Техническое обслуживание, поиск и устранение неисправностей системы охлаждения

 

Содержание

 

Введение 5

1. Назначение, характеристики и принцип работы системы охлаждения ПК 6
1. Системы охлаждения компьютера 6
2. Система воздушного охлаждения, основные параметры, конструкции и структурные схемы 6
3. Системы жидкостного охлаждения основные параметры, конструкции и структурные схемы 8
4. Фреоновая система охлаждения основные параметры, конструкции и структурные схемы 17
2. Техническое обслуживание, поиск и устранение неисправностей системы охлаждения 22
1. Технология обеспечения надежности системы охлаждения 22
2. Тестирование системы охлаждения 23
3. Основные неисправности систем охлаждения 25
3. Техника безопасности 29
4. Экономические расчеты 32
1. Расчет численности персонала, занятого при проведении технического обслуживания систем охлаждения ПК 32
2. Расчет времени безотказной работы системного блока ПК 32
3. Расчет времени безотказной работы систем охлаждения ПК  33

Заключение 34

Список используемых источников 35

Приложение А Алгоритм поиска неисправностей системы воздушного охлаждения  36

Приложение Б Алгоритм поиска неисправностей системы жидкостного охлаждения 37

Приложение В Алгоритм поиска неисправностей системы фреонового охлаждения 38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Буквально ещё совсем недавно компьютеры были диковинным чудом техники, которое было доступно совсем немногим. Но, как быстро изменилась ситуация. На сегодняшний день компьютеры прочно вошли в деловую жизнь и в наш быт. Сейчас практически любая семья стремится обзавестись компьютером, иногда даже и не одним. Ведение домашней бухгалтерии, получение различной информации через Интернет – в этом компьютер просто незаменим.

Практически для всех компаний и организаций компьютеры настолько необходимы, как и собственные служащие. Иногда даже без какого-либо важного сотрудника компания какое-то время может обходиться, а без компьютера нет.

В современных компьютерах находят место для воплощения самые передовые технологии. И, как любые, технически сложные и хрупкие

устройства, компьютеры ломаются. И вот, на повестке дня самым важным вопросом, не терпящим отлагательств, становится ремонт компьютеров.

Как и любые другие технические устройства, компьютеры имеют свои стандартные поломки. Имеется в виду те неисправности, которые чаще всего появляются с течением времени. Даже опытный пользователь не застрахован от ошибок в установлении неисправности, а тем более, в установлении её причины. И, особенно, если неисправностей сразу несколько. Часто самостоятельные попытки заменить вышедшую из строя деталь компьютера или провести более сложный его ремонт заканчиваются очень плачевно - перестают работать многие программы и т д.

Целью данного курсового проекта является разработка методики проведения технического обслуживания системных блоков.

 

1. Назначение, характеристики и принцип работы системы охлаждения ПК

 

1.1. Системы охлаждения компьютера

 

 

Система охлаждения играет важную роль в работе системного блока. Система охлаждения компьютера - это набор средств, для отвода тепла от нагревающихся в процессе работы компьютерных компонентов. Система охлаждения бывает пассивной и активной.

Тепло в конечном итоге может утилизироваться:

• в атмосферу (радиаторные системы охлаждения);
• пассивное охлаждение (отвод тепла от радиатора осуществляется за счёт естественной конвекции);
• активное охлаждение (отвод тепла от радиатора осуществляется за счёт его обдува вентиляторами);
• вместе с теплоносителем (проточные системы водяного охлаждения);
• за счет фазового перехода теплоносителя (системы открытого испарения).

По способу отвода тепла от нагревающихся элементов, системы охлаждения делятся на:

• системы воздушного (аэрогенного) охлаждения;
• системы жидкостного охлаждения;
• фреоновая система охлаждения.

