統(tǒng)是否處于閑態(tài)。③蓄電池通過(guò)整流穩(wěn)壓器為系統(tǒng)供能。④整流穩(wěn)壓器負(fù)責(zé)保護(hù)蓄電池，對(duì)充電電流進(jìn)行整流穩(wěn)壓的同時(shí)起過(guò)充保護(hù)作用。⑤液壓油箱儲(chǔ)存液壓油并為液壓油的散熱提供條件；液壓泵為液壓發(fā)電等提供液壓能；過(guò)濾器過(guò)濾液壓系統(tǒng)中的雜質(zhì)，防止污染；單向閥保護(hù)液壓泵免受管路中液壓沖擊；球閥可作為液壓油箱和上部液壓管路之間的開(kāi)關(guān)，在液壓系統(tǒng)維修時(shí)斷開(kāi)。

3 綜合制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

綜合制冷系統(tǒng)包括制冷裝置和液冷服2部分。制冷裝置負(fù)責(zé)完成整個(gè)系統(tǒng)的制冷、電源控制以及冷卻液的循環(huán)等功能；液冷服是作業(yè)人員穿著于身的制冷服裝。綜合制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 綜合制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

3.1 制冷基本原理

根據(jù)制冷介質(zhì)種類(lèi)，制冷方式可以分為相變、氣冷與液冷[7]，其中液冷方式是利用液體作為制冷介質(zhì)，在液冷服的管道中流動(dòng)，與人體進(jìn)行熱交換以實(shí)現(xiàn)降溫，具有控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。本文采用液冷方式。

從傳熱學(xué)角度來(lái)看，交換熱量的方式有熱傳導(dǎo)、對(duì)流及輻射3種[20]。熱傳導(dǎo)是指不同物體直接接觸時(shí)因微觀粒子做熱運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的熱量傳遞。對(duì)于平板中相對(duì)兩表面的導(dǎo)熱問(wèn)題，可以表示為

(1)

式中：Q1為單位時(shí)間內(nèi)兩表面之間傳導(dǎo)的換熱量，單位為W；tw1與tw2分別為兩表面的溫度；F為換熱面積，單位為m2；δ為平板厚度，即兩表面之間的距離，單位為m；λ為導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/(m·K)。

對(duì)流傳熱是指流體流過(guò)固體壁面情況下所發(fā)生的熱量傳遞。從引起流體流動(dòng)的原因來(lái)看，流體各部分冷熱不均導(dǎo)致流體密度不同，從而引起的流體位移稱(chēng)為自然對(duì)流，而由風(fēng)機(jī)等其他外在因素導(dǎo)致的對(duì)流現(xiàn)象稱(chēng)為強(qiáng)迫對(duì)流。固體表面與流體之間的對(duì)流換熱由牛頓冷卻公式表示，即

Q2=KFΔt.

(2)

式中：Q2為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)固體表面的對(duì)流換熱量，單位W；K為傳熱系數(shù)，單位W/(m2·K)；Δt為固體表面與流體的溫度差，單位為℃。

輻射傳熱是指物體通過(guò)電磁波形式向外傳遞熱量的形式，溫度高于絕對(duì)零度的物體均會(huì)存在輻射傳熱現(xiàn)象。對(duì)于一般物體，熱輻射能量表示為

Q3=εFσ0T4.

(3)

式中：Q3為物體向外發(fā)射的熱輻射能量，單位為W；ε為物體的黑度；σ0為黑體輻射常數(shù)；T為物體溫度，單位為K。

人體與外界進(jìn)行熱量交換時(shí)，3種形式均存在，因此人體的熱平衡[21]如下：

S=M-W-R-C-E.

(4)

式中：S為人體蓄熱率；R為人體輻射散熱速率；C為人體表面通過(guò)對(duì)流傳導(dǎo)等方式向外界傳熱速率；E為人體通過(guò)汗液蒸發(fā)向外界的傳熱速率；M為人體能量代謝速率；W為單位時(shí)間人體所作的機(jī)械功。

正常情況下S為0，人體此時(shí)產(chǎn)熱散熱達(dá)到平衡狀態(tài)，但是帶電作業(yè)人員身著普通絕緣服在高溫下工作時(shí)，服裝具有較高的密閉性，導(dǎo)致式(4)中R、C、E均較小，使得S大于0，人體熱平衡狀態(tài)被打破，進(jìn)而導(dǎo)致人體出現(xiàn)中暑癥狀。

本文所設(shè)計(jì)的制冷系統(tǒng)在液冷服中敷設(shè)管道，使冷卻液在管道中循環(huán)帶走熱量，增大了R、C、E，減小了S，從而維持人體熱平衡。

為了驗(yàn)證該方式的有效性，本文使用Comsol軟件建立如圖5所示的模型，來(lái)分析液體冷卻與氣體制冷效果的差異以及持續(xù)制冷等因素對(duì)制冷效果的影響。模型參數(shù)設(shè)置為長(zhǎng)方體設(shè)置為長(zhǎng)2 m、寬0.3 m、高3 m，管道半徑設(shè)置為0.06 m。

圖5 Comsol建立模型示意圖

模型由長(zhǎng)方體與敷設(shè)于其表面的管道構(gòu)成，管道模擬液冷服中的管路，在長(zhǎng)方體外側(cè)包裹1個(gè)代表空氣的大長(zhǎng)方體。

表1中的3種仿真方案對(duì)應(yīng)3種模擬情況。通過(guò)求解3種情況下一定時(shí)間后的溫度分布，分析3種方案的差異。求解空間中各點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化情況相當(dāng)于求解三維非穩(wěn)態(tài)的導(dǎo)熱微分方程，傅里葉定律指出了溫度與熱流密度之間的關(guān)系，即

表1 仿真方案

q=-λgradt.

