Системы водяного охлаждения: зачем они нужны и насколько дороги?

Содержание

Типы систем охлаждения

Существует три типа систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания: воздушная, жидкостная и гибридная.

Термические двигатели для А. требуют охлаждения цилиндров. Только для слабых, велосипедных газолиновых двигателей достаточно воздушного охлаждения при помощи рубцов, прилитых к поверхности цилиндра; для более сильных необходима циркуляция воды помощью насоса между двойными стенками цилиндров, охлаждаемой в особом трубчатом приборе, помещаемом впереди А. и обдуваемом струей встречного воздуха.

Воздушное охлаждение

Рубашка цилиндра свободно обдувается воздухом, тем самым забирая большую часть тепла двигателя. Является самой простой, так как не требует сложных деталей и систем управления. Недостаток системы заключается в маленькой теплоёмкости воздуха, что не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки.

Примером машины с воздушным охлаждением может служит автомобиль ЗАЗ-965. Так как предполагалось, что советским автовладельцам придется обслуживать автомобиль самостоятельно (и с учётом дефицита запчастей), воздушное охлаждение оценивалось положительно и виделось весьма практичным в суровых зимних условиях (при низких температурах нет риска замерзания охлаждающей жидкости на стоянке). Кроме того, малая масса силового агрегата, его простота и разборная конструкция (съёмные цилиндры) позволяла отремонтировать автомобиль практически «в чистом поле». Однако такая конструкция системы охлаждения обусловила возникновение проблемы перегрева в жаркую погоду, которая особенно усугублялась в процессе износа двигателя, когда его оребрение покрывалось слоем масла и прилипшей к нему пыли. Следует отметить, что на автомобилях ЛуАЗ-967, где тот же двигатель работал с большей нагрузкой, но лучше обдувался набегающим потоком воздуха, его перегрев наблюдался редко.

Жидкостное охлаждение

Основная статья: Жидкостное охлаждение

Цилиндры двигателя охлаждаются жидкостью, после чего она возвращается в расширительный бачок. Является очень старым типом системы охлаждения, в настоящее время этот тип в автомобилестроении не используется, так как жидкость не успевает охладиться, поэтому двигатели, оснащённые этой системой охлаждения, не могут работать в течение длительного времени. Однако в двигателях речных и морских судов запас охлаждающей жидкости (забортной воды) не ограничен, что позволяет уменьшить вес силовой установки по сравнению с двигателями с гибридной системой охлаждения.

Гибридный тип

Сейчас гибридную систему называют жидкостной. Фактически она всё же гибридная, так как там тоже участвует воздух.

Система жидкостного охлаждения обычно включает следующие элементы:

  • двойные стенки цилиндров, пространство между которыми заполнено охлаждающей жидкостью (например, водой или антифризом);
  • теплообменник или радиатор, состоящий из трубок и полостей;
  • вентилятор, состоящий из ступицы и лопастей, при вращении которого обеспечивается прокачка воздуха между трубками радиатора;
  • насос центробежного типа для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости в системе;
  • трубопроводы, связывающие двигатель с радиатором.

Двухконтурная система охлаждения

двухконтурная система охлаждения (напр. дизеля — Тепловоз ТЭП150). В одном контуре охлаждается вода дизеля, а в другом вода, охлаждающая масло и наддувочный воздух (в тепло­обмен­ных аппаратах). Охлаждение воды обеих контуров осуществляется воздухом в полуторных радиаторных секциях холодильной камеры, имеющей три мотор-вентилятора. В контуре охлаждения воды дизеля используются радиаторные секции половинной глубины, а в контуре охлаждения воды второго контура используются радиаторные секции полной глубины. Мотор-вентиляторы холодильной камеры оборудованы системой плавного регулирования их производительности.

Подвид системы охлаждения, называемый испарительной системой охлаждения

Также существует подвид системы охлаждения, называемый испарительной системой охлаждения. Главное отличие её от обычных водяных или этиленгликолевых — доведение температуры охлаждающей жидкости (воды) выше точки кипения, в результате чего при испарении от теплонагруженных деталей отводится большое количество тепла. Пар конденсируется в жидкость в радиаторе и цикл повторяется. Подобные системы использовались в авиастроении в 30-х годах XX века.

Зачем компьютеру водяное охлаждение

Благодаря своей высокой эффективности, используя систему водяного охлаждения можно добиться как более мощного охлаждения, которое положительно скажется на разгоне и стабильности системы, так и более низкого уровня шума от компьютера. При желании также можно собрать систему водяного охлаждения, которая позволит работать разогнанному компьютеру при минимуме шума. По этой причине системы водяного охлаждения в первую очередь актуальны для пользователей особо мощных компьютеров, любителей мощного разгона, а также людей, которые хотят сделать свой компьютер тише, но в тоже время не хотят идти на компромиссы с его мощностью.

Довольно-таки часто можно увидеть геймеров с трех и четырех чиповыми видео подсистемами (3-Way SLI, Quad SLI, CrossFire X), которые жалуются на высокие температуры работы (более 90 градусов) и постоянный перегрев видеокарт, которые при этом создают очень высокий уровень шума своими системами охлаждения. Иной раз кажется, что системы охлаждения современных видеокарт проектируются без учета возможности их использования в мультичиповых конфигурациях, что приводит к плачевным последствиям, когда видеокарты устанавливаются вплотную одна к другой — холодный воздух для нормального охлаждения им просто неоткуда черпать. Не спасают и альтернативные системы воздушного охлаждения, ведь всего несколько доступных на рынке моделей обеспечивают совместимость с мультичиповыми конфигурациями. В такой ситуации именно водяное охлаждение способно решить проблему — радикально понизить температуры, улучшить стабильность и повысить надежность функционирования мощного компьютера.

Пан или пропал

Конечно, лучшее водяное охлаждение для ПК – это то, которое проверено большинством пользователей и знакомо многим по обзорам. Но все же у некоторых покупателей возникает вопрос, а не сделать ли самостоятельно СВО. Нужно понимать, что подразумевается под самостоятельной сборкой. Обычно пользователи могут приобрести себе практически готовую систему, которую нужно лишь установить в корпус.

Есть же и самодельные системы, для которой покупатель самостоятельно выбирает все компоненты. К последнему варианту можно отнести еще один вид СВО, который собирается из «подручных» материалов. В этом случае имеются в виду найденные радиаторы на барахолках, а то и на свалках, выдернутые откуда-то вентиляторы и т. д.

Последний вариант, конечно, максимально опасный, так как ничего вас не сможет спасти от разгерметизации системы и залива всего ПК водой. А вот самостоятельная сборка правильных элементов — вещь неплохая, но только для тех, кто и вправду во всем разбирается. Главным преимуществом является, конечно, то, что вы можете подобрать такие компоненты, которые вам точно подойдут и понравятся. Поискать что-то подешевле и повыгоднее.

Готовая система – это всегда гарантия. Несмотря на то что многие считают такой вариант слишком простым и менее производительным, все же водяное охлаждение для ПК Corsair, Swiftech, Alphacool, Koolance и других, получили только положительные отклики от покупателей.

Готовая система – это огромный плюс, так как вы сразу покупаете все, что вам нужно, без дополнительных докупок и прочего. У вас в комплекте есть инструкция по установке, в которой обычно все понятно и подробно расписано. Также у вас есть гарантия на всю систему в целом. Единственным недостатком такого варианта считается отсутствие вариативности. То есть производитель представил СВО в паре моделей, а других модификаций нет и быть не может.

Система охлаждения своими руками

Систему охлаждения процессора можно приобрести уже в готовом виде. Однако из-за довольно высокой стоимости устройства и не всегда достаточной эффективности предлагаемых моделей, допускается сделать её самостоятельно и в домашних условиях.

Получившаяся система будет не такой привлекательной на вид, но вполне эффективной в действии.

Для самостоятельного изготовления системы следует сделать:

  • Ватерблок;
  • Радиатор;
  • Помпу.

Повторить конструкцию большинства СВО, выпускаемых серийно, вряд ли удастся. Однако, немного разбираясь в компьютерах и термодинамике, можно попробовать сделать что-то похожее если не на вид, то хотя бы по принципу действия.

Изготовление ватерблока

Главную деталь системы, на которую приходится максимум выделяемого процессором тепла, изготовить сложнее всего.

Для начала выбирается материал устройства – обычно это листовая медь. Затем следует определиться с габаритами – как правило, для охлаждения достаточно блока 7х7 см с толщиной около 5 мм.

Геометрическая форма устройства принимается такой, чтобы находящаяся внутри жидкость максимально эффективно омывала все элементы охлаждаемой конструкции.

Конструкция ватерблока своими руками

В качестве основания ватерблока можно выбрать, например, медную пластину, а рабочую структуру изготовить из тонкостенных медных трубок. Количество трубок на примере принято равным 32 шт.

Сборка осуществляется с использованием припоя и электропечи, нагретой до температуры 200 градусов. После этого приступают к изготовлению следующей детали – радиатора.

