Что самое ценное на свете и чего всегда не хватает? Времени. Оно же и самый первейший враг человека. Все отношения построены на нем: выполнить работу к определенному сроку, непременно успеть на встречу. Успеть, поспеть, не опоздать. А его все равно не хватает. И летит оно, летит…
Кажется, вчера было. 17 декабря 2007 года. День выхода моей статьи «Легких каскадов не бывает». Я тогда построил каскадную холодильную машину для охлаждения процессора. Добился температуры в минус 106 градусов по Цельсию…
… и дело кончилось ничем. Я так и не смог раздобыть подходящий процессор для разгона. Шло время, «фреонки» и каскады вышли из моды. Единственным и непревзойденным королем охлаждения остался жидкий азот.
Да, азот самый доступный газ в жидкой фракции. Не горюч. Относительно недорог. Результат намного выше фреоночного. Купить «стакан» и сосуд Дьюара проблем не составит. А как зрелищно смотрятся азотные шоу, если их делают профессионалы! Да если еще видео смонтировать и под энергичную музыку…
А что «фреонки» и каскады? Практически исчезли. Хотя первые по-прежнему есть у многих оверклокеров. И ими даже иногда пользуются. А вот с каскадами все намного хуже. Есть один в Украине. А с недавних пор есть еще один в Брянске. Ник владельца и мастера в одном лице EXtReMe.
Не буду скрывать, что последний год меня не оставляла мысль попробовать свой каскад в деле. Но останавливало одно – этилен. Вернее, его количество. Каскад в том виде, в котором он был сделан, не справится с тепловыделением современного процессора, и его нужно было переделывать. Переделка – это значит пайка, вакуумирование и заправка. А этилена осталось на один раз.
Напомню, что этилен самый «злой» хладагент для низкотемпературной ступени каскада. Его в нашей стране в качестве хладагента не используют, а производят как сырье для химической промышленности. Достать его практически невозможно. По-моему, мне единственному на территории пост-СССР удалось это сделать. А что такое одна заправка? Малейшая неточность, ошибка и газа больше нет. Вот я и берег его как зеницу ока.
Но тут произошло событие. Мне случайно на глаза попался прайс «Холодмаш» и, листая его, я обнаружил фреон R-23. На первый взгляд, ничего особенного. Но расфасовка! Раньше этот хладагент продавался в здоровенных баллонах. Мало того, что килограмм стоил почти тысячу рублей, так еще и фасовали его в огромные баллоны. И цена получалась просто неподъемная. Да и куда девать 15 кг этого дорогостоящего газа?
А тут баллон небольшой и в нем всего 7 кг. И ценник соответственно в два раза ниже. Нужно было срочно брать, что я и сделал. Правда, на R-23 «минус сто» не получить. А вот «минус девяносто» вполне, пусть и без нагрузки. Газа большое количество. Можно спокойно настраивать каскад, перепаивать и перезаправлять, сколько захочется. А как будет все отлажено и проверено – заправить этиленом. Такой вот появился план, и я приступил к его выполнению.
Для начала немного теории, чтобы было понятно, что же такое каскад и зачем он собственно нужен. Начну издалека, дабы просветить тех, кто не в курсе. А вот те, кто в теме, могут совершенно свободно пропустить данный раздел.
«Фреонка» – холодильная машина, принцип работы которой основан на явлении фазового перехода. Хладагент сжимается компрессором. Естественно, при этом он нагревается, после чего поступает в конденсатор, где охлаждается и конденсируется в жидкую фазу, после чего, проходя сквозь фильтр-осушитель, попадает в дроссель. Это может быть капиллярная трубка или терморегулирующий вентиль.
Говоря проще, устройство с большим гидродинамическим сопротивлением. Проходя сквозь него, жидкий хладагент попадает в зону пониженного давления (испаритель), где он закипает с поглощением большого количества тепла. Испаритель охлаждается, остужая заодно и разогнанный процессор. После чего испарившийся газообразный хладагент опять попадает в компрессор и цикл повторяется. Все просто и известно. Но, всегда есть это противное «но».
Существует такое понятие – критические параметры газов. Что это?
Критические температура и давление. Газы могут быть превращены сжатием в жидкость при условии, что температура не превышает определенного для каждого газа значения.
Температура, при которой и выше которой данный газ не может быть сжижен никаким повышением давления, называется критической Ткр.
Давление, при котором и выше которого повышением температуры нельзя испарить жидкость, называется критическим Pкр.
Получается, что в такой машине не удастся использовать хладагенты с температурой кипения ниже -60 градусов Цельсия. Для примера возьмем хладагент R410 с температурой кипения при атмосферном давлении -51.6. Для его конденсации при +35 понадобится давление 21.3 атм. Компрессор может обеспечить разность давлений не более 15-25 атм. Вот и выходит так, что R410 практически предел для одноконтурной системы.
Если взять фреон с более низкой температурой кипения (ниже -60°C), тот же фреон R23 с температурой кипения -82.1 при атмосферном давлении, то для того, чтобы сконденсировать его при тех же +35°C, нужно будет создать давление 60.3 атм. На такие значения обычный компрессор не рассчитан. Как уменьшить давление конденсации? Ответ прост – снизить температуру конденсации. Для этого придется охлаждать конденсатор «фреонки» еще одной «фреонкой».
При температуре -25°C для конденсации того же R23 потребуется создать давление порядка 12-ти атм. Что вполне реально. И на испарителе низкотемпературного контура можно получить -82 градуса по Цельсию.
Рассмотрим подробнее схему работы такой машины.
Начнем с определения:
Простейшая каскадная машина состоит из двух одноступенчатых машин, называемых верхней и нижней ветвью каскада. Нижняя ветвь каскада отнимает тепло у потребителя холода и работает на агенте высокого давления, а верхняя, работающая на агенте, применяемом для умеренных температур, охлаждает конденсатор нижней ветви.
