Lodveida vārsti tiešai{0}}uz-šķembu šķidruma dzesēšanai: izskaidrotas plūsmas kontroles prasības

Kad datu centra inženieris norāda dzesēšanas aprīkojumu 100 kW GPU plauktam, saruna parasti sākas ar aukstajām plāksnēm, CDU un kolektoru izkārtojumiem. Vārsti ir pārdomas, līdz kaut kas noiet greizi. Viens nepareizi konfigurēts izolācijas punkts apkopes laikā var pilnībā izslēgt plauktu. Vārsts, kas nespēj pietiekami ātri reaģēt uz noplūdes gadījumu, var izmirkt 300 000 USD vērtos paātrinātājus. Plūsmas -kontroles komponents, kas paredzēts ēkas HVAC sistēmai, radīs spiediena nelīdzsvarotību, kas samazina mikroshēmas veiktspēju dažu dienu laikā pēc nodošanas ekspluatācijā.

Tiešā -uz-čipu (D2C) šķidruma dzesēšana -, kur dzesēšanas šķidrums tiek cirkulēts tieši caur aukstajām plāksnēm, kas uzstādītas uz CPU, GPU un atmiņas moduļiem, - no nišas prakses ir kļuvusi par vispārēju nepieciešamību. Atsevišķas paātrinātāja mikroshēmas tagad izkliedē līdz pat 1200 W siltuma, un statīva līmeņa blīvums parasti sasniedz 60 kW līdz 200 kW. Gaisa dzesēšana nevar sekot šiem skaitļiem. Bet ventilatoru aizstāšana ar šķidruma cilpām nozīmē jaunas precīzijas mehānisko komponentu kategorijas ieviešanu vidē, kas iepriekš bija sausa. Pareiza vārsta izvēle nav obligāta. Kļūt par to ir dārgi.

Šajā rakstā ir izskaidrots, ko D2C dzesēšanas sistēmas patiesībā pieprasa no lodveida vārstiem, sadalot tos pēc funkcionālām lomām, un pārvērš šīs prasības konkrētos specifikācijas kritērijos inženieriem un iepirkumu komandām.

 

Datu centra šķidruma dzesēšanas CDU sistēma

 

Kā tiek strukturētas D2C dzesēšanas cilpas

Pirms vārstu prasību risināšanas tas palīdz saprast, kur atrodas vārsti D2C sistēmā.

Dzesēšanas sadales iekārta (CDU) darbojas kā siltummainis un sūknis cilpas centrā. Tas ņem siltu atgaitas ūdeni no servera statīviem, apmaina siltumu ar iekārtas atdzesētu-ūdens padevi un nosūta kondicionētu dzesēšanas šķidrumu atpakaļ caur padeves kolektoriem uz katru statīvu. Katra plaukta iekšpusē sekundārais kolektoru koks sazaro plūsmu uz atsevišķām aukstuma plāksnēm. Katrā atzarojuma punktā un savienojumā vārsti veic vienu no četrām atšķirīgām funkcijām: izolāciju, apvada pārslēgšanu, plūsmas modulāciju vai avārijas izslēgšanu.

Katrai no šīm funkcijām ir savas tehniskās prasības, un ne katra lodveida vārsta konstrukcija atbilst visām četrām.

 

Četras funkcionālās lomas un katras prasības

1. Izolācija uzturēšanai un atlaišanai

Visizplatītākais lodveida vārstu pielietojums D2C sistēmās ir plaukta{1}}līmeņa izolācija. Ja servera paplāte ir jānomaina vai aukstajā plāksnē rodas noplūde, tehniķiem ir jāsamazina spiediens un jāiztukšo šis atzars, neizslēdzot pārējo cilpu.

Labi-izstrādāta izolācijas arhitektūra novieto vārstus gan pie padeves, gan atgaitas līnijām pie statnes-uz{2}}kolektora savienojuma. Tā nav atlaišana pašu dēļ. Lielo hiperskalu operatoru patentos ir aprakstītas divu -vārstu izolācijas shēmas, kurās augšējais un apakšējais lodveida vārsts darbojas neatkarīgi, un katram ir savs noplūdes paliktnis. Ja augšējais vārsts neizdodas, apakšējais aizveras. Noplūdes sensors paplātes iekšpusē sazinās ar ēkas pārvaldības sistēmu (BMS), lai automātiski, bez cilvēka iejaukšanās, aktivizētu sekundāro slēgšanu.

Šai lomai kritiskā specifikācija ir pilna{0}}urbuma konstrukcija, kas nozīmē, ka vārsta urbuma iekšējais diametrs atbilst caurules diametram. Samazināts -urbuma vārsts rada nevajadzīgu spiediena kritumu katrā izolācijas punktā, un plauktā ar 20 vai vairāk aukstuma plāksnēm, kas darbojas paralēli, šie pilieni ātri saplūst.

Specifikācijas prasības izolācijas darbam: pilna -urbuma ģeometrija, VI klases noplūdes reitings (nozarē visstingrākais elastīgo-slēgto vārstu standarts), 316 nerūsējošā tērauda korpuss, kas nodrošina izturību pret koroziju mitrās mehāniskās telpās, un iedarbināšana, kas integrējas ar BMS vadības signāliem.

2. Apvedceļa un cilpas pārslēgšana

A 3 virzienu lodveida vārsts ar atlokuveic vienu no tehniski prasīgākajiem darbiem D2C sistēmās: dzesēšanas šķidruma novadīšanu starp vairākiem ķēdes ceļiem atkarībā no darbības apstākļiem.

Bezmaksas{0}}dzesēšanas konfigurācijā, kur apkārtējās vides temperatūra ir pietiekami zema, lai mehāniskā dzesēšana nebūtu nepieciešama, šī konfigurācija novirza padeves plūsmu caur apvada cilpu, pilnībā apejot dzesētāju un ievērojami ietaupot enerģiju. Lietās dzesēšanas arhitektūrās otrs ports novirza plūsmu starp primāro un gaidstāves dzesēšanas cilpu, ja CDU izslēdzas bezsaistē.

Šeit nepieciešamā precizitāte ir augstāka nekā vienkārša ieslēgšanas/izslēgšanas izolācija. Vārstam ir jāuztur atkārtojama sadalījuma attiecība starp tā pieslēgvietām tūkstošiem darbības ciklu laikā. Pat dažu grādu pozīcijas novirze var pietiekami izmainīt dzesēšanas šķidruma sadalījumu, lai ietekmētu skaidu savienojuma temperatūru. Tas padara elektrisko iedarbināšanu ar pozīcijas atgriezenisko saiti par vēlamo izvēli, nevis manuālo darbību. Pneimatiskais izpildmehānisms, kas darbojas ar pus-sekundes intervāliem, ir pietiekami ātrs, lai reaģētu uz ārkārtas situācijām, taču tas ātrāk uzkrāj mehānisko nodilumu lietojumos, kuriem nepieciešama nepārtraukta modulācija.

Apvada un cilpas-pārslēgšanas darbam norādiet vārstu ar raksturīgu T-portu vai L-portu urbuma ģeometriju, elektrisko izpildmehānismu ar 4–20 mA vai 0–10 V līdzstrāvas vadības ieeju un pozīcijas atgriezenisko saiti, kas savienota ar CDU vadības kontrolleri.

 

Leadtek trīsceļu lodveida vārsts ar atloku

 

3. Rack{1}}līmeņa plūsmas modulācija

Ne visi datu centra statīvi vienlaikus darbojas ar tādu pašu termisko slodzi. Dīkstāvē esošu serveru plaukts patērē daudz mazāk siltuma nekā tas pats statīvs ar pilnu AI apmācības slodzi. Ja dzesēšanas šķidruma plūsma tiek fiksēta ar maksimālo ātrumu neatkarīgi no servera noslodzes, sūkņi patērē enerģiju proporcionāli sliktākajam-scenārijam visu diennakti.

Dinamiskā plūsmas vadība to risina. Teksasas Universitātes Ārlingtonā veiktajā pētījumā tika demonstrēta plūsmas kontroles ierīce, izmantojot V-nogrieztu lodveida vārstu, kas savienots ar mikroservomotoru, modulējot plūsmu servera statīva līmenī, pamatojoties uz reāllaika izmantošanu. Tukšgaitas apstākļos visā plauktā sistēma panāca līdz pat 87% sūknēšanas enerģijas samazinājumu. Pie pilnas slodzes vārsts pilnībā atvērās, lai nodrošinātu maksimālu plūsmu.

V-cut (vai V-notch) lodveida vārsts ir īpaši izstrādāts darbības modulēšanai. Atšķirībā no standarta pilnas -urbuma lodītes, kas faktiski ir pilnībā atvērta vai pilnībā aizvērta, V-nogriezums rada vienādu-procentuālo plūsmas raksturlielumu: noteikts vārsta rotācijas pieaugums rada proporcionālas plūsmas ātruma procentuālās izmaiņas, nevis absolūtas izmaiņas. Tādējādi vārsts ir savietojams ar PID (proporcionāls-integrālais-atvasinājums) vadības cilpas, kurās regulators nepārtraukti pielāgo plūsmu, lai noturētu mērķa padeves temperatūras iestatīto vērtību.

4. Reaģēšana uz noplūdi un avārijas izslēgšana

Dzesēšanas šķidrums elektronikā ir galvenā problēma, kas kavē ātrāku šķidruma dzesēšanas ieviešanu datu centros. Mūsdienu D2C sistēmas to risina ar autonomu aizsardzību: solenoīdu{2}}iedarbināmi lodveida vārsti, kas savienoti pārī ar noplūdes noteikšanas sensoriem, kas pārtrauc plūsmu milisekundēs pēc mitruma noteikšanas savienojuma punktā.

Ārkārtas izslēgšanās gadījumā iedarbināšanas ātrums un -droša darbība ir svarīgāka par plūsmas modulācijas precizitāti. Priekšroka tiek dota pneimatiskajiem izpildmehānismiem, jo ​​tie darbojas mazāk nekā pussekundes laikā un tos var konfigurēt, lai atsperu{2}}atgrieztos slēgtā pozīcijā, ja tiek zaudēts vadības signāls. Šī kļūmes-slēgtā darbība aizsargā aparatūru, ja pati vadības sistēma zaudē strāvu.

 

Lomu tulkošana specifikācijās

Lielākā daļa vārstu specifikāciju D2C lietojumiem ir nepietiekami norādītas, jo tās ir kopētas no HVAC vai vispārējām rūpnieciskām veidnēm. Tālāk minētie kritēriji attiecas tieši uz D2C pienākumu.

Materiāls:316 nerūsējošā tērauda korpuss un apdare, kas nodrošina saderību ar dejonizētu ūdeni, ūdens-glikola maisījumiem un korozīvo vidi nerūsējošā tērauda-dzesētā datu zālē. 304, ir pieņemami zema-sprieguma armatūrai, taču nav ieteicama primārajai izolācijai.

Sēdekļa materiāls:PTFE vai TFM (modificēts PTFE ar labāku izmēru stabilitāti) saderībai ar parasto D2C dzesēšanas šķidruma ķīmiju un ilgtermiņa blīvējuma veiktspēju pie 5 līdz 15 PSI darbības diferenciāla, kas ir tipisks spiediena logs D2C plaukta filiālē.

Beigt savienojumus:Pāreja uz sanitārajām caurulēm mūsdienu serveru plauktu konstrukcijās nozīmē, ka daudziem plaukta-līmeņa vārstiem tagad ir nepieciešami trīs-skavas vai līdzīgi higiēniski gala savienojumi, nevis vītņoti NPT vai atloku savienojumi. 3 PC lodveida vārstu konfigurācija ar trim atdalāmām korpusa daļām nodrošina sēdekļa nomaiņu, nenoņemot vārstu no līnijas, kas ir būtiska apkopes priekšrocība blīvās plauktu vidēs, kur piekļuve ir ierobežota. Leadtek trīs{5}daļiņu sērija ir izstrādāta, ņemot vērā tieši šīs ekspluatācijas prasības, izmantojot precīzi CNC-apstrādātus 316 nerūsējošā tērauda korpusus, kas saglabā izmēru precizitāti, pateicoties ilgstošai termiskajai ciklam.

