Дякую вам за підтримку!
Будова і особливості функціонування вентиляторів
Сучасні вентилятори постійного струму будуються на одно- або двофазових вентильних двигунах. Власне, самі ці двигуни можна умовно розділити на дві основні складові: схему управління і індукторні машину. Індукторного машина повсюдно представляє собою в'язку ротор-статор, де ротором є кільцевої постійний магніт, а статором # 151; четирехполюсний (набагато рідше # 151; шестіполюсний) індуктор.
Що ж стосується схеми управління, то вона реалізується виробниками по-різному. Найбільш поширений варіант грунтується на використанні мікросхеми-драйвера з інтегрованим датчиком Холла (зазвичай використовуються мікросхеми Analog Technology ATS276 / 277 або їх клони), яка здійснює узгоджену комутацію фаз індуктора, дозволяючи останнім індукувати обертове магнітне поле в просторі статор-ротор і привести в рух ротор . Поряд з простими схемами, в деяких просунутих вентиляторах можуть застосовуватися набагато складніші і багатофункціональні мікросхеми-драйвери, що мають на борту тахометричних контроль, ланцюги захисту живильної мережі і детектування стопора крильчатки (яскравий приклад # 151; мікросхема Sanyo LB1663). Але поки, на жаль, подібні схеми управління не отримали широкого визнання серед виробників і є скоріше винятком, ніж правилом.
- підшипником ковзання
- «Комбінованим» підшипником (один підшипник ковзання, інший # 151; кочення)
- двома підшипниками кочення
Почнемо з підшипника ковзання. В недалекому минулому цей підшипник користувався неабиякою популярністю у виробників завдяки низькій собівартості і відносно простий технології «приготування» вентиляторів на його основі. Дійсно, цю конструкцію навряд чи можна назвати складною: сам підшипник ковзання являє собою примітивну бронзову втулку, сталевий вал ротора закріплюється в підшипнику за допомогою пластикового стопорного кільця, додатково до цього втулка закупорюється двома гумовими прокладками (сальниками), нахлобученной на вал з кожного її торця (сальники служать в якості перешкоди витіканню змащення із зазору вал-підшипник).
На перший погляд все виглядає цілком пристойно. Але якщо уважно придивитися до підшипника ковзання, просто не можна не помітити кілька серйозних недоліків, принижують його в наших очах.
Перший недолік. Так як між внутрішньою поверхнею підшипника і валом є невеликий зазор, в процесі обертання вал крильчатки «деренчить» всередині підшипника (іншими словами, спостерігаються биття вала). В результаті він робить сильний абразивну дію на підшипник: в поперечному перерізі отвір підшипника набуває форму еліпса замість окружності (спостерігається так звана елліпсность підшипника). В результаті вал починає обертатися нестійкий, вельми значно підвищується рівень шуму (в спектрі шуму вентилятора з'являються різкі імпульсні сплески # 151; скрипи, стуки і т.п.), а також збільшується споживання потужності від мережі живлення, що супроводжується відчутним нагрівом вентилятора. У разі дисбалансу крильчатки все це може привести до швидкого руйнування підшипника і виходу вентилятора з ладу.
Другий недолік. Мастило в зазорі вал-підшипник має шкідливу звичку витікати (незважаючи на сальники і інші заходи) з цього самого зазору. Як результат, треться пара вал-підшипник починає взаємодіяти «насухо», падає швидкість обертання крильчатки і істотно зростає рівень шуму.
Третя вада. Для запобігання еліпсності підшипника і збільшення терміну служби вентилятора зазор вал-підшипник намагаються скоротити. Однак при недостатній (або неякісної) мастилі всередині підшипника старт двигуна ускладнюється, що призводить до зростання споживання струму і збільшення потужності, що розсіюється (в запущених випадках # 151; до стопору крильчатки і виходу вентилятора з ладу). В кінцевому підсумку, термін служби вентилятора ніяк не збільшується, а навпаки, тільки скорочується.
Четвертий недолік. Вентилятори на підшипниках ковзання не здатні надійно функціонувати в умовах високої температури навколишнього середовища. Уже при температурах вище 50-60 ° C термін служби таких вентиляторів різко скорочується, і на практиці не перевищує 5 тис. Годин.
