船舶雷达设备水冷系统的常见故障维修

2020-08-27陈信在郭代国

中国修船 2020年4期

陈信在，徐展，郭代国

(91411部队，辽宁大连 116041)

当前,船舶雷达设备为了提高探测距离，不断采用更大功率的发射系统。无论是以电真空器件为核心的大功率发射机，还是以T/R组件(收发组件)为核心的相控阵雷达，发射效率和电源效率的有限性使得来自于大功率的电真空器件、环形器、功率晶体管、可控硅、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、水冷电阻、T/R组件等集聚的大量热能需要及时释放，传统的自然冷却和强迫风冷难以满足这种高密度、大热容、快冷却的需求。水冷系统具有比热容高、换热系数大、温度平稳、噪声低等优点，逐渐成为船舶雷达设备冷却系统的主流。

水冷设备作为船舶大、中型雷达设备的重要组成部分，具有系统结构复杂、采购价格高、使用维护成本高等缺点。同时，由于采用热管技术、微通道技术、二次换热技术、计算机技术、先进传感器技术、可编程逻辑控制器(PLC)技术、机电控制技术、综合防护技术等，使系统的技术原理复杂、可靠性较低、维修保障难度大、维护保养要求高。

1 船舶雷达设备水冷系统的基本工作原理

船舶雷达设备的水冷系统通常采用二次水冷技术，冷却水分为一次冷却水和二次冷却水[1]。一次冷却水(内循环水)通常为配方冷却水，常用去离子水+乙二醇的溶液；二次冷却水(外循环水)通常为海水，来源于船上机电系统提供的海水。船舶雷达设备一般水冷系统的基本工作原理示意图见图1。

水冷系统工作时，水泵将冷却水水箱中的一次冷却水抽出，经过滤后送入需要散热的多路组件和器件，吸热升温后的冷却水送入热交换器，在换热器中与二次冷却水(海水)进行热量交换，热量由海水带走。温度降低后的冷却水再次注入水箱，供后续的循环散热使用，如此循环往复。

一次冷却水的水冷系统中有一路为水质净化支路，其目的是滤除冷却水中的杂质、颗粒物、阳离子、阴离子，提高水的纯度和电阻率，以满足大型电真空器件对高压绝缘和水质的要求。杂质滤除通常采用粗过滤器、精过滤器、活性炭过滤器，去离子一般采用离子交换树脂(阴/阳树脂)。

图1 船舶雷达设备水冷系统基本工作原理示意图

综合检测与控制电路在温度、流量、压力、液位、水质等传感器的配合下，对以下项目进行检测、显示和报警：海水入口压力、海水出口压力，一次冷却水的水电阻率、各支路水流量、冷水(入口)水温、热水(出口)水温、水箱高低液位、水泵输出压力，水泵的启闭等。

2 内循环水系统常见故障的分析与排除

2.1 水流量、水压类故障

1)水流量偏低。水冷系统中常用的流量计为涡轮流量传感器。内循环系统如果水流量偏低，将会影响水冷系统的散热效能，导致散热不足，引起发射系统跳高压、电源过热、器件损坏等。

对于水流量偏低故障，如果是每个支路的水流量均偏低，则可能是总阀开度过小、水泵动力不足、过滤器阻塞等引起的。可视情调整总阀开度，检查过滤器是否超出使用寿命，检查水泵电压、绕组、力矩等技术性能。

如果某个支路水流量偏低，则可能是因为相关水流量调节阀开度不够、精过滤器阻塞、涡轮流量传感器前部的滤网阻塞、传感器叶轮卡滞、传感器前置放大电路故障、流量显示电路故障等。可先将该支路传感器的前置放大器连同输出电缆与其它支路的相应部分互换连接，以判定电路故障还是过滤器及传感器机械部分故障。如果是电路故障，可调整或更换相应的电路组件；如果不是电路故障，则要检查清洁相应的过滤器、滤网、叶轮，视情更换滤芯、滤网、传感器等。

2)水流量偏高或水压偏高。较高的水流量或水压能够起到更好的散热效果，但高流量和高水压容易导致管系渗漏、流蚀增大、器件损坏等。

水流量偏高故障，大都是由于控制流量的阀门开度过大引起的，适当调节阀门开度即可。如果调节无效，则应检查相应的阀门、流量显示电路，视情调整或更换电路组件、阀门。水压偏高的主要原因是总阀开度过大、粗过滤器阻塞等，视情调节总阀、清洁或更换过滤器滤芯即可。

3)水流量指示为零或无指示。水流量指示为零故障，可能原因是水泵未启动、水泵内有空气、流量显示电路故障、涡轮流量传感器故障。该故障如果在刚更换冷却水后发生，则可打开水泵本身的放气阀门，放出泵内空气即可。否则应先检查水泵是否启动，如未启动则检查水泵或相关控制电路；如已启动则可用示波器检查涡轮流量传感器输出信号，输出信号异常则检修传感器，输出信号正常则检修流量显示电路。对于无水流量指示故障，可检查流量显示电路、流量显示电路供电电源等，视情更换损坏的部件即可。

2.2 水温类故障

1)水温偏高。水温偏高会导致雷达系统散热低效或无法散热，引起系统无法工作、器件寿命降低或损坏等情况。水温偏高主要是由于换热器换热低效所致，常见故障原因为：海水流量低、换热器内杂物过多导致水路阻塞、水路附着物过多或锈蚀导致热交换不良。视情增加海水阀开度、清洁维护换热器即可。

2)水温指示异常。主要原因是温度传感器故障、温度显示电路故障、相关供电电源故障。可首先检查温度传感器输出的电压信号是否正常，如温度信号正常则检修温度显示电路和相关供电电源，视情更换故障部件。

2.3 水电阻率类故障

1)水电阻率偏低(水电导率偏高)。水电阻率是评价内循环水性能的重要指标。水电阻率变低容易导致大功率电真空管绝缘值降低、管子漏电流增大，引发高压打火、跳高压、管子损伤或损坏等故障。

水电阻率变低主要原因有：内循环水长期工作,由于金属腐蚀、侵蚀、溶解、电化学反应等造成水中离子过多；换热器渗漏导致海水污染一次冷却水。此类故障，首先应调大“净化水流调节阀”开度，调小各支路“水流量调节阀”开度或全部关闭，待净化1～2 h后看电阻率能否满足要求；如满足要求则可继续使用，如不满足要求可视情更换一次冷却水和离子交换树脂，同时检查换热器有无内漏；如更换后无效或短期内又出现故障，则应该是换热器有渗漏，可视情修理或更换换热器。

2)水电阻率指示异常。如果水电阻率显示明显异常或无显示，则可能是电导测量器(水质传感器)故障、相关检测控制电路(水质控制器)故障或相关电源故障，可检查相关电源、传感器和检测控制电路，视情更换故障的部件。

3 外循环水系统常见故障的分析与排除

3.1 海水压力类故障

1)海水入口压力过低。海水入口压力过低，会导致流过换热器的海水流量过低，导致内循环水的热量无法与海水充分交换，影响整个系统的散热。该故障的主要原因是：机电系统提供的冷却海水压力不足、海水供水阀门开度不够、海水过滤器堵塞严重、相关管系有渗漏、压力表故障等。维修时，应先检查海水出口压力表，如果出口压力正常，则为入口压力表故障。如果出口压力也低，则应检查海水供水阀门开度。如阀门开度正常，则应检查机电部门送出的海水压力是否正常。如正常则检查管系有否渗漏。如以上均正常，则清洁维护海水过滤器或更换相应滤芯。

2) 海水出口压力过低。如果海水入口压力正常，出口压力过低，同样会导致散热不良。该故障主要原因是：换热器被海生物堵塞(该情况常出现在未安装海水过滤器的系统上，主要影响生物有藤壶、水螅虫、贻贝、藻类等[2])、换热器被泥沙和杂质等堵塞和附着、出水管系渗漏、压力表故障等。对于该故障，首先应检查管系有无渗漏，如无渗漏则检查压力表是否正常，如正常则清洁维护换热器。

3) 压力表无指示。原因有：与压力表相连的细管路被污泥等杂质堵塞、压力表损坏。应检查压力表是否正常，如正常则疏通相关管路即可。

3.2 换热器内部锈蚀或漏海水

换热器的主要类型有壳管式换热器(列管式换热器)、板式换热器等。换热器如果发生长时间的内部锈蚀，易导致一次和二次冷却水之间出现渗漏，导致换热器损坏。换热器内部锈蚀，除了海水、海生物等外部原因外，换热器内起保护作用的防腐锌块(阴极保护)更换不及时，导致换热器发生电化学腐蚀是主要内因。对于该故障，要及时更换防腐锌块，清洁锈蚀部位，如锈蚀严重则应更换换热器。

换热器漏海水的主要原因有：紧固件固定不良、密封件老化破损、防腐锌块的丝堵和丝座在锌块消耗完之后发生脱锌腐蚀等。对于紧固不良的故障，进行重新紧固即可；对于锌块附近发生的渗漏，可以及时更换锌块并紧固丝堵；对于密封件老化破损，需及时更换橡胶或聚四氟乙烯类密封垫、密封圈，并视情涂覆密封酯。

4 控制及监测报警系统常见故障的分析与排除

4.1 机电控制系统故障

1)水冷系统不启动。常见原因有：“本控/遥控”开关位置不当、系统供电不正常、相关保险丝断、相关控制电路故障等。该故障首先应检查“本控/遥控”工作状态开关是否正确，如正确则检查系统的供电、保险丝等是否正常，如正常则检查相关的开关、按键、接触器、继电器等控制电路，如发生屡次烧断保险丝的故障则应检查相关的负载是否有短路等情况，视情进行维修。

2)水泵不启动。常见原因有：水泵供电不正常、水泵损坏、水泵系统卡阻等。对于单独的水泵不启动故障，首先应检查水泵供电电压是否正常，如正常则检查水泵三相绕组的阻值是否正常，如均正常则检查水泵相关的机械系统是否有卡阻等情况，视情进行维修。