Noplūdes klase:VI klase atbilstoši ANSI/FCI 70-2 — visciešākais noplūdes standarts, kāds ir sasniedzams ceturtdaļas apgrieziena lodveida vārsta konstrukcijā.

Cikla kalpošanas laiks:AI datu centri darbojas nepārtraukti, un vadības vārsti CDU apvada ķēdēs var darboties simtiem reižu dienā. Minimālais cikla novērtējums 500 000 iedarbināšanas elektriskiem-vārstiem ir saprātīga minimālā iepirkuma vērtība. Pirms apņemšanās veikt pārbaudi ar ražotāju un{5}}atsauci uz paredzamo BMS vadības biežumu.

BMS integrācija:D2C sistēmas kontrolē ēku vadības sistēmas, kas uzrauga temperatūru, plūsmu un spiedienu visā objektā. Vārstiem ir jāpieņem standarta analogās vadības signāli un atgriezeniskā stāvokļa atgriezeniskā saite ar to pašu protokolu, lai iespējotu slēgtas -cilpas verifikāciju, vai vārsts patiešām ir pārvietots pavēlētajā pozīcijā.

 

Pareizās vārsta konfigurācijas izvēle pēc pozīcijas

Jo plašāksnerūsējošā tērauda lodveida vārstskategorija aptver plašu konfigurāciju klāstu, un ne katra konfigurācija ir piemērota katrai pozīcijai D2C cilpā.

CDU primārajā pieslēgumā, kur cauruļu diametrs ir vislielākais un spiediens ir vislielākais, atloku lodveida vārsti ar rokas{0}}riteņu iedarbināšanu ir raksturīgi neregulārai izolācijai. Plaukta kolektora līmenī kompakti 2- vai 3- daļu korpusi ar elektriskiem izpildmehānismiem ir praktiskāki, jo piekļuve plauktam ir ierobežota. Servera paplātes līmenī, kur ātri atvienojami darbināmi diskdziņi, sanitārie lodveida vārsti ar trīs spaiļu galiem kļūst par nozares standartu.

Viens atlases princips tiek piemērots neatkarīgi no pozīcijas: vārsta autoritātei, kas apraksta, cik lielai daļai no kopējās sistēmas spiediena starpības vārsts kontrolē, jābūt vismaz 50% no atzara spiediena krituma. Vārsti ar nepietiekamu autoritāti nevar efektīvi modulēt, jo plūsmas uzvedībā dominē citas sistēmas pretestības.

Leadtek Fluid, kas darbojas no 37 000 kvadrātmetru lielas ražošanas iekārtas Kudžou, Džedzjanas štatā, ražo visu vārstu konfigurāciju klāstu, ko izmanto D2C sistēmas slāņos, sākot no atloku izolatoriem CDU līdz sanitārajiem vārstiem aukstās plāksnes atzarā. Ar vairāk nekā 30 gadu precīzās liešanas un CNC apstrādes pieredzi, ISO 9001 un CE sertifikātu un 100 vai vairāk sertificētiem lodveida vārstu variantiem, kas izstrādāti, izmantojot-pašu pētniecību un attīstību, Leadtek piegādā D2C sistēmu integratorus un datu centru operatorus vairāk nekā 80 valstīs.

 

Kopsavilkums un rīcības ieteikumi

Tieša-uz-čipu dzesēšana neizdodas, jo aukstuma plāksnes ir slikti izstrādātas. Tas neizdodas sadales slānī, kur spiediena nelīdzsvarotība, nepietiekama izolācija un lēna reaģēšana ārkārtas situācijās pārvērš pārvaldāmus notikumus dārgos incidentos.

Pirms D2C lodveida vārstu pirkuma pasūtījuma izdošanas apstipriniet tālāk norādīto.

