試驗(yàn)機(jī)改裝中液冷系統(tǒng)的常見故障及排除方法*

賈麗姣，左向梅，邱 勇

(中國飛行試驗(yàn)研究院， 陜西 西安 710089)

0 引 言

近年來，機(jī)載電子設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，試驗(yàn)機(jī)為了完成其特殊飛行任務(wù)，機(jī)艙或設(shè)備艙內(nèi)配置了相當(dāng)數(shù)量的大功率電子設(shè)備。隨著裝機(jī)電子設(shè)備向小型化、集成化發(fā)展，其熱流密度也急劇上升。如果這些熱量不能及時(shí)散發(fā)出去,將直接影響電子設(shè)備的可靠性,甚至引起電子設(shè)備的損毀[1]，因此亟需對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行冷卻散熱。由于熱流密度的增大，電子設(shè)備的散熱方式由空氣冷卻逐漸發(fā)展為液體冷卻。液體的換熱系數(shù)和比熱均比空氣的相應(yīng)參數(shù)大很多,對(duì)于高熱流密度和大功率的電子設(shè)備,液冷系統(tǒng)具有較高的冷卻效率和穩(wěn)定工作特性。液冷系統(tǒng)主要采用液體循環(huán)冷卻的方式，與電子設(shè)備進(jìn)行換熱，對(duì)電子設(shè)備持續(xù)冷卻，為電子設(shè)備提供一個(gè)穩(wěn)定、適宜的工作環(huán)境[2]。液冷系統(tǒng)工作性能的優(yōu)劣，直接影響著電子設(shè)備的整體性能，因此，試驗(yàn)機(jī)上液冷系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)就顯得尤為重要。

筆者對(duì)飛行試驗(yàn)中飛機(jī)液冷系統(tǒng)組成及工作原理進(jìn)行了分析，并針對(duì)飛行試驗(yàn)過程中的液冷系統(tǒng)故障進(jìn)行了分析，并對(duì)故障提出了切實(shí)可行的解決方案，對(duì)試驗(yàn)機(jī)的液冷系統(tǒng)維護(hù)與保養(yǎng)有這重大意義，可以提高試飛安全。

1 液冷系統(tǒng)的組成及工作原理

機(jī)載液冷系統(tǒng)主要由增壓泵、膨脹箱、集液箱、單向活門、過濾器、氣-液分離器、散熱器、溫度控制活門、調(diào)節(jié)閥、傳感器、冷卻液等組成，各部件之間通過管路連接完成與被試電子設(shè)備的冷卻循環(huán)。液冷系統(tǒng)采用冷卻液間接冷卻任務(wù)系統(tǒng)的裝機(jī)電子設(shè)備，冷卻液不與電子設(shè)備直接接觸[3]，液冷系統(tǒng)工作原理如圖1所示。通過增壓泵強(qiáng)制冷卻液在電子設(shè)備的冷板和氣-液散熱器之間循環(huán)流動(dòng)，冷卻液由增壓泵強(qiáng)制泵出，流經(jīng)電子設(shè)備的冷板，冷卻液流經(jīng)電子設(shè)備的冷板時(shí)吸收并帶走電子設(shè)備的熱量；吸收了熱量的冷卻液在流經(jīng)氣-液散熱器時(shí)，由流經(jīng)氣-液散熱器冷邊的沖壓空氣將冷卻液所吸收的熱量散發(fā)到機(jī)外環(huán)境中達(dá)到冷卻散熱的目的。過濾器將液體中的雜質(zhì)過濾，使干凈的冷卻液通過換熱器；壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器安裝于被試電子設(shè)備進(jìn)口與出口管路，以便準(zhǔn)確檢測被試電子設(shè)備進(jìn)出口壓力、溫度及管路流量。

