散热风扇的技术指标风扇噪音除了散热效果之外,风扇的工作噪音也是人们普遍关注的问题风扇噪音是风扇工 作时产生杂音的大小,受多方面因素影响,单位为分贝(dB)测量风扇的噪声时需要在 噪声小于17dB的消音室中进行,距离风扇一米,并沿风扇转轴的方向对准风扇的进气 口,采用A加权的方式进行测量风扇噪声的频谱特性也很重要,因此还需要用频谱仪 记录风扇的噪声频率分布情况,一般要求风扇的噪声要尽量的小,而且不能存在异音风扇噪音与摩擦力、空气流动有关风扇转速越高、风量越大,造成的噪音也会越 大,另外风扇自身的震动也是不可忽视的因素当然高品质的风扇的自身震动会很小, 但前面两个者却是难以克服的要解决这个问题,我们可以尝试使用尺寸较大的风扇 应在在风量相同的情况下,大风扇在较低转速时的工作噪声要小于小风扇在高转速时的 工作噪声另外一个我们容易忽略的因素是风扇的轴承由于风扇高速转动时转轴和轴 承之间要摩擦碰撞,所以也是风扇噪声的一个主要来源风扇噪音的来源有:1•振动假如风扇转子转动时转子的物理质心与转轴惯性中心不在同一轴上,便会造成转子 的不平衡转子的物理质心与转轴惯性中心的最近距离称为偏心距,转子不不衡造成偏 心距,当转子转动时由于离心力的作用产生一作用力于转轴支架而形成振动,且振动经 由基路径传递到机械各部份。
2.风噪风扇工作时,由于叶片周期性地承受出口不均匀气流的脉动力作用,产生噪声;另 一方面,由于叶片本身及叶片上压力的不均匀分布,转动时对周围气体及零件的扰动也 构成旋转噪声;此外由于气体流经叶片时产生湍流附层面、旋涡及旋涡脱离,引起叶片 上压力分布的脉动而产生涡流噪声这三种原因所引起的噪音可以综合性地称为''切风 噪音〃,一般风量风压大的风扇,其切风噪声也较大3•异音风噪听起来只有单纯的风声,而异音则不同,风扇运转时,除风声外,若还有其它 声音发出,即可判断风扇出现了异音异音可能因轴承内有异物或变形,以及组装不当 而出现碰撞,或电机绕组缠绕不均,造成松脱,都可能产生异音风扇的使用寿命风扇的使用寿命是指散热器产品正常工作的无故障工作时间,优质产品的使用寿命 一般都能达到几万小时在价格和性能差不多的情况下,选择使用寿命长的产品显然更 能保护我们的投资风扇的寿命由:电机寿命、使用环境、电力供应等各方面因素所组成散热风扇的送风形式轴流风机最广泛的形式就是用轴流风机向下吹风,之所以这么流行是因为综合效果好且成本 低廉此外,还有将轴流风机的方向反过来,变成向上抽风的形式,这种方式最近似乎 变得越来越常见。
两种送风形式的差别在于气流形式的不同,鼓风时产生的是紊流,风压大但容易受 到阻力损失;抽风时产生的是层流,风压小但气流稳定理论上说,紊流的换热效率比 层流大得多,因此才成为主流设计形式但是气流的运动与散热片也有直接关系在某 些散热片设计中(比如过于紧密的鳍片),气流受散热片阻碍非常大,此时采用抽风可能 会有更好的效果至于采用侧面鼓风的设计,通常不会和顶部鼓风的效果有什么差别 而比较有效的改进方法是建立CPU专用的散热风道,这样便不会受到CPU附近热空气 的影响,相当于降低了环境温度轴流风机虽然应用广泛,但是也存在固有的缺陷轴流风机受电机位置的阻挡,气 流不能流畅通过鼓风区域的中部,这称为''死区〃而在典型的散热片上,恰恰中部鳍片 的温度最高由于存在这种矛盾,采用轴流风机时,散热片的散热效果并不充分离心风机离心风机是与轴流风机完全不同鼓风形式,也逐渐开始使用在CPU散热当中,通 常被电脑用户称为''涡轮风扇〃这种风扇的优越之处在于很好地解决了''死区〃问题离 心风扇与传统风扇的不同之处是其叶片旋转是在垂直的平面内进行的,进风口位于风扇 的侧面散热器底面接收到的气流分布较均匀涡轮式凤扇空气可以直播推虫散热片中 心的区域中心的“斑力盲直''会造 啟凤扇的性開下降离心风机的鼓风方向上没有障碍物,所以在各个位置都有同样的气流。