Радиатор

Чаще всего это приспособление выбирают уже готовым, а не изготавливают дома. Найти и приобрести такой радиатор можно либо в компьютерном магазине, либо в автомобильном салоне.

Однако существует возможность и самостоятельно создать необходимый элемент СВО из следующих предметов:

  • 4 медных трубок диаметром 0,3 см и длиной 17 см;
  • 18 метров медного обмоточного провода (d = 1,2 мм);
  • Любого листового металла толщиной около 4 мм.

Трубки обрабатываются припоем, из металла изготавливается оправка шириной в 4–5 см и длиной до 20 см. В ней сверлятся отверстия, куда заводится проволока. Теперь провод наматывается вокруг обмотки.

Процесс повторяют три раза, получив столько же одинаковых спиралей.

Обмотка проволоки для радиатора

Сборку спиралей и трубок начинают, сначала изготовив рамку. Затем натягивают на неё проволоку. Заключительным этапом является соединение рамки с входным и выходным коллекторами системы. В результате получается деталь следующего вида:

Радиатор в сборке

Помпа и другие детали

В качестве помпы допускается брать аналогичное устройство, предназначенное для аквариумов. Достаточно будет прибора производительностью 300–400 л/мин.

Его комплектуют расширительным бачком (плотно закрывающейся пластиковой ёмкостью) и шлангом из ПВХ с проходными патрубками из обрезков металлических (медных) трубок.

Помпа с трубками и бачком для охлаждения

Сборка

Перед тем, как собирать и устанавливать систему, следует удалить заводское устройство, установленное на процессоре. Теперь необходимо:

  • Закрепить ватерблок сверху охлаждаемой детали, для чего используют прижимную планку;
  • Заправить систему дистиллированной водой;
  • Закрепить на внутренней поверхности крышки компьютера радиатор (напротив отверстий). Если вентиляционных отверстий нет, их следует проделать самостоятельно.

Система в сборке

Завершающим этапом должно стать закрепление сначала вентилятора на процессоре (поверх ватерблока). И, наконец, необходимо обеспечить питание для помпы путём установки её рабочего реле внутри блока питания.

Рекомендуется подбирать устройство, рассчитанное на ток 50–100 мА и напряжение 3.3–24 В.

В результате получается собственноручно изготовленная система водяного охлаждения, достаточно эффективно снижающая температуру процессора на 25–35 градусов. При этом экономятся средства, которые могли бы пойти на покупку недешёвого оборудования.

Тематичсекие видеоролики:

https://youtube.com/watch?v=TlEKek548pA

Система водяного охлаждения для компьютера — Подробное описание

https://youtube.com/watch?v=OnJtT5v0G78

Система водяного охлаждения своими руками

Систему водяного охлаждения для вашего компьютера можно собрать своими руками. Водяное охлаждение — СВО поможет вам собрать бесшумную и стабильную систему для любых целей. Будь то игровой компьютер или рабочий.

https://youtube.com/watch?v=3Vtm9oNZWfk

Подробно о ключевых элементах водяного охлаждения

Радиатор охлаждения

Радиатор — панель из металлических трубок небольшого диаметра, покрытых для увеличения площади теплоотдачи алюминиевым или медным «оперением». В сущности, оперение, это многократно сложенная лента из металла. Общая суммарная площадь ленты достаточно велика, а значит, радиатор может отдать в атмосферу в единицу времени достаточно много тепла.

Самый уязвимый элемент конструкции двигателя — турбокомпрессор (турбина), работающая на крайне высоких оборотах. При перегреве разрушение крыльчатки и подшипников вала практически неизбежно

Таким образом, разогретая жидкость внутри радиатора циркулирует сразу по всем многочисленным тонким трубкам и охлаждается достаточно интенсивно. В крышке заливной горловины радиатора предусмотрен предохранительный клапан, отводящий пары и избыток жидкости, расширяющейся при нагреве.

В радиаторе автомобиля с автоматической коробкой передач предусмотрен второй, независимый контур, в котором охлаждается трансмиссионная жидкость.

Расширительный бачок

Расширительный бачок служит для компенсации расширения жидкости при повышении температуры. В зависимости от конструкции системы бачок может быть «простым» или «сложным». «Простой» бачок представляет из себя емкость для сбора излишков расширившейся от нагрева жидкости. К нему через крышку подведена резиновая трубка, другим концом присоединенная к патрубку в верхнем бачке радиатора.

