Каскадная холодильная машина rev.2. Разгон AMD FX-8350 и FX-8150


Оглавление

Вступление

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…

255x450  65 KB. Big one: 1024x1810  270 KB

… 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.

Азот, этилен и фреон

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.

Принцип работы одноступенчатой холодильной машины

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.

450x338  28 KB

«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.

Двухступенчатая холодильная машина (каскад)





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.

450x338  51 KB. Big one: 960x720  107 KB

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.

Разборка старого. Сборка в обновленном варианте

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.

258x450  46 KB. Big one: 860x1500  129 KB

Собственно, сам каскад расположен в средней части конструкции.

394x450  58 KB. Big one: 1313x1500  176 KB

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.

322x450  50 KB. Big one: 1073x1500  136 KB

Все покрыто многолетним слоем пыли.

450x338  58 KB. Big one: 1500x1125  180 KB

Приступаю к разборке.

450x415  67 KB. Big one: 1500x1383  200 KB
Telegram-канал @overclockers_news - это удобный способ следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Страницы материала
Страница 1 из 4
Оценитe материал
рейтинг: 4.9 из 5
голосов: 271

Комментарии 139 Правила



Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают