船舶雷達(dá)設(shè)備水冷系統(tǒng)的常見故障維修

陳信在，徐 展，郭代國(guó)

(91411部隊(duì)，遼寧 大連 116041)

當(dāng)前,船舶雷達(dá)設(shè)備為了提高探測(cè)距離，不斷采用更大功率的發(fā)射系統(tǒng)。無(wú)論是以電真空器件為核心的大功率發(fā)射機(jī)，還是以T/R組件(收發(fā)組件)為核心的相控陣?yán)走_(dá)，發(fā)射效率和電源效率的有限性使得來(lái)自于大功率的電真空器件、環(huán)形器、功率晶體管、可控硅、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、水冷電阻、T/R組件等集聚的大量熱能需要及時(shí)釋放，傳統(tǒng)的自然冷卻和強(qiáng)迫風(fēng)冷難以滿足這種高密度、大熱容、快冷卻的需求。水冷系統(tǒng)具有比熱容高、換熱系數(shù)大、溫度平穩(wěn)、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為船舶雷達(dá)設(shè)備冷卻系統(tǒng)的主流。

水冷設(shè)備作為船舶大、中型雷達(dá)設(shè)備的重要組成部分，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、采購(gòu)價(jià)格高、使用維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。同時(shí)，由于采用熱管技術(shù)、微通道技術(shù)、二次換熱技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、先進(jìn)傳感器技術(shù)、可編程邏輯控制器(PLC)技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、綜合防護(hù)技術(shù)等，使系統(tǒng)的技術(shù)原理復(fù)雜、可靠性較低、維修保障難度大、維護(hù)保養(yǎng)要求高。

1 船舶雷達(dá)設(shè)備水冷系統(tǒng)的基本工作原理

船舶雷達(dá)設(shè)備的水冷系統(tǒng)通常采用二次水冷技術(shù)，冷卻水分為一次冷卻水和二次冷卻水[1]。一次冷卻水(內(nèi)循環(huán)水)通常為配方冷卻水，常用去離子水+乙二醇的溶液；二次冷卻水(外循環(huán)水)通常為海水，來(lái)源于船上機(jī)電系統(tǒng)提供的海水。船舶雷達(dá)設(shè)備一般水冷系統(tǒng)的基本工作原理示意圖見圖1。

水冷系統(tǒng)工作時(shí)，水泵將冷卻水水箱中的一次冷卻水抽出，經(jīng)過(guò)濾后送入需要散熱的多路組件和器件，吸熱升溫后的冷卻水送入熱交換器，在換熱器中與二次冷卻水(海水)進(jìn)行熱量交換，熱量由海水帶走。溫度降低后的冷卻水再次注入水箱，供后續(xù)的循環(huán)散熱使用，如此循環(huán)往復(fù)。

一次冷卻水的水冷系統(tǒng)中有一路為水質(zhì)凈化支路，其目的是濾除冷卻水中的雜質(zhì)、顆粒物、陽(yáng)離子、陰離子，提高水的純度和電阻率，以滿足大型電真空器件對(duì)高壓絕緣和水質(zhì)的要求。雜質(zhì)濾除通常采用粗過(guò)濾器、精過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器，去離子一般采用離子交換樹脂(陰/陽(yáng)樹脂)。

圖1 船舶雷達(dá)設(shè)備水冷系統(tǒng)基本工作原理示意圖

綜合檢測(cè)與控制電路在溫度、流量、壓力、液位、水質(zhì)等傳感器的配合下，對(duì)以下項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)、顯示和報(bào)警：海水入口壓力、海水出口壓力，一次冷卻水的水電阻率、各支路水流量、冷水(入口)水溫、熱水(出口)水溫、水箱高低液位、水泵輸出壓力，水泵的啟閉等。

2 內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)常見故障的分析與排除

2.1 水流量、水壓類故障

1)水流量偏低。水冷系統(tǒng)中常用的流量計(jì)為渦輪流量傳感器。內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)如果水流量偏低，將會(huì)影響水冷系統(tǒng)的散熱效能，導(dǎo)致散熱不足，引起發(fā)射系統(tǒng)跳高壓、電源過(guò)熱、器件損壞等。

對(duì)于水流量偏低故障，如果是每個(gè)支路的水流量均偏低，則可能是總閥開度過(guò)小、水泵動(dòng)力不足、過(guò)濾器阻塞等引起的。可視情調(diào)整總閥開度，檢查過(guò)濾器是否超出使用壽命，檢查水泵電壓、繞組、力矩等技術(shù)性能。

如果某個(gè)支路水流量偏低，則可能是因?yàn)橄嚓P(guān)水流量調(diào)節(jié)閥開度不夠、精過(guò)濾器阻塞、渦輪流量傳感器前部的濾網(wǎng)阻塞、傳感器葉輪卡滯、傳感器前置放大電路故障、流量顯示電路故障等。可先將該支路傳感器的前置放大器連同輸出電纜與其它支路的相應(yīng)部分互換連接，以判定電路故障還是過(guò)濾器及傳感器機(jī)械部分故障。如果是電路故障，可調(diào)整或更換相應(yīng)的電路組件；如果不是電路故障，則要檢查清潔相應(yīng)的過(guò)濾器、濾網(wǎng)、葉輪，視情更換濾芯、濾網(wǎng)、傳感器等。

2)水流量偏高或水壓偏高。較高的水流量或水壓能夠起到更好的散熱效果，但高流量和高水壓容易導(dǎo)致管系滲漏、流蝕增大、器件損壞等。

水流量偏高故障，大都是由于控制流量的閥門開度過(guò)大引起的，適當(dāng)調(diào)節(jié)閥門開度即可。如果調(diào)節(jié)無(wú)效，則應(yīng)檢查相應(yīng)的閥門、流量顯示電路，視情調(diào)整或更換電路組件、閥門。水壓偏高的主要原因是總閥開度過(guò)大、粗過(guò)濾器阻塞等，視情調(diào)節(jié)總閥、清潔或更換過(guò)濾器濾芯即可。

3)水流量指示為零或無(wú)指示。水流量指示為零故障，可能原因是水泵未啟動(dòng)、水泵內(nèi)有空氣、流量顯示電路故障、渦輪流量傳感器故障。該故障如果在剛更換冷卻水后發(fā)生，則可打開水泵本身的放氣閥門，放出泵內(nèi)空氣即可。否則應(yīng)先檢查水泵是否啟動(dòng)，如未啟動(dòng)則檢查水泵或相關(guān)控制電路；如已啟動(dòng)則可用示波器檢查渦輪流量傳感器輸出信號(hào)，輸出信號(hào)異常則檢修傳感器，輸出信號(hào)正常則檢修流量顯示電路。對(duì)于無(wú)水流量指示故障，可檢查流量顯示電路、流量顯示電路供電電源等，視情更換損壞的部件即可。

2.2 水溫類故障

1)水溫偏高。水溫偏高會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)系統(tǒng)散熱低效或無(wú)法散熱，引起系統(tǒng)無(wú)法工作、器件壽命降低或損壞等情況。水溫偏高主要是由于換熱器換熱低效所致，常見故障原因?yàn)椋汉Ｋ髁康汀Q熱器內(nèi)雜物過(guò)多導(dǎo)致水路阻塞、水路附著物過(guò)多或銹蝕導(dǎo)致熱交換不良。視情增加海水閥開度、清潔維護(hù)換熱器即可。

2)水溫指示異常。主要原因是溫度傳感器故障、溫度顯示電路故障、相關(guān)供電電源故障。可首先檢查溫度傳感器輸出的電壓信號(hào)是否正常，如溫度信號(hào)正常則檢修溫度顯示電路和相關(guān)供電電源，視情更換故障部件。

2.3 水電阻率類故障

1)水電阻率偏低(水電導(dǎo)率偏高)。水電阻率是評(píng)價(jià)內(nèi)循環(huán)水性能的重要指標(biāo)。水電阻率變低容易導(dǎo)致大功率電真空管絕緣值降低、管子漏電流增大，引發(fā)高壓打火、跳高壓、管子損傷或損壞等故障。

水電阻率變低主要原因有：內(nèi)循環(huán)水長(zhǎng)期工作,由于金屬腐蝕、侵蝕、溶解、電化學(xué)反應(yīng)等造成水中離子過(guò)多；換熱器滲漏導(dǎo)致海水污染一次冷卻水。此類故障，首先應(yīng)調(diào)大“凈化水流調(diào)節(jié)閥”開度，調(diào)小各支路“水流量調(diào)節(jié)閥”開度或全部關(guān)閉，待凈化1～2 h后看電阻率能否滿足要求；如滿足要求則可繼續(xù)使用，如不滿足要求可視情更換一次冷卻水和離子交換樹脂，同時(shí)檢查換熱器有無(wú)內(nèi)漏；如更換后無(wú)效或短期內(nèi)又出現(xiàn)故障，則應(yīng)該是換熱器有滲漏，可視情修理或更換換熱器。

2)水電阻率指示異常。如果水電阻率顯示明顯異常或無(wú)顯示，則可能是電導(dǎo)測(cè)量器(水質(zhì)傳感器)故障、相關(guān)檢測(cè)控制電路(水質(zhì)控制器)故障或相關(guān)電源故障，可檢查相關(guān)電源、傳感器和檢測(cè)控制電路，視情更換故障的部件。

3 外循環(huán)水系統(tǒng)常見故障的分析與排除

3.1 海水壓力類故障

1)海水入口壓力過(guò)低。海水入口壓力過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致流過(guò)換熱器的海水流量過(guò)低，導(dǎo)致內(nèi)循環(huán)水的熱量無(wú)法與海水充分交換，影響整個(gè)系統(tǒng)的散熱。該故障的主要原因是：機(jī)電系統(tǒng)提供的冷卻海水壓力不足、海水供水閥門開度不夠、海水過(guò)濾器堵塞嚴(yán)重、相關(guān)管系有滲漏、壓力表故障等。維修時(shí)，應(yīng)先檢查海水出口壓力表，如果出口壓力正常，則為入口壓力表故障。如果出口壓力也低，則應(yīng)檢查海水供水閥門開度。如閥門開度正常，則應(yīng)檢查機(jī)電部門送出的海水壓力是否正常。如正常則檢查管系有否滲漏。如以上均正常，則清潔維護(hù)海水過(guò)濾器或更換相應(yīng)濾芯。

2) 海水出口壓力過(guò)低。如果海水入口壓力正常，出口壓力過(guò)低，同樣會(huì)導(dǎo)致散熱不良。該故障主要原因是：換熱器被海生物堵塞(該情況常出現(xiàn)在未安裝海水過(guò)濾器的系統(tǒng)上，主要影響生物有藤壺、水螅蟲、貽貝、藻類等[2])、換熱器被泥沙和雜質(zhì)等堵塞和附著、出水管系滲漏、壓力表故障等。對(duì)于該故障，首先應(yīng)檢查管系有無(wú)滲漏，如無(wú)滲漏則檢查壓力表是否正常，如正常則清潔維護(hù)換熱器。

3) 壓力表無(wú)指示。原因有：與壓力表相連的細(xì)管路被污泥等雜質(zhì)堵塞、壓力表?yè)p壞。應(yīng)檢查壓力表是否正常，如正常則疏通相關(guān)管路即可。

3.2 換熱器內(nèi)部銹蝕或漏海水

換熱器的主要類型有殼管式換熱器(列管式換熱器)、板式換熱器等。換熱器如果發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間的內(nèi)部銹蝕，易導(dǎo)致一次和二次冷卻水之間出現(xiàn)滲漏，導(dǎo)致?lián)Q熱器損壞。換熱器內(nèi)部銹蝕，除了海水、海生物等外部原因外，換熱器內(nèi)起保護(hù)作用的防腐鋅塊(陰極保護(hù))更換不及時(shí)，導(dǎo)致?lián)Q熱器發(fā)生電化學(xué)腐蝕是主要內(nèi)因。對(duì)于該故障，要及時(shí)更換防腐鋅塊，清潔銹蝕部位，如銹蝕嚴(yán)重則應(yīng)更換換熱器。

換熱器漏海水的主要原因有：緊固件固定不良、密封件老化破損、防腐鋅塊的絲堵和絲座在鋅塊消耗完之后發(fā)生脫鋅腐蝕等。對(duì)于緊固不良的故障，進(jìn)行重新緊固即可；對(duì)于鋅塊附近發(fā)生的滲漏，可以及時(shí)更換鋅塊并緊固絲堵；對(duì)于密封件老化破損，需及時(shí)更換橡膠或聚四氟乙烯類密封墊、密封圈，并視情涂覆密封酯。

4 控制及監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)常見故障的分析與排除

4.1 機(jī)電控制系統(tǒng)故障

1)水冷系統(tǒng)不啟動(dòng)。常見原因有：“本控/遙控”開關(guān)位置不當(dāng)、系統(tǒng)供電不正常、相關(guān)保險(xiǎn)絲斷、相關(guān)控制電路故障等。該故障首先應(yīng)檢查“本控/遙控”工作狀態(tài)開關(guān)是否正確，如正確則檢查系統(tǒng)的供電、保險(xiǎn)絲等是否正常，如正常則檢查相關(guān)的開關(guān)、按鍵、接觸器、繼電器等控制電路，如發(fā)生屢次燒斷保險(xiǎn)絲的故障則應(yīng)檢查相關(guān)的負(fù)載是否有短路等情況，視情進(jìn)行維修。

2)水泵不啟動(dòng)。常見原因有：水泵供電不正常、水泵損壞、水泵系統(tǒng)卡阻等。對(duì)于單獨(dú)的水泵不啟動(dòng)故障，首先應(yīng)檢查水泵供電電壓是否正常，如正常則檢查水泵三相繞組的阻值是否正常，如均正常則檢查水泵相關(guān)的機(jī)械系統(tǒng)是否有卡阻等情況，視情進(jìn)行維修。

4.2 異常報(bào)警故障

1)水位報(bào)虛警。常見原因有：水位傳感器故障、水位監(jiān)測(cè)繼電器故障、相關(guān)監(jiān)測(cè)控制電路故障等。首先應(yīng)檢查水位傳感器阻值是否正常，如正常則檢查相關(guān)的通路和電壓是否正常，如均正常則檢查相關(guān)監(jiān)測(cè)繼電器和監(jiān)測(cè)控制電路，視情更換故障部件。

2)海水壓力報(bào)虛警。常見原因有：水壓力控制器故障、電接點(diǎn)壓力表故障、相關(guān)控制電路故障等。首先應(yīng)檢查水壓力控制器或電接點(diǎn)壓力表。如該部分故障，則視情調(diào)整或更換水壓力控制器或電接點(diǎn)壓力表；如該部分正常，則檢查相關(guān)的檢測(cè)控制電路，視情更換故障部件。