Palloventtiilit suorassa---lastussa nestejäähdytyksessä: virtauksensäätövaatimukset selitetty

Kun palvelinkeskuksen insinööri määrittelee jäähdytyslaitteiston 100 kW:n GPU-telineeseen, keskustelu alkaa yleensä kylmälevyistä, CDU:ista ja jakotukkien asetteluista. Venttiilit ovat jälkikäteen, kunnes jokin menee pieleen. Yksikin väärin määritetty eristyspiste voi pakottaa telineen täyden sammutuksen huoltoikkunan aikana. Venttiili, joka ei pysty reagoimaan riittävän nopeasti vuototapahtumaan, voi kastaa 300 000 dollarin arvosta kiihdytintä. Ja rakennuksen LVI-järjestelmää varten mitoitettu virtaus-ohjauskomponentti luo paineepätasapainoa, joka kuristaa lastun suorituskykyä muutaman päivän kuluessa käyttöönotosta.

Suora-sirulle (D2C) nestejäähdytys -, jossa jäähdytysnestettä kierrätetään suoraan suorittimiin, grafiikkasuoritteisiin ja muistimoduuleihin asennettujen kylmälevyjen kautta -, on siirtynyt kapeasta käytännöstä yleiseen tarpeeseen. Yksittäiset kiihdytinsirut haihduttavat nyt jopa 1 200 wattia lämpöä, ja teline{8}}tasotiheydet saavuttavat rutiininomaisesti 60–200 kW. Ilmajäähdytys ei pysy näiden lukujen tahdissa. Mutta puhaltimien korvaaminen nestesilmukoilla tarkoittaa uuden tarkkuusmekaanisten komponenttien tuomista ympäristöön, joka oli aiemmin kuiva. Venttiilin oikea valinta ei ole valinnaista. Väärin saaminen on kallista.

Tässä artikkelissa selitetään, mitä D2C-jäähdytysjärjestelmät todella vaativat palloventtiileiltä toiminnallisen roolin mukaan jaoteltuina, ja muuntaa nämä vaatimukset konkreettisiksi määrittelykriteereiksi insinööreille ja hankintatiimeille.

 

Palvelinkeskuksen nestejäähdytys CDU-järjestelmä

 

Kuinka D2C-jäähdytyssilmukat rakennetaan

Ennen kuin käsittelet venttiilivaatimuksia, se auttaa ymmärtämään, missä venttiilit sijaitsevat D2C-järjestelmässä.

Jäähdytysjakeluyksikkö (CDU) toimii lämmönvaihtimena ja pumppuna silmukan ytimessä. Se imee lämmintä paluuvettä palvelintelineistä, vaihtaa lämpöä laitoksen jäähdytetyn-veden kanssa ja lähettää jäähdytysnesteen takaisin syöttöjakoputkien kautta jokaiseen telineeseen. Jokaisen telineen sisällä toissijainen jakotukki jakaa virtauksen yksittäisille kylmälevyille. Jokaisessa haarakohdassa ja liitännässä venttiilit suorittavat yhden neljästä erillisestä toiminnosta: eristys, ohituskytkentä, virtauksen modulointi tai hätäsulku.

Jokaisella näistä toiminnoista on omat tekniset vaatimuksensa, eivätkä kaikki palloventtiilimallit täytä kaikkia neljää.

 

Neljä toiminnallista roolia ja mitä kukin vaatii

1. Eristys ylläpitoa ja redundanssia varten

Yleisin palloventtiilisovellus D2C-järjestelmissä on telinetason eristys. Kun palvelinalusta on vaihdettava tai kylmälevy vuotaa, teknikkojen on poistettava paine ja tyhjennettävä tämä haara sulkematta muuta silmukkaa.

Hyvin -suunniteltu eristysarkkitehtuuri sijoittaa venttiilit sekä syöttö- että paluulinjoihin telineen-ja{2}}liitännässä. Tämä ei ole redundanssi sen itsensä vuoksi. Suurten hyperscale-operaattoreiden patenteissa kuvataan kaksoisventtiilin eristysjärjestelmiä, joissa ylempi ja alempi palloventtiili toimivat itsenäisesti, kummallakin on oma vuotoallas. Jos ylempi venttiili ei toimi, alempi sulkeutuu. Lokeron sisällä oleva vuotoanturi kommunikoi kiinteistönhallintajärjestelmän (BMS) kanssa laukaistakseen toissijaisen sulkemisen automaattisesti ilman ihmisen väliintuloa.

Tässä roolissa kriittinen määritys on täys-reiän rakenne, mikä tarkoittaa, että venttiilin reiän sisähalkaisija vastaa putken halkaisijaa. Supistettu-reikäinen venttiili aiheuttaa tarpeettoman paineen alenemisen jokaisessa eristyspisteessä, ja telineessä, jossa on vähintään 20 kylmälevyä rinnakkain, nämä putoavat nopeasti.

Eristyskäytön erittelyvaatimukset: täydellinen-porauksen geometria, luokan VI vuotoluokitus (alan tiukin standardi joustaville-istukkaisille venttiileille), 316 ruostumattomasta teräksestä valmistettu runko korroosionkestävyydelle kosteissa mekaanisissa tiloissa ja ohjaus, joka integroituu BMS-ohjaussignaaleihin.

2. Ohitus ja silmukkakytkentä

A 3-tie laipallinen palloventtiilihoitaa yhden D2C-järjestelmien teknisesti vaativimmista töistä: jäähdytysnesteen ohjaamisen useiden piirien välillä käyttöolosuhteista riippuen.

Vapaajäähdytyskokoonpanossa, jossa ympäristön lämpötilat ovat riittävän alhaiset, jotta mekaanista jäähdytystä ei tarvita, tämä kokoonpano ohjaa syöttövirran ohitussilmukan kautta ohittaen jäähdyttimen kokonaan ja säästäen merkittävästi energiaa. Redundantissa jäähdytysarkkitehtuurissa toinen portti ohjaa virtauksen ensisijaisen ja valmiustilan jäähdytyssilmukan välillä, jos CDU laukeaa offline-tilassa.

Tässä vaadittu tarkkuus on suurempi kuin yksinkertainen on/off-eristys. Venttiilin on säilytettävä toistettavissa oleva jakosuhde porttien välillä tuhansien käyttöjaksojen aikana. Jopa muutaman asteen poikkeama voi muuttaa jäähdytysnesteen jakautumista niin paljon, että se vaikuttaa lastujen liitoslämpötiloihin. Tämä tekee sähkötoimisesta asennonpalautteen avulla paremman vaihtoehdon manuaaliseen käyttöön verrattuna. Puolen-sekunnin välein pyörivä pneumaattinen toimilaite on riittävän nopea hätätoimiin, mutta kerää mekaanista kulumista nopeammin sovelluksissa, jotka vaativat jatkuvaa modulaatiota.

Ohitus- ja silmukka{0}}kytkentäkäyttöä varten määritä venttiili, jossa on luonnehdittu T-- tai L--porauksen geometria, sähköinen toimilaite, jossa on 4-20 mA tai 0-10 V DC-ohjaustulo, ja asennon palaute, joka on kytketty takaisin CDU-hallintaohjaimeen.

 

Leadtek 3-tie laipallinen palloventtiili

 

3. Telineen-tasovirtauksen modulointi

Kaikki palvelinkeskuksen telineet eivät toimi samalla lämpökuormalla samanaikaisesti. Teline käyttämättömiä palvelimia kuluttaa paljon vähemmän lämpöä kuin sama teline täydellä tekoälyn harjoittelukuormalla. Jos jäähdytysnesteen virtaus on kiinteä enimmäismäärä palvelimen käytöstä riippumatta, pumput kuluttavat energiaa pahimpaan-skenaarioon verrannollisesti kellon ympäri.

Dynaaminen virtauksen ohjaus korjaa tämän. Arlingtonin Texasin yliopiston tutkimus osoitti virtauksen säätölaitteen, joka käyttää V-mikroservomoottoriin yhdistettyä palloventtiiliä, joka moduloi virtausta palvelintelineen tasolla reaaliaikaisen-käytön perusteella. Tyhjäkäynnillä täydessä telineessä järjestelmä saavutti jopa 87 % alennuksen pumppausenergiassa. Täydellä kuormituksella venttiili avautui täysin maksimaalisen virtauksen aikaansaamiseksi.

V-cut (tai V-notch) palloventtiili on suunniteltu erityisesti säätelemään käyttöä. Toisin kuin tavallinen täysreikäinen pallo, joka on käytännössä joko täysin auki tai täysin suljettu, V-lovi luo tasaisen-prosenttimääräisen virtausominaisuuden: tietty venttiilin kiertoliikkeen lisäys tuottaa suhteellisen prosentuaalisen muutoksen virtausnopeudessa absoluuttisen muutoksen sijaan. Tämä tekee venttiilistä yhteensopivan PID-säätösilmukoiden (proportional-integral-derivative) kanssa, joissa säädin säätää jatkuvasti virtausta pitääkseen menolämpötilan tavoitearvon.

4. Vuodontorjunta ja hätäsammutus

Elektroniikan jäähdytysneste on ensisijainen huolenaihe, joka estää nestejäähdytyksen nopeamman käyttöönoton datakeskuksissa. Nykyaikaiset D2C-järjestelmät korjaavat tämän itsenäisellä suojauksella: solenoidi{2}}toimilla toimivat palloventtiilit, jotka on yhdistetty vuodontunnistusantureiden kanssa, jotka katkaisevat virtauksen millisekuntien sisällä kosteuden havaitsemisesta liitäntäpisteessä.

Hätäpysäytyskäytössä käyttönopeus ja vika{0}}turvallinen käyttäytyminen ovat tärkeämpiä kuin virtauksen modulaation tarkkuus. Pneumaattiset toimilaitteet ovat suositeltavia, koska ne pyörivät alle puolessa sekunnissa ja ne voidaan konfiguroida joustamaan-palaamaan kiinni-asentoon ohjaussignaalin katoamisen yhteydessä. Tämä epäonnistunut-suljettu toiminta suojaa laitteistoa, jos itse ohjausjärjestelmästä katkeaa virta.

 

Roolien kääntäminen spesifikaatioiksi

Useimmat D2C-sovellusten venttiilispesifikaatiot ovat alimääritettyjä, koska ne on kopioitu LVI- tai yleisistä teollisuusmalleista. Seuraavat kriteerit koskevat erityisesti D2C-työtä.

Materiaali:316 ruostumattomasta teräksestä valmistettu runko ja verhoilu, jotka ovat yhteensopivia deionisoidun veden, vesi-glykoliseosten ja nestemäisen-jäähdytetyn datahallin. 304 ruostumattoman teräksen syövyttävän ympäristön kanssa, ovat hyväksyttäviä alhaisille-rasitusliitoksille, mutta sitä ei suositella ensisijaiseen eristyskäyttöön.

Istuimen materiaali:PTFE tai TFM (muokattu PTFE, jolla on parempi mittastabiilisuus) yhteensopivuuden yleisten D2C-jäähdytysnesteiden kanssa ja pitkäkestoinen tiivistyskyky 5–15 PSI:n käyttöerolla, joka on tyypillinen paineikkuna D2C-telinehaarassa.

Lopeta liitännät:Siirtyminen saniteettiputkiin nykyaikaisissa palvelintelinerakenteissa tarkoittaa, että monet teline{0}}tasoventtiilit vaativat nyt tri-kiinnikkeet tai vastaavat hygieeniset päätyliitokset kierteisten NPT- tai laippaliitosten sijaan. 3 PC Ball Valve -kokoonpano, jossa on kolme erotettavaa runko-osaa, mahdollistaa istukan vaihdon ilman venttiilin irrottamista linjasta, mikä on merkittävä ylläpitoetu tiheissä telineympäristöissä, joissa pääsy on rajoitettua. Leadtekin kolmiosainen -osainen sarja on suunniteltu juuri tämän huollettavuusvaatimuksen mukaisesti käyttämällä tarkasti CNC-koneistettua ruostumattomasta teräksestä valmistettuja 316-runkoja, jotka säilyttävät mittatarkkuuden pidennetyn lämpösyklin ansiosta.

Vuotoluokka:Luokka VI / ANSI/FCI 70-2, tiukin vuotostandardi, joka on saavutettavissa neljänneskierrospalloventtiilissä.

Pyörän käyttöikä:AI-palvelinkeskukset toimivat jatkuvasti, ja CDU-ohituspiirien ohjausventtiilit voivat pyöriä satoja kertoja päivässä. Sähkötoimisten venttiilien 500 000 käyttökerran vähimmäismäärä on kohtuullinen hankintakerros. Tarkista valmistajalta ja vertaa -oletettua BMS-ohjaustaajuutta ennen sitoutumista.

BMS-integraatio:D2C-järjestelmiä ohjaavat kiinteistönhallintajärjestelmät, jotka valvovat lämpötilaa, virtausta ja painetta koko kiinteistön alueella. Venttiilien tulee hyväksyä standardinmukaiset analogiset ohjaussignaalit ja paluuasennon palaute samassa protokollassa, jotta suljetun -silmukan varmistus voidaan varmistaa, että venttiili todella siirtyi käskettyyn asentoonsa.

 

Oikean venttiilikokoonpanon valitseminen asennon mukaan

Mitä laajempiruostumattomasta teräksestä valmistettu palloventtiililuokka kattaa laajan valikoiman kokoonpanoja, eivätkä kaikki kokoonpanot ole sopivia jokaiseen D2C-silmukan sijaintiin.

CDU:n ensiöliitännässä, jossa putkien halkaisijat ovat suurimmat ja paineet suurimmat, laipalliset palloventtiilit käsin{0}}pyörällä toimivat ovat tyypillisiä harvoin tapahtuvaan eristykseen. Telineen jakotukin tasolla kompaktit 2-- tai 3--osaiset rungot sähkötoimilaitteilla ovat käytännöllisempiä, koska telineeseen pääsy on rajoitettu. Palvelinalustatasolla, jossa nopeasti irrotettavat huollettavat asemat suunnitellaan, kolmipuristimella varustetuista saniteettipalloventtiileistä on tulossa alan standardi.

Yksi valintaperiaate pätee asennosta riippumatta: venttiilin auktoriteetti, joka kuvaa kuinka suuren osan järjestelmän kokonaispaine-erosta venttiili ohjaa, tulee olla vähintään 50 % haaran painehäviöstä. Venttiilit, joilla on riittämätön auktoriteetti, eivät voi moduloida tehokkaasti, koska järjestelmän muut vastukset hallitsevat virtauskäyttäytymistä.

Leadtek Fluid, joka toimii 37 000 neliömetrin tuotantolaitoksessa Quzhoussa, Zhejiangin osavaltiossa, valmistaa kaikkia venttiilikokoonpanoja, joita käytetään D2C-järjestelmän kerroksissa CDU:n laipallisista isolaattoreista kylmälevyhaaran saniteettiventtiileihin. Leadtekilla on yli 30 vuoden tarkkuusvalu- ja CNC-työstökokemus, ISO 9001- ja CE-sertifiointi sekä 100 tai useampia sertifioituja palloventtiilivaihtoehtoja, jotka on kehitetty sisäisen tutkimus- ja kehitystyön kautta. Leadtek toimittaa D2C-järjestelmäintegraattoreita ja datakeskusoperaattoreita yli 80 maahan.

 

Yhteenveto ja toimintasuositukset

Suora-siruun-jäähdytys ei epäonnistu, koska kylmälevyt ovat huonosti suunniteltuja. Se epäonnistuu jakelukerroksessa, jossa paineepätasapaino, riittämätön eristys ja hidas hätäapu muuttavat hallittavat tapahtumat kalliiksi tapauksiksi.

Ennen kuin vapautat D2C-palloventtiilien ostotilauksen, varmista seuraavat asiat:

Täysi -porauksen geometria kaikissa eristyspisteissä, jotta vältetään paineen aleneminen

Kolmisuuntainen-konfiguraatio sijaintipalautteella jokaisessa ohituksen tai silmukan{1}}vaihtoasennossa

316 ruostumaton teräsrunko ja TFM-istuinmateriaali telineen toissijaisen silmukan poikki

Jakson käyttöikä on tarkistettu odotetun BMS-ohjaustaajuuden perusteella

Luokan VI vuotoluokitus kaikille jatkuvassa käytössä oleville venttiileille

Päätyliitäntätyyppi vastaa telineessä käytettyä letkustandardia

Näiden eritelmien saaminen juuri ennen asennusta on huomattavasti halvempaa kuin virtauksen epätasapainoongelmien diagnosointi palvelinten käytön jälkeen.

 

UKK

Mitä eroa on 2- ja 3-tielaipallisella palloventtiilillä D2C-jäähdytysjärjestelmässä?2-tieventtiilissä on yksi tulo- ja yksi ulostulo, ja se käsittelee päälle/pois tai moduloivaa ohjausta yhdessä linjassa. Kolmisuuntaisessa suunnittelussa on kolme porttia, joiden avulla se voi ohjata virtaa kahden polun välillä (T-portti) tai yhdistää virtauksia kahdesta lähteestä (L-portti). D2C-järjestelmissä tämä kokoonpano palvelee ohituspiirejä, redundanssikytkentää ja vapaajäähdytyksen ekonomaiser-ohjausta.

Miksi 316 ruostumaton teräs on parempi kuin 304 nestejäähdytyssilmukoissa?316 ruostumaton sisältää molybdeeniä, joka parantaa merkittävästi kloridin -aiheuttamaa piste- ja rakokorroosiota vastaan. Palvelinkeskuksen jäähdytysvesi, jopa kemiallisesti käsiteltynä, altistaa venttiilien sisäosat olosuhteille, joita 304 käsittelee riittävästi matalakosketusliittimissä, mutta vähemmän luotettavasti korkean -syklin istuimissa ja rungoissa jatkuvassa virtauksessa.

Kuinka usein D2C-järjestelmän palloventtiilit tulee tarkastaa?Manuaaliset eristysventtiilit, jotka on jaksotettu vain huollon aikana, vaativat yleensä vuositarkastuksen. BMS-komennon alaisena pyörivien sähkökäyttöisten-säätöventtiilien tulee noudattaa valmistajan syklin-käyttöikäluokitusta, ja istuimen tarkastus on ajoitettu 50 %:iin nimelliskäyttöajasta. Kolmi-osainen korirakenne yksinkertaistaa tätä tarkastusta, koska runko irtoaa istuimelle pääsyä varten ilman, että linja poistetaan käytöstä.

Mitä "venttiilin auktoriteetti" tarkoittaa, ja miksi sillä on merkitystä D2C-virtauksen moduloinnissa?Venttiilin auktoriteetti on täysin auki olevan venttiilin painehäviön suhde haarapiirin kokonaispainehäviöön. Venttiili, jolla on pieni auktoriteetti, ei voi säädellä virtausta tehokkaasti, koska piirin muut vastukset hallitsevat. D2C-haaroissa, jotka toimivat 5–15 PSI:n erolla, säätöventtiilin tulee vastata vähintään puolet painebudjetista täydellä-avoimella virtauksella, jotta voidaan säilyttää järkevä modulaatioalue.

Voidaanko tavallisia LVI-palloventtiilejä käyttää suoraan -to-lastujen jäähdytyssovelluksiin?Ei luotettavasti. Vakio-HVAC-venttiilit on mitoitettu paljon suurempia virtausnopeuksia ja karkeampaa ohjausta varten kuin D2C-telinehaarat vaativat. Niiden toimilaitteet ovat usein liian hitaita CDU-hallintajärjestelmän ajoitukseen, ja niiden istukkamateriaalit eivät välttämättä ole yhteensopivia deionisoidussa jäähdytysvedessä käytettyjen korroosionestopakettien kanssa. D2C{5}}-yhteensopivat venttiilit valitaan alhaisen-paine-eron, korkeiden kierroslukujen, saniteetti- tai korroosionkestävien-materiaalien ja BMS-signaalien yhteensopivuuden vuoksi. Ylisuuren LVI-venttiilin käyttö D2C-haarassa on yleinen epävakauden lähde CDU:n ohjaussilmukoissa.