Это определение из учебника. На практике для устойчивой работы такой машины в контур добавляются еще некоторые устройства. Рассмотрим полную схему моего варианта. Нужно сказать сразу, что рассчитывал сей агрегат не я. Есть на форуме профессионал, скрывающийся под ником Boud. Это куратор всех тем, касающихся холода. Он помог с расчётами и подсказал несколько способов повысить хладопроизводительность. Изначально каскад рассчитывался на хладопроизводительность 250-300 Вт. Но добавление в него предохладителя и расширительной емкости позволило увеличить эти цифры.
Буквами А и В обозначены смотровые стекла, а цифрами 1/2/3/4 – соленоидные вентили.
Сначала рассмотрим верхнюю ступень. В ней, согласно расчётам, должен стоять компрессор объемом 26 куб. см. Компрессор сжимает фреон, который затем подается в конденсатор, мощностью от 1.8 кВт. Далее сжиженный газ поступает в ресивер. Это сосуд для хранения запаса жидкого фреона для обеспечения бесперебойной работы терморегулирующего вентиля (ТРВ). В моей системе установлен ресивер объемом 1.2 литра. Марка – BC-RV-1.2L. Далее для контроля стоит смотровое стекло А. В него хорошо виден жидкий хладагент, который должен быть без пузырьков. Затем идет фильтр-осушитель и собственно сам ТРВ.
Терморегулирующий вентиль (ТРВ) представляет собой устройство с высоким гидравлическим сопротивлением, способное менять свое проходное сечение и, таким образом, регулировать количество поступающего в систему хладагента и его давление.
В моем случае используется ТРВ с термобаллоном. Помимо пружины, в нем на иглу действует сила, создаваемая давлением паров в термобаллоне, которая зависит от температуры баллона. При его размещении на выходе испарителя можно получить постоянную степень перегрева рабочего тела. Не будет ни перелива хладагента в испаритель, ни его недостатка при резком повышении нагрузки. ТРВ производства ALCO со вставкой 001. 3.2 кВт для R-22, при Ткип.-50°C, Т конд.+40°C.
После ТРВ жидкий фреон попадает в зону низкого давления в испаритель-теплообменник (на схеме «теплообменник»), где испаряясь, охлаждает фреон нижней ступени. Пары возвращаются обратно в компрессор. Теплообменник самодельный. Принцип «трубка в трубке», отрезок трубы 7/8 дюйма и семь отрезков капиллярной трубы с внутренним диаметром 1.83 мм. Общая длина: 4.5 м. Расчётная мощность от трех до четырех киловатт. Расчёты Boud.
Для контроля работы в контур системы впаяны два манометра, по одному в зону высокого и низкого давлений. А для вакуумирования и заправки впаян клапан Шредера. На схеме отсутствуют.
Теперь нижняя ступень. Для нее расчётный объем компрессора составил 18 куб. см. У меня использован компрессор Aspera T 2168 GK R-404, объемом 17.40 куб. см. Он сжимает хладагент, тот нагревается и поступает в предохладитель. Это конденсатор марки LU-VE, мощностью 800 Вт. Сделано для снижения нагрузки на верхнюю ступень каскада. Далее хладагент попадает в маслоотделитель. В контуре холодильной машины вместе с фреоном циркулирует и масло, которое залито в компрессор и которое во время его работы непрерывно его смазывает. В одноступенчатых машинах это не страшно. Но при температурах ниже –60°C масло начинает замерзать и забивать дросселирующий элемент, что приводит к нарушению работы машины. Для исключения этого и ставят специальный прибор – маслоотделитель.
Для возврата масла в систему изготавливается отдельная магистраль – от выходного масляного патрубка маслоотделителя на линию всасывания. Для слива масла в эту магистраль ставят вентиль 1 и смотровое стекло В, по которому можно контролировать слив масла обратно в систему. Для исключения скачков давления ставится еще отрезок капиллярной трубки. Чем длиннее, тем более плавно будет происходить процесс.
Идем дальше. Очищенный от масла хладагент поступает в теплообменник, где охлаждается и сжижается, после чего через фильтр-осушитель попадает в дросселирующий элемент, на схеме CPEV. О нем хочется рассказать более подробно.
Если в обычной «фреонке» используется кусок капиллярной трубки, то здесь это большая роскошь. Количество хладагента, поступающего в испаритель, регулируется дросселирующим элементом (дросселем). Несмотря на предварительный расчет длины капилляра, «фреонка» все равно настраивается под определенную нагрузку подбором длины капилляра. Фреон для нее относительно недорогой, поэтому такой расход допустим. А в случае с дорогим низкотемпературным это уже излишество.
В качестве дросселя нижней ступени лучшим выбором является CPEV. Это регулятор, который поддерживает заданный перепад давлений. Он позволяет автоматически контролировать температуру испарения, при условии постоянной температуры конденсации. Должен работать по давлению всасывания, при понижении – открываться, при повышении – закрываться. Регулируется перегрев болтом. У меня в системе использован прибор марки CPEV Fach «PZ». Также во время работы процессора происходят большие перепады его тепловыделения. Этим прибором можно оперативно регулировать подачу фреона в испаритель.
От него с помощью толстой капиллярной трубки хладагент поступает в испаритель, где испаряется, охлаждает процессор и возвращается обратно в компрессор. Подчеркну, что капилляр большого сечения и играет роль трубопровода, по которому фреон доставляется в испаритель. В идеале он не должен дросселировать. Можно поставить более толстую трубку, но тогда гибкость «хобота» «фреонки» будет сильно ограничена и затруднена установка самого испарителя на разъем процессора.
Вот как бы и весь процесс. Так построены все каскады, используемые оверклокерами. Но после выключения такого каскада жидкий R-23 начинает испаряться. А при температуре +25°C давление насыщенных паров фреона 23 составляет 47.3 кг. Что немало. А сильфон из нержавеющей стали, используемый для всасывающей трубки, сертифицирован на давление до 16 кг. Такое высокое стояночное давление просто опасно. Есть и еще один большой минус. При таком высоком давлении в момент включения компрессор будет испытывать высокие перегрузки и может просто не справиться, выйдя из строя из-за перегрева. Поэтому в верхнюю ступень ставятся такие большие компрессоры. Но всего этого можно избежать, поставив в контур расширительную емкость.
