CN207443209U - 一种岛屿/船舶特种电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种岛屿/船舶特种电源，包括机柜；所述机柜内设置多个电源模块，相邻的电源模块之间通过中间挡板分隔；所述电源模块内设置有印刷电路板；所述机柜的所有金属表面上、每个所述电源模块外表面均涂设有防盐雾层。本实用新型可以有效防止水汽、盐雾的侵入。

Description

一种岛屿/船舶特种电源

技术领域

本实用新型涉及电气工程学科领域、岛屿/船舶高可靠电源系统核心技术领域，特别是一种岛屿/船舶特种电源。

背景技术

岛屿/船舶高可靠电源系统是实现国防装备与民用设施等重要负荷可靠快速供电的关键装备，是岛屿、港口及码头开发的重要保障，对我国打造海洋强国意义重大。岛屿/船舶电源系统服役于恶劣的海洋气候环境，高温、高湿、空气中的腐蚀性物质、盐雾和各种霉菌对设备具有极大的破坏性，直接影响了设备的导电、磁导、电感、电容、电子发射和电磁屏蔽等参量的改变。同时随着高科技电子设备向系统化、综合化、智能化的发展，要求设备能全天候高可靠、抗干扰地适应各种恶劣环境的使用。

国外对大功率岛屿/船舶电源实施技术封锁并禁售，该技术历经多年攻关尚未攻破，制约了我国领海国防与民用建设的发展。岛屿与船舶环境恶劣，年均湿度高达85%，夏季地表温度高达60℃，且昼夜温差大，高盐雾、高湿度、高温差给电源装备长期可靠运行带来巨大挑战：户外水浸导致设备功率管短路炸机，高盐雾导致电路板被腐蚀引发炸机损坏，国内外均尚未彻底解决该难题，亟需突破严酷环境下特种电源适应性的重大技术难题。因此防潮湿、防霉菌、防盐雾的“三防”设计是研制岛屿/船舶高可靠电源系统的重要任务。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种岛屿/船舶特种电源，有效防止水汽、盐雾侵入特种电源。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种岛屿/船舶特种电源，包括机柜；所述机柜内设置多个电源模块，相邻的电源模块之间通过中间挡板分隔；所述电源模块内设置有印刷电路板；所述机柜的所有金属表面上、每个所述电源模块外表面均涂设有防盐雾层。

所述电源模块与中间挡板的贴合面上设置有凹槽/凸条，对应的中间挡板贴合面上设置有与所述凹槽/凸条长度、宽度匹配的凸条/凹槽。可以有效防止水、大颗粒灰尘的侵入。

所述印刷电路板表面设置有纳米层，所述纳米层表面设置有多个突起。进一步有效防止水汽、盐雾的侵入。

所述电源模块的背板上设置多个航空插座。

所述防盐雾层从下至上依次包括底层、中间层和面层。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型采用多层防盐雾漆防护技术和在印刷电路板上采用复合纳米涂层防护，可以有效防止水汽、盐雾的侵入；若干个电源模块采用模块化全密闭结构，并在背板设置与外界接触面积小的航空插座，可以满足电源模块局部防潮高的要求；电源模块和中间挡板通过啮合气密槽防护技术依次连接，可以有效防止水、大颗粒灰尘的侵入。整个装备防护等级提高到IP54，实现了特种电源在高湿、高盐雾环境下的高可靠运行。

附图说明

图1为本实用新型实施例结构示意图；

图2为印刷电路板部分结构示意图；

图3为防盐雾层结构示意图；

图4为电源模块主视图；

图5为电源模块背板部分示意图；

图6为中间挡板示意图；

图7为三防措施优选流程图。

具体实施方式

如图1，本实用新型特种电源系统包括机柜7；所述机柜7中包括若干个电源模块3、中间挡板4，所述若干个电源模块3和中间挡板4依次连接；所述电源模块3中包括印刷电路板5。