Всі ці недоліки, присмачені байдужим ставленням до якості виробів, що з боку деяких «економних» виробників, ставлять під серйозний сумнів доцільність застосування вентиляторів на підшипниках ковзання в системах охолодження комп'ютерів, де в першу чергу важлива їх надійність, а не солідні на вигляд технічні характеристики. Такі вентилятори, звичайно, дуже дешеві, ніж зазвичай і привертають невдалих покупців. Але, як відомо, скупий платить двічі (а то і більше число раз). Адже якщо мова заходить про відмову вентилятора процесорного кулера, то при певному збігу обставин користувачеві доведеться купувати не тільки новий вентилятор, але і новий процесор.
Тепер звернемося до «комбінованої» конструкції # 151; симбіозу підшипника ковзання та підшипника кочення.
Не можна сказати, що такий «комбо-драйв» вирішує всі проблеми, проте, позитивні зрушення тут все-таки є.
По-перше, підшипник ковзання в такій конструкції грає лише допоміжну роль (виступає в якості своєрідного шунта). Основне навантаження лягає тут вже на плечі кулькового підшипника. І так як тертя кочення менше тертя ковзання, старт двигуна полегшується, розсіває вентилятором потужність зменшується.
По-друге, комбінована конструкція менш сприйнятлива до вагового дисбалансу крильчатки. Биття вала в значній мірі гасяться підшипником кочення, і ймовірність виникнення еліпсності втулки або її механічного руйнування зведена до мінімуму (звичайно, це має місце тільки за умови дотримання суворих технічних норм на виробництві та ретельний контроль якості готових виробів).
Нарешті, по-третє, «комбіновані» вентилятори можуть більш-менш нормально функціонувати навіть в складних експлуатаційних умовах (при високих температурах навколишнього середовища і підвищеної вологості повітря).
Проте як і раніше залишається невирішеною принципова проблема витоку масла з зазору між валом і втулкою, яка може обернутися падінням оборотів крильчатки і підвищенням рівня шуму, виробленого вентилятором. Останнім часом цю неприємність намагаються зам'яти шляхом використання в'язких або навіть консистентних мастил. Але в деяких виробах це тільки погіршує ситуацію: мастило все одно витісняється з зазору, або, що ще гірше, загусає з утворенням твердих мікрочастинок. У самих запущених випадках вал просто заклинює, і вентилятор виходить з ладу.
Отже, в плані сьогоднішнього заняття залишилося розгляд ще однієї конфігурації # 151; вентилятора на двох підшипниках кочення.
По правді кажучи, така конструкція теж не є панацеєю від усіх бід, але як би там не було, вентилятори на двох підшипниках кочення можна сміливо зарахувати до розряду бажаних і найбільш оптимальних рішень для процесорних кулерів, блоків живлення та комп'ютерних корпусів.
Найголовніше перевага структури з двох підшипників кочення # 151; це висока надійність і довговічність вентиляторів на їх основі. Два шарикопідшипника гармонійно доповнюють один одного, забезпечують легкий старт двигуна і стійке обертання крильчатки. Потужність у таких вентиляторів, як правило, нижче, ніж у виробів на комбінованому підшипнику або підшипнику ковзання, що істотно полегшує тепловий режим і підвищує надійність їх функціонування. До всього іншого, вентилятори на двох підшипниках кочення невибагливі до мастилі, проблема витоку масла знищена в них як клас.
Друге головна перевага # 151; вентилятор на двох підшипниках кочення є відмінно збалансовану конструкцію. Спіральна пружина, що встановлюється на валу між першим підшипником і крильчаткою, значною мірою нейтралізує можливий дисбаланс ротора, а залишкові биття вала взаємно компенсують два підшипника кочення. Як результат, вентилятор стабільно функціонує практично в будь-якому положенні відносно вектора сили тяжіння.
