DF100A型PSM短波發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)

劉萍

【摘 要】 發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)在整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)中占有重要的地位，熟悉冷卻系統(tǒng)的工作原理對(duì)發(fā)射機(jī)的正常運(yùn)行具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】 高壓風(fēng)機(jī) 蒸發(fā)冷卻 離子瓶 替死鬼

大功率的發(fā)射機(jī)的電子管和其他大功率元件如陽極槽路線圈和電阻等，必須進(jìn)行冷卻才能工作。對(duì)其他一些工作溫度較高的元器件，也要進(jìn)行降溫。各個(gè)機(jī)箱也需要通風(fēng)降溫，以利于設(shè)備穩(wěn)定工作，降低設(shè)備老化速度。所有冷卻系統(tǒng)的熱量，必須排出室外。

1 大功率的電子管冷卻方式有以下幾種

（1）自然冷卻方式。（2）強(qiáng)制風(fēng)冷方式。（3）水冷方式。（4）蒸發(fā)冷卻方式。（5）特超蒸發(fā)冷卻方式。

自然冷卻方式只用于小功率電子管，對(duì)大功率電子管來說，強(qiáng)制風(fēng)冷方式最為簡單可靠。但特大功率電子管以用特超蒸發(fā)冷卻方式較為優(yōu)越。對(duì)大功率發(fā)射機(jī)來說，冷卻系統(tǒng)是比較復(fù)雜的，其可靠性直接關(guān)系著發(fā)射機(jī)能否穩(wěn)定地工作，因此，冷卻系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)是非常重要的。

2 發(fā)射機(jī)的冷卻

由于發(fā)射機(jī)工作時(shí)，電子管（尤其是板極）散發(fā)的熱量和一些大型射頻元器件散發(fā)的熱量，需要用強(qiáng)制冷卻的方式排出。發(fā)射機(jī)的冷卻方式的名稱主要視該機(jī)末級(jí)電子管的冷卻方式而定。

電子管在發(fā)射機(jī)中是一種能量轉(zhuǎn)換器，在能量轉(zhuǎn)換過程中，輸入能量除大部分轉(zhuǎn)換成能量外，剩余部分作為損耗以熱的形式釋放，為此，要求電子管在正常運(yùn)行中必須保持一定程度的熱平衡。保持熱平衡的方式稱為冷卻方式，大功率發(fā)射機(jī)由于自身熱輻射量較大，僅靠空氣自然對(duì)流不能實(shí)現(xiàn)熱平衡，因此要采用強(qiáng)制冷卻方式。

大功率發(fā)射機(jī)的電子管和其它大功率元件如陽極槽路和電阻等，必須進(jìn)行冷卻才能工作。對(duì)其它一些溫度較高的元器件，也要進(jìn)行降溫。各個(gè)機(jī)箱也需要通風(fēng)降溫，以利于設(shè)備穩(wěn)定工作，降低設(shè)備老化程度。

2.1 發(fā)射機(jī)的冷卻方式

發(fā)射機(jī)的冷卻方式有：自然冷卻方式 、強(qiáng)制風(fēng)冷方式、水冷方式、蒸發(fā)冷卻方式、超蒸發(fā)冷卻方式。常用的有三種：強(qiáng)制風(fēng)冷方式、水冷方式、蒸發(fā)冷卻方式。

2.1.1 強(qiáng)制風(fēng)冷

強(qiáng)制風(fēng)冷是一種比較簡單的冷卻方式。強(qiáng)制風(fēng)冷是利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高壓快速氣流將電子管和其他射頻元件散發(fā)的熱量帶走。強(qiáng)制風(fēng)冷在大功率發(fā)射機(jī)中一般是與蒸發(fā)冷卻或水冷共用。強(qiáng)制風(fēng)冷有負(fù)壓冷卻和正壓冷卻兩種形式。負(fù)壓式風(fēng)冷是將發(fā)射機(jī)中的熱量抽走；正壓式風(fēng)冷是將冷空氣送入發(fā)射機(jī)，將熱量帶走而達(dá)到冷卻的目的。

