交變濕熱試驗對艦載裝備的影響及相應防護措施研究

廖帆，曾武，尹子源

（上海船舶電子設備研究所，上海，201108）

軍工裝備從生產、運輸、裝卸、儲存、作戰等過程中都經歷著各種復雜的自然環境和誘發環境的考驗，只有能經受各種惡劣環境考驗的裝備才是合格的裝備，才能有效發揮其工作性能。而海軍艦載裝備（本文研究對象即海軍艦載裝備，以下簡稱裝備）在交付后仍需經受潮濕、鹽分的考驗，因此開展裝備的環境適應性試驗有著極其重要的意義。環境適應性試驗又分為以下幾個階段，即低溫貯存、低溫工作、高溫貯存、高溫工作、濕熱試驗、振動試驗、沖擊試驗、傾斜試驗、噪聲試驗、鹽霧試驗、霉菌試驗等。

在環境適應性試驗中濕熱試驗周期長，風險大，問題多，且交變濕熱試驗比恒溫濕熱試驗更為嚴苛。據相關資料統計：自由空氣條件的情況下，如果氣溫高于30°C，相對濕度超過95%的濕熱環境下，幾乎不會出現或保持很長時間的裝備[1]。因此，交變濕熱是環境適應性試驗中的關鍵。

本文以某裝備為研究對象，針對交變濕熱試驗（以下簡稱交變濕熱），從試驗方法、試驗人員、設備要求入手，結合試驗過程中的故障問題詳細分析了裝備絕緣性能下降、部分設備故障的原因，并針對故障原因提出了相應防護措施，以提高裝備的環境適應性能力，從而確保裝備的可靠性。

1 交變濕熱方法簡述

本文以《GJB150.9A-2009 軍用裝備實驗室環境試驗方法第9部分:濕熱試驗》作為試驗標準[10]，詳細介紹了某裝備交變濕熱的方法及試驗中高低溫試驗箱（以下簡稱試驗箱）、操作人員、被試裝備注意事項。

■1.1 某裝備交變濕熱試驗方法

試驗標準：《GJB150.9A-2009 軍用裝備實驗室環境試驗方法第9部分:濕熱試驗》

試驗溫度（T）：高溫60℃±3℃，低溫30℃±3℃。

相對濕度(RH)：95%（備注：除在溫度下降期間相對濕度可以降至85%外，在其他試驗時間內相對濕度應保持為95%±3%）。(備注：RH :Relative Humidity,相對濕度的英文簡寫)

試驗周期：10個（一個周期為24h,共計240h；其中一個周期內高溫8h,低溫16h）。

某項目交變濕熱試驗方法如下：

第一步：初始檢測，將被試裝備放入試驗箱內，在常溫下通電工作，按技術要求檢測設備，待確認設備工作正常后，關閉電源；

第二步：預處理，完成初始檢測后，將被試裝備置于溫度23±2℃，相對濕度50±5%的條件下24h；

第三步：試驗，在2h內，將試驗箱溫度由30℃升到60℃，相對濕度升到95%,該狀態下保持6h。在8h內，將試驗箱溫度由60℃降到30℃，相對濕度升到95%,該狀態下保持8h。一個周期結束，如此反復10個周期，交變濕熱溫濕度控制曲線如圖1所示。

圖1 交變濕熱溫濕度控制曲線

第四步：中間檢測，在第5和第10周期檢測點時刻，試驗箱溫度為30℃，相對濕度不下于95%，按照技術要求進行檢測，檢測設備是否工作正常。

第五步：恢復，被試裝備在23±2℃，相對濕度50%的條件下放置12~24h。

第六步：最后檢測，恢復結束后，在23±2℃，相對濕度50%的條件下，按技術要求再次檢測，工作正常則合格通過，本試驗結束。

■1.2 交變濕熱對操作人員及試驗箱的要求

高低溫試驗箱是一套特殊并有著嚴格操作規范的制冷設備，該試驗箱可完成高低溫、濕熱試驗。被試裝備在交變濕熱過程中，操作人員應按照被試單位提供的試驗大綱開展操作，并嚴格控制試驗箱內的溫濕度曲線，只有這樣才能確保試驗結果的精準性和可靠性，本文通過多次交變濕熱總結了以下幾條注意事項：

（1）試驗箱的選擇；試驗過程中應根據被試裝備的容積大小，科學合理的選擇試驗箱。試驗箱過大會增加試驗成本，導致資源浪費；試驗箱過小，被試裝備受熱不均勻，影響試驗數據準確性。根據某試驗中心多次試驗數據統計結果分析，對于發熱的被試裝備，試驗過程中其體積應該占試驗箱有效容積的10%，而不發熱的被試裝備，其體積應占試驗箱有效容積的20%[2]。

（2）被試裝備的擺放；試驗前，被試裝備的擺放不能堵塞試驗箱的出風口與進風口，且被試裝備要與溫濕度傳感器保持一定的距離，被試裝備不止一臺時，應保持被試裝備之間的間距，切忌間距太小。被試裝備與箱壁、被試裝備之間的間距至少保持20cm以上距離，試驗箱內機柜擺放示意圖如圖2所示。

圖2 試驗箱內機柜擺放示意圖

（3）交變濕熱過程的完整性；試驗過程中，切忌輕易中斷試驗及開啟、關閉箱門，因交變濕熱過程中，試驗箱內的溫度與外界溫度存在較大溫差。若開啟箱門，導致內部與外界的空氣交換，設備表面產生大量的凝露，破壞了試驗箱內溫濕度曲線，造成試驗數據不準確。

（4）交變濕熱結束后的干燥處理；被試裝備結束交變濕熱后，應在60 ℃，濕度50%的環境內，進行干燥處理，處理時間至少1h。干燥處理是為了保證被試裝備后續試驗的準確性與可靠性。

（5）被試裝備與試驗箱良好接地；試驗過程中被試裝備與試驗箱必須良好接地，關閉試驗箱箱內照明設備，并安排專業人員值守，確保試驗箱正常運轉，最大限度地避免因靜電感應而導致設備、人員的損壞。

2 交變濕熱對裝備的影響及原因分析

交變濕熱是指在一個周期內，溫度交替進行變換，主要分為高溫高濕與低溫高濕兩個過程。它不僅具備恒溫濕熱吸附、吸收和擴散作用，還具備呼吸作用與升溫階段的凝露、蒸發。

因電源機柜處于裝備的前級，負責給其它裝備供電，且其功率大、電壓高、內部電子設備、元器件多、電氣連接復雜，對交變濕熱的研究具有指導意義。本節將某電源柜作為研究對象，重點研究了試驗過程中故障現象、原因分析以及機理分析，以便于提出相應的防護措施。

■2.1 輸入絕緣性能下降

《GJB5394A-2018 電子對抗裝備電源設備通用要求》中規定了絕緣電阻電源交流輸入端與機殼、交流輸入端與直流輸出端的絕緣電阻不低于100MΩ，濕熱條件下應不低于2 MΩ[11]。

故障現象：在交變濕熱中間時刻性能檢測時，利用絕緣測試表測試電源柜的輸入、輸出絕緣性能時發現，交流輸入對地阻抗、直流輸出對地阻抗均低于2 MΩ，不符合上電工作要求。

原因分析：通過逐一排查法，檢查發現電源柜輸入輸出絕緣性能降低是因為內部某一電源模塊輸入端、輸出端的絕緣阻抗降低，拆開該電源模塊，發現其機殼表面、PCB板表面存在大量水珠，影響了電源模塊輸入、輸出連接器處絕緣性能，進而導致整個機柜的輸入、輸出絕緣性能降低。

■2.2 交流接觸器損壞

故障現象：待絕緣性能恢復正常后，上電檢查電源柜功能時，發現按下啟動按鈕后，電源柜輸出無響應，電源柜內部交流接觸器無法正常吸合，判斷交流接觸器損壞。

原因分析：檢查電源柜內部安裝結構發現交流接觸器上方恰好有一個豎直隔板用以安裝諧振濾波器，在交變濕熱升溫階段過程中由于凝露作用，機柜內壁產生了大量積水，該積水沿著隔板壁向下流動并滴入交流接觸器引線端口，當交流接觸器內部積累大量水珠后，破壞了其內部輔助線圈絕緣性能，導致上電后無法正常吸合。

上述兩處故障機理分析：在升溫階段，由于機柜體積、重量較大，內部設備較多，其熱容量大，導致機柜表面及其內部設備的溫度低于周圍空氣溫度，相對濕度為 95% 的氣體遇到冷物體時，很快形成飽和氣體并產生凝露。機柜外表和內部設備的凝露沿機殼縫隙滲透至設備內部，形成積水。在高溫階段，機柜及設備內的積水產生蒸發，但由于氣流不暢，水汽不容易排出，周而復始，形成積水。

若機柜內部絕緣材料的表面凝露或者表面吸附了一定數量的潮氣后，會引起表面電阻降低、泄漏電流增大以及介質損失角增大，因此絕緣材料吸收潮氣后會產生各種電性能的變化，例如介電強度降低、絕緣電阻下降、介質損失角增大、電容量增大等，進而影響內部模塊的電氣性能與絕緣性能。

3 相應的改善措施研究

根據上述的故障現象、原因分析以及機理分析，本文提出了以下措施對裝備交變濕熱試驗進行相應的防護：

（1）增加必要的防護罩殼，將電氣電子設備進行必要的防護，避免凝露水直接滴在電子設備上。例如將空氣開關、交流接觸器等暴露在外的電氣設備增加防護罩，避免凝露水滴入該設備中破壞其絕緣性能；

（2）對絕緣要求性能高的設備，做好密封處理，尤其是接口處的密封，可采用環氧膠進行必要的密封處理。例如諧振濾波器等外殼設計均采用的是環氧全密封處理；

（3）機柜內部設計導水槽。在交變濕熱試驗過程中，將機柜及設備內表面因凝露、蒸發產生的積水進行導流，避免長期吸附在設備表面破壞設備的電器性能；

（4）嚴格控制三防工藝，對大功率、高電壓、大電流的電路板噴涂三防漆，必要時采用浸漬的方式進行，嚴防濕熱產生的水汽對電路的影響；

（5）密閉機柜設計。如果條件允許可將機柜設計成密閉型采用水冷散熱。該方式可防止外部空氣進入機柜內部，當進行交變濕熱試驗時因無空氣對流可防止凝露發生，避免濕熱對裝備絕緣性造成影響。

4 結論

交變濕熱試驗過程中，因存在溫度濕度的變化，使設備表面產生冷凝水，設備內部產生水汽、結露，嚴重影響了就是設備的絕緣性能，使設備本身的安全可靠性降低。

本文以某項目艦載裝備作為研究對象，從交變濕熱試驗方法及試驗設備等要求著手研究，分析了某試驗過程中所出現的問題，并根據問題展開了具體分析，并提出了相應的改進完善措施，經十個周期試驗結果表明，該措施有效，確保了某項目順利通過交變濕熱試驗，極大的提高了設備的可靠性。本文完整詳細分析了濕熱試驗的整個過程，為相關產品的試驗提供了一定的借鑒價值。