同时它的风 压和风量的调节范围也更大,转速控制的效果更好负面的影响和大功率轴流风机一样 ――价格高、噪音大其他改进风道的设计另外一种解决风力盲区的办法是改变风扇的出风方向传统的散热器安装方式是气 流朝下,即垂直于CPU改进风道设计之后,风扇改为侧向吹风,让气流的方向平行 于 CPU侧向吹风的首要好处是彻底解决风力盲区,因为气流是平行通过散热鳍片的,气流 截面的四条边上的气流速度最快,而CPU的发热点正好位于一条边上这样CPU散 热底座吸收的热量可以被及时带走另外一个好处是没有反弹的风压(通常向下吹风时, 一部分气流冲至散热底面并反弹,这会影响散热器内的气流运动方向,使的热交换的效 率受到损失)热交换效率要高于向下吹风风扇的叶片散热器风扇的效能主要取决于:风扇扇叶直径和轴向长度;风扇的转速;扇叶的形 状等因素CPU风扇的叶片通常在6片到12片之间一般说来,叶片数量较少的容易产生较 大的风压,但运转噪音也较大;而叶片数量较多的则恰恰相反叶片形状有镰刀型、梯形和AVC专利的折缘型等相对来说,镰刀型扇叶运转时比较平稳 安静,但所能产生的风压也较小;梯形扇叶容易产生较大风压,但噪音也较大折缘型 是最优秀的设计,在保持低噪音的同时能产生较大的风压,但目前仅用于AVC自己的 产品中。
目前见得较多的是镰刀型的设计设计优秀的扇叶,能在不高的风扇转速下产生输出较大的风量和风压,同时也不会 产生太大的风噪声除了形状以外,叶片倾斜的角度也很重要,要配合电机的特性和散 热片的需要来设计否则,单纯追求叶片倾角大,可能会出现风噪大风力小的情况涡轮风扇:涡轮风扇可以消除立轴式风扇轴心部分的风力盲区,使风力更加均匀, 散热效率更高HMH DlV.COMAVC折缘风扇涉及一种轴承风扇的改良结构,特别涉及在限制圆筒空间中能减小 涡流效应的扇叶结构折缘扇叶型增压降噪风扇装置,可以消除轴流风机扇叶在限制空 间中引致的涡流,降低噪声,增加风压Tt公司也推出了五面进风静音风扇,传统的风扇进风的地方主要在顶部,而它则 风扇四周的提供了入口,这样它提高进风量同时不增加风扇的转速达到静音的效果它采用了 Hyper flow(流体力学设计),将原来的封闭式侧壁改成了百叶窗型的侧 开口开放式设计,因此进风方式也随之改变,从单独的上进风变为上进风与侧进风并行 根据空气动力学的原理,上进风的方式是空气在旋转的风扇扇叶的驱使下,使其自上而 下成垂直流动,此时在风扇的中心形成一个空气压力相对较低的地区,风扇周围的空气 于是向气压较低的风扇中心流动,在流动的过程中,气流在扇叶旋转的作用下发生偏移, 从而形成了一个类似龙卷风的涡旋,随着涡旋的增强,周围的空气被迅速的吸过来。
这 样的设计,有效地防止了风扇的末端和扇框之间形成狭窄的气流扰动区和空气湍流产生 的风噪声其实每个风扇厂商都有自己的扇叶设计方法,每种设计方法也都是经过大量的实验 数据所得,可以说复杂程度非常之高对于具体的技术问题本文就不再深入讨论风扇的轴承好的风扇,除了其风量大和风压高之外,自身的可靠性是相当的重要,其中,风扇 使用的轴承起着非常重要的作用一般高速风扇使用滚珠轴承(ball beari ng),而低速 风扇则使用成本较低廉的自润轴承(sleeve bearing)每个风扇都需要两个轴承,一些 风扇上标着"BS"的字样,是单滚珠式轴承,BS的意思是"1 ball + 1 sleeve",依然 带有自润轴承的成分比BS更高级的是双滚珠式轴承,即Two Balls下面将对各种 轴承形式加以说明含油轴承含油轴承是使用滑动摩擦的套筒轴承,使用润滑油作为润滑剂和减阻剂,初期使用 时运行噪音低,制造成本也低,但是这种轴承磨损严重,寿命较滚珠轴承有很大差距 而且这种轴承使用时间一长,由于油封的原因(电脑散热器产品都不可能使用高档油封, 一般也就是普通的纸油封),润滑油会逐渐挥发,而且灰尘也会进入轴承,从而引起风 扇转速变慢,噪音增大等问题,严重的还会因为轴承磨损造成风扇偏心引发剧烈震动。