盐雾与潮湿空气结合时，其中所含的直径很小的氛离子对金属保护膜有穿透作用。盐和水结合能使材料导电，故可使绝缘电阻降低, 引起金属电蚀、化学腐蚀加速，使金属件与电镀件受到破坏。为了保证柜体质量，能够让电源设备长久稳定运行，所以我们做好柜体的包括防盐雾在内的三防工作。一般来说，三防设计可从材料优选、工艺防护、结构防护等方面采取措施。从降低成本的角度讲，三防问题考虑得越早，出现三防问题后整改的成本将越少。在装备设计初期，设计师必须综合考虑三防问题和整体设计，要根据设备预期的环境条件及其“三防”等级，提出需解决的关键性课题，使“三防”贯彻到产品设计之中，其中主要包括：

（1）正确选用材料，包括金属材料、非金属材料；

（2）合理的结构设计和可行的加工工艺；

（3）合理选择金属镀层和化学覆盖层；

（4）选用有效合理的防护体系。

本实用新型的一种岛屿/船舶特种电源多重“三防”结构设计技术如下：

1）在印刷电路板5上采用复合纳米涂层防护（如图2所示）。

当空气相对湿度大于80%时，电气产品中的有机和无机材料构件由于受潮将增加重量、膨胀、变形，金属结构件腐蚀也会加速。如果绝缘材料选用及工艺处理不当，则绝缘电阻会迅速下降，以致绝缘被击穿。为保证电气产品的可靠性，防潮湿设计显得特别重要。对印刷电路板5正反两面喷涂复合纳米涂层，避免潮气的侵入，利用纳米涂层的憎水工艺，不仅能防止小水滴和湿气的入侵，还能防止由于温度骤然变化所引起的“凝露”使得印刷电路板或焊点间漏导增加、短路或者击穿，因为全封闭的电源模块(3)无法真正达到密闭，只要内部存在潮气，当温度低于凝露温度时，凝露的产生将不可避免，而采用复合纳米涂层防护可以防止凝露对印刷电路板(5)的侵害，同时这种憎水处理可提高印刷电路板(3)的抗湿能力、绝缘强度和机械强度；

2）在机柜7和电源模块3的金属表面1上均采用多层防盐雾漆防护技术，如图3。

对于钣金零件，要进行涂装处理，选择合适的涂层。油漆覆盖层在非金属覆盖层中用得最普遍，对设备具有较好的防护作用。对于涂层前的处理，也要严格控制。工艺流程为：预脱脂→脱脂→水洗→表调→磷化→水洗→水洗→烘干→涂装。涂装是指工件经前处理后，通过输送链进入烘房烘干，再擦拭处理干净后进行喷涂，喷涂时要选择合适的涂层种类和涂层厚度。“三防”涂镀工艺应遵循以下原则：

①镀涂层适用条件必须与设备使用环境条件相适应，因为各类镀涂层都有允许的使用条件和范围；

②不同镀涂层之间要相容；

③零件和设备的表面光洁度要满足镀涂工艺要求；

④尽可能选用成熟的镀涂工艺，如采用新工艺，必须进行充分的试验验证。

防盐雾漆涂层体系设计为：喷涂富锌防锈漆底漆1道，即底层21—喷涂环氧中间漆1道，即中间层22—喷涂防盐雾环氧面漆1道，即面层23，所有涂层喷涂干膜厚度为80-120µm。

单层漆膜有可能被霉菌穿透，从而损失对盐雾的保护作用，故采用多层防盐雾漆防护技术。底漆直接喷涂用于在表面抛丸或者其他方式处理过的钢材表面，主要是起到封闭钢材、增加附着力、填平这三种作用；中间漆主要起到增加涂层的总体厚度，提高整个涂层的防腐性能，涂层的防腐性能有时依赖于整个涂层系统的总体膜厚，有些功能性底漆不宜太厚，而面漆的成本又相对较高，所以合理使用中间漆，即可以保证整体膜厚又可以减少面漆的用量，降低配套成本；面漆的作用主要还是装饰和表面保护。本实用新型采用的三层防盐雾漆的具体功能性分别如下：

