船舶雷達設備水冷系統的常見故障維修

陳信在，徐 展，郭代國

(91411部隊，遼寧 大連 116041)

當前,船舶雷達設備為了提高探測距離，不斷采用更大功率的發射系統。無論是以電真空器件為核心的大功率發射機，還是以T/R組件(收發組件)為核心的相控陣雷達，發射效率和電源效率的有限性使得來自于大功率的電真空器件、環形器、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釋放，傳統的自然冷卻和強迫風冷難以滿足這種高密度、大熱容、快冷卻的需求。水冷系統具有比熱容高、換熱系數大、溫度平穩、噪聲低等優點，逐漸成為船舶雷達設備冷卻系統的主流。

水冷設備作為船舶大、中型雷達設備的重要組成部分，具有系統結構復雜、采購價格高、使用維護成本高等缺點。同時，由于采用熱管技術、微通道技術、二次換熱技術、計算機技術、先進傳感器技術、可編程邏輯控制器(PLC)技術、機電控制技術、綜合防護技術等，使系統的技術原理復雜、可靠性較低、維修保障難度大、維護保養要求高。

1 船舶雷達設備水冷系統的基本工作原理

船舶雷達設備的水冷系統通常采用二次水冷技術，冷卻水分為一次冷卻水和二次冷卻水[1]。一次冷卻水(內循環水)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(外循環水)通常為海水，來源于船上機電系統提供的海水。船舶雷達設備一般水冷系統的基本工作原理示意圖見圖1。

水冷系統工作時，水泵將冷卻水水箱中的一次冷卻水抽出，經過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，供后續的循環散熱使用，如此循環往復。

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

圖1 船舶雷達設備水冷系統基本工作原理示意圖

綜合檢測與控制電路在溫度、流量、壓力、液位、水質等傳感器的配合下，對以下項目進行檢測、顯示和報警：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 內循環水系統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。水冷系統中常用的流量計為渦輪流量傳感器。內循環系統如果水流量偏低，將會影響水冷系統的散熱效能，導致散熱不足，引起發射系統跳高壓、電源過熱、器件損壞等。

對于水流量偏低故障，如果是每個支路的水流量均偏低，則可能是總閥開度過小、水泵動力不足、過濾器阻塞等引起的。可視情調整總閥開度，檢查過濾器是否超出使用壽命，檢查水泵電壓、繞組、力矩等技術性能。

如果某個支路水流量偏低，則可能是因為相關水流量調節閥開度不夠、精過濾器阻塞、渦輪流量傳感器前部的濾網阻塞、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部分互換連接，以判定電路故障還是過濾器及傳感器機械部分故障。如果是電路故障，可調整或更換相應的電路組件；如果不是電路故障，則要檢查清潔相應的過濾器、濾網、葉輪，視情更換濾芯、濾網、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大引起的，適當調節閥門開度即可。如果調節無效，則應檢查相應的閥門、流量顯示電路，視情調整或更換電路組件、閥門。水壓偏高的主要原因是總閥開度過大、粗過濾器阻塞等，視情調節總閥、清潔或更換過濾器濾芯即可。

3)水流量指示為零或無指示。水流量指示為零故障，可能原因是水泵未啟動、水泵內有空氣、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生，則可打開水泵本身的放氣閥門，放出泵內空氣即可。否則應先檢查水泵是否啟動，如未啟動則檢查水泵或相關控制電路；如已啟動則可用示波器檢查渦輪流量傳感器輸出信號，輸出信號異常則檢修傳感器，輸出信號正常則檢修流量顯示電路。對于無水流量指示故障，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。水溫偏高會導致雷達系統散熱低效或無法散熱，引起系統無法工作、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，常見故障原因為：海水流量低、換熱器內雜物過多導致水路阻塞、水路附著物過多或銹蝕導致熱交換不良。視情增加海水閥開度、清潔維護換熱器即可。

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、相關供電電源故障。可首先檢查溫度傳感器輸出的電壓信號是否正常，如溫度信號正常則檢修溫度顯示電路和相關供電電源，視情更換故障部件。

2.3 水電阻率類故障

1)水電阻率偏低(水電導率偏高)。水電阻率是評價內循環水性能的重要指標。水電阻率變低容易導致大功率電真空管絕緣值降低、管子漏電流增大，引發高壓打火、跳高壓、管子損傷或損壞等故障。

水電阻率變低主要原因有：內循環水長期工作,由于金屬腐蝕、侵蝕、溶解、電化學反應等造成水中離子過多；換熱器滲漏導致海水污染一次冷卻水。此類故障，首先應調大“凈化水流調節閥”開度，調小各支路“水流量調節閥”開度或全部關閉，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，同時檢查換熱器有無內漏；如更換后無效或短期內又出現故障，則應該是換熱器有滲漏，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顯示，則可能是電導測量器(水質傳感器)故障、相關檢測控制電路(水質控制器)故障或相關電源故障，可檢查相關電源、傳感器和檢測控制電路，視情更換故障的部件。

3 外循環水系統常見故障的分析與排除

3.1 海水壓力類故障

1)海水入口壓力過低。海水入口壓力過低，會導致流過換熱器的海水流量過低，導致內循環水的熱量無法與海水充分交換，影響整個系統的散熱。該故障的主要原因是：機電系統提供的冷卻海水壓力不足、海水供水閥門開度不夠、海水過濾器堵塞嚴重、相關管系有滲漏、壓力表故障等。維修時，應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，則應檢查海水供水閥門開度。如閥門開度正常，則應檢查機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，則清潔維護海水過濾器或更換相應濾芯。

2) 海水出口壓力過低。如果海水入口壓力正常，出口壓力過低，同樣會導致散熱不良。該故障主要原因是：換熱器被海生物堵塞(該情況常出現在未安裝海水過濾器的系統上，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等堵塞和附著、出水管系滲漏、壓力表故障等。對于該故障，首先應檢查管系有無滲漏，如無滲漏則檢查壓力表是否正常，如正常則清潔維護換熱器。

3) 壓力表無指示。原因有：與壓力表相連的細管路被污泥等雜質堵塞、壓力表損壞。應檢查壓力表是否正常，如正常則疏通相關管路即可。

3.2 換熱器內部銹蝕或漏海水

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。換熱器如果發生長時間的內部銹蝕，易導致一次和二次冷卻水之間出現滲漏，導致換熱器損壞。換熱器內部銹蝕，除了海水、海生物等外部原因外，換熱器內起保護作用的防腐鋅塊(陰極保護)更換不及時，導致換熱器發生電化學腐蝕是主要內因。對于該故障，要及時更換防腐鋅塊，清潔銹蝕部位，如銹蝕嚴重則應更換換熱器。

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生脫鋅腐蝕等。對于緊固不良的故障，進行重新緊固即可；對于鋅塊附近發生的滲漏，可以及時更換鋅塊并緊固絲堵；對于密封件老化破損，需及時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 控制及監測報警系統常見故障的分析與排除

4.1 機電控制系統故障

1)水冷系統不啟動。常見原因有：“本控/遙控”開關位置不當、系統供電不正常、相關保險絲斷、相關控制電路故障等。該故障首先應檢查“本控/遙控”工作狀態開關是否正確，如正確則檢查系統的供電、保險絲等是否正常，如正常則檢查相關的開關、按鍵、接觸器、繼電器等控制電路，如發生屢次燒斷保險絲的故障則應檢查相關的負載是否有短路等情況，視情進行維修。

2)水泵不啟動。常見原因有：水泵供電不正常、水泵損壞、水泵系統卡阻等。對于單獨的水泵不啟動故障，首先應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的機械系統是否有卡阻等情況，視情進行維修。

4.2 異常報警故障

1)水位報虛警。常見原因有：水位傳感器故障、水位監測繼電器故障、相關監測控制電路故障等。首先應檢查水位傳感器阻值是否正常，如正常則檢查相關的通路和電壓是否正常，如均正常則檢查相關監測繼電器和監測控制電路，視情更換故障部件。

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