DF500A型短波發(fā)射機水冷系統(tǒng)基本原理及維護

尹鵬博

（國家廣播電視總局二〇二四臺，黑龍江佳木斯，154025）

1 水冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

發(fā)射機在工作時輸入功率的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉β瘦敵觯杂?0%～40%的輸入功率轉(zhuǎn)變成無用功率，通常以熱能的形式積累在電子管的屏極或真空電容的內(nèi)部，僅僅通過風(fēng)冷系統(tǒng)不易排出且熱傳遞效率較低，水冷是一個最佳冷卻方式。高純度的蒸餾水具有較高的比熱容通過熱交換可以帶走大量的熱能且蒸餾水電阻率很高（接近2MΩ甚至更高）在高頻、高電壓、大電流條件下也不會引起設(shè)備打火。如圖1所示，發(fā)射機水冷系統(tǒng)用于冷卻所有的大功率元器件，有整個末級，驅(qū)動級電子管，調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)和真空電容。冷卻水泵將水箱中的軟化水分別送到電子管蒸發(fā)鍋、射頻調(diào)諧器件，燈絲整流器等部分。射頻末級電子管的出水經(jīng)冷凝器流回水箱，其它元器件的出水直接流回水箱。

圖1 水冷單元框圖

2 超蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)基本原理

DF500A型短波發(fā)射機末級電子管TH576屏極的冷卻采用超蒸發(fā)冷卻方式，超蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)與基本蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)不同，它屬于強制水冷系統(tǒng)。超蒸發(fā)冷卻式電子管工作時，水套內(nèi)的水被電子管屏極耗散的熱量加熱至沸騰，蒸汽由屏極的窄槽內(nèi)噴射出來，與冷卻水混合并立刻被冷卻水所冷凝，由于控制了冷卻水溫度低于水套內(nèi)壓力下的沸騰溫度，故水套內(nèi)不會汽化而產(chǎn)生蒸汽泡，水套出口流出的是熱水而不是蒸汽。因此，超蒸發(fā)冷卻的過程是：電子管屏極將水加熱而沸騰汽化，又立即被冷卻水所冷凝，所以超蒸發(fā)冷卻過程是水→汽→水連續(xù)相變的熱交換過程。這種冷卻方式具有很高的熱交換率，同時在很大程度上保證了電子管的安全。

3 強制風(fēng)冷式冷凝器

強制風(fēng)冷式冷凝器一種熱交換裝置，又稱橫式單位散熱器，如圖2所示，冷凝器內(nèi)部結(jié)構(gòu)由多排帶有散熱翅片的銅管組成，采用軸流通風(fēng)機強制吹風(fēng)冷卻在水冷系統(tǒng)中起著排出熱量的作用。對蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)來說，要求冷凝器具有優(yōu)良的冷卻能力和較小的污染。冷凝器內(nèi)的水路管道都應(yīng)由銅管制成，如采用其它金屬（如鋼和鋁）管時，不僅散熱效率低，容易產(chǎn)生腐蝕和沉淀水垢，水源受到污染后水阻下降，造成泄漏電流增大[1]，進而使整個系統(tǒng)的散熱效果受到影響，射頻網(wǎng)絡(luò)還極容易產(chǎn)生打火過荷等問題，降低發(fā)射機的穩(wěn)定性。

圖2 強制風(fēng)冷式冷凝器示意圖

DF500A型發(fā)射機冷卻系統(tǒng)的回水溫度要求不超過60℃，并保證一定的安全系數(shù)。因此，應(yīng)按冷凝器標稱的熱負荷額定值的50%左右來設(shè)計使用，以滿足冷卻條件的需求，DF500A型發(fā)射機正常運行狀態(tài)下，屏極損耗約為，60～75kW。冷卻系統(tǒng)采用的BW-800/SR特種空調(diào)作為冷凝器，單機制冷量為80kW，以“兩主一備”的方式運行，滿負荷冷卻量為160kW，按照熱負荷額定值的50%，也完全滿足冷卻需求。

4 發(fā)射機水質(zhì)要求及水路清洗

4.1 發(fā)射機水質(zhì)標準

蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)中，冷卻水要有較高的純度，即高的電阻率和低硬度，與金屬材料（包括絕緣材料）接觸時化學(xué)穩(wěn)定性要高，沒有腐蝕性，以及在工作溫度范圍內(nèi)熱特性和電特性良好，這對冷卻系統(tǒng)中的內(nèi)循環(huán)尤其重要。