 

 

1.2. Система воздушного охлаждения

 

 

Классическая система, сегодня представлена почти в каждом компьютере, и включает в себя обычно несколько вариантов установки:

• массивный медный радиатор устанавливается на источнике тепла (процессоре, чипе видеокарты), на него закрепляется вентилятор, который одновременно охлаждает поверхность радиатора и отгоняет теплый воздух;
• небольшой медный радиатор закрепляется на разогревающейся поверхности (мост материнской платы, видеочип бюджетного графического адаптера), позволяя теплому воздуху охлаждаться естественным путем;
• несколько вентиляторов (от 8″ до 12″) устанавливаются на внутренние стенки системного блока, тем самым позволяя лучше циркулировать потокам холодного воздуха внутри корпуса.

Плюсы системы:

• простота в установке и обслуживании;
• не дорогая и доступная в любом магазине электроники;
• имеет большую популярность и, как следствие, огромные возможности для апгрейда.

Минусы системы:

• сомнительная эффективность при невысокой цене;
• шумность при работе;
• очень хороший пылесборник.

Воздушное охлаждение компьютера может быть активным или пассивным:

• активное охлаждение подразумевает наличие, помимо радиатора, еще и вентилятора, который значительно ускоряет процесс отвода тепла от трубок радиатора в окружающее пространство. Как правило, вентиляторы активного охлаждения, или, как их еще называют, кулеры, применяют для охлаждения самых «горячих» компонентов ПК - процессора и видеокарты;
• пассивное охлаждение в основном устанавливается на те элементы компьютера, которые не очень сильно нагреваются в процессе работы, так как его эффективность существенно ниже, чем у активного. Однако есть пассивные радиаторы, которые предназначены специально для построения бесшумной системы – они отличаются высокой эффективностью отвода тепла при низкой скорости потока воздуха.

Система воздушного охлаждения представлена на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1 – Система воздушного охлаждения

 

1.3. Система жидкостного охлаждения

 

 

Принцип работы системы водяного охлаждения.

Охлаждение компьютера  необходимо для отвода тепла от нагретого компонента и его рассеивания. Обычный воздушный кулер снабжен монолитным радиатором, который  выполняет обе данные функции.

В СВО каждая часть выполняет свою функцию. Водоблок осуществляет теплосъем, а другая часть рассеивает тепловую энергию. Схема соединения компонентов СВО представлена на рисунке 2.

 

 

Рисунок 2 – Схема соединения компонентов СВО

 

Водоблоки  могут включаться в контур параллельно  и последовательно. Первый вариант предпочтительнее  при наличии одинаковых теплосъемников.  Можно эти варианты скомбинировать и получить параллельно-последовательное подключение, но  наиболее правильным  будет соединение водоблоков один за другим.

Отвод тепла происходит по такой схеме: жидкость из резервуара подводится к помпе, а затем перекачивается дальше к узлам, которые охлаждают компоненты ПК.

Причиной такого подключения является незначительный прогрев воды после прохождения первого  водоблока и эффективный отвод тепла от чипсета, GPU, CPU. Прогретая жидкость попадает в радиатор и там охлаждается. Затем она снова попадает в резервуар, и  начинается новый  цикл.

По конструктивным особенностям СВО можно разделить на два типа:

1. Охлаждающая жидкость циркулирует за счет  помпы в виде отдельного механического узла.

2. Без помповые системы, в которых используются специальные хладагенты, проходящие через жидкую и газообразную фазы.

СВО с помпой.

Принцип ее действия эффективность и прост. Жидкость (обычно дистиллированная вода) проходит  через радиаторы охлаждаемых устройств.

Все компоненты конструкции соединяются между собой гибкими трубками (диаметр 6-12 мм). Жидкость,  проходя через радиатор процессора и других устройств, забирает их тепло, а затем по трубкам попадает в радиатор теплообменника, где охлаждается сама. Система замкнутая, и жидкость в ней постоянно циркулирует. Схема замкнутой СВО представлена на рисунке 3.

 

 

Рисунок 3 – Схема замкнутой СВО

 

СВО без помпы.

