Последние годы СЖО увеличивали и увеличивали частоту вращения помпы. Автор помнит практически бесшумные, вращающиеся с 2000 об/мин, помпы использовавшиеся в моделях 5-7 лет назад. Сейчас же мы пришли к практически "стандартным" 3000 об/мин и весьма заметному шуму. А можно ли понизить это значение, без ущерба для эффективности устройства? Или добиться незначительного снижения эффективности, при существенном снижении шума?

Подключение

В зависимости от модели системы жидкостного охлаждения, ее помпа может получать питание из разных источников.

3-pin/4-pin — наиболее распространенный вариант, с помощью которого помпы получают питание от материнской платы. Важно помнить, что по сравнению с корпусными вентиляторами помпа потребляет больше энергии. Поэтому подключать ее нужно к тем разъемам, которые смогут обеспечить стабильную работу и не уйдут в защиту от перегрузки. На любой плате это первый и второй (при его наличии) разъем для кулера центрального процессора (CPU_FAN, CPU_OPT). А на многих платах высшего ценового диапазона для помпы предназначен отдельный разъем (PUMP_FAN, AIO_PUMP, W_PUMP).

SATA/MOLEX — некоторые модели помп могут подключаться напрямую к этим коннекторам блока питания. Особенно те, которыми комплектуются производительные СЖО и модели со встроенными экранами. Все потому, что мощности, передаваемой от разъемов материнской платы, им может не хватать.

Дополнительно такие системы могут иметь коннектор 4-pin или коннектор для внутренней колодки USB 2.0, чтобы подключаться к материнской плате. Но нужны они в данном случае не для питания, а для передачи данных мониторинга и (в некоторых случаях) контроля оборотов помпы.

Скорость вращения помпы СЖО

От скорости вращения помпы зависит объем перекачиваемой жидкости за единицу времени, а также производимый ею шум.

Однако на общую эффективность СЖО скорость вращения обычно влияет несущественно. Все потому, что ее производительность куда чаще упирается в другие компоненты системы. В первую очередь — в отдачу тепла радиатором.

Уровень шума от помпы с повышением оборотов растет. Но не в геометрической прогрессии, так как крыльчатка помпы находится в герметичном пространстве. Поэтому между помпой со скоростью 2000 и 3000 об/мин в лабораторных условиях не будет полуторакратной разницы по шуму. Впрочем, на практике нередко бывает по-другому: с повышением оборотов помпы увеличивается шанс резонанса других комплектующих системы. Особенно, если помпа установлена на водоблоке процессора, который передает свою вибрацию материнской плате, а затем — и всему корпусу. Тогда от помпы начинает исходить высокочастотное жужжание, которое, в отличие от низкочастотного гула вентиляторов, довольно неприятно.

Проблема обостряется, когда СЖО находится в использовании долгое время, и компоненты помпы изнашиваются. Поэтому для большей долговечности и меньшего шума помпа с низкой скоростью вращения лучше. Тем более, что производительность системы от нее практически не страдает.

Уровень шума помпы СЖО

Источников шума у любой системы жидкостного охлаждения два. Это — вентиляторы и помпа.

Каждый из этих компонентов звучит по-своему. Поток воздуха от вентиляторов создает своеобразный шелест, а работа их мотора — равномерное жужжание. Пока скорость вращения остается не очень высокой, на расстоянии вытянутой руки от системного блока эти звуки обычно не раздражают.

В идеале, и помпа СЖО должна воспроизводить схожие негромкие звуки, которые связаны с работой ее мотора. Однако на практике так бывает далеко не всегда. У большинства моделей помпа совмещена с процессорным водоблоком, который передает вибрации на материнскую плату и, тем самым, создает резонанс. А при попадании пузырьков воздуха в помпу (что чаще всего бывает при неправильной установке радиатора) нередко можно услышать журчание и бульканье жидкости. Производители СЖО обычно указывают уровень шума от вентиляторов и помпы отдельно — например, 26 и 23 дБ. И хотя эти звуки усиливают друг друга, складывать оба значения для получения общего уровня шума не нужно. Если хотите, чтобы СЖО работала тихо, в первую очередь обращайте внимание на уровень шума помпы — при схожих значениях он отвлекает заметнее, чем монотонный гул вентиляторов.

Размеры вентиляторов для необслуживаемых радиаторов СЖО

Радиаторы современных систем жидкостного охлаждения проектируются под один из двух типоразмеров вентиляторов — 120 мм или 140 мм.

120 мм — более распространенный типоразмер. Именно на него рассчитано большинство радиаторов необслуживаемых СЖО. Эффективность и уровень шума у таких вентиляторов заметно варьируется в зависимости от их ценовой категории. У недорогих моделей нередко нет баланса между этими двумя характеристиками — они либо тихие, либо недостаточно производительные. В то же время качественные «вертушки» могут оставаться и малошумными, и довольно эффективными.

140 мм — менее распространенный типоразмер. Радиаторами, рассчитанными на него, обычно оснащаются СЖО среднего или высокого класса. За счет большего диаметра и площади крыльчатки эффективность таких вентиляторов выше, а уровень шума ниже, чем у их 120 мм собратьев. Тем не менее, и здесь все зависит от модели — простые шумят сильнее и работают менее эффективно, чем более продвинутые.

В среднем, СЖО с вентиляторами на 140 мм тише и производительнее, чем более распространенные модели со 120 мм «вертушками». Плата за это — более высокая стоимость и ограниченная совместимость с некоторыми корпусами (крепление под такие радиаторы есть не везде).

Порядок установки готовой системы жидкостного охлаждения для процессора

Для установки понадобится крестовая отвертка. Но сначала определитесь, в каком месте корпуса будет расположен радиатор СЖО и хватит ли ему там места.

При установке радиатора на переднюю, заднюю или боковую панель обязательно разверните его так, чтобы шланги выходили снизу. Это убережет систему от скопления пузырьков воздуха в помпе и водоблоке, из-за которых может снизиться эффективность работы СЖО.

Шаг 1. Установите и закрепите на материнской плате бэкплейт СЖО.

Шаг 2. Прикрутите вентиляторы к радиатору СЖО:

• Для установки на заднюю, верхнюю или боковую панель — на выдув.

  • Для установки нижнюю панель — на вдув.

  • Для установки на переднюю панель — по умолчанию на вдув. Для корпуса с передней панелью из сетки можно и на выдув.

Если вы выбрали для установки боковую стенку в корпусе с соответствующими креплениями (обычно это «аквариумы»), то прикрутить вентиляторы можно и в самом конце.

Шаг 3. Прикрутите радиатор на выбранную панель корпуса. Радиатор — самый габаритный элемент СЖО. Поэтому установить его куда проще, когда не мешают шланги от закрепленного водоблока.

Шаг 4. Нанесите термопасту на процессор.

Шаг 5. Снимите защитную наклейку с подошвы водоблока. Установите его на процессор так, чтобы шланги выходили снизу или сбоку, но не допускайте их перекручивания.

Шаг 6. Чтобы закрепить водоблок без перекоса, не затягивайте его винты сразу до предела — крутите каждый понемногу, а затем переходите к следующему по диагонали.

Шаг 7. Подключите кабели от водоблока, вентиляторов, а также подсветки и экрана СЖО (при их наличии) к соответствующим разъемам на материнской плате.

Принципы работы ранее уже описывался в предыдущей статье.

P/S небольшой тест СЖО

ПРИМЕР ID-COOLING DX360 MAX

На чем тестируем?

В качестве тестового подопытного выступает ID-COOLING DX360 MAX – трехсекционная СЖО с радиатором 360-мм... просто потому, что она установлена в личном ПК. Кратко рассмотрим ее.

Это не совсем стандартная трехсекционка, радиатор водянки имеет размер 400*120 мм с увеличенной толщиной до 32 мм (38 мм высота резервуаров). Он набран из 12 каналов и алюминиевой ленты между ними, ширина ленты и каналов 26 мм, ребер на сантиметр ~7,5.

Шланги достаточной длины – 465 мм.