（1）喷涂富锌防锈底漆。钢制零件的镀锌、镀镉、多层镀铬，或镍、铬镀层组合的防护镀层，对于海水与盐雾的侵蚀有十分满意的防护性能，其中，锌是钢制零件最常用的防护镀层。并且，喷涂底漆可以作为填补结构缝隙的人工手段，满足“三防”结构设计所应遵循的原则；

（2）喷涂环氧中间漆。环氧中间漆是一种屏蔽性较高的涂料，作为富锌底漆的加涂层，可以增加防护层的封闭性和防腐蚀性能，并且在绝缘处理方面也有优势，其特点是：耐热、防水、介电性能好，耐化学腐蚀、防潮、抗霉性能优良；

（3）喷涂防盐雾军绿色环氧面漆。环氧面漆可使表面防护层均匀美观，并可进一步防盐雾。

如图4所示，为本实用新型的电源模块示意图。

1）若干个电源模块均采用模块化全密闭防护技术。

对于岛屿/船舶特种电源这个庞大的系统来讲，要使其所有材料的三防性能都达到预定的标准几乎是不可能的，必须采取必要的三防设计措施，依据如附图7所示的优选流程图，在无法保证所有设备材料三防性能都达标的情况下应优先考虑三防密封设计。密封设计的基本思想是控制密封体内器件的工作环境，如果岛屿/船舶特种电源系统的三防密封设计不足，将会有大量的潮气、盐雾、霉菌侵人设备之中，这无疑会对设备的可靠性产生诸多不利影响。电源模块是岛屿/船舶特种电源系统的核心器部件，对防潮的要求更高，本实用新型对电源模块采用全密闭防护技术，这样就可以将电源模块内的电子器件与外界环境隔离，阻止了湿气和盐雾人入内腐蚀器件，同时也使模块内不提供利于霉菌生长和繁殖的环境，很高效地达到了对岛屿/船舶电子设备的三防设计要求。

2）在电源模块3背板安有接触可靠的航空插座61，如图6所示。

航空插座接触面大接触体积又小，不外露又安全又不易腐蚀，相较于普通插座更符合电源模块化全密闭的要求。

对于岛屿/船舶特种电源系统来说，由于本身特性所决定，不可能整体密封，应进行模块化设计，将各结构化单元单独作密封处理后进行组装。电源模块3和中间挡板4通过啮合气密槽41（即凹槽）和42（即凸条）依次连接。电源模块3的顶部设凸出卡槽42，底部设凹进卡槽41，与之匹配的中间挡板4刚好相反，它的顶部设凹进槽41而底部设凸出槽42，通过这种互补的卡槽方式使得它们之间紧密连接，且中间挡板4的卡槽可以上下滑动。若干个电源模块通过这种间啮合气密槽防护技术相互连接，可以有效防止水、大颗粒灰尘的侵入。且结构便于清洁和操作，避免了气缝搭接，不会有积水、积尘且气密性好。中间挡板的卡槽可以上下滑动，使得各电源模块全密闭的同时，整个结构整体并没有全密闭，尽量避免因密封设计而使密封体内产生新的不利环境。三防密封设计的目的是为了控制密封体内的器件工作环境，但有些时候却恰恰因为密封设计而给密封体内的器件带来新的不利环境。例如，密闭机柜的设计虽然有效阻止了外界有害环境的侵入，但由于密闭设计的机柜具有隔热效应，电子元件散发的热量不能及时散去而在机柜内形成了高温环境，这对电子设备十分有害，设计时应避免这种情况发生。采用模块单元间啮合气密槽防护技术，可以有效避免这种情况的发生；

本实用新型基于以上三种防护技术，还考虑了岛屿/船舶特种电源三防设计的其他方面。

1）分析结构设计，选择合理材料。

原材料的选用不但影响装备的耐候性，而且还影响装备的使用和制造成本，是三防设计的基础。本实用新型针对柜体防护与环境适应性相关的技术指标，在熟悉金属腐蚀和腐蚀控制方法，掌握电偶腐蚀、应力腐蚀等基本理论的基础上，优选经认证或经多年实践证明是可靠的金属材料和非金属材料，合理选用了耐盐雾材料，包括不锈钢、防腐铝板、镀锌件、铜材、塑料制品等：