圖1 液冷系統(tǒng)工作原理圖1.增壓管 2.減壓閥 3.真空閥 4.安全閥 5.液位計(jì) 6.加液接口 7.膨脹箱 8.氣液分離器 9.集液箱 10.放液閥 11.電加熱器組 12.開關(guān)閥 13.增壓泵 14.壓力傳感器 15.單向活門 16.放液開關(guān) 17.過濾器 18.調(diào)節(jié)閥a 19.調(diào)節(jié)閥b 20.溫度傳感器 21.流量傳感器 22.冷板Ⅰ 23.冷板Ⅱ 24.節(jié)流閥 25.溫度控制活門 26.氣-液換熱器

2 液冷系統(tǒng)故障分析及排除

液冷系統(tǒng)常見的故障有冷卻液滲漏、過濾器堵塞、傳感器故障、增壓泵故障、冷卻液混用等，下面對(duì)這幾類故障進(jìn)行具體分析。

2.1 冷卻液滲漏故障

冷卻液滲漏是目前常見的一種液冷系統(tǒng)故障，冷卻液滲漏會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)冷卻液量不足，冷卻性能下降，導(dǎo)致液冷系統(tǒng)無法發(fā)揮作用[4]。

(1) 故障診斷 ①連接管路漏液。液冷系統(tǒng)各部件之間通過管路連接，管路走向須依附艙體結(jié)構(gòu)以便固定安裝。管路系統(tǒng)包含不銹鋼硬管與橡膠軟管，不銹鋼硬管在長期運(yùn)行過程中產(chǎn)生裂紋引起漏液；②軟管卡箍或接頭處松脫或損傷。管路系統(tǒng)軟管與不銹鋼硬管段采用卡箍或快卸接頭形式進(jìn)行連接固定，在機(jī)上環(huán)境長期振動(dòng)中容易導(dǎo)致連接處出現(xiàn)松動(dòng)或損傷，從而導(dǎo)致冷卻液滲漏；③管接頭密封不嚴(yán)，管接頭處漏液。液冷系統(tǒng)管接頭的密封方式有錐面密封、端面密封及徑向密封。擴(kuò)口式管接頭的密封依靠擴(kuò)口的錐面，若加工出的管接頭同軸度誤差較大，錐面密封性不夠就會(huì)導(dǎo)致漏液，或在管路多次拆卸過程中導(dǎo)致擴(kuò)口變形或裂紋也會(huì)造成冷卻液滲漏。端面密封和徑向密封依靠O形橡膠密封圈實(shí)現(xiàn)密封，當(dāng)O形密封圈出現(xiàn)以下情況會(huì)導(dǎo)致液體泄漏：O形圈老化或變形、O形圈裝配不到位，兩平面連接時(shí)壓不平或O形圈被切割造成泄漏、O形圈未壓實(shí)，彈性變形量不足造成泄漏、O形圈密封溝槽過深引起液體泄漏。

(2) 故障排除 冷卻液滲漏會(huì)附著在管子外壁或滴落在飛機(jī)地板上，冷卻液不易揮發(fā)，在每次飛行結(jié)束后及時(shí)做好檢查，易于發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，便于及時(shí)查找排除。

①發(fā)現(xiàn)管路出現(xiàn)漏液，及時(shí)更換出現(xiàn)漏液的管段；②發(fā)現(xiàn)軟管卡箍或接頭處漏液，檢查緊固件連接是否牢固，若出現(xiàn)松動(dòng)及時(shí)擰緊緊固件；若卡箍或接頭損壞，及時(shí)更換卡箍或接頭，更換完成后擰緊緊固件；③檢查發(fā)現(xiàn)擴(kuò)口式管接頭處出現(xiàn)漏液，檢查外套螺母的壓緊程度。若通過擰緊外套螺母和管接頭的擰緊力仍存在泄漏的情況，則需要更換新的管接頭；④端面密封和徑向密封連接處出現(xiàn)漏液，需重新更換外徑相同和截面較粗的密封圈，也可以將帶有密封溝槽的密封平面進(jìn)行加工，減少溝槽深度，使O形圈具有足夠的彈性變形達(dá)到密封作用。