2.1.2 水冷

水冷式電子管陽極的冷卻，是使冷卻水直接通過陽極表面，吸收陽極發(fā)出的熱量而完成的。

2.1.3 蒸發(fā)冷卻

電子管的蒸發(fā)冷卻就是利用電子管自身耗散的熱量使水沸騰而蒸發(fā)，并將熱量排除而達(dá)到冷卻電子管目的的一種冷卻技術(shù)。蒸發(fā)冷卻基本原理就是利用水變蒸汽的散熱原理而提出的一種冷卻方法。蒸發(fā)冷卻的優(yōu)點(diǎn)：具有受外部自然條件影響小，設(shè)備維護(hù)簡單，冷卻效率高，電子管能承受過負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)。

蒸發(fā)冷卻電子管板極結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：（1）板極厚度比普通水冷管厚。這是考慮到在板極上接收從陰極而來的電子撞擊，致使發(fā)熱部位和溫度分布不均勻。因此，很薄的板極會(huì)因金屬側(cè)面積過小、熱阻較大而促使上述不均勻現(xiàn)象更加明顯。若把電子管板極適當(dāng)加厚，即增加板極導(dǎo)熱體的側(cè)面積，使熱量能通過板極金屬側(cè)面的傳導(dǎo)，迅速流向溫度較低的點(diǎn)，從而使板極溫度分布得比較均勻，這就相對(duì)提高了散熱系數(shù)，使電子管板極單位面積散熱量增加。（2）板極表面具有粗的齒狀或肋狀或孔槽狀散熱體。電子管板極做成多齒、孔槽或肋形的作用是使板極外表面能形成許多不等溫點(diǎn)。當(dāng)電子管工作時(shí)板極上齒的根部溫度較高，齒的端部溫度較低，若齒根部溫度超過臨界值而形成膜狀沸騰時(shí)，電子管即可依靠加厚的板極將熱量傳到齒的中部和端頂，由于這些地方將熱量傳給沸騰水和蒸汽?？梢姡怯捎诳撞刍蚶咝蔚倪@種散熱和、結(jié)構(gòu)，才造成和加強(qiáng)了沸騰時(shí)水的多點(diǎn)翻滾和對(duì)流，也阻礙了汽膜的形成。蒸發(fā)冷卻電子管所以能在過負(fù)荷情況下工作而不致?lián)p壞電子管，其原因也在于此。

3 DAF100A型PSM發(fā)射機(jī)的冷卻系統(tǒng)

3.1 高壓風(fēng)機(jī)

在射頻放大器機(jī)箱里，用單一的高壓風(fēng)機(jī)向固態(tài)射頻寬帶放大器，高前、高末射頻功率放大器，低電平音頻放大器。這個(gè)風(fēng)機(jī)也向主機(jī)箱機(jī)柜里的那些單元吹冷風(fēng)。這個(gè)風(fēng)機(jī)的冷風(fēng)也分配到調(diào)制器和射頻放大電子管的柵極和燈絲的風(fēng)口處，發(fā)射機(jī)工作在高頻時(shí)必須對(duì)該處介質(zhì)熱量進(jìn)行控制。

3.2 水蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)

水蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)使用單一水泵向蒸發(fā)鍋和水冷的射頻元件供水。一個(gè)單獨(dú)的儲(chǔ)水箱（汽化分離水箱）裝在2單元低周機(jī)箱內(nèi)9單元調(diào)制器下方。水是從水箱里抽出并送到蒸發(fā)鍋去。從鍋里溢出的水返回到水箱作下次循環(huán)，鍋里產(chǎn)生的水蒸汽經(jīng)汽水分離箱送至熱交換器的蒸汽盤管中，在那里將蒸汽冷凝成水最后返回汽水分離箱送至熱交換器的蒸汽盤管中，在那里將蒸汽冷凝成水最后返回汽水分離箱完成閉路循環(huán)。

