大功率短波發射機冷凝器的自主化設計

田曙光

（作者單位：國家新聞出版廣電總局594臺）

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大功率短波發射機冷凝器的自主化設計

田曙光

（作者單位：國家新聞出版廣電總局594臺）

摘 要：本文對TSW2500型短波發射機冷卻系統進行介紹，并對該型發射機冷凝器自主化設計過程中的一些技術要點，以及風機溫度控制改進部分予以分析和闡述，并據其技術參數和實測數據的對比，對自主化冷凝器實際上機的冷卻效果進行驗證。

關鍵詞：發射機；冷卻系統；冷凝器；自主化設計

1 TSW2500型短波發射機水冷系統

TSW2500型短波發射機水冷系統用于冷卻機上所有大功率元器件，所含射頻末級、射頻驅動級電子管V1、調諧線和真空電容等。因為水要流入電路元件的帶電部位，所以，只能使用含礦物雜質很低的水（即水導值非常低），該型發射機冷卻實際使用的是蒸餾水。

設計的水冷回路是一個封閉回路（如圖1所示），熱量通過冷凝器（風水熱交換器）散發出去。水冷回路中裝有離子交換器，用來降低水導值（水導值是通過一個專用裝置來監測的）。TH576末級電子管采用超蒸發冷卻方式。水高速流過冷凝器，發熱的屏極蒸發部分水，高速水流帶走和冷凝剛剛產生的蒸汽泡；理論上出水溫度可達到90℃，但在實際播音中約為70℃上下，實際值取決于發射機的調幅度，冷卻系統具有非常高的散熱能力，從而確保大功率電子管的運行安全。

冷卻單元是一次冷卻回路的核心部分，包括水泵、水箱、閥門、流量表、水壓表和溫度傳感器、一個細銅網過濾器和一個離子交換器，整個系統的功能都被監測，所有重要的監測裝置（流量計、水位監測、水導測量）都帶有指示，可透過門上的玻璃看到。

冷卻單元通過安裝在射頻機箱頂的水管連接到發射機的射頻部分，接到其他需冷卻的元器件（如TSM放大器、平衡轉換器和VHF濾波器）的各個分支水管也安裝在射頻機箱頂。水從RF部分的各個入口處流入，各個支路的回水通過單獨的水管返回水箱。

水泵將水箱中的蒸餾水送入射頻末級電子管蒸發鍋、調諧線、真空電容和末級電子管座，在水泵的出水管上裝有一個水壓表和一個細銅網過濾器。

發射機中功耗最大的部分是末級電子管，其他線路中的功耗只占很小的比例，以500kW發射機舉例說明，其高末電子管額定工作電壓14kV，高末電子管額定工作電流40 A，那么其屏極損耗為：

APD=14kV×40A×10%=56kW

所以，射頻末級電子管的出水要經冷凝器進行特超蒸冷后流回水箱（二次冷卻系統），冷凝器在對電子管的冷卻方面具有重大作用，同時，冷凝器的性能也決定了電子管的使用安全和壽命。

圖1 發射機水冷系統框圖

其他冷卻回路的回水經一個流量計直接流回水箱。末級電子管的進、出水水溫用溫度接點K111、K112監控；離子交換器用來提高凈化水水質，水導測量單元用來監測水質。除水壓表外，其他監測設備都裝有輔助接點，接入發射機控制系統，如果水流量不足或溫度過高，會關掉發射機。

發射機的二次冷卻采用冷凝器直接冷卻蒸餾水的方式。冷凝器安裝在發射機房旁邊的冷凝器室，發射機的高末電子管出水口和冷凝器進水口相連，發射機的水箱和冷凝器出水口相連。高末電子管的出水經進入冷凝器冷卻后，再由冷凝器的出水口流回發射機水箱。

圖2 國產冷凝器設計圖

2 大功率發射機冷凝器國產化設計

TSW2500型短波發射機裝配了高效能的冷凝器設備，但隨著時間的推移，部分進口冷凝器在運行播出中出現散熱水管腐蝕老化、多處發現砂眼漏水等問題。由于進口冷凝器的散熱排管布置過于密集、空間位置狹小，致使值班人員例行巡視時很難第一時間發現漏水等危急情況，這給設備正常播出帶來了很大安全隱患。加之進口冷凝器造價昂貴、供貨周期長等不利因素，短期內無法徹底解決其保障安全播出的供需矛盾，隨決定對其進行國產化設計、生產專項技改。