После выключения каскада открывается расширительная емкость вентилем 3, объем контура во много раз увеличивается и стояночное давление снижается. При пуске системы вентиль 3 закрыт. Открывается вентиль 4 и через отрезок капиллярной трубки хладагент из расширительной емкости подается на линию всасывания. Пуск происходит плавно, без больших нагрузок на компрессор. Можно периодически вентиль 4 закрывать и подавать хладагент порциями. Пуск будет еще более плавным, одновременно снизится и нагрузка на компрессор.
В моем случае расширительная емкость была подключена через отрезки капиллярных трубок к линиям всасывания и нагнетания. Закрываются и открываются линии сильфонными вентилями с электроуправлением.
Еще один большой плюс расширительной емкости в том, что с ее помощью можно регулировать количество хладагента в системе. Если процессор с большим тепловыделением – добавить, если с небольшим, то убавить.
Предусмотрена возможность выкачать хладагент из системы. Для этого во время работы каскада закрывается вентиль 2 и открывается вентиль 3. Компрессор закачивает весь хладагент в расширительную емкость, после чего вентиль 3 закрывается. Газ в емкости. Контур можно ремонтировать, перепаивать. Потом он вакуумируется и заправляется уже из расширительной емкости.
И есть всего два недостатка – габариты и некоторое удорожание системы. Хотя меня эти недостатки не испугали. Удорожание практически на стоимость трех вентилей. Пустой баллон из-под фреона в холодильных магазинах отдадут бесплатно.
Итак, вы прошли через краткий пересказ моей системы. А теперь расскажу о некоторой модернизации этого устройства.
Когда-то была цель собрать большой корпус, в котором можно было бы разместить несколько систем охлаждения – каскад и пару фреонок для видеокарт. И чтобы оставалось место для расширения каскада еще на одну ступень. Получилось очень громоздко и неудобно. Поэтому решено было переделать девайс под «стол», под столешницей которого размещен каскад, а на столешнице – панель управления им. На столе будет удобно разместить корпус-стенд для разгона и кронштейн для крепления монитора.
И вот я выкатил сооружение. Рассмотрим последний раз перед разборкой.
Собственно, сам каскад расположен в средней части конструкции.
Под ним две расширительные емкости. Одна действующая, вторая в запас для гипотетической третьей ступени. Каркас собран из металлического профиля для гипсокартонных потолков. Острые кромки и спорный внешний вид.
Все покрыто многолетним слоем пыли.
Приступаю к разборке.
Самым трудным оказалось снять платформу с компрессорами с рамы. Очень уж тяжелая. С этой задачей я справился с помощью супруги. После снятия она сразу же была поставлена на платформу с колесами – будущую основу стола.
Всасывающая трубка мне показалась коротковатой. Идет под замену. И испаритель я тоже решил поставить другой. Это мой самый первый испаритель: четыре этажа, на каждом спираль. А был классический сердечник, вокруг которого выточена спиральная прорезь. Почему было решено его сменить? В испаритель, который стоял при изготовлении, была впаяна капиллярная трубка внутренним диаметром 0.8 мм. Это отлично для «фреонки», а для каскада плохо – будет дополнительное дросселирование после регулятора давления. Температуры, конечно, будут немного ниже, но при более низкой производительности. А я решил прокачать каскад по максимуму.
К тому же мне не очень по душе классическая схема испарителя. Вернее, раньше это было отлично, но теперь при таком высоком уровне тепловыделения процессора толстенная подошва в сочетании с сердечником выглядит неубедительно. Слишком толстый слой меди между охлаждающей жидкостью (сжиженным фреоном) и крышкой ЦП. Вспомним, шесть-семь лет назад и водоблоки были с толстыми подошвами, а теперь предпочтение отдается микроканалу и минимальной толщине.
Сделать по такому типу испаритель, скорее всего, не получится, слишком тонкий слой меди будет в микроканалах и стояночным давлением их может выдавить наружу. Но в дальнейшем я обязательно попробую найти компромисс.
В моем старом испарителе подошва намного тоньше и присутствует фрезерованная спираль по всей ее площади. Сквозь все этажи просверлено отверстие под капилляр и вставляется он точно по центру подошвы. Но тут-то и вся загвоздка. Отверстие просверлено под диаметр капилляра 0.8 мм. А я хочу магистраль от CPEV сделать самым толстым капилляром с внутренним диаметром 1.98 мм.
Пришлось отрезать входной патрубок и рассверливать. Рассверливал я, держа дрель снизу, чтобы стружка по возможности падала вниз, а не оставалась в испарителе. Но все равно потом долго тряс его и продувал сжатым воздухом. Рискованное занятие: если стружка там все же осталась, то она обязательно забьет какой-либо капилляр и система перестанет работать. Это в лучшем случае, а в худшем выйдет из строя компрессор.
После этого был припаян новый патрубок к испарителю с отверстием под толстый капилляр. Перед припаиванием его к всасывающей трубке я решил притереть испаритель с целью добиться абсолютно ровного основания. В сети можно найти кучу руководств на эту тему. В моем случае использовалась паста для притирки клапанов, все притиралось на толстом стекле.
С первого взгляда можно подумать, что это долгое и муторное занятие. Но на самом деле все делается довольно быстро и результат отличный.
Также было решено сделать новую расширительную емкость. Те, что у меня были, рассчитаны на использование в горизонтальном положении. А с новой компоновкой емкость будет стоять вертикально. Тут есть небольшая тонкость. Выходной капилляр должен быть припаян в самой нижней точке емкости. Во время работы в нее все же попадает масло и если оно там накопится, то компрессор может заклинить. А так при пуске масло будет возвращаться в систему самотеком.
И сверлить емкость надо «по-хитрому». Сверлом делается только углубление, а потом тонкое место пробивается пробойником. Это исключает попадание стружки в систему.