В более сложном варианте бачок — полноправная часть системы охлаждения. Он находится под давлением, и отводящий клапан вмонтирован в крышку бачка. В этом случае в бачке всегда должна быть жидкость, чтобы при падении температуры двигателя в радиатор не попадал воздух. Для контроля на стенку бачка, находящегося под давлением, наносят метки Min и Max.

Водяной насос, или помпа

Водяной насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости в системе. Как правило, это центробежный насос, в котором давление создает расположенная внутри корпуса на центральной оси крыльчатка с лопастями сложной формы.

Термостат 

Термостат — устройство, поддерживающее постоянную температуру в блоке цилиндров. Он не позволяет жидкости не только перегревать двигатель, но и переохлаждать его в зимний период. С его помощью регулируется объем охлаждающей жидкости, которая проходит через радиатор.

Вентилятор системы охлаждения

В ряде случаев набегающего потока воздуха может быть недостаточно для эффективного обдува радиатора. Для обеспечения отвода тепла в автомобильной системе охлаждения предусмотрен вентилятор. В автомобилях с задним приводом и продольным расположением двигателя нередко применяется механический вентилятор, который приводится в движение ремнем от переднего шкива коленвала. Скорость вращения лопастей регулирует термомуфта (разновидность вискомуфты), к которой привинчена крыльчатка.

Если прикрепить крыльчатку вентилятора к шкиву без термомуфты, при раскручивании двигателя свыше 3000 оборотов лопасти крыльчатки отломятся

В переднеприводных (и большинстве современных заднеприводных) автомобилях используется электрический вентилятор. Он соединен с диффузором, который привинчен к крепежным элементам, расположенным по контуру радиатора. Преимущество электрического вентилятора в возможности гибко управлять его работой при помощи контроллера, руководствующегося показаниями датчика температуры ОЖ.

Вспомогательные элементы

Жидкостная система охлаждения включает в себя и типовые элементы управления: электронный блок, датчик температуры и т.д., а также приспособления для слива жидкости. Жидкость приходится сливать, к примеру, для ремонта двигателя.

Главные неисправности

В процессе эксплуатации жидкостной системы охлаждения возможно появление следующих неисправностей:

  • поломка радиатора, которая вызвана загрязнением внешней части, засорением сердцевины, появлением течи и так далее;
  • выход из строя центробежного насоса из-за появления течи в системе, износа узла или послабления привода;
  • выход из строя термостата;
  • прогорание прокладки ГБЦ;
  • появление повреждений в рубашке охлаждения ГБЦ;
  • неисправности приводной части вентилятора;
  • выход из строя указателя или датчика температуры;
  • низкий уровень ОЖ и так далее.

Главные причины, которые приводят к упомянутым и другим неприятностям, в следующем:

  • неправильное обслуживание системы охлаждения и нарушение правил применения;
  • использование деталей низкого качества;
  • достижение граничного срока службы применяемых элементов;
  • ошибки в процессе проведения ремонтных работ.

Отсутствие реакции на повреждение (пусть даже незначительное) может стать причиной еще большей поломки, перегрева и даже выхода из строя двигателя. Неисправности жидкостной системы охлаждения проявляются по следующим признакам:

  • регулярному перегреву или переохлаждению мотора;
  • появлению внешних утечек ОЖ;
  • появлению внутренних утечек ОЖ.

Чтобы исключить развитие проблемы, важно следить за показателями температурного датчика и реагировать в случае превышения уровня температуры выше допустимого.

Радиатор

Далее, те, кто пытается решить вопрос, как сделать водяное охлаждение для ПК, должны найти радиатор. Это водовоздушный обменник тепла, который участвует в передаче тепла от воды к воздуху. Они также могут быть двух видов: пассивный и активный.

Эти варианты мы встречали, когда описывали разновидность воздушного охлаждения. Пассивный выводит тепло естественно, а в активном варианте – принудительно с помощью вентилятора. Конечно, вариант пассивного радиатора в нашем случае встречается крайне редко. Несмотря на то что он вообще не издает шума, все же эффективность охлаждения в разы ниже. Кроме того, пассивные радиаторы намного крупнее и занимают много места, а значит, вызывают проблемы в установке всей системы.

Радиаторы с продувом все же распространенные, эффективные и удобные. Вентиляторы для них обычно мощные, которые также умеют регулировать скорость, а значит, систему из шумной можно мигом превратить в бесшумную, если в этом есть нужда. Размеры такого радиатора также варьируются.