水路中有一個水軟化器。在所有的時間它都保持蒸汽和水路系統(tǒng)水的純度。純蒸餾水進入發(fā)射機冷卻系統(tǒng)后，就會被系統(tǒng)元件污染和電解。在銅管系統(tǒng)中，當(dāng)氧氣和二氧化碳進入系統(tǒng)水中，將增強銅的溶解。它所附生的沉淀物質(zhì)如氧化銅會敷在管子的陽極結(jié)構(gòu)上。這種氧化形成的速率取決于水系統(tǒng)陽極運行后的損耗。對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[2]?？梢杂脺y量水的電阻率作為確定電離污染是否超標的標尺。如果水的特定的電阻率跌落到200kΩ/cm3以下，可以肯定污染超過了。同樣如果水的PH值(酸堿度)超出6.8～7.2的范圍，就可以認為水中保含有過量的污垢物質(zhì)。為了抵制沉淀氧化物的后果，可以定期更換水。

4.2 水路清洗維護

水冷系統(tǒng)的管道和裝置，如水路管線和冷凝器散熱翅片，即使采用高純度的蒸餾水，更換防腐電極，定期更換蒸餾水，樹脂循環(huán)，仍不能防止結(jié)垢和腐蝕。因此冷卻系統(tǒng)要定期清洗水垢。

4.2.1 易拆洗部分

冷卻系統(tǒng)中可拆卸的各種裝置，如絕緣水管、防腐電極、水路過濾器、過濾篩網(wǎng)，應(yīng)拆下單個進行清洗。金屬表面結(jié)垢較輕的，可用細砂紙進行打磨處理，再用清水沖洗干凈即可。如結(jié)垢較重時，可以用檸檬酸或10%的稀鹽酸溶液清洗水垢。由于酸性溶液腐蝕性較大，清洗后必須用熱水仔細和徹底將殘留酸溶液洗凈后才能使用。絕緣水管內(nèi)的橡皮墊圈和其它橡膠制品，不允許用酸性溶液進行清洗，否則會將橡膠制品腐蝕出現(xiàn)密封不嚴出現(xiàn)漏水等問題。

4.2 管路和不易拆卸的裝置

冷卻系統(tǒng)中管道和不易拆卸的大型裝置，如冷凝器，水箱、銅制水路管線等可整體進行酸洗除垢，進行酸洗前，首先要了解系統(tǒng)管道結(jié)垢的厚度和管道使用的金屬材料，以便根據(jù)情況來處理酸洗程度。清洗時間在常溫下不斷循環(huán)清洗3～4小時即可處理好。最后再用清水循環(huán)沖洗余酸廢液，干凈后即可投入使用。

為防止酸洗過度，除在酸洗過程中注意觀察去垢情況外，一般都加入適量的緩蝕劑，在酸洗槽內(nèi)加入緩蝕劑后就產(chǎn)生大量負離子，當(dāng)金屬體表面的氧化皮被清除后，基體表面便附著離子，形成一層保護層停止酸洗作用（即控制過酸洗），以減弱酸洗過程中對金屬的腐蝕而保護金屬表面。同時，由于緩蝕劑浮在酸液表面，所以能抑制酸霧揮發(fā)而減少酸液的消耗。

5 結(jié)語

在發(fā)射機的四大系統(tǒng)中，冷卻系統(tǒng)往往容易被大家，認為它結(jié)構(gòu)簡單，沒有什么分析的必要性，也不需要特別的維護，其實發(fā)射機有很多故障都是因為冷卻系統(tǒng)存在或多或少的問題，大家沒有引起注意。例如：發(fā)射機的水阻偏低就會導(dǎo)致發(fā)射機射頻末級出現(xiàn)打火、過流等問題。本文通過水冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，超冷發(fā)冷卻原理，強制風(fēng)冷式冷凝器，發(fā)射機水質(zhì)要求及水路清洗四個方面對發(fā)射機水冷系統(tǒng)進行介紹和分析，為大家在水冷系統(tǒng)中維護提供一些思路和方法。