Есть системы жидкостного охлаждения, не использующие помпу. В них  используется принцип испарителя и создается направленное давление, вызывающее движение  охлаждающего вещества. В качестве хладагентов применяются  жидкости с низкой точкой кипения. Система СВО без помпы представлена на рисунке 4.

 

Рисунок 4 – СВО без помпы

 

Изначально радиатор и магистрали полностью заполнены жидкостью. Когда температура радиатора процессора становится выше определенного значения, то жидкость превращается в пар. Процесс превращения жидкости в пар поглощает тепловую энергию  и повышает эффективность охлаждения. Горячим паром создается давление. Пар, через специальный односторонний клапан, может выходить только в одну сторону – в радиатор теплообменника-конденсатора. Там пар вытесняет холодную жидкость в направлении радиатора процессора,  и, остывая, превращается снова в жидкость. Так жидкость-пар циркулирует в замкнутой системе трубопровода, пока температура радиатора  высокая. Такая система получается очень компактной.

Компоненты СВО.

В системах водяного охлаждения используется определенный набор компонентов, обязательных и необязательных.

Обязательные компоненты СВО:

• радиатор,

• фитинги,

• ватерблок,

• помпа,

• шланги,

• вода.

Необязательными компонентами СВО являются: термодатчики, резервуар, сливные краны, контролеры помпы и вентиляторов, второстепенные ватерблоки, индикаторы и измерители (расхода, температуры,  давления), водные смеси, фильтры, бэкплейты.

Рассмотрим обязательные компоненты.

Ватерблок - теплообменник, передающий  тепло от нагревшегося элемента (процессора, видео чипа и др.) воде. Он состоит из медного основания и металлической крышки с набором креплений. Ватерблок представлен на рисунке 5.

 

 

Рисунок 5 – Ватерблок

 

Основные типы ватерблоков: процессорные, для видеокарт, на системный чип (северный мост). Ватерблоки для видеокарт могут быть двух типов: закрывающие только графический чип (рисунок 6) и закрывающие все нагревающиеся элементы – фулкавер (рисунок 7).

 

 

Рисунок 6 – Ватерблок, закрывающий только графический чип

 

 

Рисунок 7 – Ватерблок закрывающий все нагревающиеся элементы  (фулкавер)

 

Для увеличения площади теплопередачи применяется микроканальная и микроигольчатая  структура. Ватерблоки делают без сложной внутренней структуры, если  производительность не столь критична.

Радиатор.

В СВО радиатором называют водно-воздушный теплообменник, передающий воздуху  тепло от воды в ватерблоке. Есть два подтипа радиаторов СВО:

• пассивные (безвентиляторные);
• активные (продуваемые вентилятором).

Безвентиляторные можно встретить довольно редко  потому, что данный тип радиаторов обладает более низкой эффективностью. Такие радиаторы занимают много места и их сложно поместить  даже в модифицированном корпусе.

Активные радиаторы более распространены в системах водяного охлаждения из-за  лучшей  эффективности. Если использовать тихие или бесшумные вентиляторы, то можно добиться тихой или бесшумной работы СВО. Эти радиаторы могут быть  самого разного размера, но в основном их делают  кратными  к размеру 120 мм или 140мм вентилятора.

Помпа – электрический насос, отвечает за циркуляцию воды в контуре СВО. Помпы могут работать от 220 вольт или от 12 вольт. Когда в продаже было мало специализированных компонентов  для СВО, то использовали аквариумные помпы, работающие  от 220 вольт.  Это  создавало некоторые трудности, из-за необходимости  включать помпу синхронно с компьютером. Для этого применяли реле, включающее  помпу автоматически при старте компьютера. Сейчас есть специализированные помпы, обладающие компактными размерами и хорошей производительностью, работающие от 12 вольт, представленная на рисунке 8.

 

 

Рисунок 8 – Компактная помпа

 

У современных ватерблоков довольно высокий коэффициент гидросопротивления, поэтому желательно применять специализированные помпы, так как аквариумные не позволят современной СВО работать на полную производительность.

