Создание самодельной СВО

28 ноября 2006, вторник 11:04
для раздела Блоги
Введение

Целью данного повествования является желание автора поделиться с широкой общественностью собственным опытом создания системы водяного охлаждения (СВО) для персонального компьютера. Первоочередным стимулом написания статьи служит твердое убеждение автора в том, что любой опыт (положительный или отрицательный) должен быть опубликован, так как может подтолкнуть читателя к собственным свершениям и уберечь от ошибок. Мне (и, наверное, многим кто это будет читать) не очень нравятся длинные статьи, поэтому постараюсь не “лить воду”, а излагать информацию по возможности коротко. Прошу простить автору полное отсутствие литературного таланта. Для непосредственного ознакомления с системой можно смело пропускать следующую главу.

История вопроса

Тема создания СВО для ПК существует уже достаточно давно и в просторах Internet можно найти массу повествований. Для чего создаются СВО всем давно известно, поэтому я сэкономлю объем статьи.
Компьютеры и связанные с ними увлеченья являются моим хобби достаточно давно (белее 17 лет). Разгон ПК как отдельное хобби оформился во времена Intel 486. Несколько лет назад я впервые наткнулся в сети на описание СВО для ПК. Естественно руки сразу “зачесались”…
Перечитав всю информацию, что я смог найти в сети по данному вопросу (а наиболее полно этот вопрос в те времена был освещен в зарубежной части всемирной паутины), я решил создавать собственную систему по типу внешнего блока. Поскольку я не располагал серверным корпусом, покупка которого достаточно сильно подорвала бы семейный бюджет (а лет 5 назад они стоили нехило) решение в виде внешнего блока казалось мне оптимальным. Было начерчено несколько вариантов блока СВО для установки на ПК, под ПК и рядом с ПК. Остановился я на варианте, который устанавливался рядом с ПК. Блок было решено сделать из плексигласа (оргстекла), поскольку очень хотелось видеть всю красоту бурлящего потока. Параллельно с созданием “аквариума” шел поиск меди для создания водоблоков. Поскольку бум сбора цветмета был в самом разгаре, то найти достаточно толстую (1 или более) заготовку оказалось непростым занятием. Была даже идея отлить заготовку, расплавив всякий медный хлам в литейном цехе. Кто-то из друзей даже подкинул идею отлить серебряный водоблок из старых серебряных ложек… Алюминий и дюраль были сразу отвергнуты из-за их низкой (по сравнению с медью) теплопроводности. Кустарное создание водоблоков в тисках газовой горелкой было отметено под впечатлением от увиденных на зарубежных сайтах фотографий фрезерованных медных водоблоков с плексигласовыми крышками, но вопрос с фрезерной обработкой медных заготовок так и не был решен. Нехватка материалов и средств производства нанесла сильный удар по энтузиазму. Проект был заморожен…
Прошел год. На работе в производстве появилось великолепное устройство – фрезерный станок Roland MODELA MDX-650. Это чудо зарубежного станкостроения имеет компьютерное управление и точность подачи в 1 микрон. Руки “зачесались” с непреодолимой силой.
После внесения корректив в проект создание СВО продолжилось.
Я ни в коем случае не претендую на оригинальность идей, на основании которых я строил собственную систему (в этом мире вообще сложно придумать что-то новое). Но, прочитав множество публикаций о готовых системах (особенно самодельных СВО) и соединив чужие идеи с собственными “открытиями” и умозаключениями, могу с уверенностью утверждать, что каждая вещь, сделанная собственными руками, по-своему уникальна и другой такой в мире нет.

Требования к СВО

Ниже будут перечислены основные требования, которые я сформулировал для своей СВО:
1.СВО должна находиться внутри системного блока ПК для обеспечения его мобильности (хотя трудно назвать железный ящик весом более 20 кг мобильным, наверное более подойдет термин “возможность перенести системный блок в одиночку”), сокращения занимаемого на столе (или под столом) пространства и эстетичности системы в целом;
2.СВО должна иметь 2 контура охлаждения: процессор; видеокарта и северный мост (MCH);
3.память видеокарты должна иметь жидкостное охлаждение;
4.система должна быть достаточно мощной, чтобы обеспечить нормально функционирование в условиях летней жары и постоянно возрастающего тепловыделения компьютерных комплектующих;
5.система должна иметь “запас на будущее” (т.е. замена комплектующих ПК не должна приводить к существенным модернизациям СВО);
6.система должна полностью исключать протечки теплоносителя с целью сбережения дорогостоящих электронных компонентов;
7.система должна быть проста и нетребовательна в обслуживании (заправка и слив теплоносителя должны быть простыми и безопасными операциями);
8.система не должна нарушать циркуляцию воздушного потока внутри системного блока, а также затруднять доступ к компонентам ПК;
9.система должна быть максимально бесшумной;
10.пуск системы должен выполняться при включении ПК автоматически;
11.коррозия элементов системы должна быть исключена.

