Jak gwintowane zawory motylkowe zmieniają infrastrukturę chłodzenia centrum danych

Centra danych nie są już cichymi,-klimatyzowanymi serwerowniami z początku XXI wieku. Obecnie pojedynczy obiekt hiperskalowy może pobierać od 50 do 200 megawatów mocy i przesyłać obciążenia cieplne na poziomie porównywalnym z zakładami przemysłu ciężkiego. Głównym czynnikiem napędzającym tę sytuację jest eksplozja obliczeń AI. Trenowanie dużych modeli językowych i wnioskowanie na dużą skalę wytwarza nadzwyczajne ciepło na poziomie szafy, przy czym klastry GPU regularnie przekraczają 100 kW na szafę, a niektóre wdrożenia sztucznej inteligencji chłodzonej cieczą przekraczają 150 kW. Ciepłem tym należy zarządzać precyzyjnie, a cały ciężar zarządzania nim spada na infrastrukturę chłodniczą.

Zawory nie są najbardziej efektownym elementem centrum danych, ale należą do najważniejszych. Każda pętla wody lodowej, każde połączenie z wieżą chłodniczą i każda stacja pomp zależą od zaworów kontrolujących przepływ chłodziwa przez system. Spośród wszystkich typów zaworów stosowanych w nowoczesnej infrastrukturze chłodniczej,Zawór motylkowy z gwintemzyskał kluczową rolę w głównych rurociągach dystrybucyjnych, gdzie należy skutecznie i niezawodnie regulować duże ilości chłodziwa.

 

Zawór motylkowy z gwintem LEADTEK

 

Dlaczego projektowanie układów chłodzenia stało się bardziej wymagające

Przejście w kierunku systemów chłodzenia ze zmiennym przepływem pierwotnym zmieniło oczekiwania inżynierów wobec każdego elementu obwodu. W tradycyjnym systemie o stałym-przepływie pompy pracowały ze stałą prędkością, a zawory po prostu otwierały się lub zamykały na polecenie. W systemie o zmiennym przepływie pompy modulują prędkość, aby dopasować-rzeczywiste zapotrzebowanie na chłodzenie, a zawory sterujące muszą dławić w sposób ciągły i dokładny, aby utrzymać nastawy różnicy ciśnień. Nakłada to znacznie większe wymagania na działanie zaworu niż kiedykolwiek wcześniej w przypadku zwykłego zadania izolacyjnego.

Jednocześnie operatorzy centrów danych znajdują się pod ogromną presją, aby zmniejszyć efektywność wykorzystania energii, która mierzy całkowite zużycie energii w obiekcie w porównaniu z energią faktycznie zużywaną przez serwery. W wielu obiektach systemy chłodzenia stanowią aż 40 procent całkowitej energii zużywanej w obiekcie. Zły dobór zaworów, zbyt małe siłowniki lub niewłaściwie skalibrowane zawory sterujące przekładają się bezpośrednio na wyższe koszty pompowania, marnowanie energii i mniejsze marże w ramach i tak już nadwyrężonych budżetów operacyjnych.

Wybór odpowiedniego zaworu we właściwym miejscu jest w tym kontekście prawdziwą decyzją inżynierską mającą realne konsekwencje finansowe i operacyjne.

 

Miejsce montażu gwintowanego zaworu motylkowego w obwodzie chłodzenia

Typowy hiperskalowy system chłodzenia centrum danych transportuje schłodzoną wodę poprzez hierarchię rurociągów, zaczynając od centralnej agregatu chłodniczego i biegnąc na zewnątrz, do wież chłodniczych, płytowych wymienników ciepła, jednostek dystrybucji chłodzenia, a ostatecznie do samych szaf serwerowych. Największe rury w tej hierarchii, sieć wodociągowa wody lodowej i główne kolektory dystrybucyjne, to miejsca, w których gwintowany zawór motylkowy konsekwentnie udowadnia swoją wartość.

W porównaniu do zasuw lub zaworów kulowych o równoważnych rozmiarach, przepustnica jest znacznie lżejsza, bardziej kompaktowa i szybsza w obsłudze. W rurociągach o średnicach nominalnych DN200 i większych przewaga kosztowa i przestrzenna przepustnicy w porównaniu z porównywalnymi alternatywami staje się coraz bardziej znacząca. Inżynierowie instalacji pracujący z ograniczonymi układami pomieszczeń technicznych doceniają możliwość zainstalowania-zaworu odcinającego lub sterującego o dużej średnicy bez poświęcania nieproporcjonalnej przestrzeni na korpus zaworu i operatora.

Szybkie działanie przepustnicy o ćwierć obrotu ma również znaczenie w układach chłodzenia, w których przepływ musi zostać przekierowany lub szybko odcięty w odpowiedzi na wyłączenie pompy, skok ciśnienia lub planowaną konserwację. Możliwość otwarcia lub zamknięcia dużego-zaworu w ciągu kilku sekund, a nie minut potrzebnych do dokręcenia zasuwy z napędem ręcznym do pełnego skoku, to praktyczna korzyść, która objawia się skróconym czasem reakcji w przypadku awarii systemu.

 

Rodzaje przepustnic gwintowanych i ich rola

Nie wszystkie przepustnice są równoważne, a wybór odpowiedniego podtypu dla każdego zastosowania wymaga dokładnej oceny inżynierskiej.

Koncentryczne przepustnice, w których dysk i wał są wyśrodkowane w otworze rury, stanowią najpowszechniejszą i-ekonomiczną opcję w przypadku dostarczania wody lodowej pod niższym-ciśnieniem. Są szeroko stosowane w głównych pętlach chłodzenia i liniach obejściowych wieży chłodniczej, gdzie nie jest wymagane ciągłe szczelne odcięcie. Materiał gniazda to zazwyczaj guma EPDM, która zapewnia niezawodną kompatybilność z uzdatnioną wodą chłodzącą i pakietami-inhibitorów glikolu w stężeniach do około 50 procent. Wartości ciśnienia przy PN10 lub PN16 są wystarczające dla większości reżimów ciśnieniowych HVAC w centrach danych.

Zawory motylkowe z podwójnym-przesunięciem lub{1}}o wysokiej wydajności wprowadzają dwa przesunięcia geometryczne na wale, które wyciągają tarczę z gniazda podczas jego otwierania, radykalnie zmniejszając zużycie gniazda podczas pracy modulacyjnej. Są one właściwym wyborem do zastosowań ze sterowaniem o pracy ciągłej w systemach wody lodowej o zmiennym przepływie, gdzie zawór musi reagować na regulatory różnicy ciśnień przez każdą godzinę pracy. Większa charakterystyka odcięcia sprawia, że ​​nadają się do izolacji pomp i zadań obejściowych, gdzie liczy się kontrola wycieków.

Zawory motylkowe z potrójnym-przesunięciem zwiększają tę geometrię dzięki-krzywkowemu zamknięciu, które zapewnia prawdziwie bąbelkowe-szczelne uszczelnienie metalu--metalem. W zastosowaniach związanych z chłodzeniem centrów danych są one zwykle zarezerwowane dla-wysokociśnieniowych pozycji obejścia agregatu chłodniczego, miejsc odcięcia awaryjnego na krytycznych kolektorach chłodniczych oraz wszelkich pozycji, gdzie-wymaganiem specyfikacji jest bezpieczeństwo pożarowe. Ich przewidywalna charakterystyka momentu obrotowego siłownika sprawia, że ​​szczególnie dobrze nadają się do doboru siłowników elektrycznych.

 

Uwagi dotyczące specyfikacji technicznej

Wartości znamionowe CV i zakres regulacji wymagają szczególnej uwagi przy określaniu przepustnicy do pracy regulacyjnej. Zależność między kątem tarczy a współczynnikiem przepływu w przepustnicy jest wysoce nieliniowa. Przydatny autorytet kontroli zazwyczaj istnieje w zakresie od około 20 do 70 stopni ruchu dysku. Błąd zaworu w zakresie od 5 do 15 stopni nie tylko zapewnia słabą kontrolę przepływu. Niszczy także swoje gniazdo oraz generuje niepotrzebny hałas i wibracje w rurociągu.

Autorytet zaworu jest równie ważny w systemach o zmiennym przepływie. Autorytet definiuje się jako stosunek spadku ciśnienia na zaworze regulacyjnym przy pełnym otwarciu do całkowitego spadku ciśnienia w obwodzie, w tym na tym zaworze. Wartości autorytetu poniżej 0,3 wskazują, że zawór ma niewystarczający wpływ na przepływ w swoim obwodzie, co powoduje pogorszenie jakości regulacji. Wielu inżynierów pracujących nad projektami chłodzenia dużych centrów danych przeszło na niezależne od ciśnienia zawory sterujące do połączeń central wentylacyjnych i jednostek dystrybucji chłodzenia, szczególnie dlatego, że urządzenia te utrzymują stabilny przepływ niezależnie od wahań ciśnienia w systemie.

Zgodność materiałowa to kolejny czynnik specyfikacji, którego nie należy traktować jako formalności. Większość systemów wody lodowej w centrach danych wykorzystuje pakiety inhibitorów na bazie glikolu-, zazwyczaj glikol etylenowy lub propylenowy w stężeniu od 20 do 35 procent. Fotele EPDM sprawdzają się w tej usłudze dobrze. Gniazda wyłożone-PTFE zapewniają zwiększoną odporność w przypadku bardziej agresywnych preparatów inhibitorów. Materiał korpusu powinien składać się co najmniej z żeliwa sferoidalnego i elementów wykończeniowych z mosiądzu o niskiej zawartości{8}cynku lub stali nierdzewnej, przeznaczonych do systemów, w których odcynkowanie stwarza-długoterminowe ryzyko korozji.

 

Rola zaworu motylkowego Tri Clamp w zaawansowanym chłodzeniu

Ponieważ systemy bezpośredniego chłodzenia cieczą i chłodzenia zanurzeniowego stają się coraz bardziej powszechne w-wdrożeniach centrów danych o dużej gęstości, w specyfikacji pojawiła się inna kategoria przepustnic. TheZawór motylkowy z potrójnym zaciskiemjest przeznaczony do zastosowań higienicznych lub-bardzo czystych, z higienicznym złączem końcowym, które umożliwia szybki-beznarzędziowy demontaż w celu czyszczenia i kontroli. W jednofazowych-obwodach chłodzenia cieczą wykorzystujących wodę dejonizowaną, gdzie utrzymanie czystości płynu ma kluczowe znaczenie dla ochrony komponentów serwera, zawór motylkowy Tri Clamp oferuje praktyczne korzyści w zakresie łatwości serwisowania i kontroli zanieczyszczeń, których nie mogą dorównać konwencjonalne zawory kołnierzowe lub gwintowane.

Dwu-fazowe systemy chłodzenia zanurzeniowego, w których płyn dielektryczny wrze bezpośrednio z komponentów serwera i skrapla się w wymiennikach ciepła, stanowią najbardziej wydajne termicznie podejście do chłodzenia dostępne obecnie na poziomie szafy. Systemy te wymagają konstrukcji zaworów, które poradzą sobie z mieszaninami-par i cieczy bez kawitacji i niestabilności przepływu, a zwarta geometria-o małych przeszkodach odpowiednio dobranego zaworu motylkowego dobrze nadaje się do tego zadania, jeśli zostanie zastosowana prawidłowa metodologia wymiarowania.

 

Zawór motylkowy LEADTEK Tri Clamp

 

Wybór i integracja siłownika

Siłownik zamontowany na modulacyjnej przepustnicy w układzie chłodzenia nie jest kwestią drugorzędną. To połowa systemu sterowania. Dobór momentu obrotowego siłownika musi uwzględniać nie tylko statyczne siły uszczelniające gniazdo, ale także hydrodynamiczny moment obrotowy generowany przez przepływ działający na tarczę, który osiąga wartość szczytową przy około 60 do 80 stopni otwarcia i może przekroczyć statyczny moment zrywający w wymagających warunkach przepływu. Do użytku ogólnego odpowiedni jest współczynnik bezpieczeństwa wynoszący co najmniej 1,3-krotność opublikowanego maksymalnego momentu obrotowego. Pozycje krytyczne gwarantują 1,5-krotność lub więcej.

Specyfikacja cyklu pracy ma równie duże znaczenie. Siłownik przystosowany do włączania/wyłączania przy danym momencie znamionowym przegrzeje się, jeśli będzie pracował w trybie ciągłym w trybie modulacyjnym. Określ siłowniki o cyklu pracy dopasowanym do aplikacji i potwierdź, że zintegrowane pozycjonery są kompatybilne z protokołem BMS używanym w obiekcie. W architekturze systemów zarządzania budynkami centrów danych dominują BACnet i Modbus. Logika pozycjonowania zapewniająca bezpieczeństwo w przypadku awarii powinna zostać potwierdzona na etapie projektowania, przy czym zawory zasilania chłodzeniem są zwykle skonfigurowane tak, aby otwierały się w przypadku awarii, a zawory odcinające skonfigurowane tak, aby zamykały się w przypadku utraty mocy sterującej.

 

Możliwości produkcyjne i standardy jakości firmy LEADTEK

ZHEJIANG LEADTEK FLUID TECHNOLOGY CO., LTD tworzy produkty do kontroli płynów od 2015 roku, rozwijając się z precyzyjnej obróbki CNC w Wenzhou do przedsiębiorstwa produkcyjnego o pełnych-wydajnościach, zajmującego 37 000 metrów kwadratowych powierzchni produkcyjnej w parku przemysłowym Changshan w Quzhou w prowincji Zhejiang. W zakładzie znajduje się ponad 400 zaawansowanych maszyn produkcyjnych i zatrudnia ponad 300 osób w działach badań i rozwoju, produkcji, testowaniu i eksporcie.

Historia rozwoju produktów firmy obejmuje ponad 100 certyfikowanych wariantów zaworów kulowych i ponad 40 opatentowanych technologii opracowanych przez wewnętrzny zespół badawczo-rozwojowy utworzony w 2019 r. Międzynarodowe certyfikaty obejmują ISO 9001, ISO 14001, CE, TS i KC, odzwierciedlające ramy zarządzania jakością, które wspierają eksport do ponad 80 krajów i regionów w Europie, Ameryce Północnej, Azji-Pacyfiku, na Bliskim Wschodzie i Ameryce Południowej.

W szczególności w przypadku zastosowań związanych z chłodzeniem centrów danych doświadczenie LEADTEK w zakresie precyzyjnego odlewania stali nierdzewnej i obróbki CNC przekłada się bezpośrednio na spójność wymiarową i jakość wykończenia powierzchni, których wymagają gniazda zaworów motylkowych i geometria tarcz, aby zapewnić niezawodną, ​​długoterminową wydajność. Wąskie tolerancje geometrii profilu dysku odróżniają przepustnicę zapewniającą rzeczywistą kontrolę przepływu od przepustnicy, która jedynie otwiera się i zamyka. Sterowanie procesem produkcyjnym firmy LEADTEK, opracowane na przestrzeni ponad 30 lat doświadczenia w odlewaniu, którego początki sięgają pracy założyciela firmy w Wenzhou w 1994 r., zapewniają precyzję niezbędną do obsługi systemów chłodzenia w obiektach-o znaczeniu krytycznym.

 

Ujęcia na żywo fabryki Leadtek

 

Patrząc w przyszłość

Planowana budowa centrum danych, która potrwa przez kilka następnych lat, stanowi znaczący i trwały sygnał zapotrzebowania na odpowiednio dobrane zawory chłodzące. Globalne inwestycje w wydajność centrów danych kosztują setki miliardów dolarów rocznie, a każdy obiekt zbudowany w celu obsługi infrastruktury sztucznej inteligencji stanowi wymagający pod względem technicznym wymóg zakupu zaworów. Analitycy rynkowi przewidują, że rynek zaworów do chłodzenia cieczą do centrów danych wzrośnie z około 270 mln USD w 2025 r. do 1,8 mld USD do 2032 r., przy łącznym rocznym tempie wzrostu przekraczającym 30%.

Dla inżynierów zaworów, projektantów obiektów i specjalistów ds. zakupów związanych z tym sektorem kluczowa zmiana polega na odchodzeniu od specyfikacji towaru w stronę specyfikacji opartej-na wydajności. Pytanie nie dotyczy już tylko tego, jaki zawór pasuje do rury. Pytanie brzmi, jaki typ zaworu, przy jakim przesunięciu geometrii, z jakiego materiału gniazda, uruchamiany przez-operatora o konkretnym obciążeniu zapewni skuteczność regulacji, efektywność energetyczną i żywotność wymaganą-infrastrukturą chłodniczą o znaczeniu krytycznym. Gwintowy zawór motylkowy, odpowiednio dobrany i zwymiarowany, znajduje się w centrum tej odpowiedzi w praktycznie każdej obecnie budowanej instalacji chłodniczej typu hyperscale.