Защита от протечек

Как уже упоминалось, создание СВО всегда чревато затоплением и поломками. Многие энтузиасты поплатились – не избежал этого и я. Закономерно возник вопрос – как обеспечить безопасность компьютера? Применение различных датчиков влажности не имеет 100% надежности, так как контролировать всю СВО на предмет протечки нереально, потребуется установка кучи датчиков, да и срабатывание происходит, когда жидкость уже вытекла.

Идея пришла случайно. Создать разряжение в контуре СВО. Таким образом, при разгерметизации произойдёт не вытекание жидкости, а подсос воздуха в контур.

Но тут встаёт вопрос — после выравнивания давления до атмосферного, жидкость всё равно вытечет, что делать? Ставить ещё какой-нибудь мининасос для поддержания разряжения??? Нет!

Нужно измерить разряжение!!! Т.е. поставить датчик разрежения, который бы выключил системник при разгерметизации и сделал бы это до того, как первая капля упадет на чудо современной электроники!

Реализация этой идеи оказалась проста. Датчик состоит из пластмассовой камеры, выполненной из фильтра медицинской капельницы, купленной в аптеке. К ней приклеена суперклеем мембрана из силиконового герметика. На мембране находится контакт размером 2х2 мм из фольгированного стеклотекстолита, в свою очередь приклеенный к мембране. Второй контакт также выполнен из стеклотекстолита. К контактам подпаяны медные проводки, скрученные из 3 жилок 0,01 мм. Под действием вакуума в СВО, мембрана втягивается в камеру, размыкая контакты.

Датчик в сборе.

Корпус выполнен из футляра от губной помады, бессовестно изъятой у дорогой и ненаглядной.

Недостаток данного датчика в отсутствии чёткого визуального контроля разряжения. В планах, переделать датчик в электронный с индикацией (например, линейка светодиодов).

Схема, которой управляет датчик, чрезвычайно проста. Повторить её сможет любой владеющий минимумом знаний в электронике.

Плата смонтирована в блоке питания и не занимает много места.

Питается схема от отдельного блока питания. Конечно, можно использовать питание от блока системника, но тогда при потере герметичности и полном обесточивании (что является залогом безопасности), после устранения течей, все равно придется для старта запитывать схему внешним источником, например аккумулятором типа “Крона” на 9В. Для удобства замены его пришлось бы разместить в небольшой коробочке внутри системника. А коробочку нужно ещё сделать. Но тут под руки попал внешний блок питания на 12 В от сломанного телефона “Русь” с АОНом. Нужно было лишь закрепить его в системнике и произвести от него запитку схемы.

Для подготовки СВО к работе необходимо после прокачки и заполнения контура откачать шприцем 20-30 мл охлаждающей жидкости.

Затем, пережав шланг подсоединить его к датчику разряжения.

При атмосферном давлении датчик находится в замкнутом состоянии. После откачивания шприцем жидкости создаётся достаточно сильное разряжение (на фото можно заметить, как тонкостенный ПВХ шланг буквально расплющен). Контакт датчика размыкается. Транзистор открывается и реле замыкает контакты. Через его контакты подаётся сетевое напряжение. Контакты датчика находятся на таком расстоянии, что срабатывание происходит раньше, чем давление в СВО достигнет атмосферного, т.е. до выхода жидкости из контура.

У любого решения есть как достоинства, так и недостатки:

  1. Основной недостаток данной системы защиты – сложность обеспечения высокой герметичности всех компонентов СВО, особенно радиатора от автопечки, тем более бывшего в эксплуатации. Даже при небольшом разряжении открываются микропоры, которые не выявляются при испытании повышенным давлением. Избавиться от них не удалось даже повторной пропайкой – вместо старых открываются новые поры. Пришлось обмазать все паяные швы радиатора водостойким спиртсодержащим клеем. После этого система стала абсолютно герметичной – за полмесяца зазор между контактами датчика не изменился (раньше приходилось откачивать систему раз в 3 дня)
  2. Необходимость переделки входной цепи в блоке питания, что автоматически лишает гарантии. Здесь можно посоветовать более простое решение. Например, подключить контакты датчика параллельно кнопке POWER, но это не очень надежное решение, хотя значительно более простое.

И всё же, несмотря на недостатки, данная схема защиты имеет практически 100 % надежности. Даже если взбредет в голову снять шланг с водоблока, на работающей системе, выключение произойдёт мгновенно.

Что лучше: раз в месяц откачивать СВО и абсолютно не беспокоиться, или каждый день нервно просматривать внутренности компьютера на предмет протечек, и всё же в один прекрасный момент превратить работающий системник в “Титаник”?