Выбор корпуса

Выбор корпуса является очень важным шагом в создании СВО. Форма и размер корпуса очень сильно влияют на параметры системы. Поскольку я решил “запихать” СВО в системный блок, то было решено приобрести серверный полноформатный (Bigtower) корпус производства компании Chieftec (модель Bigtower Chieftec CA-01SL-SL-B Silver ATX 400W (24+6+4пин)).



Цену корпуса (около $200) нельзя назвать низкой, но удобство и качество не бывают дешевыми.
Было решено разместить большую часть СВО (радиатор, вентиляторы, помпу и расширительный бак) в верхней части корпуса (благо места там предостаточно).

Радиатор

Радиатор можно сделать самому или купить готовый. Самостоятельное изготовление мощного радиатора – процесс трудоемкий. Да и потраченная сумма может перекрыть стоимость готового устройства. Поэтому было решено приобрести автомобильный радиатор. Выбор готового радиатора – вопрос не сложный. Достаточно пройтись по автомагазинам и подобрать соответствующий. Я выбрал медно-латунный радиатор от печки автомобиля Газель. Радиатор был дополнительно пропаян качественным серебряно-оловянным припоем при помощи ручной газовой горелки. В качестве флюса был использован глицерин.



Затем проверена герметичность. На один из выходов припаян разветвитель на 2 потока из стандартных медных уголков.



Поскольку ребра радиатора изначально расположены очень плотно, то они были раздвинуты длинной отверткой (специально скругленной, чтобы случайно не пробить канал) с шагом в 3 ребра (по совету из заметки http://www.overclockers.ru/lab/15918.shtml) с целью улучшения вентиляции радиатора. Советую раздвигать ребра с обеих сторон радиатора за одно движение отверткой на всю глубину радиатора. Это сэкономит время и улучшит качество.
Затем было изготовлено крепление в виде двух дюралевых пластин. Пластины крепятся к радиатору двумя велосипедными спицами с надетыми на них термоусадками. Изделие было окрашено черной автомобильной краской из баллончика.



Для предотвращения сползания шлангов (тосол скользкий и на гладкой трубке даже хомуты не спасут) края трубок были дополнительно обработаны.



Вентиляторы

Для обдува радиатора использованы 2 вентилятора фирмы Jamicon размером 120x120мм. Они крепятся в прорезанном электролобзиком окне крышки корпуса и питаются от 5В (штатное напряжение 12В) для уменьшения шума.



Поскольку вентиляторы работают на выдув, то с обратной стороны вложены 2 бруска из вспененного полиэтилена с целью исключения “подсоса” воздуха со стороны.



Щели герметизированы нейтральным силиконом. Система в сборе (без декоративной крышки от вентиляции):



“Расширительный” бачок

“Расширительный” бачок служит для заполнения системы теплоносителем. Также от его объема зависит тепловая инертность системы (чем больше теплоносителя в системе, тем дольше он нагревается и остывает). Я взял слово “расширительный” в кавычки из-за того, что в моем бачке ничего не расширяется. В моей системе он полностью заполнен теплоносителем. Роль расширительного бачка исполняет соединительный шланг (между радиатором и бачком). Этот шланг достаточно толстый и мягкий (силиконовый без армирования) и способен компенсировать возрастание давления в системе при нагревании теплоносителя. Хотя следует заметить, что при нормальном функционировании системы температура теплоносителя поднимается незначительно (специально не измерял, но, судя по прикосновению руки, его температура не превышает 40 градусов). При таких изменениях температуры объем жидкости в 2.5 литра расширяется очень незначительно. Проблема перегрева теплоносителя может возникнуть в случае отказа помпы.
Как ни странно, вопрос с бачком оказался достаточно сложным. В моей системе помпа должна быть жестко установлена на бачок. Первой возникла идея выклеить бачок из плексигласа (из листового или из трубы), но поскольку бачок планировался достаточно емкий (около 1.5 литра), я посчитал эту идею опасной. Плексигласовая конструкция малоэластична и треснувший по шву бак мог залить бы всю систему. Капроновые канистры и флаконы (которые часто применяют в подобных системах) не имеют проблем с эластичностью, но емкость нужного размера найти трудно (а искал я долго). Причем появлялась проблема жесткого крепления помпы к капроновой или полиэтиленовой емкости через прокладку. Потом я искал флаконы для химических жидкостей, жидкого мыла, бутылки для детского питания (они, кстати, очень прочные и выдерживают кипяток), любые емкости из поликарбоната (не из пластика, который подвержен растрескиванию). Все тщетно…
Идея пришла спонтанно. Я решил собрать конструкцию из двух толстых (15 мм) кусков плексигласа и отрезка полиэтиленовой трубы. Как ни странно, канализационная труба подошла в самый раз
Из плексигласа были отфрезерованы два фланца с посадкой на трубу (через прокладку). Получилось вот это:



Стянута конструкция четырьмя велосипедными спицами. Сначала я отлил уплотнительные прокладки из обычного силикона, но они оказались очень мягкими и не обеспечивали герметичности (теплоноситель с добавлением тосола очень текуч). Поэтому прокладки были отлиты из двухкомпонентной силиконовой резины с добавлением тонера от лазерного принтера для увеличения жесткости резины. На фотографии показана форма и отлитое кольцо-уплотнитель.



Следует отметить, что край трубы нужно выровнять на куске наждачной бумаги (положив ее на ровный стол) шаг за шагом увеличивая номер наждачной бумаги. После “нулевки” нужно отполировать торец полировочной пастой. Иначе тосол будет “сопливиться” через уплотнение.
На одном боковом фланце прикреплена заправочная горловина.



На втором фланце сверлим отверстия для крепления помпы и штуцера радиатора.



Штуцера герметизированы резиновыми прокладками и затянуты на фум-ленту.

Помпа

При поиске помпы я отталкивался из соображений того, что она должна быть качественной, внешней и достаточно мощной. Просмотрев продукцию достаточно уважаемых в “помпостроении” фирм EHEIM и SICCE я сделал выбор в пользу фонтанной помпы IDRA фирмы SICCE. Ее производительность 1300 л/ч, мощность – 25 Вт. Во многих статьях и форумах я встречал всякие рассуждения о высоте водяного столба помпы (этот параметр указывается для фонтанных помп). Они (рассуждения) бессмысленны, поскольку СВО – система замкнутая и высота контура значения не имеет. На скорость перемещения теплоносителя влияет только мощность помпы и гидросопротивление системы (сечение трубопровода и водоблоков, а также наличие отклонений потока). Вязкость теплоносителя я в расчет не беру, поскольку использую дистиллят.
Выбранная помпа может быть установлена как снаружи, так и внутри расширительного бачка (для этого в комплекте поставляется специальный адаптер). Я выбрал наружную установку, тат как в моем случае это было удобнее. Помпа питается от переменного напряжения 220 В, поэтому регулировать скорость ее вращения очень затруднительно (это возможно только изменением частоты переменного тока).
Помпа крепится на расширительном бачке через резиновое кольцо-прокладку прижимной скобой. В комплекте с помпой поставляется достаточно “хилый” выходной пластмассовый штуцер. Поэтому был выточен из бронзы новый штуцер. Также был изготовлен выходной разветвитель потока из двух обрезков медной трубки и сантехнического тройника (трубки запаяны в тройник горелкой). Сборка производилась на фум-ленте.



На адаптер для внешней установки оказывается приличное давление. Поскольку адаптер выполнен из пластмассы (надо сказать достаточно качественной), он может лопнуть, что приведет к выливанию приличного объема теплоносителя. К тому же было необходимо обеспечить посадку для резинового кольца-прокладки. Конструкция помпы была усовершенствована. Адаптер был усилен. На токарном станке было выточено кольцо из бронзы и залито эпоксидной смолой.



Далее помпа крепится фланцу бачка скобой (из велосипедной спицы). Для дополнительной герметизации использован нейтральный силикон.