Переделываю всю всасывающую магистраль и подпаиваю расширительную емкость. На пуск она перекрывается соленоидным вентилем с электроуправлением, на вход использован штатный вентиль баллона. Креплю немного иначе пусковые устройства компрессоров. Устанавливаю блок питания 12 вольт, это для питания вентиляторов и подсветки.
На фотографии выше можно заметить оранжевый ящик, в нем находится залитый монтажной пеной теплообменник. Вид не очень нарядный. И я обернул его слоем пенофола, закрепив его на двухсторонний скотч. И дополнительная теплоизоляция, и вид поприличнее.
В углах платформы просверлил отверстия и вставил в них резьбовые шпильки диаметром 16 мм. Сделал электромонтаж. Все провода протащил в металлорукав и вывел сверху. Это пойдет в пульт управления.
Сам пульт будет размещен в электромонтажной коробке. На снимке она сверху, отверстия уже размечены и частично прорезаны.
После прорезки отверстий коробка была покрашена краской «Hammerite», цвет – «серебристая молотковая».
Пока краска сохла, я обрезал шпильки на такую высоту, чтобы итоговая высота столешницы равнялась 74 см. Это укладывается в допуски стандартной высоты стола. На шпильки прикрутил алюминиевую квадратную трубу, а к ней столешницу.
В столешнице коронкой прорезал два отверстия, одно для «хобота» каскада, второе для кабеля пульта управления. Края отверстий замаскировал ободами от светильников-спотов.
Коробку пульта прикрепил к столешнице на частях, оставшихся от кронштейна крепления монитора к стене.
На предохладитель сделал новый обдув. Раньше стояло два 120 мм вентилятора, теперь же я циакрином склеил четыре «стодвадцатки» и прикрепил их к конденсатору. Лучше охлаждение 23-тьего – ниже нагрузка на компрессор верхней ступени. И вот, вроде бы и все, конструкция готова к заправке.
На пульте слева разместились два термометра. Верхний показывает температуру на выходе теплообменника верхней ступени, а нижний – на выходе теплообменника нижней ступени. Тумблеры с красными крышками. Первый включает блок питания, и вентиляторы начинают вращаться, второй включает компрессор верхней ступени, третий – компрессор нижней. Если щелкнуть вторым тумблером, то ничего не включится, впрочем, как и третьим. Предусмотрена защита и включить можно только последовательно.
Как это ни прискорбно, но за столько лет я так и не обзавелся нормальным вакуумным насосом и все «по-колхозному» вакуумирую обычным холодильным компрессором. Подключил через манометрическую станцию к каскаду свой «компрессор-вакуумный насос» и стал подключать баллон с R-23. В наличии был переходник от кислородного баллона на клапан Шредера. Я стал его наворачивать и понял, что это невозможно! Диаметр резьбы на баллоне R-23 меньше, переходник проваливался! А я был полностью уверен, что у меня все есть! Пришлось срочно ехать в «Холодмаш», благо переходник там мне нашли.
Вернувшись домой, я навернул его на баллон и понял, что теперь шланг манометрической станции не наворачивается на переходник! Резьба другая. Нет, такие вопросы нужно решать кардинально. И я припаял к переходнику клапан Шредера.
Теперь все подошло. Но время! Еще два дня были потрачены впустую. Начинаю заправку.
Во время всех этих переделок я совершенно не трогал верхнюю ступень. Она как была заправлена в 2007 году, так и осталась. Я не стал сразу перезаправлять ее, а решил сначала проверить. Включил и, о, чудо, все прекрасно заработало. На фотографии виден жидкий фреон в смотровом стекле. Давления в норме.
Теплообменник охладился за считанные минуты. За столько лет никаких утечек. Как говорят мотористы в автосервисе – если мотор работает, не мешай ему. И я не стал ничего менять.
Приступаю к нижней. Сначала вакуумирование. Объем контура большой, на эту процедуру с перерывами пришлось потратить несколько часов. Затем включил верхнюю ступень, подождал, пока она охладит теплообменник до -42°C, включил компрессор нижней ступени и стал небольшими порциями подавать в контур R-23.
Минут через 10 CPEV начал захолаживаться. Давление на нагнетании при этом достигло 9 кг. Я продолжал добавлять газ в систему и испаритель начал промерзать. При этом стала громко хрустеть всасывающая гофра из нержавейки. Температура быстро стала падать. И вот она уже ниже -80°C.
Ниже -90°C на градуснике увидеть так и не удалось.
С толстой капиллярой на подачу фреона в испаритель CPEV регулировал перегрев очень хорошо. Результат регулировки можно отслеживать по температурам и длине промерзания всасывающей трубки.
На верхнем снимке слева CPEV, а справа ТРВ. Красивый иней.
Заправка окончена, и я выключил каскад. После выключения открыл вентиль на расширительной емкости (на вход). Газ зашипел, и давление стало падать. Даже когда весь R-23 испарился, стояночное давление не превысило 5 кг. Емкость рулит! Не понравилось лишь то, что одинарная теплоизоляция на всасывающей трубке практически промерзла. На ее поверхности выступил легкий иней. Надо добавить второй слой.
Но заправка без нагрузки не показатель. Посмотрим, что получится на реальном «железе».
Для тестирования использовались следующие комплектующие:
В процессе работы применялось следующее программное обеспечение:
Вспомогательные утилиты:
Синтетические тесты:
Прикладное программное обеспечение:
После успешной заправки я как всегда дал системе «выстояться» несколько дней. Всегда так делаю, чтобы по показаниям манометров определить, есть ли утечка в системе.
Манометры нижней ступени стояли, как вкопанные, ровно на 5 кг. За это время я успел улучшить теплоизоляцию и сменить блок питания 12 В системы. Приобрел специализированный для светодиодных лент 100 Вт. Удобно. И вентиляторы запитаю, и подсветку. Напомню, что вентиляторы, стоящие в системе, я всегда подключаю от отдельного источника. Благодаря этому достигается возможность оставлять их на некоторое время работающими.
В такой предусмотрительности есть смысл, поскольку в испарителе и всасывающей трубке после выключения остается некоторое количество не выкипевшего хладагента и на поверхности способен выпасть конденсат. Он может стечь на комплектующие и привести к нежелательным замыканиям. Вдобавок сами компрессоры быстрее охлаждаются. И время до следующего пуска системы можно уменьшить. При старте компрессоры нагреваются сильнее, чем в момент выхода на режим. А если компрессор уже горячий, да еще его нагрузить следующим пуском… Нехорошо.
Установил на стол каскада свой стенд – акриловый корпус. Подготовил материнскую плату – загерметизировал сокет бостиком, обеспечил необходимую теплоизоляцию. Установил испаритель.
Несколько раз снимал его и проверял точность установки по отпечатку термопасты. Наконец все получилось и отпечаток меня устроил. Можно запускать и пробовать систему в боевых условиях.
Первым тумблером включаю блок питания системы и вентиляторы. Щелкаю вторым тумблером – включается компрессор верхней ступени. Буквально через 3 минуты всасывающая трубка компрессора промерзла до входа в него. Температура на выходе теплообменника составила -33.8°C. ТРВ начал закрываться, чтобы предотвратить залив компрессора жидким хладагентом и еще через 3 минуты на выходе теплообменника было -42°C. Пора включать нижнюю ступень.
Щёлкнул третий тумблер, компрессор заурчал. Перед пуском требуется слить масло из маслоотделителя. Еще один щелчок тумблера и сильфонный вентиль открыт. Заглядываю в смотровое стекло и почему-то не вижу масло. Наверное, не успело скопиться, поскольку время работы каскада невелико. Закрываю линию возврата масла и открываю линию на всасывание из расширительной емкости. Мне не нужно несколько раз отпирать и запирать вентиль. Из емкости идет капиллярная трубка, она обеспечивает плавный без рывка пуск нижней ступени.
Давление на нагнетании стало плавно расти. 6.7 кг… И на 17-той минуте работы каскада достигло 9 кг, CPEV начал захолаживаться.
Еще 7 минут и на испарителе -42°C. Можно включать компьютер. Пока буду лазить по BIOS, испаритель охладится еще.
«Пуск», и сразу в BIOS, в раздел мониторинга. Напряжение на процессоре 1.73 В. А его температура при этом – 19°C. И это когда на испарителе всего -42°C. Моя модель со спиралями на каждом этаже справляется очень неплохо.
Каскад работает, температуры ползут вниз.
Работа в BIOS греет процессор достаточно сильно, пусть и не так как «Линпак». На испарителе уже -78°C, а температура процессора по данным BIOS -50°C.
И я пробую загрузиться с максимальными настройками, полученными на чиллере, но с более высоким напряжением на процессоре. Не терпится посмотреть, как каскад будет держать нагрузку. «Семерка» загрузилась без проблем. Температуры за это время еще немного упали, и было решено запустить «Линпак».
Сначала даже было интересно, программа нагружает процессор по полной, а его температура не увеличивается. И тут произошло неожиданное! Температура испарителя стала быстро расти! Температура процессора сразу с нуля (программа не понимает температуры ниже) выросла до +8 градусов Цельсия. И во всасывающей трубке начались странные щелчки! Щелкало все громче и громче. Я никак не мог понять, в чем дело! Температура резко пошла вверх, а в трубке щелкало, как будто она подверглась воздействию очень низкой температуры. Я выключил комп и стал осматривать всасывающую магистраль. Ничего.
И тут мой взгляд случайно упал на манометр нагнетания нижней ступени и ох… ох, как я перепугался. Стрелка манометра зашкалила и уперлась в ограничитель, а последняя цифра на его шкале 34 кг!!! Еще немного и… все разорвет к чертовой матери! Неслабо перетрусив, я сразу выключил компрессор и открыл вентиль расширительной емкости. Давление упало. Немного отлегло. Что же случилось? Видимо, засорился CPEV.
Есть метод, позволяющий устранить засор, правда, он не всегда помогает. Я покрутил его болт в разные стороны и еще раз включил компрессор нижней ступени. Верхний работать не прекращал. Манипуляции не помогли, давление стало быстро расти и достигло 20 кг. Я выключил компрессор. Давление остановилось и не падало. Засор.
Было решено сбросить давление на этот раз не вентилем расширительной емкости, а вентилем сброса масла. Щелкнул тумблером, вентиль открылся, а давление не уменьшалось! И тут засор. Что такое? Почему все сразу резко засорилось?
Проанализировав ситуацию, я пришел к выводу, что засорилась сначала линия возврата масла. Поэтому в самом начале, при включении, я не увидел его в смотровом стекле. Масло курсировало по системе и при понижении температуры ниже -60°C просто замерзло в CPEV и он закрылся (засорился замёрзшим маслом).
Видимо, я все же плохо продул испаритель после рассверливания отверстия под толстый капилляр подачи хладагента. Кусок стружки забил капилляр возврата масла. Нужно проверить эту гипотезу.
У меня на линии возврата масла стоят два вентиля. Один сильфонный, второй заправочный от кондиционера. Сильфонный немного травил, и я подстраховался, поставив еще один вентиль. Он присоединен на развальцовке. Я открутил гайку, соединяющую вентиль с капилляром. Из вентиля фреон шел, а из капилляра нет. Закрыл вентиль. Открыл расширительную емкость, давление в контуре уровнялось и достигло 5 кг. Но фреон из капилляра совершенно не шел. Точно засор.
Случается, что мусор забивает капилляр сразу при входе. Я с фонариком осмотрел патрубок, отверстие в капилляре просматривалось. Я отрезал 10 см капилляра в надежде, что засорилось в самом начале. Не помогло. Отрезал еще 15 см… Газ не выходил. Допустим, я укорочу капилляр еще, и если мне даже повезет и мусор окажется в этом отрезке, все равно придется снимать конденсатор верхней ступени для пайки. А это означает перепайку верхней ступени и ее перезаправку. Делать этого очень не хотелось.
Я запаял злосчастный капилляр и стал прикидывать, куда впаяться для возврата масла в систему.
У расширительной емкости есть два входа. Один с всасывающей магистрали, второй с нагнетающей. Я отрезал капилляр на всасывании, впаял трубку-тройник и припаял к ней капилляр возврата масла. Обошлось малой кровью.
Но теперь надо опять вакуумировать и заправлять нижнюю ступень.
Опять многочасовое вакуумирование. Но на этот раз заправка прошла, как мне показалось, быстрее. Сразу пробовать на разгон процессор я не стал, хотя и очень хотелось. Не стал менять традиции и оставил каскад в покое на ночь. За ночь давления практически не изменились. Можно проводить испытания.
Включаю верхнюю ступень, жду, когда температура на выходе теплообменника понизится до -42°C. Включаю нижнюю. Несколько раз, щелкая тумблером, потихоньку подаю 23-ий в контур. Температура на выходе теплообменника нижнего контура так же падает до -42°C. CPEV начинает захолаживаться… Красота! И… опять давление на нагнетании начинает быстро расти!!!
Как же так? Я же слил масло из маслоотделителя, оно замерзнуть в CPEV не должно. Останавливаю компрессор и проверяю линию возврата масла. Открываю ее, давление на нагнетании падает. Значит, засора нет. Опять включаю компрессор, но уже с закрытой расширительной емкостью и небольшим количеством 23-го в контуре. Давление нагнетания поднимается до 14 кг. Давление всасывания минусовое. Ближе к -1 кг! Что такое?
И тут температура на выходе теплообменника (ТО) нижнего контура начала расти! Верхняя ступень вовсю его морозит, на термометре -44°C. А на выходе -15°C!!! Я попробовал добавить 23-го. Давление нагнетания выросло. На всасывании опять -1 кг. А температура еще увеличилась…
Опять засор. Выключаю систему и начинаю искать место засора. Благо нижняя ступень у меня почти вся на вальцованных соединениях. Начинаю с CPEV. Откручиваю с его выхода капилляр на испаритель. Шипения нет! Газ не выходит из CPEV. Выкрутив его на максимум – шипения нет! Откручиваю гайку на входе CPEV – шипения нет. Значит, CPEV не при чём. Пробую его продуть фреоном – шипит, газ сквозь него проходит. Иду дальше. Раскручиваю соединение на выходе теплообменника нижней ступени. Шипения нет. Манометр на нагнетании как показывал 14 кг, так и показывает. Откручиваю соединение на входе теплообменника – зашипело!!! Значит до ТО все нормально, а после газа нет. Засор в теплообменнике! Что делать?
Подключаю компрессор (которым вакуумирую) на выход ТО и продуваю его. Воздух проходит. Пробую продуть в другую сторону – проходит. Значит либо мусор вылетел, либо… Есть вероятность, что 23-ий содержит влагу, которая замерзла в ТО. Но почему при заправке все нормально? Засоры появляются только после нее на втором включении. Загадка.
Пробую заправить еще раз. Заправляю. Уже кажется на автомате. Все работает как часы. Включил компьютер. Температура испарителя -78°C под нагрузкой BIOS. Все идеально. Выключаю. Жду два часа. Включаю, как только CPEV начал захолаживаться и температура испарителя достигла -10°C… Давление начало расти. На всасывании -1. Опять засор. Температура на выходе ТО в нижнем контуре тоже стала резко расти. Опять забит ТО.
Как это происходит, совершенно непонятно. Если в нем что-то замерзает (влага, масло, не знаю что), то завтра когда ТО прогреется до комнатной температуры, засор исчезнет и каскад заработает. Если нет, то точно механический мусор. Одно непонятно. Там идет вертикальный патрубок, из которого выходят горизонтально семь капилляров с внутренним диаметром 1.83 мм. Что такое может одновременно забить семь отверстий диаметром 1.83 мм да еще расположенных вертикально? Не понимаю. Надо опять разбирать.
Прошла ночь, ТО прогрелся до комнатной температуры. Запуск. Верхняя ступень охладила ТО до -42°C. Включаю нижнюю. Температура на выходе 23-его стала резко падать. Давление на нагнетании поднялось до 10 кг. 23-ий стал конденсироваться, CPEV начал захолаживаться и… опять. Давление нагнетания стало резко расти, на всасывании отрицательное.
Выключаю оба компрессора. Давление на всасывании 23-его не падает. Через расширительную емкость поднял давление на всасывании до 1.5 кг. Это для того, чтобы при разборке системы влажный внешний воздух не засасывало внутрь. И опять откручиваю гайку на выходе ТО 23-его. Опять тишина. Засор в ТО!
Интересная деталь. Я не стал дожидаться, когда трубки согреются до комнатной температуры и стал откручивать замороженную гайку. И она лопнула.
Стал внимательно рассматривать соединение и понял, что во вторую гайку муфты труба входит под углом. Эту гайку я раскручивал в самом начале. Развернул соединение и увидел следующее.
Я так тянул, что сорвал всю развальцовку? Видимо, соединение все же травило и компрессор насосал в контур воздуха. Так, стоп. Как вальцовку не тяни, в цилиндр ее не вытянешь, быстрее гайка лопнет. Все же это произошло тогда, когда давление в контуре зашкалило за 34 кг. Видимо, давлением ее и вытянуло. Трубка дешевая. Надо будет заменить.
И тут начинает доходить, что я три или четыре раза заправлял систему с утечкой. Естественно внутрь попало еще больше воды, что и привело к полученному результату. Как-то мне старинный приятель рассказал занятную историю о том, что в древней Греции если человек наступал на грабли, то ему сочувствовали и помогали встать. Если он второй раз вставал на те же грабли, то уже не сочувствовали, а просто отворачивались. Если третий, то смеялись над ним и бросали в него грязью. Ну а если четвертый раз, то его просто выкидывали со скалы, как никчемную глупую вещь. Видимо, меня за последние четыре заправки тоже пора выкинуть.
Через муфту пытаюсь продуть ТО, естественно отсоединив его от системы и присоединив к нему баллон 22-го через шланг от манометрической станции.
На выход прилепил скотч, чтобы увидеть, что вылетит. Открыл вентиль баллона и обомлел. В ТО забулькало! И фреон почти не выходил. Мощный засор, и, скорее всего, лед. Через пару минут из ТО вылилась капля мутной воды.
И стало очень слабо шипеть. ТО холодный и лед не тает. Надавил в него давление, равное давлению в баллоне, и стал ждать. Периодически в ТО булькало и вылетали капли воды. Но шипение очень слабое, засор не устранен. Буду ждать, пока растает лед. А он потихоньку таял и с пофыркиванием из трубки вылетали брызги.
Вода в системе – катастрофа. Масло, циркулирующее в компрессоре, вступает с ней в химическую реакцию с образованием кислот, которые разъедают все внутри. Разрушается в первую очередь компрессор. Также вода замерзает и закупоривает тонкие трубы. И естественно система не работает. А у меня уже не влага, а ледяные залежи. Жду, пока растает, и изучаю в сети методы удаления влаги из контура. Влага. На сайтах холодильщиков подразумевается именно «влага» – пары воды. А тут льется! Что же рекомендуется?
Фильтр-осушитель под замену. Тщательное вакуумирование в несколько приемов со «срывом вакуума». Прогрев всех частей контура феном с одновременным вакуумированием. Работа компрессора под вакуумом. Неоднократная легкая заправка системы небольшим количеством фреона, работа системы, потом вакуумирование. Долгая работа, но сделать ее просто необходимо.
Для начала составляю список требуемых деталей и еду за покупками. В первую очередь усыпляю жабу, сидящую внутри и не позволяющую купить вакуумный насос. Неимоверным усилием воли я все же покупаю 2Z 1.5 B.
Самый доступный из двухступенчатых.
Теперь смотрю замену фильтру-осушителю. Так как в системе побывала вода, выбираю самый большой, что есть в наличии. И антикислотный, это ADK 082S. Фильтр внушительный, размером почти с банку газировки. Также покупаю несколько обычных самых маленьких медных фильтров. Их я впаяю в линии возврата масла и на вход и выход расширительной емкости. Надоели засоры капилляров. Если делать правильно, то паять холодильную систему нужно, предварительно заполнив ее инертным газом. Тогда внутри труб не образуются окислы и нагар. Раз у меня нет такой возможности, наставлю фильтров перед капиллярами.
Приезжаю домой и начинаю с пайки фильтра. Фильтр огромный и прогреть его горелкой с МАРР газом оказалось непросто. Вернее, невозможно. Пришлось обмотать его мокрой тряпкой и положить на грелку газовой плиты штуцером. Только тогда я смог припаять к нему трубки в одну четверть дюйма. При пайке его в обязательном порядке требуется обматывать мокрой тряпкой, для предотвращения перегрева. Были припаяны и мелкие фильтры. Перед окончательной сборкой еще несколько раз продул теплообменник фреоном R 22. И только после этого затянул вальцованные соединения.
И приступил к вакуумированию. А пока искал и читал русскоязычную инструкцию к насосу, поставил вместо него свой старый компрессор.
Он проработал пару часов и сильно нагрелся. После этого я заполнил контур 22 фреоном до давления в 5 кг и еще раз проверил мыльной пеной все вальцованные соединения и пайки.
Такая заправка сухим фреоном дополнительно удаляет влагу из контура. Затем я стравил фреон и поставил новый вакуумник, предварительно сбросив до давления, равного атмосферному. Под давлением включать вакуумный насос не рекомендуется.
Откачав из контура остатки 22-го, я оставил насос работать, периодически включая компрессор нижней ступени. Делается это для того, чтобы работающий компрессор разбрызгивал внутри себя масло для собственной смазки. При этом из масла лучше выходят пары воды. В общей сложности вакуумировал контур восемь часов. За это время успел восстановить теплоизоляцию и организовать подсветку. Надоело лазить на четвереньках с фонариком. Теперь все нормально видно.
Опять процесс заправки. Все прошло успешно. И вот я уже пробую, как каскад держит нагрузку.
А держит он ее достойно. На разогнанном до частоты 5 ГГц восьмиядерном FX-8350, при напряжении 1.57 В температура 22-го фреона в ТО -37.5 градусов. И -75.5°C на испарителе. Это максимальный разгон, получившийся на чиллере. С этого профиля в BIOS и загрузился.
Фотография, на которой видны давления в системе.
А теперь попробую пойти дальше. Но сначала небольшое отступление.
Стандартной процедурой проверки стабильности разогнанного ЦП является прогон теста LinX. Но для фреоновых систем охлаждения этот тест является очень тяжелым испытанием. Обычно фреонщики им не пользуются, предпочитая процессорные тесты в 3DMark. Если проходит, то частота считается достаточной для прогона бенчмарков. Тяжелым для «фреонок» считается и wPrime.
Но чем мне нравятся фреоновые системы охлаждения? Именно возможностью пользоваться ими, в отличие от жидкого азота, в режиме «24/7». А как пользоваться системой, если она недостаточно стабильна?
Поэтому ниже будут показаны результаты трех видов разгона. Первый, это «Абсолютная стабильность», система проходит LinX. Второй – «Стабильность», эта система проходит все вышеперечисленные тесты, кроме LinX. И режим «Максимальной частоты, на которой удалось снять скриншот» со всеми активными ядрами.
Процессор разгонялся повышением множителя. Turbo Boost / APM отключен.
Итак, FX-8350 смог пройти LinX на частоте 5518 МГц. Напряжение на процессоре составило 1.65 В. При этом температура испарителя проседала до -65 градусов, относительно -70°C/-75°C без нагрузки. Прошу обратить внимание, что каскад осилил этот очень тяжелый для «фреонок» тест.
На частоте 5618 МГц при напряжении 1.7 В процессор проходил все тесты, кроме LinX, включая процессорные тесты 3DMark.
Скриншот со всеми активными ядрами удалось снять на частоте 6020 МГц.
А теперь пора сравнить FX-8350 со своим предшественником FX-8150.
Для замены процессора пришлось снимать всю теплоизоляцию и бостик с сокета. Устанавливаю FX-8150 и опять сначала гидроизоляция бостиком, потом теплоизоляция пенофолом. Необходимо чтобы оставалось как можно меньше пустот. Пустота – это воздух. А из воздуха при низких температурах выпадет конденсат с непредсказуемыми последствиями.
Затем установка на процессор испарителя с промежуточным контролем прилегания по отпечатку термопасты и вот уже можно включать систему. Напуганный предыдущими неудачами я постоянно контролировал запуск системы и по манометрам, и по термометрам. Нештатных ситуаций более не возникало. FX-8150 без проблем завелся на частоте 5518 МГц при напряжении 1.65 В. Это максимальная частота, на которой FX-8350 проходил LinX, что неудивительно. Разгонный потенциал «Бульдозеров» выше «Вишер».
Протестировал еще раз работу системы прогоном 3DMark Vantage и, заново перепроверив все технические моменты, приступил к разгону.
«Линпак» процессор прошел на частоте 5618 МГц при напряжении на ядре 1.65 В.
Все вышеозвученные тесты плюс процессорные из 3DMark, кроме LinX, процессор прошел на частоте 5819 МГц при немного более высоком напряжении 1.68 В.
Скриншот со всеми активными ядрами удалось снять на частоте 6220 МГц.
Напряжение при этом пришлось поднять до 1.7 В.
А теперь хочется немного рассказать об особенностях разгона Bulldozer. Когда я сравнивал его с «Вишерой» на чиллере, мне казалось, что их тепловыделение не отличается. В тот раз особой разницы замечено не было.
Но на каскаде большее тепловыделение FX-8150 стало очень заметным. Если при работе «Линпака» на «Вишере» я только немного приоткрывал CPEV, и система стабильно держала нагрузку, то тут приходилось из расширительной емкости добавлять фреона, потом закрывать CPEV почти на максимум. Затем при запуске «Линпак» тут же начинать приоткрывать CPEV. Очень медленно, порциями, следя, чтобы компрессор не залило жидким R-23.
И, на мой взгляд, именно на FX-8150 стало заметно, что с таким тепловыделением испаритель не справляется. Недостатка в жидком фреоне не было. Я балансировал регулировкой CPEV на грани промерзания всасывающей трубки у входа в компрессор. Если открыть резче, то компрессор начинало заливать. Так и пришлось все время прохождения LinX крутить CPEV. А может быть, это уже ограничение фреона? И нужен более низкотемпературный?
Больше проседала и температура испарителя, до -62°C кратковременно.
Ну вот, с разгоном как бы и все. Теперь посмотрим, что он дал по сравнению с разгоном на чиллере.
На графиках приводятся результаты прогона тестов процессоров AMD FX-8350 и FX-8150 на штатных частотах, а также в максимальном разгоне на чиллере и каскаде.
Синтетические тесты.
Super PI 1.5 XS, 1MПрикладное программное обеспечение.
7-Zip 9.20, общий рейтингЛегко предсказуемые результаты. «Вишера» обходит по производительности своего предшественника, работающего на более высоких частотах.
С моей точки зрения, этим длиннющим рассказом я доказал, что списывать со счетов фреоновые системы пока рано. Каскад на не самых больших компрессорах способен достойно охладить разогнанный восьмиядерный процессор со штатным тепловыделением 125 Вт. И это штатные 125 Вт, а в разгоне тепловыделение растет в квадратичной зависимости. И самое главное, забыл сказать, термопара от термометра просто прижата к испарителю, а не припаяна, как положено. Поэтому в действительности температуры ниже.
При работе на полную нагрузку температура фреона в верхней ступени не поднималась выше -30 градусов Цельсия, а значит, есть небольшой запас по увеличению производительности. Порог -25 градусов.
Есть также основания предполагать, что новая конструкция испарителя позволит еще немного улучшить показатели. Это предположение основано на опыте использования обычного испарителя в виде медного стержня со спиральной проточкой по вертикали. Вот фотография подобного устройства. Снимок не мой и приводится для наглядности внутреннего строения.
Можно заметить очень толстое основание, на которое в первую очередь попадает фреон. Испаряясь, он поднимается вверх по проточкам вокруг центрального стержня, выходя в центральную трубку. Если сравнить подобную конструкцию с современным водоблоком, то в последнем случае применена более тонкая подошва с развитой микроканальной структурой.
В этой статье использован испаритель со спиральной проточкой в основании. Фотографий внутренностей, к сожалению, не сохранилось. Но принцип действия можно понять по снимку ниже. Каждый этаж выполнен как вторая деталь слева. Фрезерованная в меди спираль. Четыре таких детали собраны одна над другой.
На мой взгляд, такая конструкция эффективнее первой, поскольку обеспечивает большую площадь соприкосновения на основании испарителя кипящего фреона с медью. Это дало меньшую дельту температур. Но обычный испаритель я использовал на «фреонке», а новую конструкцию на каскаде. Необходимо прямое сравнение.
Думаю, что в конструкции испарителя нужно следовать принципам микроканальных водоблоков. Это минимальная толщина подошвы в сочетании с большим количеством ребер, многократно увеличивающих площадь теплообмена. А может быть, наоборот, массивная подошва плюс толстый центральный стержень, аккумулирующий «запас холода», который сгладит броски температур в момент максимальной загрузки процессора. На вопрос: «Что лучше?», - можно будет ответить только после прямого сравнения испарителей трех типов.
Подобное сравнение планируется провести в одном из следующих материалов. Тесты покажут, что будет эффективнее.
И еще. В начале статьи я недаром сетовал на нехватку времени. Хотелось еще доделать откидывающуюся панель слева от столешницы каскада и поставить на нее «фреонку» для видеокарты. Не успел сделать кронштейн для крепления монитора справа. Очень хотелось выполнить «хобот» каскада в виде хвоста Чужого.
Иначе говоря, сделать некоторые доработки, называемые в просторечии моддингом. Но на все про все времени не хватило. Не судите строго, скоро на страницах Overclockers.ru вас будет ждать рассказ о проделанной мною работе.
