摘要：我国现阶段的船舶电气设备存在着一些问题，特别是在体积、功耗、散热性能和噪声性能方面都较差，为新技术的发展提供了空间。结合目前我国的船舶电气设备现状，基于模块化水冷和传感控制技术，船舶电气设备水冷系统应运而生。文章对船舶电气设备冷却系统的相关研究和开发，通过相关研究结果表明，这种新型的船舶电气设备冷却系统，能够有效地解决目前船舶电气设备存在的问题。
关键词：船舶电气设备；水冷系统；研究与开发
1前言
在船舶电气设备中，其相关元件和芯片的散热和表面温度的均匀性对船舶电气设备的正常使用有着极其重要的影响。我国船舶电气设备通常采用风机冷却方式，但由于其散热限制，不能满足日益增长的船用电气设备的冷却需求，这使得船舶电气设备的水冷系统具有使用的必要性。
2船舶电气设备系统维护管理的必要性
对于船舶的特殊环境，普通的用电设备不能直接用在船上，为了保证船舶航行的安全，各国船级社对船用电器设备的技术要求和监督检测标准有明确的规定，所以应根据有关规定和要求船舶选用、安装和维护电气设备，要重点考虑其高度可靠性、防止发生火灾、避免人身触电伤害等问题。船舶电气设备的工作环境十分恶劣，船舶处在连续运动状态，船舶经常处在倾斜和摇摆状态，船内温度高、湿度大，空气中含有大量的盐雾、油雾灯腐蚀气体，对电气设备有很大的影响，所以应加强重视程度。船舶管理人员应该熟悉船舶电气线路和设备，懂得图纸，了解图纸中的符号表示的差异及图纸排版标记的不同，在出现故障以后可以快速的处理问题。
3船舶电气设备水冷系统的优点
与传统的船舶电气设备风扇冷却方式相比，船舶电气设备的水冷方法具有以下优点。
船舶电气设备的散热效率高于传统风机的散热效率，是其散热效率的20倍以上。船舶电气设备水冷法使用的冷却剂的温度对工作人员的控制更为方便。使用船舶电气设备的水冷方法，船舶电气设备中的热量不会被排放到附近的空间，从而避免了船舶电气设备排放热量的影响。船舶电气设备水冷方法所用的模块和框架体积小、重量轻，节省了船舶的空间。船舶电气设备的水冷法通常是作为一种液体冷却板，它可以使温度的波动最小化，并提供相对较低的热阻路径。
4系统组成与工作流程
4.1系统组成
电气设备水冷系统组成示意如图1所示。
电气设备水冷结构如图2所示。
水冷系统具体包括：
（1）大功率电气设备本体。它主要包括电子元器件及其附加配线，其中大功率器件是产生热量的源头，通过水冷板散热。（2）水冷板。船舶大功率电气设备冷却系统是一个重要且不可缺少的组成部分，其主要作用是进行传热和交换，水冷系统性能的好坏直接影响冷却系统的冷却效果。水冷板通常与IGBT、低感母排等部件以前装。水冷板不仅是IGBT元件的散热功能，而且是整个模块的安装基体。（3）循环水系统。它是整个水冷系统的动力中心。循环水系统由两个平行泵、流量计、供气箱、加热器、管道和阀门组成。泵是用来传送冷却介质的动力装置。流量计可以通过循环水系统的主回路显示流量。供应罐是一种储水装置，为整个循环水系统的主回路提供冷却水。加热器是用来加热冷却水，这是防冻设施。管道和阀门种类繁多，功能也不相同。（4）控制模块。主要包括控制器、水位计、压力传感器、温度传感器、流量传感器、显示屏等。控制器是水冷机组的电气控制中心。通过水位计可以观察到供应罐的液位位置。压力传感器、温度传感器和流量传感器是循环水系统主回路中的检测装置，信息可以反馈到控制模块的面板屏幕上。面板显示压力显示和温度显示。（5）热交换器。主要包括列管、散热片、两个风扇、阀门等。换热器是一种热交换器，用来冷却高温循环水，并将其转化为低温循环水。柱管是热交换器中的一个系列管道，由一个稠密的管道组成。热沉是热传导的介质，它由层组成，在管外穿。热量通过散热器散发。两个风扇用来强制散热片。阀门包括排水阀和排气阀。（6）管路附件。它是指循环水系统、电气设备本体和热交换器之间的管道、阀门和快插接头。
4.2工作流程水冷系统工作流程图
电气设备冷却系统工作过程：船舶电气设备冷却系统工作时，循环水系统提供低温冷却水的大功率电气设备在体内，带走的热量产生的高功率组件，热水的温度流换热器，换热器内强制冷却，成为低温循环水排放，流回到盒子里供应的循环水系统。
冷却水由T型流体连接器进入柜体，冷却水由饮水机通过流体连接线旁路到水管，汇流后将水管循环流到另一个分配器，然后通过流体连接器架。在电气设备柜中冷却水循环过程中，冷却水带走了模拟热源放出的热量，达到了冷却的目的。
5船舶电气设备水冷系统的试验与应用
比较了风冷系统和水冷系统的性能。在这种情况下，风冷测试机的总热工耗为10kw，水冷测试机的总热工耗为50kw，两者采用5个冷却板，外形相同。
5.1船舶电气设备水冷系统与风扇散热系统的散热效能试验
从实验数据中可知，水冷测试机总热工耗50 k W，风冷测试机总热功耗10 k W，从现代电子设备集成的角度来看，一个水冷测试机的总热工耗应该等于五个风冷测试机总热功耗。从整个系统的角度，在混凝土使用气冷式实验架需要风扇和空调，和表面测试架需要液冷的来源，通过比较，风冷需要与空调配合，水冷则需要与液冷源配合，水冷系统大小要远小于风冷系统，在船舶电气设备散热系统比较上，水冷系统所占用体积远小于风扇散热法所需体积。
5.2船舶电气设备水冷系统与风机冷却系统能耗比较。
根据实验的基本数据，在使用空气冷却试验箱时，主要由其自身模拟热源、风机和空调机组产生。在液体冷试验机的使用中，主要用于模拟热源的功耗、泵的功耗和冷却水耗电。根据实验数据，50kw的热功耗，风冷试验机用电102 kw，而液冷测试机需要55kw。
5.3船舶电气设备水冷系统与风扇散热系统的热能效应对比
在测试中，我们首先测试水冷测试机，将液冷测试机的总功率设置为固定50kw，等其监测温度稳定后，进行相关的监测和实验；再对风冷试验机进行测试，总功率设为10kw，在等待温度稳定性监测、监测及相关实验后，我们可以从监测温度的直观上看出两者散热效果的差异。
具体的实验后，水冷试验机的实验温度低于风冷试验机10℃左右，因此可见船舶电气设备水冷系统的实用性。
6结束语
针对目前船舶电气设备风机冷却系统体积大、功耗高、噪声大的特点，对新型船用电气设备冷却系统进行了研究，并与风机冷却系统进行了对比试验。从试验结果可以看出，船舶电气设备水冷系统的稳定性、冷却效率和降噪程度要比船舶电气设备的风机冷却系统好得多。
参考文献：
[1] 明海涛 赵朋远.船舶电气设备系统维护管理[J].营销管理，2017（10）
论文作者:徐永喜
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/22
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