2.2 過濾器堵塞故障

液冷系統(tǒng)供液管路上設(shè)置有過濾器，以保證冷卻液的潔凈度。過濾器堵塞會(huì)導(dǎo)致液冷系統(tǒng)在無滲漏的情況下出現(xiàn)溫度急劇升高的現(xiàn)象。

冷卻液在工作循環(huán)中會(huì)帶入管道及附件中的雜質(zhì)，長時(shí)間會(huì)導(dǎo)致過濾器嚴(yán)重堵塞，從導(dǎo)致液冷系統(tǒng)中冷卻液的溫度升高。

(1) 故障診斷 冷卻液在工作循環(huán)中會(huì)帶入管道及附件中的雜質(zhì)，雜質(zhì)附著在過濾器濾芯上，長時(shí)間工作會(huì)導(dǎo)致過濾器嚴(yán)重堵塞，冷卻液流量不足，電子設(shè)備通風(fēng)散熱受到影響，造成液冷系統(tǒng)的冷卻液溫度過高，影響系統(tǒng)的正常工作。

(2) 故障排除 ①過濾器堵塞后，拆下過濾器濾芯，對(duì)濾芯進(jìn)行清洗或更換新的濾芯；②定期對(duì)過濾器進(jìn)行維護(hù)清理，以減少因過濾器堵塞而發(fā)生故障的次數(shù)，為液冷系統(tǒng)創(chuàng)造良好的日常使用條件。

2.3 傳感器故障

傳感器是液冷系統(tǒng)安全運(yùn)行的可靠保證，通過傳感器可以準(zhǔn)確監(jiān)測液冷系統(tǒng)運(yùn)行情況，當(dāng)液冷系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并且記錄故障診斷，液冷系統(tǒng)停止工作。一旦傳感器出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致傳感器不能正常運(yùn)作，從而無法準(zhǔn)確監(jiān)測系統(tǒng)故障。

(1) 故障診斷 導(dǎo)致傳感器故障的原因多為連接器的插頭被腐蝕。連接器插頭防護(hù)等級(jí)不高或傳感器密封圈老化密封性能下降，冷卻液就會(huì)通過傳感器插頭密封處進(jìn)入傳感器，造成傳感器腐蝕或內(nèi)部短路，引發(fā)故障。

(2) 故障排除 ①將傳感器表面可能的進(jìn)水位置涂刷一層不干性膩?zhàn)舆M(jìn)行密封，實(shí)現(xiàn)傳感器的防水要求，減少傳感器進(jìn)水情況；②更換防水等級(jí)更高的傳感器及線纜接頭，使其在浸液環(huán)境下仍能夠正常工作。

2.4 增壓泵故障

增壓泵通過對(duì)集液箱中的冷卻液加壓，實(shí)現(xiàn)冷卻液在液冷系統(tǒng)中的循環(huán)流動(dòng)。但增壓泵在使用過程中也較易出現(xiàn)問題，這些問題會(huì)對(duì)液冷系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。下面對(duì)增壓泵產(chǎn)生的故障進(jìn)行具體說明。

(1) 故障診斷 ①增壓泵不吸液或不排液：造成這種故障多數(shù)是因?yàn)榈组y離心泵卡死、濾水部分淤塞或吸水管漏氣等；②增壓泵漏液：接頭處螺帽沒擰緊或密封圈老化腐蝕都會(huì)導(dǎo)致增壓泵密封性能下降，出現(xiàn)漏液現(xiàn)象；③增壓泵劇烈震動(dòng)：可能是電動(dòng)轉(zhuǎn)子不平衡或聯(lián)軸器結(jié)合不良。有時(shí)軸承磨損、彎曲，轉(zhuǎn)動(dòng)部位零件松弛、破裂，管路支架固定不牢也會(huì)引起震動(dòng)。