Шланги или трубки также являются обязательными компонентами любой СВО, по ним вода течет от одного компонента к другому. В основном применяют шланги из ПВХ, иногда из силикона. Размер шланга не сильно влияет на производительность в целом, важно не брать слишком тонкие (менее 8 мм.) шланги.

Фитингами называют специальные соединительные элементы для подключения  шлангов  к компонентам СВО (помпе, радиатору, ватерблокам). Фитинги нужно вкручивать в отверстие с резьбой находящееся на компоненте СВО. Вкручивать их нужно не очень сильно.  Герметичность достигается уплотнительным кольцом из резины. Подавляющее большинство компонентов продаются без фитингов в комплекте. Это делается затем, чтобы пользователь мог  сам подобрать фитинги, под нужный шланг. Самый распространенный тип  фитингов - компрессионный (с накидной гайкой) и ёлочка (используются штуцеры). Фитинги бывают прямыми  и угловыми. Фитинги еще различаются по типу резьбы.  В компьютерных СВО чаще встречается резьба стандарта G1/4″, реже  G1/8″ или G3/8″.

Вода тоже относится к обязательным компонентом СВО.   Лучше всего заправлять дистиллированную воду  (очищенную от примесей методом дистилляции). Используется и  деионизированная вода, но существенных отличий от дистиллированной у нее нет, только  производится другим способом. Можно применять специальные смеси или воду с различными присадками.  Но использовать воду из-под крана или бутилированную для питья не рекомендуется.

Необязательные компонентами  являются компоненты,  без которых СВО стабильно может работать, и не влияют на производительность. Они делают эксплуатацию СВО более удобной.

Резервуар (расширительный бачек) считается необязательным компонентом СВО, хотя и присутствует в большинстве  систем водяного охлаждения. Системы с резервуаром  более удобны в заправке. Объем воды резервуара не принципиален,  он не влияет на производительность СВО. Формы резервуаров  встречаются самые разные и выбирают их по критериям удобства установки. Трубчатый резервуара представлен на рисунке 9.

 

 

Рисунок 9 – Трубчатый резервуар

 

Сливной кран  используется для удобного  слива воды из контура СВО. Он перекрыт в обычном состоянии, и открывается,  когда необходимо слить воду из системы. Сливной кран представлен на рисунке 10.

 

Рисунок 10 – Сливной кран

 

Датчики, индикаторы и измерители.

Выпускается довольно много различных измерителей, контролеров, датчиков для СВО. Среди них  встречаются электронные датчики температуры воды, давления и потока воды, контролеры, согласующие работу вентиляторов с температурой, индикаторы движения воды и так далее. Датчики давления и расхода воды нужны лишь в системах, предназначенных для тестирования компонентов СВО, так как эта информация для обычного пользователя просто несущественна.

Фильтр.

Некоторые системы водяного охлаждения комплектуются фильтром, включенным в контур. Он предназначен для отфильтровывания разнообразных мелких частиц попавших в систему (пыль, остатки пайки, осадок).

Присадки к воде и различные смеси.

Дополнительно к воде  можно использовать различные присадки. Некоторые из них предназначены для защиты от коррозии, другие для предотвращения развития бактерий в системе или  подкрашивания воды. Выпускают также готовые смеси, содержащие воду,  антикоррозионные присадки и краситель. Бывают готовые смеси, повышающие производительность СВО, но повышение производительности от них возможно лишь незначительное. Можно встретить жидкости для СВО, которые сделаны не на основе воды, а использующие специальную диэлектрическую жидкость. Такая жидкость не проводит электрический ток и при утечке на компоненты ПК не вызовет короткого замыкания. Дистиллированная вода тоже не проводит ток, но, если пролившись, попадет на запыленные участки ПК, может стать электропроводной. Необходимости в диэлектрической жидкости нет,  потому, что хорошо протестированная СВО не протекает и обладает достаточной надежностью. Важно также соблюдать инструкцию к присадкам.  Не нужно лить их сверх меры, это может привести к плачевным последствиям.