(5)

式中：q為熱流密度，單位為W/m2；t為溫度。

由傅里葉定律可以推導(dǎo)出描述非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的三維非穩(wěn)態(tài)的導(dǎo)熱微分方程

(6)

式中：α為熱擴(kuò)散系數(shù)，單位為m2/s，其值與具體物質(zhì)有關(guān)；cp為微元體的定壓比熱容，單位為J/(kg·K)；ρ為密度，單位為kg/m3；qV為微元體內(nèi)的熱源強(qiáng)度，單位為W/m3；τ為時(shí)間，單位為s；x、y、z分別表示三維坐標(biāo)。結(jié)合邊界條件可以得到溫度場(chǎng)中的每點(diǎn)的溫度。

仿真設(shè)置條件為：管道中水或空氣的初始溫度283.15 K(10 ℃)，皮膚初始溫度310.15 K(37 ℃)，周?chē)諝鉁囟?33.15 K(60 ℃)，時(shí)間10 000 s。在模型中插入如圖6所示的三維截線，10 000 s后截線溫度分布如圖7所示。將截線溫度作為人穿上液冷服后的體感溫度，截線平均溫度分別為：方案1為41.479 5℃，方案2為42.416 0℃，方案3為37.918 0℃。

圖6 三維截線

圖7 截線溫度分布

相比于方案2，方案1總體溫度要低一些，在截線兩端即模型中皮膚與空氣的接觸點(diǎn)較為明顯，這是因?yàn)槔鋮s液有效地減緩了皮膚的升溫速率，說(shuō)明冷卻液的制冷效果好于氣體。方案3的總體溫度遠(yuǎn)低于方案1，這是因?yàn)閷⒐苤欣鋮s液設(shè)置為恒定溫度，相當(dāng)于加入制冷系統(tǒng)使冷卻液保持低溫，大大提高了制冷效果，這表明液冷原理是可行的。

3.2 綜合制冷系統(tǒng)

圖8綜合制冷系統(tǒng)圖，包括壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)及水循環(huán)系統(tǒng)。

圖8 綜合制冷系統(tǒng)圖

3.2.1 壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)

壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)是由制冷壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器4個(gè)基本部件組成，彼此之間用管道連接，形成一個(gè)密閉的系統(tǒng)，制冷劑(R134a)在系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)，與外界進(jìn)行熱量交換。單臺(tái)制冷裝置的參數(shù)如表2所示。

表2 單臺(tái)制冷裝置參數(shù)

3.2.2 水循環(huán)系統(tǒng)

水比熱容較大且價(jià)格低廉，故而以此作為冷卻液。水循環(huán)系統(tǒng)主要是由水箱、電磁閥、流量計(jì)、水泵、循環(huán)水泵、冷卻蒸發(fā)器和帶水管的空調(diào)服組成。彼此之間用水管連接，形成一個(gè)密閉的水循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng)。

水箱內(nèi)分別安裝有一個(gè)低水位和高水位檢測(cè)傳感器。若低水位檢測(cè)傳感器報(bào)警，則表示水箱內(nèi)水位過(guò)低，需要注水；當(dāng)出現(xiàn)高水位檢測(cè)傳感器報(bào)警時(shí)，表示此時(shí)水箱內(nèi)水已經(jīng)注滿(mǎn)。

流量計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè)空調(diào)服中是否有水流通過(guò)，若是，說(shuō)明空調(diào)服與水循環(huán)系統(tǒng)連接正常，則自動(dòng)關(guān)閉電磁閥，讓更多的水注入空調(diào)服，達(dá)到規(guī)定的制冷效果；若否，說(shuō)明空調(diào)服并未連接水循環(huán)系統(tǒng)，則自動(dòng)打開(kāi)電磁閥，以確保水循環(huán)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

冷卻蒸發(fā)器表面纏繞著毛細(xì)銅管，管內(nèi)流動(dòng)低壓低溫液態(tài)制冷劑，該制冷劑會(huì)在冷卻蒸發(fā)器中蒸發(fā)轉(zhuǎn)化成低壓氣體以吸收冷卻蒸發(fā)器內(nèi)水管中水流的熱量，從而達(dá)到制冷效果。