При работе помпа вибрирует. Жесткое крепление помпы к бачку с теплоносителем увеличивает массу конструкции. Амплитуда вибрации уменьшается, но вибрация есть все равно. Для устранения передачи вибрации на корпус компьютера (при жестком креплении корпус будет жутко гудеть) я применил мягкое крепление конструкции бачок-помпа к корпусу (точнее к его крышке). Для этого из листа ПВХ вырезана пластина.



Бачок крепится к этой пластине четырьмя пружинами в упор на 4 виброгасителя, изъятых из старого CD-ROM. Конструкция в сборе:



Далее вся система крепится 4-мя саморезами к крышке компьютера.
Вся система в сборе:



Подобная конструкция позволяет извлекать СВО для возможного ремонта или других целей из компьютера очень быстро. Для этого надо освободить водоблоки, отвинтить винты крепления верхней крышки корпуса, разъединить разъем питания 220В (он виден на верхнем фото) и вынуть всю систему из ПК, даже не сливая теплоноситель.
В процессе эксплуатации помпы развалился импеллер (ротор). Вероятно, это произошло потому, что при вставке импеллера в помпу я резко отпустил его и при втягивании магнитом он ударился об дно посадочного отверстия, издав громкий щелчок. Проработав пару недель, он развалился и помпа “зарычала”. Поэтому была куплена вторая помпа (про запас на случай поломки первой и снятия их с производства в будущем). Поломанный импеллер был восстановлен путем изготовления нового основания из капролона (капролон – очень твердый материал, по механическим свойствам близкий к бронзе) и отложен в резерв.



Также выяснилось, что при длительной работе помпа сильно греется. Это связано с тем, что она находится вне воздушного потока. В помпе есть термозащита. При достижении некоторой температуры она выключается. Один раз в жаркий летний вечер это произошло. Помпа остановилась, и компьютер работал несколько часов без циркуляции теплоносителя. Поскольку компьютер был загружен созданием DVD в Pinnacle Studio, то прогрелся серьезно (я чуть не обжегся об водоблок). Процессор впал в тротлинг, но работал. Сначала я подумал, что помпа сгорела, и опечалился, но на другой день она работала как новая, что обрадовало. Было решено дуть на нее маленьким вентилятором (в будущем надо будет просто прорезать отверстие в крышке над помпой и закрыть его декоративной решеткой). Больше подобного не случалось.

Шланги

Шланги из поливинилхлорида, армированные. Внутренний диаметр 10 мм. Шланг бак-радиатор силиконовый без армирования (диаметр 15 мм).

Водоблок для процессора

Создание водоблока, вероятно, самый сложный этап в создании СВО. В настоящее время в продаже появилось достаточное количество заводских водоблоков. Но даже сейчас медных среди них не много, а мощных еще меньше. За рубежом можно купить даже серебряные водоблоки. Но я решил изготовить свои.
После длительных поисков я раздобыл медную заготовку толщиной 10 мм (обрезок высокоамперной шины) из чистой меди. На чуде зарубежного станкостроения была отфрезерована подошва и две плексигласовые крышки (для Socket 478 и LGA775).



Прокладка отлита из двухкомпонентной силиконовой резины. Крепится крышка 8-ю нержавеющими болтами. В процессе фрезерования меди использовалось масло, для плексигласа (а также при сверлении) вода. Штуцера самодельные, выточены из бронзы. Резиновые кольца-прокладки куплены в сантехническом магазине.

Водоблок северного моста

Водоблок для северного моста гораздо проще по своей конструкции (связи с малым тепловыделением MCH). Он состоит из медной пластинки, плексигласовой крышки с каналом для теплоносителя, двух штуцеров и крепежного фланца. Медная пластина отполирована и герметизирована нейтральным силиконом. Крепежный фланец сделан из поликарбоната (этот материал очень прочный, упругий и не подвержен растрескиванию). В случае замены материнской платы фланец заменяется на другой, рассчитанный под новое крепление.