Бэкплейтом называют  специальную крепежную пластину, которая нужна, чтобы разгрузить текстолит материнской платы либо видеокарты от создаваемого креплениями ватерблока усилия, и  уменьшить изгиб текстолита, снижая риск поломки. Бэкплейт  не является обязательным компонентом, но очень часто встречается в СВО. Бэкплейт представлен на рисунке 11.

 

 

Рисунок 11 – Бэкплейт

 

Второстепенные ватерблоки.

Иногда ставят дополнительные ватерблоки на слабо греющиеся компоненты. К таким компонентам относятся: оперативная память, силовые транзисторы цепей питания, жесткие диски и южный мост. Необязательность таких компонентов для системы водяного охлаждения заключается в том, что, они не несут  улучшения разгона и никакой дополнительной стабильности системы или других заметных результатов не дают. Это связано с малым тепловыделением таких элементов, и с неэффективностью применения ватерблоков для них. Положительной стороной установки таких ватерблоком можно назвать только внешний вид, а минусом является  повышение гидросопротивления в контуре и соответственно увеличение стоимости всей системы.

Кроме обязательных и необязательных компонентов СВО существует еще категория гибридных компонентов. В продаже встречаются компоненты, которые представляют собой два или более компонента СВО в одном устройстве. Среди таких устройств известны: гибриды помпы с процессорным  ватерблоком,  радиаторы для СВО совмещенные с встроенной помпой и резервуаром. Такие компоненты  заметно  уменьшают занимаемое ими место и более удобны в установке. Но такие  компоненты малопригодны к апгрейду.

 

 

1.4. Фреоновая система охлаждения

 

 

Основными компонентами простейшей системы фреонового охлаждения являются: компрессор, испаритель, конденсер, фильтр, капиллярная трубка. Также необязательным компонентом может быть глазок, ну и хладагент (рефрижерант, фреон). Все части образуют замкнутый контур, по которому движется фреон. Схема фреоновой системы охлаждения представлена на рисунке 12.

 

 

Рисунок 12 – Схема фреоновой системы охлаждения (1 – Конденсер; 2 – Компрессор; 3 – Испарители; 4 – Фильтр; 5 – Втягивающие трубки; 6 – Капиллярные трубки; 7 – Водяной порт на стороне низкого давления; 8 – Водяной порт на стороне высокого давления)

 

Капиллярная трубка разделяет контур на две области — область высокого давления и область низкого давления. Компрессор перекачивает газообразный фреон на сторону конденсера, создавая в этой области высокое давление. При высоком давлении фреон начинает отдавать тепло и переходить в жидкое состояние. Жидкий фреон проходит через фильтр/драер. Дальше по капиллярной трубке фреон попадает в испаритель, в зону низкого давления. При этом фреон начинает активно испарятся, забирая тепло из окружающей среды. Компрессор прокачивает этот испарившийся фреон на сторону конденсера и цикл повторяется.

Компоненты системы

Компрессор

От выбора компрессора будет зависеть производительность системы, поэтому нужно знать хотя бы некоторые характеристики герметических компрессоров:

1. Мощность (л.с.). Подходят компрессоры от 1/8 до 1 л.с. Если неизвестна мощность в л.с., то желательно найти производительность в ваттах.

2. Температурный режим. Компрессоры делятся на высокотемпературные, средне- и низкотемпературные. Иными словами, рассчитаны на работу в системе, которая обеспечивает определённую температуру. Так как в данном случае необходимо достичь минимальной температуры, то больше всего подходят низкотемпературные компрессоры.

3. Тип хладагента. Компрессоры изготовляются с расчётом на определённый тип фреона— разные типы требуют разного давления. В зависимости от типа фреона в компрессорах используется разное масло.

Компрессор представлен на рисунке 13.