①选用耐腐蚀能力强的、不长霉菌的材料作为基础性材料。如不锈钢、防腐铝板、铜材，其中本实用新型选择在海洋、大气中均有较高的耐腐蚀性的LF6防腐铝板；

②保证不同种金属相互绝缘，不同种金属间相互连接需要采取绝缘措施。本实用新型采用加塑料制品使两者绝缘；

③不能表面涂覆的零件、部件，本实用新型选用耐腐蚀性较好的合金、不锈钢等材料；

④不锈钢材料较铁合金材料有较高的耐候性，虽其价格较高，但其表面处理难度和费用较铁合金材料却低得多。因此，从性价比考虑，表面较大的薄板件、接头和使链等摩擦部位本实用新型使用不锈钢材料。

2）结构设计时，还应避免金属的电偶腐蚀。

尽量采用相同的金属接触，以防止电化偶腐蚀，如必需2种金属接触时，选用电偶值接近的金属。在设计海用电子设备时，要求电化偶差值应控制小于0.25V或符合小阴极－大阳极结构。否则在结构上要采取相应的防护措施，不同种金属材料通过镀覆同种金属，并电镀使两位电位一致，如在其中一种金属上镀覆上允许与第二种金属相接触的金属层，本实用新型在不同类型金属接触处采用了镀锌件，锌是钢制零件最常用的防护镀层，且对于海水与盐雾的侵蚀有十分满意的防护性能。

3）柜体防护作细节防腐处理，采用防盐雾能力强的材料和工艺。

本实用新型外露附件均采用优质国内知名品牌不锈钢材质制作；紧固件及其他配件采用不锈钢材质，不锈钢盘头螺钉改用分体的不锈钢螺钉+镀镍弹簧垫圈+不锈钢平垫圈；不同金属接触，各承力连接部位紧固标准件外表面做达克罗防盐雾处理；铆钉孔全部做封胶处理；控制屏、机组所有裸露的电气接点用硅橡胶涂覆，用硅胶绝缘子取代瓷绝缘子，在强电场作用下，瓷绝缘子上的沉积物被电离，形成导电性薄膜，产生电晕放电，使瓷绝缘子表面温度产生不均匀升高，从而导致绝缘子爆裂，而硅胶绝缘子具有体积小、重量轻、耐污性能好，不需零值测量，所需的爬距比瓷和玻璃绝缘子所需爬距平均少30%；紧固件紧固后涂覆三防漆；

4）柜体防护作防水防尘处理。

本实用新型整体机箱加装防尘网防止灰尘、盐雾进入机箱的形成沉积；在设计时避免了积水，尤其是暴露在个外界的所有构件避免积水，尽量消除了缝隙结构，做好封胶处理；卷边和折弯处增加了排放口有助于解决这个问题。

本实用新型让机柜符合IP54的防护等级，实现了特种电源在高湿、高盐雾环境下的高可靠运行。

Claims (5)

1.一种岛屿/船舶特种电源，包括机柜（7）；所述机柜内设置多个电源模块（3），相邻的电源模块之间通过中间挡板（4）分隔；所述电源模块内设置有印刷电路板（5）；其特征在于，所述机柜（7）的所有金属表面上、每个所述电源模块（3）外表面均涂设有防盐雾层（2）。

2.根据权利要求1所述的岛屿/船舶特种电源，其特征在于，所述电源模块（3）与中间挡板（4）的贴合面上设置有凹槽（41）/凸条（42），对应的中间挡板（4）贴合面上设置有与所述凹槽（41）/凸条（42）长度、宽度匹配的凸条（42）/凹槽（41）。

3.根据权利要求1所述的岛屿/船舶特种电源，其特征在于，所述印刷电路板（5）表面设置有纳米层（51），所述纳米层（51）表面设置有多个突起（52）。

4.根据权利要求1所述的岛屿/船舶特种电源，其特征在于，所述电源模块（3）的背板上设置多个航空插座（61）。

5.根据权利要求1所述的岛屿/船舶特种电源，其特征在于，所述防盐雾层（2）从下至上依次包括底层（1）、中间层（22）和面层（23）。