شیرهای توپی مستقیم-به-خنک کننده مایع تراشه: الزامات کنترل جریان توضیح داده شده است

هنگامی که یک مهندس مرکز داده تجهیزات خنک‌کننده را برای یک رک GPU 100 کیلوواتی مشخص می‌کند، مکالمه معمولاً با صفحات سرد، CDUها و چیدمان‌های منیفولد شروع می‌شود. سوپاپ ها یک فکر بعدی هستند تا زمانی که مشکلی پیش بیاید. یک نقطه جداسازی با پیکربندی نادرست می تواند باعث خاموش شدن کامل قفسه در طول پنجره تعمیر و نگهداری شود. دریچه ای که نتواند به اندازه کافی سریع به یک رویداد نشتی پاسخ دهد، می تواند شتاب دهنده هایی به ارزش 300000 دلار را خیس کند. و یک جزء کنترل جریان-به اندازه یک سیستم HVAC ساختمان، عدم تعادل فشار ایجاد می‌کند که عملکرد تراشه را در عرض چند روز پس از راه‌اندازی کاهش می‌دهد.

مستقیم-به-چیپ (D2C) خنک‌کننده مایع - که در آن مایع خنک‌کننده مستقیماً از طریق صفحات سرد نصب‌شده روی CPU، GPU و ماژول‌های حافظه - گردش می‌کند، از یک روش خاص به یک ضرورت اصلی منتقل شده است. تراشه‌های شتاب‌دهنده منفرد اکنون تا 1200 وات گرما را از بین می‌برند و تراکم سطح رک به طور معمول به 60 کیلووات تا 200 کیلووات می‌رسد. خنک کننده هوا نمی تواند با این اعداد هماهنگ شود. اما جایگزینی فن ها با حلقه های سیال به معنای معرفی دسته جدیدی از اجزای مکانیکی دقیق در محیطی است که قبلاً خشک بود. انتخاب صحیح شیر اختیاری نیست. اشتباه گرفتن گران است.

این مقاله توضیح می‌دهد که سیستم‌های خنک‌کننده D2C واقعاً از شیرهای توپی، بر اساس نقش عملکردی تجزیه می‌شوند، و این خواسته‌ها را به معیارهای مشخصات بتن برای مهندسان و تیم‌های تدارکات ترجمه می‌کند.

 

سیستم CDU خنک کننده مایع مرکز داده

 

نحوه ساختار حلقه های خنک کننده D2C

قبل از پرداختن به الزامات سوپاپ، به درک محل زندگی شیرها در یک سیستم D2C کمک می کند.

یک واحد توزیع خنک کننده (CDU) به عنوان مبدل حرارتی و پمپ در قلب حلقه عمل می کند. آب برگشتی گرم را از قفسه‌های سرور می‌گیرد، گرما را با منبع آب سرد-تاسیسات مبادله می‌کند و خنک‌کننده مطبوع را از طریق منیفولدهای منبع تغذیه به هر رک باز می‌فرستد. در داخل هر قفسه، یک درخت منیفولد ثانویه جریان را به صفحات سرد جداگانه منشعب می کند. در هر نقطه انشعاب و اتصال، شیرها یکی از چهار عملکرد متمایز را انجام می دهند: جداسازی، سوئیچینگ بای پس، مدولاسیون جریان، یا قطع اضطراری.

هر یک از این عملکردها الزامات فنی خاص خود را دارند و هر طراحی شیر توپی هر چهار مورد را برآورده نمی کند.

 

چهار نقش عملکردی و آنچه که هر کدام می خواهد

1. جداسازی برای نگهداری و افزونگی

رایج‌ترین کاربرد شیر توپی در سیستم‌های D2C جداسازی رک-سطح است. هنگامی که یک سینی سرور نیاز به تعویض دارد یا یک صفحه سرد نشتی ایجاد می کند، تکنسین ها باید فشار را کاهش داده و آن شاخه را بدون خاموش کردن بقیه حلقه تخلیه کنند.

یک معماری انزوا{0}}به خوبی مهندسی شده، دریچه‌ها را در هر دو خط تغذیه و برگشت در قفسه-به-اتصال چندمنفولد قرار می‌دهد. این افزونگی به خاطر خودش نیست. پتنت‌های اپراتورهای بزرگ مقیاس‌بندی، طرح‌های جداسازی دوگانه-سوپاپ را توصیف می‌کنند که در آن یک شیر توپی بالا و پایین به‌طور مستقل عمل می‌کنند، هر کدام سینی نشت خود را دارند. اگر دریچه بالایی خراب شود، دریچه پایینی بسته می شود. یک حسگر نشتی در داخل سینی با سیستم مدیریت ساختمان (BMS) ارتباط برقرار می کند تا بسته شدن ثانویه را به طور خودکار و بدون دخالت انسان آغاز کند.

برای این نقش، مشخصات مهم طراحی کامل- سوراخ است، به این معنی که قطر داخلی سوراخ سوپاپ با قطر لوله مطابقت دارد. یک شیر کاهش‌یافته، افت فشار غیرضروری را در هر نقطه ایزوله ایجاد می‌کند، و در قفسه‌ای با 20 صفحه سرد یا بیشتر که به صورت موازی کار می‌کنند، این افت‌ها به سرعت ترکیب می‌شوند.

الزامات مشخصات برای وظیفه ایزوله: هندسه حفره کامل-، رتبه بندی نشتی کلاس VI (سخت ترین استاندارد صنعت برای دریچه های انعطاف پذیر-)، بدنه فولادی ضد زنگ 316 برای مقاومت در برابر خوردگی در اتاق های مکانیکی مرطوب، و فعال سازی که با سیگنال های کنترل BMS ادغام می شود.

2. Bypass و Loop Switching

A شیر توپی 3 طرفهیکی از سخت‌ترین کارهای فنی را در سیستم‌های D2C انجام می‌دهد: مسیریابی مایع خنک‌کننده بین مسیرهای مدار چندگانه بسته به شرایط عملیاتی.

در یک پیکربندی خنک‌کننده آزاد، که دمای محیط به اندازه‌ای پایین است که خنک‌سازی مکانیکی غیرضروری باشد، این پیکربندی جریان منبع را از طریق یک حلقه بای‌پس هدایت می‌کند، چیلر را به‌طور کامل دور می‌زند و در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌کند. در معماری‌های خنک‌کننده اضافی، یک پورت دوم جریان را بین حلقه‌های خنک‌کننده اولیه و آماده به کار منحرف می‌کند، اگر یک CDU به حالت آفلاین حرکت کند.

دقت مورد نیاز در اینجا بالاتر از انزوا روشن/خاموش ساده است. شیر باید یک نسبت تقسیم قابل تکرار بین پورت های خود در هزاران چرخه عملیاتی حفظ کند. جابجایی موقعیت حتی چند درجه می تواند توزیع مایع خنک کننده را به اندازه کافی تغییر دهد تا بر دمای اتصال تراشه تأثیر بگذارد. این باعث می‌شود که فعال‌سازی الکتریکی با بازخورد موقعیت به انتخاب ترجیحی نسبت به عملکرد دستی تبدیل شود. یک محرک پنوماتیکی که در فواصل زمانی نیم ثانیه ای حرکت می کند، برای پاسخ اضطراری به اندازه کافی سریع است، اما در برنامه هایی که نیاز به مدولاسیون مداوم دارند، سایش مکانیکی را سریعتر جمع می کند.

برای بای پس و حلقه{0}}وظیفه سوئیچینگ، شیری با هندسه درگاه T-یا L- مشخص، محرک الکتریکی با ورودی کنترل 4-20 میلی آمپر یا 0-10 ولت DC و بازخورد موقعیت متصل به کنترل کننده مدیریت CDU را مشخص کنید.

 

شیر توپی 3 راهه فلنج دار Leadtek

 

3. Rack{1}}مدولاسیون جریان سطح

همه رک ها در یک مرکز داده به طور همزمان با یک بار حرارتی کار نمی کنند. یک رک از سرورهای بیکار گرمای بسیار کمتری نسبت به همان رک تحت حجم کار کامل آموزش هوش مصنوعی جذب می کند. اگر جریان مایع خنک‌کننده بدون توجه به استفاده از سرور در حداکثر نرخ ثابت باشد، پمپ‌ها انرژی را متناسب با بدترین حالت-مورد شبانه روز مصرف می‌کنند.

کنترل جریان پویا به این موضوع می پردازد. تحقیقات دانشگاه تگزاس در آرلینگتون یک دستگاه کنترل جریان را با استفاده از یک شیر توپی V{1}}که به یک میکرو سروو موتور متصل است، نشان داد که جریان را در سطح رک سرور بر اساس استفاده از-زمان واقعی تعدیل می‌کند. در شرایط بیکاری در یک قفسه کامل، سیستم تا 87 درصد کاهش در انرژی پمپاژ به دست آورد. تحت بار کامل، شیر به طور کامل باز شد تا حداکثر جریان را تامین کند.

شیر توپی V{0}}برش (یا V-بریدگی) مخصوصاً برای تعدیل کار طراحی شده است. بر خلاف یک توپ استاندارد کامل-که عملاً یا کاملاً باز یا کاملاً بسته است، شکاف V یک مشخصه- درصد جریان برابر ایجاد می‌کند: افزایش معینی از چرخش دریچه به جای تغییر مطلق، درصدی متناسب در نرخ جریان ایجاد می‌کند. این باعث می‌شود که شیر با حلقه‌های کنترل PID (متناسب-یکپارچه-مشتق) سازگار باشد، جایی که کنترل‌کننده به طور مداوم جریان را تنظیم می‌کند تا نقطه تنظیم دمای منبع مورد نظر را حفظ کند.

4. پاسخ نشت و خاموش شدن اضطراری

خنک کننده در الکترونیک نگرانی اصلی جلوگیری از پذیرش سریع خنک کننده مایع در مراکز داده است. سیستم‌های D2C مدرن با حفاظت مستقل به این موضوع می‌پردازند: شیرهای توپی فعال-که با سنسورهای تشخیص نشت جفت می‌شوند که در عرض میلی‌ثانیه پس از تشخیص رطوبت در یک نقطه اتصال، جریان را قطع می‌کنند.

برای کار خاموش کردن اضطراری، سرعت عمل و خطای{0}}رفتار ایمن بیش از دقت مدولاسیون جریان اهمیت دارد. محرک‌های پنوماتیکی ترجیح داده می‌شوند زیرا در کمتر از نیم ثانیه چرخش می‌کنند و می‌توان آن‌ها را به گونه‌ای پیکربندی کرد که-در صورت از دست دادن سیگنال کنترل به حالت بسته بازگردند. اگر سیستم کنترلی خود سیستم کنترل از دست برود، این رفتار بسته ناکام{4}}از سخت افزار محافظت می کند.

 

تبدیل نقش ها به مشخصات

بیشتر مشخصات شیر ​​برای کاربردهای D2C به دلیل کپی برداری از HVAC یا قالب های صنعتی عمومی، کمتر مشخص شده است. معیارهای زیر به طور خاص برای وظیفه D2C اعمال می شود.

مواد:بدنه و روکش فولاد ضد زنگ 316 برای سازگاری با آب دیونیزه، مخلوط‌های آب-گلیکول، و محیط خورنده از ضد زنگ-سالن داده خنک‌شده مایع. 304 برای اتصالات-کم قابل قبول است، اما برای عایق کاری اولیه توصیه نمی‌شود.

جنس صندلی:PTFE یا TFM (یک PTFE اصلاح شده با پایداری ابعادی بهتر) برای سازگاری با مواد شیمیایی رایج خنک کننده D2C و عملکرد آب بندی طولانی مدت در دیفرانسیل عملیاتی 5 تا 15 PSI، پنجره فشار معمولی در شاخه رک D2C.

اتصالات پایانی:تغییر به لوله‌های بهداشتی در طراحی‌های رک سرور مدرن به این معنی است که بسیاری از شیرهای رک-همسطح اکنون به جای اتصالات NPT رزوه‌دار یا اتصالات فلنجی به سه-کلمپ یا اتصالات انتهایی بهداشتی مشابه نیاز دارند. پیکربندی شیر توپی 3 PC، با سه قطعه بدنه قابل جداسازی، تعویض صندلی را بدون برداشتن شیر از خط امکان پذیر می کند، که یک مزیت تعمیر و نگهداری قابل توجه در محیط های قفسه متراکم که در آن دسترسی محدود است. سری‌های سه‌تکه‌ای Leadtek دقیقاً بر اساس این نیاز به سرویس‌دهی طراحی شده‌اند، با استفاده از بدنه‌های فولادی ضد زنگ 316 با ماشینکاری دقیق CNC- که دقت ابعادی را از طریق چرخه حرارتی طولانی حفظ می‌کنند.

کلاس نشتی:کلاس VI بر اساس ANSI/FCI 70-2، محکم ترین استاندارد نشتی قابل دستیابی در طراحی شیر توپی ربع دور.

عمر چرخه:مراکز داده هوش مصنوعی به طور مداوم کار می کنند و شیرهای کنترلی در مدارهای بای پس CDU ممکن است صدها بار در روز چرخش کنند. حداقل رتبه بندی چرخه 500000 فعال سازی برای شیرهای{3}}الکتریکی یک طبقه خرید معقول است. با سازنده بررسی کنید و قبل از انجام، به فرکانس کنترل BMS مورد انتظار مراجعه کنید.

یکپارچه سازی BMS:سیستم‌های D2C توسط سیستم‌های مدیریت ساختمان کنترل می‌شوند که دما، جریان و فشار را در کل تأسیسات کنترل می‌کنند. سوپاپ‌ها باید سیگنال‌های کنترل آنالوگ استاندارد را بپذیرند و بازخورد موقعیت را بر اساس همان پروتکل برگردانند تا تأیید حلقه بسته-را فعال کنند که آیا دریچه واقعاً به موقعیت فرمان خود منتقل شده است.

 

انتخاب پیکربندی شیر مناسب بر اساس موقعیت

گسترده ترشیر توپی استیل ضد زنگدسته بندی طیف وسیعی از پیکربندی ها را در بر می گیرد و هر پیکربندی برای هر موقعیتی در یک حلقه D2C مناسب نیست.

در اتصال اولیه CDU، جایی که قطر لوله‌ها بزرگ‌ترین و فشارها بیشتر است، دریچه‌های توپی فلنجدار با حرکت چرخ‌دار{0}برای جداسازی نادر معمول هستند. در سطح منیفولد رک، بدنه‌های فشرده 2- یا 3- تکه‌ای با محرک‌های الکتریکی کاربردی‌تر هستند زیرا دسترسی به قفسه محدود است. در سطح سینی سرور، جایی که طراحی درایوهای قابلیت سرویس دهی سریع قطع می شود، شیرهای توپی بهداشتی با انتهای سه گیره در حال تبدیل شدن به استاندارد صنعتی هستند.

یک اصل انتخاب بدون در نظر گرفتن موقعیت اعمال می شود: قدرت سوپاپ، که توصیف می کند چه مقدار از کل اختلاف فشار سیستم کنترل کننده شیر، باید حداقل 50٪ از افت فشار انشعاب باشد. شیرهایی که قدرت کافی ندارند نمی توانند به طور موثر تعدیل کنند زیرا مقاومت های دیگر سیستم بر رفتار جریان غالب هستند.

Leadtek Fluid که از یک مرکز تولید 37000 متر مربعی در کوژو، ژجیانگ کار می‌کند، طیف کاملی از پیکربندی‌های شیر را که در لایه‌های سیستم D2C استفاده می‌شود، از جداکننده‌های فلنجی در CDU تا شیرهای بهداشتی در شاخه صفحه سرد تولید می‌کند. Leadtek با بیش از 30 سال تجربه در ریخته‌گری دقیق و ماشین‌کاری CNC، گواهینامه ISO 9001 و CE، و 100 یا بیشتر از انواع شیرهای توپی تایید شده که از طریق تحقیق و توسعه داخلی توسعه یافته‌اند، یکپارچه‌کننده‌های سیستم D2C و اپراتورهای مرکز داده را در بیش از 80 کشور جهان تامین می‌کند.

 

خلاصه و توصیه های اقدام

خنک‌سازی مستقیم-به-تراشه خراب نمی‌شود زیرا صفحات سرد طراحی ضعیفی دارند. در لایه توزیع شکست می خورد، جایی که عدم تعادل فشار، انزوا ناکافی و واکنش کند اضطراری رویدادهای قابل مدیریت را به حوادث پرهزینه تبدیل می کند.

قبل از انتشار سفارش خرید برای شیرهای توپی D2C، موارد زیر را تأیید کنید:

هندسه کامل-در تمام نقاط جداسازی برای جلوگیری از افت فشار مرکب

پیکربندی سه طرفه با بازخورد موقعیت در هر بای پس یا حلقه-موقعیت تعویض

بدنه 316 فولاد ضد زنگ و مواد صندلی TFM در سراسر حلقه ثانویه رک

رتبه عمر چرخه در برابر فرکانس کنترل BMS مورد انتظار تأیید شده است

درجه نشتی کلاس VI برای هر شیری که کار مداوم دارد

نوع اتصال انتهایی مطابق با استاندارد لوله مورد استفاده در قفسه

دریافت این مشخصات درست قبل از نصب بسیار ارزان تر از تشخیص مشکلات عدم تعادل جریان پس از اجرای سرورها است.

 

سوالات متداول

تفاوت بین شیر توپی فلنج دار دو طرفه و سه طرفه در سیستم خنک کننده D2C چیست؟یک شیر دو طرفه دارای یک ورودی و یک خروجی است و کنترل روشن/خاموش یا تعدیل کننده را در یک خط واحد کنترل می کند. یک طراحی سه جهته دارای سه پورت است که به آن امکان می دهد جریان را بین دو مسیر (-پورت) منحرف کند یا جریان ها را از دو منبع (L-پورت) ترکیب کند. در سیستم های D2C، این پیکربندی مدارهای بای پس، سوئیچینگ افزونگی و کنترل اکونومایزر خنک کننده آزاد را ارائه می دهد.

چرا فولاد ضد زنگ 316 بر 304 در حلقه های خنک کننده مایع ترجیح داده می شود؟316 ضد زنگ حاوی مولیبدن است که به طور قابل توجهی مقاومت در برابر خوردگی حفره و شکاف ناشی از کلرید- را بهبود می بخشد. آب خنک‌کننده مرکز داده، حتی زمانی که به‌صورت شیمیایی تصفیه می‌شود، قسمت‌های داخلی شیر را در معرض شرایطی قرار می‌دهد که 304 به اندازه کافی در اتصالات تماس کم-اما در صندلی‌ها و بدنه‌های چرخه بالا-در جریان مداوم، به‌اندازه کافی از آن استفاده می‌کند.

شیرهای توپی در سیستم D2C هر چند وقت یکبار باید بازرسی شوند؟شیرهای جداسازی دستی که فقط در طول تعمیر و نگهداری چرخه می شوند، معمولاً بازرسی سالانه را تضمین می کنند. دریچه‌های کنترل الکتریکی{1}}که تحت فرمان BMS چرخه می‌زنند باید از چرخه عمر-سازنده پیروی کنند، با برنامه‌ریزی بازرسی صندلی در 50% عمر نامی. طرح‌های بدنه سه-تکه‌ای این بازرسی را ساده می‌کنند زیرا بدنه برای دسترسی به صندلی بدون از کار انداختن خط جدا می‌شود.

منظور از "اقتدار سوپاپ" چیست و چرا برای مدولاسیون جریان D2C اهمیت دارد؟اقتدار سوپاپ، نسبت افت فشار در سراسر شیر در حالت باز کامل به کل افت فشار در مدار انشعاب است. یک شیر با قدرت کم نمی تواند جریان را به طور موثر تنظیم کند زیرا مقاومت های دیگر مدار غالب هستند. در شاخه‌های D2C که با دیفرانسیل 5 تا 15 PSI کار می‌کنند، شیر کنترل باید حداقل نیمی از بودجه فشار را در جریان باز کامل{5}}برای حفظ محدوده مدولاسیون معنی‌دار تشکیل دهد.

آیا می توان از شیرهای توپی استاندارد HVAC در برنامه های خنک کننده مستقیم-برای{1}}تراشه استفاده کرد؟قابل اعتماد نیست. اندازه دریچه های HVAC استاندارد برای دبی بسیار بالاتر و کنترل درشت تر نسبت به شاخه های رک D2C است. محرک‌های آن‌ها اغلب برای زمان‌بندی سیستم مدیریت CDU بسیار کند هستند و مواد صندلی آن‌ها ممکن است با بسته‌های بازدارنده خوردگی مورد استفاده در آب خنک‌کننده دیونیزه سازگار نباشد. دریچه‌های سازگار با D2C برای {6}اختلال فشار پایین، درجه‌بندی چرخه بالا، مواد مقاوم در برابر بهداشتی یا خوردگی{7}}و سازگاری سیگنال BMS انتخاب می‌شوند. استفاده از یک شیر HVAC بزرگ در یک شاخه D2C یک منبع رایج ناپایداری شکار در حلقه های کنترل CDU است.