出现这些现象,要么打开油封加油,要么就只有淘汰另购新风扇滚珠轴承含油轴承由于使用周期较短,轴承内部的油控直接影响运转时噪音大小,所以越来 越被各知名大厂所摒弃双滚珠轴承现在被业界广泛看好,成为高品质散热器风扇的首 选,运转稳定性无出其右,但价格也较高而作为物美价廉的选择,各大厂商的折衷方 案就是采用单滚珠轴承单滚珠轴承单滚珠轴承是对传统油封轴承的改进它的转子与定子之间用滚珠进行润滑,并配 以润滑油它克服了油封轴承寿命短,运行不稳定的毛病,而成本上升极为有限单滚 珠轴承吸收了油封轴承和双滚珠轴承的优点将轴承的使用寿命提升到了 40,000小 时,加入滚珠之后,运行噪声有所增大,但仍小于双滚珠轴承双滚珠轴承双滚珠轴承属于比较高档的轴承轴承中有数颗微小钢珠围绕轴心,当扇页或轴心 转动时,钢珠即跟着转动因为都是球体,所以摩擦力较小,且不存在漏油的问题双 滚珠风扇优点是寿命较长,大约在50000 ~100000小时;抗老化性能好,适合转速 较高的风扇双滚珠轴承的缺点是制造成本高,并且在同样的转速水平下噪音最大(因 为滚珠轴承摩擦点增加了 2倍)双滚珠风轴承和液压轴承的封闭性较好,尤其是双滚 珠轴承。
双滚珠轴承被整个嵌在风扇中,转动部分没有与外界直接接触在密封的环境中,轴承的工作环境比较稳定因此5000转级别的大口径风扇几乎都使用双滚珠轴承 而液压轴承由于具备独特的还回式油路,所以润滑油泄露的可能性较小来福轴承来福轴承(Rifle Bearing)技术的代表厂商是CoolerMaster, CM已经将旗下的大 部分传统油封轴承风扇升级到来福轴承作为传统油封轴承的改进,来福轴承采用耐磨 材料制成高含油中空轴承,减小了轴承与轴芯之间摩擦力,来福轴承还带有反向螺旋槽 及挡油槽的轴芯,在风扇运转时含油将形成反向回游,从而避免含油流失,因此提升了 轴承寿命来福轴承风扇通过采用以上结构及零件,使得含油及保油能力大幅提升,并 降低了噪音HYPRO 轴承Hypro轴承之名来源于HY(Hydrodynamic wave,流体力学波)PRO(Oil protection system,油护系统),系知名散热器及风扇设计制造厂家ADDA的专利产 品,同是在传统含油轴承基础之上进行多项改进而成oHypro与液压轴承可谓殊途同归, 两种设计各自采用了一些独到的改进措施,但精髓同为循环油路系统,各方面的表现也 基本相当。
通常产品寿命可达50000小时以上液压轴承液压轴承是由AVC首创的技术同样,它也是在油封轴承的基础上改进而来的 液压轴承拥有比油封轴承更大的储油空间,并有独特的环回式供油回路液压轴承风扇 的工作噪音又明显的降低,使用寿命也非常长,可达到40000小时但并非所有的AVC 散热器都采用液压轴承风扇HtGHRiy.COM辻陰囱咼.ifi;由也山)一Lm* UTfW 血 记 lh£b teE¥cHLlt 业竝占庞弍油唯胆旳計丄曰—Lsffe那斷od卜g* 站i炉 (O館左也辐肿Coripfrftly 曲T s刖店 & CdnxrHC 七fipi由此可见,液压轴承实质上仍然是一种油封轴承但这种经过了改进,寿命比普通 油封轴承大大延长了,并且继承了油封轴承的优点一一运行噪音小纳米轴承富士康在其产品中首先引入了纳米轴承传统油封轴承风扇在使用过程中磨损比较 严重,长时间使用时的可靠性较低纳米轴承有效的克服了这个问题:陶瓷轴承技术采 用了纳米级高分子材料与特殊添加剂充分融合,轴承核心全面采用纳米级的氧化锆粉。