2.1 進口冷凝器的技術參數

（1）使用水質：蒸餾水；排水量：12.9噸／小時；

（2）進水口水溫：77 ℃；出水口水溫：48 ℃；

（3）散熱片間距：2.4 mm；換熱面積：442.8 m2；

（4）進、出水口水流速度和壓力：檢測壓力8 bar；系統工作壓力3 bar；

（5）設備使用的環境溫度：≤40℃；設備使用的環境粉塵含量：普通空間；

（6）每臺風機的配置為：

①風葉直徑Φ800 mm，葉片數為7片，風葉間距2.4 mm；

②電機功率：1.3kW，4極，3相，380 V；轉速1440 rpm，電流：6.8 A；

③靜壓：300Pa；=單風機風量10 500 m2/h；設備總風量42 000 m2/h。

2.2 冷凝器國產化

根據進口冷凝器的進、出水參數，國產冷凝器的設計如圖2所示。

根據發射機冷卻換熱面積要求，我們對冷凝器各項參數進行了優化設計。換熱面積計算公式：

F=[2(a·b) -π（d/2）2·e]·c

其中，a為翅片板的寬度；b為翅片板的高度；c為翅片板的數量；d為換熱器的直徑；e為換熱器的根數。

該冷凝器銅管外徑為Φ12.7 mm，銅管數量為336根，換熱片的寬度198 mm，長度為2 128mm，數量為584片，其換熱面積計算如下：

根據F={2(a·b)- π·(d/2）2·e]·c

F = [ 2×( 1 9 8×2 1 2 8 ) -3.14×(12.7/2)2×336]×584

F=[0.8427m<上標> 2上標-0.0426m<上標> 2上標]×584

F=0.8001m<上標> 2上標×584

F=467.4m<上標> 2上標

為達到與進口產品同等性能的技術參數，我們同時對風機進行了改進。

進口產品：單電機1.3kW、4臺×10500 m2/h、設備總風量42000 m2/h；

國產設備：單電機1.5kW、4臺×12000 m2/h、設備總風量480000 m2/h。

根據冷凝器國產化設計圖紙和實際上機測試結果，國產設備技術參數如下：

（1）使用水質：蒸餾水；排水量：25噸／小時；

（2）進水口水溫：100℃； 出水口水溫：48℃；

圖3 冷凝器風機閉鎖圖

（3）散熱片間距：3.0mm；換熱面積467.4m2；

（4）進、出水口水流速度和壓力：檢測壓力11 bar；系統工作壓力3.5 bar；

（5）設備使用的環境溫度：≤40℃；設備使用的環境粉塵含量：普通空間；

（6）進、出水口管徑：Φ54；

對比上述計算和兩臺冷凝器各項參數，可知該臺國產冷凝器的各項技術指標完全達到進口冷凝器的參數要求，甚至還超越了進口產品的性能。

2.3 冷凝器風機溫度控制

原先冷凝器的四個風機為串聯控制，當發射機冷凝器有一個風機有異態時，會造成閉鎖打開，發射機告警二次冷卻系統故障引起停播。為避免停播，我們將控制線路改為兩兩并聯后再串聯。這樣也為冷凝器的溫度控制打下基礎，如圖3所示。

冬天的冷凝器室溫度較低，尤其是晚上，發射機在不播音的間隙是熱備運行，這時，四臺風機還在正常工作，易造成冷凝器自身水溫過低而導致換熱排管凍裂，所以，我們在閉鎖改造的基礎上又對冷凝器風機進行了溫度控制改造，如圖4所示。

這里，將溫度控制器安裝在發射機水箱的進水主管道上，并在控制器上設置門限溫度。正常情況下，當進水溫度高于門限溫度時，常閉接點閉合，四個風機同時工作；當進水溫度低于門限溫度時，常閉接點打開，此時只有兩個風機正常工作，這樣，就避免了冷凝器發生水溫過低現象。此項技改有效的解決了冬季冷凝器水溫過低等極端情況的發生，目前，可保證冷凝器室夜間溫度在10 ℃以上，水溫在15 ℃以上。

2.4 實際應用冷卻數據對比

實際應用中，我們在夏季、冬季分別對進口與國產冷凝器的冷卻效果進行了測試對比。測量記錄數據如表1和表2所示。

圖4 冷凝器風機溫度控制圖

從實際測試的數據對比來看，進口冷凝器的進水口、出口水溫差大概在4～5℃間，而國產冷凝器的進、出口水溫差維持在5～7℃間。實測數據說明，國產冷凝器的冷卻效果完全達到了進口設備的指標要求，可以滿足發射機正常工作的冷卻需求。

表1 冷凝器進、出水水溫對比（夏季）

表2 冷凝器進、出水水溫對比（冬季）

3 結語

目前，國產冷凝器已上機投入正常使用，各項性能參數均達到進口冷凝器的標準，尤其在進風量、熱交換及冷卻效果等方面的指標還優于進口冷凝器。通過對冷凝器風機溫度控制的改造，使冷凝器運行更加安全可靠，避免了環境溫度過低導致冷凝器排管凍裂情況的發生。國產冷凝器安全運行實測效果良好，且完全滿足大批量生產的需求，社會經濟效益顯著，同時，也為大功率短波發射機其他附屬設備的國產化積累了有益的設計改造經驗。

參考文獻：

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