Помпа с подсветкой, 2900 об/мин +-10%, подошва медная, с небольшим горбом по центру. Подключается трехконтактным разъемом, поэтому управление скоростью вращения возможно только путем изменения напряжения. Подсветка работает от стандартного +5В ARGB 3-пин разъема. Не нужна подсветка? Можете ее просто не подключать.

Вентиляторы 120*120*25 мм, с маркировкой DF-125-K – девять лопастей, 2150 об/мин, поддерживают ШИМ-регулировку скорости вращения, с возможностью полной остановки. Вентиляторы имеют короткий кабель подключения с двумя разъемами, позволяющими подключать их цепочкой без километра проводов между ними. К плате вся эта конструкция подключается через удлинитель.

Если интересно, шумность у вентиляторов примерно такая

Полный список характеристик на скриншоте ниже.

Тестовый стенд и методика тестирования

• Процессор: Intel Core i7-12700K (4,8 ГГц P-core, 3,8 ГГц E-core, 4,2 ГГц Ring, 1,18 В);

• Термоинтерфейс: Arctic Cooling MX-4;

• Материнская плата: MSI Pro Z690-A DDR4;

• Оперативная память: Crucial Ballistix Sport LT 2*16ГБ (4000 МГц, 18-20-20-40);

• Видеокарта: MSI GeForce RTX 3070 Ti VENTUS 3X 8ГБ;

• Корпус: Thermaltake View 300 MX.

Тестирование происходило в трех режимах, со скоростью вращения помпы 2200,  2600 и 3000 об/мин. Кратко поясню: 3000 об/мин – как стандартная частота вращения, 2200  – как практически бесшумный режим и 2600 – как нечто среднее, этакий компромисс между шумом и скоростью вращения.

Показания шумометра UT363, с расстояния 40 см (уровень фонового шума, в максимально возможной тишине 35,3 дБА):

В каждом из режимов использовались 3 разных скорости вращения вентиляторов: 800, 1200 и 1800 об/мин. Первый - как тихий, второй - как комфортный и третий - как режим с максимальной частотой вращения (паспортные 2150, субъективно, просто ужас и использовать их, даже чисто для теста, нет никакого желания).

Итого имеем 9 сочетаний, каждое из которых тестировалось в Aida64, Prime95 с/без AVX.

Потребление в каждом из сценариев:

• Aida64 (Stress CPU): ~ 98 Вт;

• Prime95 без AVX: ~180 Вт;

• Prime95 с AVX: ~220 Вт.

Хочется надеяться, что наличие такого количества тестовых прогонов с разными условиями, позволит получить плюс-минус какие-то объективные результаты. температура в помещении ~26 °C.

Тестирование

Собственно, результаты того, что удалось получить перед вами. Какие-то видимые отличия удалось получить лишь в режиме максимальной тепловой нагрузки и высоких оборотов вентиляторов. Что по этому поводу можно выделить на графиках, так это тот факт, что в прайме с avx при 1200 об вентиляторов, максимальная скорость вращения помпы позволило избежать троттлинга, удержав температуру где-то на его границе. При двух других вариантах мы получали 99 градусов и небольшой сброс частот на 1-2 ядрах. В более щадящих условиях, никакой разницы нет (формальные различия результатов на 1 градус – вписывается в погрешность измерений). А по сути, вся наша затея и проводится для тех ситуаций, когда вентиляторы крутятся, где-то в нижней половине диапазона своих паспортных оборотов и работают тише помпы.

Заключение

Краткий вывод по увиденному выше. Зафиксировать хоть какое-то минимально значимое преимущество использования СЖО при номинальных (они же максимальные) оборотах получилось лишь, при максимально возможном тепловыделении, что, вероятно, не всем и нужно. А вот уровень шумности падает ощутимо, причем по субъективным ощущения сильнее, чем по показаниям шумометра. И хотя данный небольшой тест является несколько... хм... не всеохватывающим, думаю, что в определенной степени результаты можно экстраполировать на ряд других, однотипных моделей.  Поэтому, если звук помпы вас все же раздражает, то можно смело пробовать снижать скорость ее вращения, и вообще не факт, что вы что-то потеряете в эффективности.