從水泵中打出的熱水也是直接送至熱交換器內(nèi)的水冷盤管中，在那里水被冷卻到水冷的射頻元件可用的適宜溫度。在通過射頻元件后，水返回汽水分離器箱中以供再循環(huán)用。如圖1所示：

3.3 冷卻水流經(jīng)的主要元件和流量

（1）高末槽路3L12的三根短路棒，水流量2GPM。（2）高末槽路3L12，水流量6GPM。（3）水冷的射頻元件3C38、3C39、3R31、3R32，水流量2GPM。（4）高末管蒸發(fā)鍋，水流量6GPM。（5）汽水分離箱中裝有一個(gè)高水位切斷開關(guān)（2S6），一個(gè)低水位告警開關(guān)（2S5）和一個(gè)低水位切斷開關(guān)（2S4）。

3.4 PSM發(fā)射機(jī)的冷卻系統(tǒng)中串入離子瓶

水路中有一個(gè)水軟化器（即離子交換器）。在所有的時(shí)間它都保持蒸汽和水路系統(tǒng)水的純度。endprint

純蒸餾水進(jìn)入發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)后，就會(huì)被系統(tǒng)元件污染和電解。在銅管系統(tǒng)中，當(dāng)氧氣和二氧化碳進(jìn)入系統(tǒng)水中，將增強(qiáng)銅的溶解。它所附生的沉淀物質(zhì)如氧化銅會(huì)敷在管子的陽極結(jié)構(gòu)上。這種氧化形成的速率取決于水系統(tǒng)陽極運(yùn)行后的損耗。對(duì) 水的腐蝕和電解將使水很快地惡化，其結(jié)果將最終形成水垢。為了抵制沉淀氧化物的后果，可以定期更換水。然而，這會(huì)增加水垢的形成，因每次換水都會(huì)帶入附加的雜質(zhì)。可見，基本的一點(diǎn)是最初灌入水路系統(tǒng)的水要用高質(zhì)量的水。還有重要的一點(diǎn)是要準(zhǔn)備對(duì)水系統(tǒng)不斷地進(jìn)行再生（即純化處理），采用這些步驟以使在可能的范圍內(nèi)消除污染源。若干污染包括氧氣、二氧化碳、金屬離子和有機(jī)物都將加速形成結(jié)垢。為了維護(hù)水的質(zhì)量達(dá)到一定的要求，在系統(tǒng)中對(duì)水進(jìn)行不間斷的再生（純化）。這種再生水是讓一部分水通過一些適宜的交換離子而實(shí)現(xiàn)的。

PSM發(fā)射機(jī)裝備的水凈化系統(tǒng)，包括一個(gè)玻璃纖維樹脂罐和需要將水罐同發(fā)射機(jī)熱交換器系統(tǒng)連接起來的特有的一些管道部件組成。來自熱交換器的回水向樹脂濾水器注水，從濾水器出來的去離子水又接到從熱交換器出來到冷凝器的回水管中。凈化水環(huán)路每小時(shí)能連續(xù)對(duì)冷卻系統(tǒng)水的總量的5～10%進(jìn)行反復(fù)凈化。

3.5 冷卻體統(tǒng)的維護(hù)

3.5.1 冷卻系統(tǒng)清潔

任何時(shí)候都必須保持冷卻系統(tǒng)的清潔。在蒸發(fā)鍋的水管中安裝有濾網(wǎng)以攔截可能進(jìn)入管道系統(tǒng)的 任何聚積物。每月清潔一次濾網(wǎng)，如果濾網(wǎng)內(nèi)積累了大量的不尋常的渣滓，可每月進(jìn)行多次清網(wǎng)。

任何時(shí)候都應(yīng)保持蒸發(fā)鍋和相連的硼硅酸耐熱玻璃蒸氣管的清潔，當(dāng)這些蒸氣玻璃管需要清潔時(shí)，用肉眼就可以判明。

所有連到蒸發(fā)鍋的水管都裝有電解替死鬼，需要定期更換。與蛇形軟水管相連接的一小段銅管就是電解替死鬼。這些替死鬼的工作條件決定了需要將它們更換的時(shí)間。替死鬼必須伸進(jìn)軟水管的卡子大約1/8英吋，以使這個(gè)卡子能保護(hù)水系統(tǒng)密封性。定期檢查替死鬼的情況，需要時(shí)將其更換。分離水箱和冷卻水箱應(yīng)定期檢查，需要時(shí)進(jìn)行清潔以保持水的分流量合適。

如果水流不正常，將剛測(cè)量水流的閥門拆開關(guān)進(jìn)行清潔。在熱交換器上裝有四個(gè)閥門，裝電感3L12和它的短路棒以及高末負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的輸入水管端。另一個(gè)閥門在高末蒸發(fā)鍋入水管中，它在高末放大器機(jī)箱后面蒸發(fā)鍋下部的旁邊出口。

清潔閥門時(shí)，去掉軟管拆開閥門，用水沖洗，然后重新裝好閥門，在加水之前擰緊這些管道上的所有軟管。

清潔熱交換器單元以保持它沒有灰塵和其它積物。清潔周期根據(jù)每個(gè)設(shè)備的具體情況而定。水再凈化系統(tǒng)的維修。

3.5.2 儀表的校準(zhǔn)

如果因?yàn)槟撤N原因需要對(duì)儀表進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)遵照下列步驟：將電源切斷，將兩邊的兩個(gè)螺絲擰下，把儀表裝置的蓋摘下。把來自終端盒接到表內(nèi)的導(dǎo)線拆下。在同樣的這兩個(gè)端子間跨接上一個(gè)50kΩ精密電阻。給表重新接上電源，調(diào)整電位器，直到儀表的讀數(shù)達(dá)到50kΩ為止。再換上1MΩ進(jìn)行校準(zhǔn)。校完后，拆除電阻，重新連接上表內(nèi)部導(dǎo)線，并裝好蓋板。

3.5.3 樹脂的更換

當(dāng)保持高水阻率樹脂的介質(zhì)能力喪失時(shí)，應(yīng)該更換。

3.6 在DAF100A型PSM發(fā)射機(jī)冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)是如何動(dòng)作進(jìn)行保護(hù)的

（1）在PSM發(fā)射機(jī)的控制系統(tǒng)中，設(shè)置有：風(fēng)水不正常保護(hù)和溫度過高保護(hù)。（2）強(qiáng)制風(fēng)冷方面設(shè)置有一個(gè)主風(fēng)機(jī)風(fēng)接點(diǎn)保護(hù)，兩個(gè)調(diào)制器風(fēng)接點(diǎn)保護(hù)共三個(gè)風(fēng)接點(diǎn)保護(hù)，在控制回路中如果有哪個(gè)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，風(fēng)接點(diǎn)會(huì)動(dòng)作使1K7失電，1K7的常開接點(diǎn)9、5斷開，在燈絲控制回路中會(huì)切斷燈絲進(jìn)行保護(hù)；（3）水方面有：低水位切斷、高水位切斷保護(hù)，這兩個(gè)任何一個(gè)達(dá)到設(shè)定范圍會(huì)切斷燈絲進(jìn)行保護(hù)。還設(shè)有蒸發(fā)鍋水流接點(diǎn)，在水正常時(shí)其接點(diǎn)接上，若不正常，及時(shí)切斷燈絲進(jìn)行保護(hù)：另外還裝有水位過低報(bào)警，當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定低水位時(shí)，告警鈴會(huì)及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，使值班人員及時(shí)采取措施保證發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行。（4）溫度過高保護(hù)：當(dāng)設(shè)備溫度過高，超過溫度接點(diǎn)的設(shè)定值，繼電器1K6失電，常開接點(diǎn)斷開，在燈絲控制回路中會(huì)切斷燈絲進(jìn)行保護(hù)。endprint