Нарешті, третє головна перевага # 151; вентилятори на двох підшипниках кочення здатні надійно і тривалий час функціонувати в умовах дуже високих температур навколишнього середовища (аж до 70-90 ° C)
Мабуть, єдиний серйозний недолік таких вентиляторів # 151; це їх висока вартість. Але справедливості заради слід зазначити, що в технологічному відношенні високоякісні мініатюрні підшипники кочення є дуже складними і трудомісткими виробами (вартість одного високоточного підшипника кочення може досягати 3-5 доларів і навіть вище, в той час як вартість мініатюрного підшипника ковзання зазвичай не перевищує 10 центів) . Тому високі ціни, за якими пропонуються якісні вентилятори # 151; явище цілком об'єктивне і неминуче. Тут вже нічого не поробиш. Як не крути, здоров'я комп'ютерної системи дорожче.
Що ж, давайте на цій оптимістичній ноті завершимо наші розборки з електромеханічними нюансами вентиляторів, і, зібравшись з силами, зробимо останній ривок на сьогодні # 151; розглянемо ще один важливий технічний нюанс, але вже аеродинамічного плану.
Крива (видаткова характеристика) вентилятора
На минулому занятті ми вже розглянули одну з найважливіших характеристик будь-якого вентилятора # 151; його продуктивність (так званий витрата). Цей параметр обов'язково вказується в технічних документах на вентилятори і дозволяє об'єктивно оцінити їх ефективність. Однак, оперуючи цими значеннями, багато користувачів часто забувають, що зазначена продуктивність на ділі має місце тільки в гранично ідеалізованої ситуації, коли вентилятор працює, так би мовити, на відкритому повітрі, і на шляху повітряного потоку немає ніяких перешкод. У реальних експлуатаційних умовах вентилятор обов'язково встановлюється в будь-якій системі, будь то комп'ютерний корпус, блок живлення, радіатор, повітропровід і т.п. Цілком очевидно, що всі перераховані об'єкти значною мірою перешкоджають руху повітряного потоку, який формується вентилятором (кажучи по-науковому, гідравлічний опір робочої мережі вентилятора відмінно від нуля). Як результат, реальна продуктивність вентилятора в конкретних експлуатаційних умов може бути набагато нижче тих значень об'ємної швидкості повітряного потоку, що зазвичай вказані на упаковках вентиляторів, процесорних кулерів і т.п.
Крім продуктивності, будь-який вентилятор має ще одним важливим аеродинамічним параметром # 151; статичним тиском. Ця величина вимірюється в дюймах (або міліметрах) водяного стовпа і показує різницю між тиском повітряного потоку, який формується вентилятором і тиском в навколишньому середовищі (атмосферним тиском).
Існує чітка (однозначна) взаємозв'язок між продуктивністю вентилятора і статичним тиском його повітряного потоку. Вона експериментально визначається в лабораторних умовах (у спеціалізованій барокамері) і носить назву «характеристична крива» (в інженерно-технічній практиці # 151; «Видаткова характеристика») вентилятора.
Дві крайні точки цієї кривої якраз і фігурують в технічних документах, що публікуються виробниками. Як «статичного тиску» береться тиск повітряного потоку при його нульової об'ємної швидкості (нульовий продуктивності), тобто коли вентилятор працює «вхолосту» (потоку як такого немає взагалі). Такий варіант розвитку подій спостерігається в тому випадку, якщо резистивное дію (гідравлічний опір) тракту настільки велике, що вентилятор просто-напросто не може «проштовхнути» повітря в цей самий тракт. Треба відзначити, що подібна ситуація в практиці систем охолодження комп'ютерів не зустрічається, але в інших областях застосування вентиляторів все-таки може мати місце.
Ну, а як «продуктивності» береться об'ємна швидкість потоку при нульовому статичному тиску, тобто коли вентилятор працює на повну силу і не відчуває жодних труднощів з боку робочого тракту (по суті цього тракту немає взагалі). На практиці така ситуація принципово нездійсненна і може бути змодельована тільки в спеціалізованій барокамері, про яку говорилося вище.
Отже, на сьогодні, мабуть, вже досить. На нашому наступному занятті ми продовжимо розмову про видаткову характеристиці вентиляторів і детально розберемо питання її практичного застосування. Дякую за увагу і до зустрічі!
Віталій Криницина