Активное охлаждение компонентов компьютера уже давно ни для кого не является новостью. Пользователи так сильно увлечены воздушными потоками, давлением внутри корпуса, что забывают о том, что не каждый вентилятор подходит на отведенную ему роль в полной мере. И не последнее значение в этом играет тип подшипника вентилятора.

Немного истории

Изначально подшипники выглядели совсем не так как сейчас. Как следует из названия, это то, во что упирается шип.

Простая конструкция за счет малого диаметра оси создает большое отношение плеч рычага и даже большой коэффициент трения не создает существенного противодействия вращению. А чтобы износ был как можно меньше, в качестве подшипника используется более твердый материал. Сегодня такая конструкция встречается в механических часах.

Так или иначе прогресс взял свое, и современные конструкции уже более совершенны.

Подшипник скольжения

Традиционный спутник бюджетных вентиляторов. Внешне максимально простая конструкция, состоящая из латунной втулки и стального вала, но в своей работе не так уж и проста.

Небольшая разница в диаметре вала и втулки заполнена маслом. При вращении вала силы трения между валом и маслом нагнетают масло в место соприкосновения вала и втулки, создавая давление масляного клина. Если это давление будет достаточно большим, оно предотвращает контакт вала и втулки.

h — толщина слоя смазки, ω — угловая скорость вращения вала, d — диаметр вала, P — величина нагрузки, s —средний зазор, e — эксцентриситет  

Как видно из рисунка слабым местом этого подшипника является то, что давление прилагается только с одной стороны вала — это не способствует гашению вибраций, а даже наоборот вызывает их при малой величине нагрузки.

По мере работы нагрев делает масло более жидким, что уменьшает давление масляного клина. Также нагрев способствует ускорению испарения масла и в итоге вал с втулкой начинает контактировать. При повышении окружающей температуры на 20 градусов срок эксплуатации такого подшипника снижается в 3 раза. То есть, для вентилятора с обычным подшипником скольжения наиболее удачным будет место с низкой температурой. А для уменьшения, микровибраций, которые изнашивают втулку и в итоге становятся слышимыми вибрациями нужна нагрузка на вал. Такие условия в сборке башенного типа актуальны только на фронтальной панели.

По мере усовершенствования этого типа подшипника появились самосмазывающиеся вариации, а также с винтовой нарезкой. Их особенностью является большее количество масла, доступное для смазки, а также некоторое подобие насоса за счет винтовых конструкций, обеспечивающее циркуляцию масла в любом положении.  

Использование полиоксиметилена (POM) также идет на пользу. Этот материал частенько используют в редукторах дешевого электроинструмента. Но в данном случае это замена мягкой втулки из медного сплава, которая в редукторе рассыпалась бы моментально. Полимерный материал уменьшает коэффициент сухого трения и появление частиц с абразивными свойствами, которые в свою очередь ускоряют износ.   

Все эти ухищрения не устраняют полностью недостатки конструкции подшипника скольжения, хотя и позволяют ему проработать несколько лет даже в неудачном положении. Наиболее живучим будет вентилятор, имеющий защиту IP6X. В нем применяется герметизирующая втулка для защиты от пыли, которая также мешает испаряться и вытекать маслу.

Гидродинамический подшипник

Считается вечным, ведь пока в нем есть масло, вал и втулка не могут соприкоснуться. Это обеспечивается особым профилем либо втулки, либо вала, обеспечивающих повышенное давление в некоторых участках. Обычно это встречные косые углубления на втулке. Их проще выполнить в мягком металле, не нарушая балансировки вала. Но на практике может встретиться все что угодно, щедро сдобренное маркетинговыми названиями.

Как видно по результатам моделирования, повышенное давление действует на вал со всех сторон. За счет этого вал меньше вибрирует и практически исключается контакт со втулкой. Но главная проблема подшипников скольжения — высыхание масла тут тоже присутствует. И добавляется еще одна: в лежачем положении масло, по мере высыхания, либо скопится в масляной камере (при этом некоторые конструкции исключают достаточное поступление масла за счет капиллярного эффекта), либо постепенно будет покидать подшипник через недостаточно герметичное уплотнение вала.     

И ко всему этому еще добавляется очень большая восприимчивость к работе на низких оборотах. Давление масла зависит от оборотов, и если они будут недостаточны, то гидродинамический подшипник превращается в обычный подшипник скольжения. Недаром производители зачастую ограничивают нижнюю частоту вращения вентиляторов с гидродинамическими подшипниками в 600 оборотов в минуту. Но даже с таким ограничением пользователи отмечают появление посторонних звуков.

Подшипники с магнитным центрированием

Большая часть вентиляторов пользуется магнитной левитацией за счет притяжения постоянного магнита ротора и полюсов статора. Убедиться в наличии магнитной левитации просто — достаточно вдоль оси потолкать крыльчатку. Она свободно перемещается на некоторое расстояние и тут же возвращается. В вентиляторах с магнитным центрированием добавляют еще один магнит, придающий больше жесткости, и упор оси вала, который может быть выполнен как из пластика, так и из гидродинамического подшипника.   

Дополнительная жесткость уменьшает вибрацию вала на низких оборотах и позволяет гидродинамическому подшипнику работать на любых оборотах и в любом положении.

Подшипник качения

Как можно понять из названия, принцип его работы основан на качении. Чем тверже материал, меньше шероховатость поверхности и точнее детали, тем дольше прослужит такой подшипник. Чем ниже рабочие обороты в подшипнике качения,  тем дольше он проработает (даже в перерасчете на суммарное количество оборотов).

  Ориентация в пространстве на работе никак не сказывается, поэтому вентиляторы на его основе можно применять в любой части сборки.  

Но такой подшипник шумный, что делает его применение на низких оборотах бессмысленной затеей, и с течением времени создаваемый шум растет постепенно. Наиболее долговечная разновидность выполняется из керамики.

А самую тихую модификацию без сепаратора, в которой шарики не создают шума постукиванием друг о друга, скорее всего в компьютерных вентиляторах мы никогда и не увидим.

Заключение

Подшипники компьютерных вентиляторов имеют свои слабые и сильные стороны, учитывая которые можно избежать ускоренной поломки и бессмысленных трат.

Обычный подшипник скольжения дешевый, быстро выходит из строя, но на фронтальной панели может прослужить вполне долго.

Самосмазывающиеся подшипники, особенно с применением пластика (POM) и класса защиты IP6Х могут работать в любой части сборки, не уступая в долговечности другим типам.

Гидродинамический подшипник в самом простом исполнении даже капризнее чем обычный подшипник скольжения. Оптимальным будет использование на оборотах, близких к максимальным, если избегать «лежачего» положения.

Магнитное центрирование позволяет гидродинамическим подшипникам работать в любом положении и оборотах.

Подшипник качения самый надежный, но шумный. Зачастую заранее предупреждает о своей грядущей поломке повышенным шумом, что позволяет избежать внезапной остановки. 

P/S

Cрок наработки вовсе не означает, что устройство отработает его и тут же "умрёт".
правильная цифра получается  когда расчитывают нарботку на отказ по партии большого размера и количества отказов произошедших в течении некоторого времени, но обычно цифра "рисуется" исходя из технологии производства подшипника и двигателя на основании предыдущих измерений.

Трактовать эту цифру следует следующим образом

 вероятность сбоя в течении года = 1-е^(-8760/MTBF)

• Специальное смазочное масло FL-20 для вентиляторов охлаждения (кулеров) в ноутбуках, ПК и тд. Стоит шприц 317 руб. Ссылка на неё

• Густая смазка TB-100 для подшипников и валов вентилятора. Стоит шприц около 300 руб. Ссылка на неё

Другие смазки:

Тarot TL2350

Высококачественная смазка для валов двигателей. Стоит тюбик 396 рублей. Ссылка на неё

Смазка XY-2

Смазка универсальная в баночке XY-2. Походит для пластиковых шестерен, движущихся частей, резиновых уплотнительных колец и подшипников. Нанесение с помощью зубочистки. Стоит 471 руб. Ссылка на неё