 

 

Рисунок 13 – Компрессор

 

Конденсер

Конденсер — это тот же радиатор, изготовленный с расчётом на более высокие давления. Так как для данной системы важен размер, то конденсер должен быть как можно меньше и при этом обдуваться вентилятором.

Конденсер представлен на рисунке 14.

 

Рисунок 14 – Конденсер

 

Фильтр/драер

Как следует из названия, драер фильтрует входящую жидкость от влаги, частиц и пыли, предотвращая забивание капиллярной трубки и выхода из строя компрессора.

 

Испаритель

Испаритель — это обычно медный блок с испаряющимся фреоном. Испаритель крепится к процессору и забирает от него тепло. Конструкция испарителя имеет много общего с тем же водоблоком — нужно попытаться достичь максимального внутреннего объема и испарения фреона прямо над ядром процессора.

Испаритель представлен на рисунке 15.

 

 

Рисунок 15 – Испаритель

 

Хладагент

Все охладители идентифицируются буквой R (refrigerant) и порядковым номером. Основное различие между хладагентами состоит в температуре перехода из жидкого состояния в газ. Вот только некоторые, подходящие для использования в данном случае — R134а, R22, R12, R404а, R507. Также следует учитывать цену — некоторые низкотемпературные хладагенты достаточно дорогие для экспериментов. У меня был выбор между хладагентами R134а и R290. Я остановился на R290 из-за более низкой температуры кипения.

 

 

Капиллярная трубка

Капиллярная трубка не единственное устройство, обеспечивающее разделение системы на две области (работоспособность системы), но она является наиболее надёжным типом трубок. С одной стороны лучше найти капиллярную трубку малого внутреннего диаметра (потребуется меньшая длина), но при этом увеличиваются шансы забивания ее частицами. Чтобы это предотвратить, нужно обязательно ставить фильтр перед капилляром. Я использую трубку с внутренним диаметром 0.7мм.

Инструмент

Для сборки фреоновой системы охлаждения кроме обычного инструмента понадобится:

• пропановый паяльник;

• обычный припой;

• манометры — один из обязательных аксессуаров при настройке системы, так как необходимо следить за давлением на обеих сторонах контура;

• инструмент для резки и изгиба медных трубок;

• вакуумный насос — если нет специального насоса, можно использовать другой компрессор для создания вакуума в системе;

• теплоизолирующий материал — пенорезина и пенорукава для того, чтобы не допустить выпадение конденсата.

• течеискатель (необязательно)

Для вывода информации о состоянии системы используется LCD-дисплей. Из основных характеристик стоит выделить:

• USB интерфейс;

• подключение до 6 температурных датчиков;

• подключение до 6 вентиляторов (PWM Mode);

• всё контролируется программно.

Минусы:

• производительность фреонки с двумя испарителями ниже, чем при использовании двух отдельных контуров;

• в корпусе осталось очень мало свободного места (один 5.25" отсек и возможность разместить не больше двух HDD);

• испаритель видеокарты закрывает несколько PCI слотов, свободными остаются всего 2, в остальных можно использовать только низкопрофильные карты.

Плюсы:

• комплексное экстремальное охлаждение процессора и видеокарты с возможностью работы в режиме 24/7;

• низкий шум при работе системы;

• эстетичность;

• полный контроль состояния системы;

• наибольшим плюсом является компактность (all-in-one дизайн), ради этого и затевался данный проект.

Фреоновая установка представлена на рисунке 3.

 

 

Рисунок 16 – Фреоновая установка

 

 

 

2. Техническое  обслуживание, поиск и устранение  неисправностей системы охлаждения

 

2.1. Технология обеспечения надежности системы охлаждения

 

 

Известно, что входящие в системный блок компьютера элементы, такие, как процессор и видеокарта нагреваются во время работы. При сильном нагревании этих элементов может произойти перегрев, который способен вывести из строя компьютер. Для нормальной работы аппаратных средств необходимо обеспечить правильное охлаждение компьютера.