(2) 故障排除 ①當(dāng)增壓泵不吸液或不排液時(shí)，應(yīng)逐一檢查，分別采取修理底閥、清除淤塞物、糾正轉(zhuǎn)向不銹鋼泵等進(jìn)行處理；②增壓泵漏液時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)檢查防止內(nèi)漏。若漏液不嚴(yán)重，可用扳手?jǐn)Q緊螺帽；若嚴(yán)重漏液，必須將增壓泵拆下更換新的增壓泵，并將漏液嚴(yán)重的增壓泵返廠維修；③增壓泵劇烈震動(dòng)時(shí)，應(yīng)立即停止工作，調(diào)整、加固、檢查或更換增壓泵。

2.5 冷卻液混用

冷卻液是液冷系統(tǒng)完成制冷循環(huán)傳熱的媒介，它直接影響液冷系統(tǒng)的性能。冷卻液一般由基礎(chǔ)液和添加劑組成，基礎(chǔ)液由水和乙二醇或二甘醇組成，添加劑包括防銹劑、防霉劑、PH調(diào)節(jié)劑、抗泡劑和著色劑等。不同品牌的冷卻液混用，會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成沉淀或產(chǎn)生氣泡，影響液冷系統(tǒng)的正常功能。

(1) 故障診斷 不同品牌的冷卻液，所使用的生產(chǎn)配方有所差異，如果混合使用，多種添加劑之間很可能會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成添加劑失效，且會(huì)產(chǎn)生沉淀物或氣泡，對(duì)管路系統(tǒng)密封造成損害，通常會(huì)造成水泵水封及焊縫處漏水現(xiàn)象；沉淀物累積會(huì)堵塞管路系統(tǒng)，降低循環(huán)冷卻液的傳遞效率，嚴(yán)重影響液冷系統(tǒng)的正常工作。

(2) 故障排除 ①液冷系統(tǒng)選用同一廠家生產(chǎn)的同型號(hào)冷卻液，冷卻液不足時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充同品牌的冷卻液，避免混用；②制定合理檢查周期，定期檢測液冷系統(tǒng)中添加的冷卻液，如發(fā)現(xiàn)冷卻液內(nèi)出現(xiàn)懸浮物，沉淀物或變質(zhì)、變色應(yīng)及時(shí)更換并清洗系統(tǒng)；③冷卻液有效使用期多為2～3年，到期或發(fā)現(xiàn)冷卻液變臟就要及時(shí)更換。更換時(shí)一定要將舊冷卻液全部清除，再加入清凈水，啟動(dòng)增壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)約10 min循環(huán)清洗，停機(jī)后再將清凈水放掉，再重新加入新的冷卻液。

3 結(jié) 語

機(jī)載液冷系統(tǒng)可以滿足試驗(yàn)機(jī)被試電子設(shè)備的冷卻散熱需求，從而保持電子設(shè)備在適宜的溫度范圍內(nèi)工作。通過分析試驗(yàn)機(jī)上液冷系統(tǒng)各種故障產(chǎn)生的原因，結(jié)合實(shí)際情況作出故障診斷及排除，并針對(duì)故障點(diǎn)制定有效快速的解決方案。通過對(duì)液冷系統(tǒng)中常見的故障原因分析及排查，可以在飛行試驗(yàn)過程中預(yù)防類似問題再次發(fā)生，降低飛行試驗(yàn)過程中機(jī)載液冷系統(tǒng)的故障率，為機(jī)載電子設(shè)備和相關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目提供更加穩(wěn)定、高效的冷卻能力。機(jī)載液冷系統(tǒng)作為飛行試驗(yàn)試驗(yàn)載機(jī)平臺(tái)的配套系統(tǒng)，分析其運(yùn)行過程中的故障原因，制定切實(shí)可行的故障排查手段，可以提高液冷系統(tǒng)的在線運(yùn)行壽命，提高試飛安全。