控制系統(tǒng)若檢測(cè)到水箱內(nèi)水溫傳感器故障、低水位檢測(cè)傳感器報(bào)警或壓縮機(jī)故障，則關(guān)閉水循環(huán)系統(tǒng)和壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)，直到故障消除，才會(huì)再次開(kāi)啟這2個(gè)系統(tǒng)。

3.3 控制系統(tǒng)

3.3.1 系統(tǒng)硬件

硬件部分主要由中央控制單元、溫度測(cè)量單元、微型壓縮機(jī)控制電路及操作顯示單元組成。鑲嵌于液冷服內(nèi)的溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)服裝內(nèi)的微氣候；中央控制單元實(shí)時(shí)釆集傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、分析、處理、存儲(chǔ)及顯示，以實(shí)現(xiàn)制冷裝置實(shí)時(shí)工作在最佳狀態(tài)。

中央控制單元采用單片機(jī)STM32F103RCT6作為中央處理器，負(fù)責(zé)傳感器等發(fā)送來(lái)的信號(hào)的接收并處理、指令的發(fā)送等，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，其與壓縮機(jī)控制單元、溫度測(cè)量單元以及操作顯示單元相連接。中央控制單元接收并按照程序處理溫度測(cè)量單元與操作顯示單元傳送來(lái)的數(shù)字信號(hào)，向壓縮機(jī)控制模塊輸出指令，控制壓縮機(jī)的啟停。中央控制單元的功能實(shí)現(xiàn)如圖9所示。

圖9 中央控制單元的功能實(shí)現(xiàn)

利用位于液冷服內(nèi)外的溫度測(cè)量單元測(cè)量體表溫度與環(huán)境溫度，并將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)控制器。NTC溫度傳感器具有響應(yīng)速度快、不帶引線、裝入電子設(shè)備中所占空間小等特點(diǎn)，故將其配置于液冷服內(nèi)部測(cè)量體表溫度。圖10為NTC測(cè)溫電路，NTC的電阻值隨溫度變化而變化，進(jìn)而輸出電壓值反映溫度變化，電容C1、C2起濾波作用，圖中VCC表示電路的供電電壓。由于DS18B20具有抗干擾能力強(qiáng)、精度高等優(yōu)點(diǎn)，采用其測(cè)量環(huán)境溫度。

圖10 NTC測(cè)溫電路

操作顯示單元負(fù)責(zé)顯示測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)、用戶(hù)設(shè)定的參數(shù)等，并實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的設(shè)置和輸入數(shù)據(jù)。采用可觸摸控制串口屏，實(shí)現(xiàn)操作與顯示一體化。

3.3.2 系統(tǒng)軟件

整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能由軟件程序配合硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，軟件程序的編譯是基于STM32F103RCT6單片機(jī)編程。軟件部分的主程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，用于調(diào)節(jié)和處理各單元之間的關(guān)系，子程序則負(fù)責(zé)各個(gè)單元實(shí)現(xiàn)其具體功能，主要子程序包括溫度采集、鍵盤(pán)掃描、LCD顯示等。軟件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖11所示。

圖11 軟件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

3.4 液冷服

為了增加與人體表面的接觸面積并保證充分的密閉性，液冷服采用整身樣式，服裝的四肢部分及前胸后背位置分布有冷卻液循環(huán)微型管道，冷卻液在管道中流動(dòng)帶走人體表面的熱量，此管道采用醫(yī)用硅橡膠材質(zhì)柔軟貼身，無(wú)異物感。

4 檢測(cè)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

4.1 檢測(cè)試驗(yàn)

為測(cè)試本文研制的綜合制冷系統(tǒng)的暑熱環(huán)境制冷效果，進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)。檢測(cè)試驗(yàn)條件包括：制冷系統(tǒng)與液冷服冷卻液循環(huán)系統(tǒng)最大電功率250 W，工作電壓24 V(直流)，環(huán)境溫度為39.6 ℃。檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果

在前10 min，冷卻液的溫度逐漸下降，10 min之后趨于穩(wěn)定，這表明系統(tǒng)具有較快的降溫速度，且具有非常好的穩(wěn)定性，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持在低溫狀態(tài)。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證綜合制冷系統(tǒng)對(duì)帶電作業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)的降溫效果，分別在裝置啟動(dòng)后的5 min、30 min及45 min時(shí)測(cè)量記錄人體前胸與后背溫度及人體溫度感受情況，得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，本裝置可以起到很好的降溫制冷作用，裝置運(yùn)行30 min后人體穿著感舒適，可以滿(mǎn)足暑熱條件帶電工作的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)空調(diào)服裝置無(wú)法滿(mǎn)足暑熱環(huán)境下帶電作業(yè)人員工作需要的問(wèn)題，本文研制了一種基于液壓傳動(dòng)發(fā)電技術(shù)的帶電作業(yè)綜合制冷系統(tǒng)，Comsol仿真結(jié)果表明制冷原理可行。檢測(cè)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)均表明該綜合制冷系統(tǒng)可以在高溫環(huán)境中有效降低人體體表的溫度，并使溫度保持在較為舒適的區(qū)間，滿(mǎn)足暑熱環(huán)境下帶電作業(yè)人員工作時(shí)的降溫要求。