DF500A型短波发射机水冷系统基本原理及维护

尹鹏博

（国家广播电视总局二〇二四台，黑龙江佳木斯，154025）

1 水冷系统结构

发射机在工作时输入功率的大部分转变为有用功率输出，但仍有20%～40%的输入功率转变成无用功率，通常以热能的形式积累在电子管的屏极或真空电容的内部，仅仅通过风冷系统不易排出且热传递效率较低，水冷是一个最佳冷却方式。高纯度的蒸馏水具有较高的比热容通过热交换可以带走大量的热能且蒸馏水电阻率很高（接近2MΩ甚至更高）在高频、高电压、大电流条件下也不会引起设备打火。如图1所示，发射机水冷系统用于冷却所有的大功率元器件，有整个末级，驱动级电子管，调谐网络和真空电容。冷却水泵将水箱中的软化水分别送到电子管蒸发锅、射频调谐器件，灯丝整流器等部分。射频末级电子管的出水经冷凝器流回水箱，其它元器件的出水直接流回水箱。

图1 水冷单元框图

2 超蒸发冷却系统基本原理

DF500A型短波发射机末级电子管TH576屏极的冷却采用超蒸发冷却方式，超蒸发冷却系统与基本蒸发冷却系统不同，它属于强制水冷系统。超蒸发冷却式电子管工作时，水套内的水被电子管屏极耗散的热量加热至沸腾，蒸汽由屏极的窄槽内喷射出来，与冷却水混合并立刻被冷却水所冷凝，由于控制了冷却水温度低于水套内压力下的沸腾温度，故水套内不会汽化而产生蒸汽泡，水套出口流出的是热水而不是蒸汽。因此，超蒸发冷却的过程是：电子管屏极将水加热而沸腾汽化，又立即被冷却水所冷凝，所以超蒸发冷却过程是水→汽→水连续相变的热交换过程。这种冷却方式具有很高的热交换率，同时在很大程度上保证了电子管的安全。

3 强制风冷式冷凝器

强制风冷式冷凝器一种热交换装置，又称横式单位散热器，如图2所示，冷凝器内部结构由多排带有散热翅片的铜管组成，采用轴流通风机强制吹风冷却在水冷系统中起着排出热量的作用。对蒸发冷却系统来说，要求冷凝器具有优良的冷却能力和较小的污染。冷凝器内的水路管道都应由铜管制成，如采用其它金属（如钢和铝）管时，不仅散热效率低，容易产生腐蚀和沉淀水垢，水源受到污染后水阻下降，造成泄漏电流增大[1]，进而使整个系统的散热效果受到影响，射频网络还极容易产生打火过荷等问题，降低发射机的稳定性。

图2 强制风冷式冷凝器示意图

DF500A型发射机冷却系统的回水温度要求不超过60℃，并保证一定的安全系数。因此，应按冷凝器标称的热负荷额定值的50%左右来设计使用，以满足冷却条件的需求，DF500A型发射机正常运行状态下，屏极损耗约为，60～75kW。冷却系统采用的BW-800/SR特种空调作为冷凝器，单机制冷量为80kW，以“两主一备”的方式运行，满负荷冷却量为160kW，按照热负荷额定值的50%，也完全满足冷却需求。

4 发射机水质要求及水路清洗

4.1 发射机水质标准

蒸发冷却系统中，冷却水要有较高的纯度，即高的电阻率和低硬度，与金属材料（包括绝缘材料）接触时化学稳定性要高，没有腐蚀性，以及在工作温度范围内热特性和电特性良好，这对冷却系统中的内循环尤其重要。

水路中有一个水软化器。在所有的时间它都保持蒸汽和水路系统水的纯度。纯蒸馏水进入发射机冷却系统后，就会被系统元件污染和电解。在铜管系统中，当氧气和二氧化碳进入系统水中，将增强铜的溶解。它所附生的沉淀物质如氧化铜会敷在管子的阳极结构上。这种氧化形成的速率取决于水系统阳极运行后的损耗。对水的腐蚀和电解将使水很快地恶化，其结果将最终形成水垢[2]。可以用测量水的电阻率作为确定电离污染是否超标的标尺。如果水的特定的电阻率跌落到200kΩ/cm3以下，可以肯定污染超过了。同样如果水的PH值(酸碱度)超出6.8～7.2的范围，就可以认为水中保含有过量的污垢物质。为了抵制沉淀氧化物的后果，可以定期更换水。

4.2 水路清洗维护

水冷系统的管道和装置，如水路管线和冷凝器散热翅片，即使采用高纯度的蒸馏水，更换防腐电极，定期更换蒸馏水，树脂循环，仍不能防止结垢和腐蚀。因此冷却系统要定期清洗水垢。

4.2.1 易拆洗部分

冷却系统中可拆卸的各种装置，如绝缘水管、防腐电极、水路过滤器、过滤筛网，应拆下单个进行清洗。金属表面结垢较轻的，可用细砂纸进行打磨处理，再用清水冲洗干净即可。如结垢较重时，可以用柠檬酸或10%的稀盐酸溶液清洗水垢。由于酸性溶液腐蚀性较大，清洗后必须用热水仔细和彻底将残留酸溶液洗净后才能使用。绝缘水管内的橡皮垫圈和其它橡胶制品，不允许用酸性溶液进行清洗，否则会将橡胶制品腐蚀出现密封不严出现漏水等问题。

4.2 管路和不易拆卸的装置

冷却系统中管道和不易拆卸的大型装置，如冷凝器，水箱、铜制水路管线等可整体进行酸洗除垢，进行酸洗前，首先要了解系统管道结垢的厚度和管道使用的金属材料，以便根据情况来处理酸洗程度。清洗时间在常温下不断循环清洗3～4小时即可处理好。最后再用清水循环冲洗余酸废液，干净后即可投入使用。

为防止酸洗过度，除在酸洗过程中注意观察去垢情况外，一般都加入适量的缓蚀剂，在酸洗槽内加入缓蚀剂后就产生大量负离子，当金属体表面的氧化皮被清除后，基体表面便附着离子，形成一层保护层停止酸洗作用（即控制过酸洗），以减弱酸洗过程中对金属的腐蚀而保护金属表面。同时，由于缓蚀剂浮在酸液表面，所以能抑制酸雾挥发而减少酸液的消耗。

5 结语

在发射机的四大系统中，冷却系统往往容易被大家，认为它结构简单，没有什么分析的必要性，也不需要特别的维护，其实发射机有很多故障都是因为冷却系统存在或多或少的问题，大家没有引起注意。例如：发射机的水阻偏低就会导致发射机射频末级出现打火、过流等问题。本文通过水冷系统结构，超冷发冷却原理，强制风冷式冷凝器，发射机水质要求及水路清洗四个方面对发射机水冷系统进行介绍和分析，为大家在水冷系统中维护提供一些思路和方法。