Устройство вентилятора, его характеристики и уровень шума

Для переноса воздуха в системах охлаждения используют вентиляторы (англ.: fan), который состоит из корпуса (обычно в виде рамки), электродвигателя и крыльчатки, закреплённой при помощи подшипников на одной оси с двигателем:

Рис. 6 Устройство вентилятора

Табл.1. Тип подшипников.

От типа установленных подшипников зависит надёжность вентилятора. Производители заявляют такое типичное время наработки на отказ (количество лет получено из расчёта круглосуточной работы):

С учётом морального старения компьютерной техники (для домашнего и офисного применения это 2−3 года), вентиляторы с шарикоподшипниками можно считать «вечными»: срок их работы не меньше типового срока работы компьютера. Для более серьёзных применений, где компьютер должен работать круглосуточно много лет, стоит подобрать более надёжные вентиляторы.

Многие сталкивались со старыми вентиляторами, в которых подшипники скольжения выработали свой ресурс: вал крыльчатки дребезжит и вибрирует при работе, издавая характерный рычащий звук. В принципе, такой подшипник можно отремонтировать, смазав его твёрдой смазкой, — но многие ли согласятся ремонтировать вентилятор, цена которому всего пара долларов?

Характеристики вентиляторов:

Вентиляторы различаются по своему размеру и толщине: обычно в компьютерах встречаются типоразмеры 40Ч40Ч10 мм, для охлаждения видеокарт и карманов для жёстких дисков, а также 80Ч80Ч25, 92Ч92Ч25, 120Ч120Ч25 мм для охлаждения корпуса. Также вентиляторы различаются типом и конструкцией устанавливаемых электродвигателей: они потребляют различный ток и обеспечивают разную скорость вращения крыльчатки. От размеров вентилятора и скорости вращения лопастей крыльчатки зависит производительность: создаваемое статическое давление и максимальный объём переносимого воздуха.

Объём переносимого вентилятором воздуха (расход) измеряется в кубометрах в минуту или кубических футах в минуту (CFM, cubic feet per minute). Производительность вентилятора, указанная в характеристиках, измеряется при нулевом давлении: вентилятор работает в открытом пространстве. Внутри корпуса компьютера вентилятор дует в системный блок определенного размера, потому он создаёт в обслуживаемом объёме избыточное давление. Естественно, что объёмная производительность будет приблизительно обратно пропорциональна создаваемому давлению. Конкретный вид расходной характеристики зависит от формы использованной крыльчатки и других параметров конкретной модели. Например, соответствующий график для вентилятора GlacialTech SilentBlade GT80252BDL:

Рис. 7 График расходной характеристики

Из этого следует простой вывод: чем интенсивнее работают вентиляторы в задней части корпуса компьютера, тем больше воздуха можно будет прокачать через всю систему, и тем эффективнее будет охлаждение.

Уровень шума вентиляторов:

Уровень шума, создаваемый вентилятором при работе, зависит от различных его характеристик. Несложно установить зависимость между производительностью и шумом вентилятора. На сайте крупного производителя популярных систем охлаждения Titan, в разделе корпусных вентиляторов можно увидить, что: многие вентиляторы одного и того же размера комплектуются разными электродвигателями, которые рассчитаны на различную скорость вращения. Поскольку крыльчатка используется одна и та же, получаем интересующие нас данные: характеристики одного и того же вентилятора при разных скоростях вращения. Не обходимо создать таблицу для трёх самых распространённых типоразмеров: толщина 25 мм, 80Ч80Ч25 мм, 92Ч92Ч25 мм и 120Ч120Ч25 мм.

Рис. 8 Таблица потребления кулеров фирмы Titan

Жирным шрифтом выделены самые популярные типы вентиляторов.

Наклонным шрифтом выделены расчётные данные.

Посчитав коэффициент пропорциональности потока воздуха и уровня шума к оборотам, видно почти полное совпадение. Для очистки совести посчитал отклонения от среднего: меньше 5%. Таким образом, получил три линейные зависимости, по 5 точек каждая. Не Бог весть, какая статистика, но для линейной зависимости этого достаточно: гипотезу считаю подтверждённой.

Объёмная производительность вентилятора пропорциональна количеству оборотов крыльчатки, то же самое справедливо и для уровня шума.

Используя полученную гипотезу, можно экстраполировать полученные результаты методом наименьших квадратов (МНК): в таблице эти значения выделены наклонным шрифтом. Нужно, однако, помнить: область применения этой модели ограничена. Исследованная зависимость линейна в некотором диапазоне скоростей вращения; логично предположить, что линейный характер зависимости сохранится и в некоторой окрестности этого диапазона; но при очень больших и очень малых оборотах картина может существенно измениться.

Теперь рассмотрим линейку вентиляторов другого производителя: GlacialTech SilentBlade 80Ч80Ч25 мм, 92Ч92Ч25 мм и 120Ч120Ч25 мм. Составим аналогичную табличку:

Рис. 9 Таблицы потребления кулеров фирмы GlacialTech

Наклонным шрифтом выделены расчётные данные. Как было сказано выше, при значениях скорости вращения вентилятора, существенно отличающихся от исследованных, линейная модель может быть неверна. Полученные экстраполяцией значения следует понимать как приблизительную оценку.

Обратим внимание на два обстоятельства. Во-первых, вентиляторы GlacialTech работают медленнее, во-вторых, — эффективнее. Очевидно, это результат использования крыльчатки с более сложной формой лопастей: даже при одинаковых оборотах, вентилятор GlacialTech переносит больше воздуха, чем Titan: см. графу прирост. А уровень шума при одинаковых оборотах примерно равен: пропорция соблюдается даже для вентиляторов разных производителей с различной формой крыльчатки.

Нужно понимать, что реальные шумовые характеристики вентилятора зависят от его технической конструкции, создаваемого давления, объёма прокачиваемого воздуха, от типа и формы преград на пути воздушных потоков; то есть, от типа корпуса компьютера. Поскольку корпуса используются самые разные, невозможно напрямую применять измеренные в идеальных условиях количественные характеристики вентиляторов — их можно только сравнивать между собой для разных моделей вентиляторов.