Pilna-urbuma ģeometrija visos izolācijas punktos, lai izvairītos no spiediena kritumiem

Trīs{0}}virzienu konfigurācija ar pozīcijas atgriezenisko saiti katrā apvedceļa vai cilpas{1}}pārslēgšanas pozīcijā

316 nerūsējošā tērauda korpuss un TFM sēdekļa materiāls pāri bagāžnieka sekundārajai cilpai

Cikla kalpošanas laiks ir pārbaudīts, salīdzinot ar paredzamo BMS vadības biežumu

VI klases noplūdes reitings jebkuram vārstam nepārtrauktā režīmā

Gala savienojuma veids atbilst statīvā izmantotajam cauruļu standartam

Šo specifikāciju iegūšana tieši pirms instalēšanas ir ievērojami lētāka nekā plūsmas nelīdzsvarotības problēmu diagnostika pēc serveru darbības.

 

FAQ

Kāda ir atšķirība starp divvirzienu un trīsceļu atloku lodveida vārstu D2C dzesēšanas sistēmā?2-virzienu vārstam ir viena ieplūde un viena izplūde, un tas nodrošina ieslēgšanas/izslēgšanas vai modulācijas vadību vienā līnijā. Trīsvirzienu dizainam ir trīs pieslēgvietas, kas ļauj novirzīt plūsmu starp diviem ceļiem (T-ports) vai jaukt plūsmas no diviem avotiem (L-ports). D2C sistēmās šī konfigurācija nodrošina apvada ķēdes, dublēšanas pārslēgšanu un brīvas dzesēšanas ekonomaizera vadību.

Kāpēc šķidruma dzesēšanas cilpās priekšroka tiek dota 316 nerūsējošajam tēraudam, nevis 304?316 nerūsējošais materiāls satur molibdēnu, kas ievērojami uzlabo izturību pret hlorīda -izraisītu punktveida un plaisu koroziju. Datu centra dzesēšanas ūdens, pat ja tas ir ķīmiski apstrādāts, pakļauj vārstu iekšpuses tādiem apstākļiem, ar kuriem 304 tiek pietiekami galā ar zemu-kontaktu veidgabaliem, bet mazāk uzticami augsta-cikla sēdekļos un korpusos nepārtrauktas plūsmas laikā.

Cik bieži ir jāpārbauda lodveida vārsti D2C sistēmā?Manuālie izolācijas vārsti, kas tiek ciklēti tikai apkopes laikā, parasti nodrošina ikgadēju pārbaudi. Elektriski darbināmiem vadības vārstiem, kas darbojas saskaņā ar BMS komandu, ir jāatbilst ražotāja cikla -darba perioda novērtējumam, un sēdekļa pārbaude ir paredzēta 50% no nominālā kalpošanas laika. Trīs{5}}virsbūves konstrukcijas vienkāršo šo pārbaudi, jo korpuss tiek atdalīts, lai piekļūtu sēdeklim, nepārtraucot līniju.

Ko nozīmē “vārsta autoritāte” un kāpēc tas ir svarīgi D2C plūsmas modulācijai?Vārsta autoritāte ir pilnībā atvērtā vārsta spiediena krituma attiecība pret kopējo spiediena kritumu atzarojuma ķēdē. Vārsts ar zemu autoritāti nevar efektīvi regulēt plūsmu, jo dominē citas ķēdes pretestības. D2C atzaros, kas darbojas ar diferenciāli no 5 līdz 15 PSI, vadības vārstam ir jāatbilst vismaz pusei no šī spiediena budžeta pie pilnas -atvērtas plūsmas, lai saglabātu nozīmīgu modulācijas diapazonu.

Vai standarta HVAC lodveida vārstus var izmantot tiešās -uz-šķeldu dzesēšanas lietojumos?Nav ticami. Standarta HVAC vārstu izmēri ir paredzēti daudz lielākam plūsmas ātrumam un rupjākai vadībai, nekā nepieciešams D2C plauktu atzariem. To izpildmehānismi bieži ir pārāk lēni CDU vadības sistēmas laika noteikšanai, un to sēdekļu materiāli var nebūt saderīgi ar korozijas inhibitoru paketēm, ko izmanto dejonizētā dzesēšanas ūdenī. D2C-saderīgie vārsti ir atlasīti zema-spiediena diferenciālam, lieliem cikla rādītājiem, sanitārajiem vai korozijizturīgiem{7} materiāliem un BMS signāla savietojamībai. Liela izmēra HVAC vārsta izmantošana D2C atzarā ir izplatīts CDU vadības cilpu nestabilitātes cēlonis.