Водоблок для видеоадаптера

Водоблок для видеоадаптера является самым сложным водоблоком в системе. Я долго думал, как сделать такой водоблок, чтобы его можно было устанавливать на разные видеокарты. Вся проблема в том, что я хотел охлаждать видеопамять жидкостью. Решение оказалось достаточно простым. Было решено сделать “лапки” для охлаждения микросхем памяти. “Лапки” крепятся к основному корпусу водоблока. Получилось нечто следующее:





“Лапки” соединены нержавеющими болтами через КТП-8. Изготовлены “лапки” из 4 мм меди в тисках при помощи молотка. Перед сгибанием медь была отожжена (разогрета на газу до красного свечения и остужена в холодной воде) для приобретения мягкости. Штуцера куплены в магазине (изначально он предназначены для воздушных компрессоров), но немного рассверлены с целью увеличения внутреннего диаметра (до 9 мм). К сожалению, я пока не знаю что буду делать если на следующей видеокарте память будет с обеих сторон видеокарты

Установка водоблоков
Водоблоки установлены на материнскую плату при помощи велосипедных спиц (нарезана резьба M3). Для эстетики на спицы надета черная термоусадка. Установка не жесткая, использованы пружины. Для водоблока MCH произведена пересадка защитной (от сколов) наклейки со штатного пассивного радиатора. На всех водоблоках использована паста КПТ-8.



Теплоноситель

В качестве теплоносителя в систему залита дистиллированная вода с добавлением (10-20%) концентрата тосола фирмы Mannol голубого цвета. Есть также красный, но голубой холоднее (шутка). Тосол добавляется в теплоноситель исключительно с целью дезинфекции. И тосол, и дистиллят куплены в автомагазине.

Доработка блока питания

Блок питания был немного доработан. Для обеспечения запуска помпы при включении компьютера. Для этого в него было вставлено реле от старого монитора. Реле питается от постоянного напряжения 12В и замыкает 220В цепь помпы.
Также для снижения в блоке питания был заменен штатный вентилятор (издававший приличный шум) на SMART, подключающийся к материнской плате.



Заправка и слив теплоносителя

Для заливки системы теплоносителем (когда СВО смонтирована в корпус) необходима воронка (куплена в автомагазине вместе с тосолом и дистиллятом). Корпус ставится на пол положением передней панелью вверх. Снимаем несколько заглушек 5” отсеков, отворачиваем горловину бачка и заливаем систему. Следует заметить, что при таком положении корпуса горловина является самой верхней точкой. Если не торопиться, то можно залить систему без пузырей с первого раза. Но я обычно тороплюсь и пузырей образуется много. Поэтому после первой фазы заливки я запускаю помпу на 30 секунд (для этого используется дополнительный кабель, подключаемый к разъему питания помпы) и она выгоняет весь воздух. Далее нужно долить остаток и завернуть пробку. В течение нескольких дней работы растворенный в теплоносителе воздух собирается пузырем в бачке и не мешает работе системы. Если этот пузырь будет очень большим, то помпа может периодически засасывать его и издавать звук, который изначально сильно меня пугал. Эффект устраняется доливом теплоносителя. За полгода использования я ни разу не доливал систему.
Для слива теплоносителя системный блок ставится на 2 табуретки “мордой вниз”. Горловина при таком положении является самой нижней точкой. Отворачиваем пробку и сливаем теплоноситель в канистру (или другую емкость) через воронку.

Система в сборе

Фотографии системы в сборе. Для уменьшения шума, издаваемого жесткими дисками, они прикреплены (точнее подвешены) при помощи резиновых полос.



Заключение

На момент сборки у меня был процессор Intel P4 на ядре Prescott. С новой СВО он никогда не разогревался более 50°C летом на самых жестких тестах, но в силу своей неудачности он брал частоту не более 3.5ГГц. Потом я сменил его на Cedar Mill, который сейчас работает на частоте 4.5 Гц на стандартном напряжении питания. Его теплораспределитель представлял из себя “корыто”, поэтому его пришлось выровнять и отполировать (убив гарантию на 2-ой день использования). Его потолок 4.8ГГц, но приходится сильно поднимать напряжение, сторонником чего я не являюсь. Максимально достигнутая температура была в районе 56-58°C. Без нагрузки температура держится в районе 38-42°C.



Видеоадаптер (ASUS 6600GT) работает на 600/1200. Его термодатчик несет полную чушь, поэтому реальной его температуры я не знаю. На ощупь все водоблоки системы под нагрузкой чуть тепленькие (около 40°C)
Главным достижением является сведение шума от ПК к минимуму (стал слышен шум винчестеров) и получение морального удовлетворения от содеянного.

Благодарности

Я благодарю всех, кто прямо или косвенно содействовал созданию системы и написанию статьи.

Статья написана для публикации на сайте www.overclockers.ru
28 ноября 2006г.
Артем Докукин


Обсуждение в форуме:
http://forums.overclockers.ru/viewtopic.php?p=3233675#3233675




Оценитe материал

Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают