Primjena vertikalnih višestepenih centrifugalnih pumpi u velikim-tečnim centrima{1}}hlađenim podatkovnim centrima

Sažetak odluke|Za velike-tečno hlađene-centre podataka, odabir pumpe nije samo stvar nabavke pojedinačnih jedinica; to je odluka koja balansira dostupnost hlađenja, PUE-potrošnja energije, skalabilnost i operativnu složenost. Prednosti vertikalnih višestepenih centrifugalnih pumpi se pretvaraju u merljivu poslovnu vrednost samo kada ih podržavaju odgovarajuće granice sistema, redundantne arhitekture i strategije upravljanja.

Kako-kompjuterski klasteri visoke gustine povećavaju termičko opterećenje po rack-u, rješenja za tečno hlađenje-kao što su hladna-ploča i hlađenje potapanjem-prenose toplinu direktnije na sistem za vodu{4} na strani objekta. Za poslovne klijente, krug cirkulacije rashladne vode evoluirao je od pukog pomoćnog sistema u kamen temeljac kontinuiteta poslovanja; bilo kakva nestabilnost u brzini protoka ili diferencijalnom pritisku ne utiče samo na nivoe udobnosti, već dovodi do prigušivanja servera, sistemskih alarma ili čak prekida usluga.

Vertikalne višestepene centrifugalne pumpekoristite više impelera da biste postigli visoku visinu u okviru kompaktnog otiska, što ih čini idealnim za scenarije sa ograničenim podnim prostorom, velikom otpornošću sistema cevovoda i zahtevom za stabilnim diferencijalnim pritiskom. Njihova vertikalna konfiguracija olakšava integrirane rasporede, dok se paralelni rasporedi pumpi i kontrole -pogona s varijabilnom frekvencijom (VFD) lako ugrađuju u modularne rashladne stanice. Međutim, prikladnost ne podrazumijeva primjenu "jedna-veličina-za-sve": jednostavno odabiranje velike pumpe na osnovu vršnog protoka i maksimalnog pritiska može uzrokovati da sistem radi izvan svog visokog{6}}opsega efikasnosti u dužim periodima tokom niskog-uslova opterećenja, čime se negiraju prednosti čestih ušteda energije{{8} ciklusa i operativne neefikasnosti.

Pouzdanost je primarna briga. Dizajn sistema pumpe treba da bude usklađen sa SLA sistema, a ne jednostavno označen sa "N+1." Potrebna je dalja verifikacija kako bi se osiguralo da, nakon kvara bilo koje radne pumpe, rezervna pumpa može automatski da se uključi u dozvoljenom vremenskom okviru; da fluktuacije pritiska tokom prebacivanja ne pokreću zaštitne mehanizme na strani CDU ili servera; i da ne ostaju pojedinačne tačke kvara u vezi sa nepovratnim ventilima, frekventnim pretvaračima (VFD), senzorima, upravljačkim izvorima napajanja ili zajedničkim zaglavljima. Za kritična operativna područja, strategije kao što su paralelne konfiguracije pumpi, rotacijski rad, zonsko vodosnabdijevanje ili sistemi sa dvostrukim-kolektorima mogu se koristiti, sa simulacijama kvarova uključenim u integrirani proces puštanja u rad i prihvatanja.

Opterećenja data centara variraju tokom cijele godine. Troškovi električne energije su prvenstveno određeni ukupnom efikasnošću pumpi u različitim opsezima opterećenja i sposobnošću kontrolnog sistema da održava radne tačke blizu zone visoke{1}}efikasnosti. Evaluacije nabavke trebale bi se fokusirati na "godišnju potrošnju energije" umjesto na efikasnost u jednoj ocijenjenoj tački; ovo uključuje izračunavanje ulazne snage zasnovano na tipičnim profilima opterećenja-sati u različitim brzinama protoka, glavama i broju paralelnih pumpi, uz istovremeno uzimanje u obzir efikasnosti motora, gubitaka frekventnog pretvarača (VFD), gubitaka pri prigušivanju ventila i prekomjernih postavki diferencijalnog tlaka. Dobro-osmišljena strategija koja kombinuje stepenasto sekvenciranje pumpi sa VFD koordinacijom generalno nudi veću stabilnost od rada jedne velike pumpe na niskoj frekvenciji tokom dužih perioda, i bolje prilagođava varijacije opterećenja povezane sa faznom konstrukcijom.

Veliki-tečno hlađeni{1}} centri podataka se često isporučuju u fazama. Pumpne stanice bi trebale sadržavati odredbe za buduće priključke, kontrolne kapacitete i razumne hidrauličke margine-bez dopuštanja da te margine rezultiraju dugotrajnom-operativnom neefikasnošću. Vrhunski pristup je razbijanje krajnje skale na module koji se mogu replicirati, pri čemu svaki modul definiše projektovanu brzinu protoka, dozvoljeni pad pritiska, broj pumpnih jedinica i kontrolne granice; dodatni moduli ili pumpne jedinice iste specifikacije mogu se zatim dodati kako nove serverske hale budu dostupne. Ova strategija izbjegava neefikasnost "prevelike opreme za malo opterećenje" tokom početne faze, dok istovremeno ublažava rizike povezane sa modifikacijom glavnog cjevovoda i izvođenjem prekida sistema tokom naknadnih proširenja.

Održavanje opreme direktno utiče na srednje vreme popravke (MTTR). Iako vertikalne višestepene pumpe imaju mali otisak, raspored lokacije i dalje mora uzeti u obzir slobodan prostor za podizanje motora, pristupne staze za zamjenu mehaničkih zaptivača, prostor za demontažu spojnice, drenažu baze i odredbe za izolaciju za održavanje. Tačke nadzora treba da minimalno pokrivaju ulazni i izlazni pritisak, diferencijalni pritisak, brzinu protoka, struju motora, vibracije i temperature ležaja ili motora; podatke iz kritičnih tačaka treba integrirati u BMS ili DCIM. Umjesto jednostavnog instaliranja više senzora, važnije je uspostaviti pragove alarma, osnovne trendove i protokole odgovora, omogućavajući osoblju za rad i održavanje da napravi razliku između problema kao što su začepljenje filtera, anomalije ventila, rizici od kavitacije i degradacija opreme.

U B2B komercijalnim procjenama, troškove treba podijeliti na opremu, instalaciju i puštanje u rad, potrošnju energije, planirano održavanje, rezervne dijelove, gubitke zbog zastoja i proširenje kapaciteta ili naknadnu ugradnju. Za pumpne stanice koje rade- cijele godine, potrošnja energije i rizik od zastoja često zahtijevaju veću pažnju od početne razlike u cijeni. Stoga bi se od dobavljača trebalo zahtijevati da dostave krivulje performansi, dozvoljene radne opsege, podatke o efikasnosti, specifikacije vibracija i buke, detalje o materijalima i zaptivačima, liste rezervnih dijelova i obaveze odgovora na servis, kao i da jasno definiraju mehanizme prihvatanja i ispravljanja u slučajevima kada performanse odstupaju od zagarantovanih vrijednosti.

Prvo, jasno definirajte granice dizajna.
Ulazni parametri moraju uključivati, najmanje: trenutna i krajnja IT opterećenja; temperature dovoda i povrata; projektna temperaturna razlika; brzine protoka za svaku granu; pad pritiska najkritičnijeg kruga; dozvoljene granice pritiska za opremu i cevovode; i zahtjevi za sastavom fluida i kvalitetom vode. Brzina protoka se obično određuje toplinskim opterećenjem i temperaturnom razlikom, dok se visina pumpe treba izračunati na osnovu stvarnog otpora cijevi, ventila, izmjenjivača topline i terminalnih jedinica. Visina zgrade ne bi trebalo da se koristi kao jednostavan proxy za glavu sistema zatvorene-petlje, niti bi se nesigurnosti trebale mehanički agregirati u pretjerano visok faktor sigurnosti.

Drugo, osigurajte da radne tačke pokrivaju stvarni profil opterećenja.
Označite minimalne, tipične i vršne radne uslove na krivulji pumpe; provjeriti da li ove točke spadaju u dopušteni kontinuirani radni opseg proizvođača; i procijenite neto pozitivnu usisnu glavu (NPSH). Niskofrekventni rad zahtijeva pažnju na disipaciju topline motora, minimalne brzine protoka, stabilnost kontrole i mehaničku rezonanciju. Za konfiguracije paralelnih pumpi, analizirajte radne tačke i efikasnost za scenarije sa jednom-pumpom, dvostrukom-pumpom i više-pumpom. Postavke frekventnog pretvarača (VFD) moraju biti usklađene s lokacijom senzora diferencijalnog tlaka; Postavljanje senzora preblizu pumpi može dovesti do prevelikog diferencijalnog pritiska na terminalu i nepotrebne potrošnje energije.

Treće, uskladite materijale i brtve sa kvalitetom vode.
Dijelovi natopljeni nehrđajućim čelikom općenito poboljšavaju čistoću i otpornost na koroziju, ali konačni odabir mora uzeti u obzir nivoe hloridnih jona, koncentracije glikola (etilena ili propilena), pH vrijednosti, radne temperature i metodu nadopune vode. Materijali za mehaničke zaptivke i O-prstene, kao i uslovi podmazivanja, moraju biti kompatibilni sa fluidnim medijem. Ako je sistem vrlo osjetljiv na čestice, instalirajte odgovarajuću filtraciju uzvodno od pumpe i pratite diferencijalni tlak kako biste izbjegli pogrešnu dijagnozu problema sa začepljenjem kao nedovoljnog kapaciteta pumpe.

Četvrto, osigurajte da se strategije kontrole mogu testirati.
Definirajte specifične načine rada, kao što su normalan rad, malo opterećenje, proširenje sistema, kvar jedne-pumpe, kvar senzora, obnavljanje napajanja i požarni/hitni načini rada. Kontrolna logika bi trebala uključivati ​​meko pokretanje, stepenovanje pumpe (promjena broja aktivnih pumpi), anti-cikliranje (sprečavanje čestih pokretanja/zaustavljanja), balansiranje vremena rada, minimalnu zaštitu protoka i periodično samo-testiranje standby pumpi. Prilikom isporuke, provjera mora ići dalje od samo potvrđivanja da pumpa radi; također mora potvrditi vremena oporavka diferencijalnog tlaka, raspone fluktuacije, izvješćivanje o alarmima i mogućnosti ručnog nadjačavanja u različitim scenarijima.

Zabluda 1: Poređenje samo kupovne cijene. Zanemarivanje faktora kao što su potrošnja energije, gubici zbog zastoja i vrijeme isporuke rezervnih dijelova može pretvoriti jeftinu-opremu u-sredstvo visoke cijene.

Zabluda 2: Primena prekomernih bezbednosnih margina na osnovu vršnih radnih uslova. Ovo uzrokuje da radna tačka konstantno odstupa od zone visoke-efikasnosti, što rezultira bukom, vibracijama, gubicima prigušenja i nestabilnošću kontrole.

Zabluda 3: Izjednačavanje "N+1" sa visokom dostupnošću. Ako komponente kao što su senzori, kontroleri, sistemi za distribuciju energije ili uobičajeni cjevovodi ostaju pojedinačne tačke kvara, redundantnost postoji samo na papiru.

Zabluda 4: Pod pretpostavkom da frekventni pretvarač (VFD) automatski osigurava uštedu energije. Stvarne uštede zavise od karakteristika otpornosti sistema, zadatih vrednosti, postavljanja senzora i koordinisanog rada više jedinica.

Zabluda 5: Tretiranje prihvatanja opreme kao prihvatanja sistema. Pumpa koja izolovano ispunjava specifikacije performansi ne garantuje da može zadovoljiti zahtjeve krajnjeg-korisnika u stvarnoj cijevnoj mreži ili tokom scenarija prekoračenja greške.

Za velike-tečno hlađene-centre podataka, osnovna vrijednost vertikalnih višestepenih centrifugalnih pumpi leži u njihovoj sposobnosti da obezbijede stabilan diferencijalni pritisak sa kompaktnim otiskom, dok se prilagođavaju fluktuacijama opterećenja kroz paralelne konfiguracije pumpi i kontrolu varijabilne{2}}frekvencije. Međutim, ono što kupci sa B-}strane na kraju kupuju nije samo "brzina protoka i visina", već i sposobnost hlađenja koja pruža dosljedne performanse tokom godina rada.

Zrelo rješenje mora ispuniti četiri ključna zahtjeva: održavanje hlađenja za kritična opterećenja uprkos bilo kojoj pojedinačnoj tački kvara; održavanje razumne efikasnosti kroz stvarne profile opterećenja; minimiziranje zastoja za naknadnu ugradnju tokom faznog proširenja kapaciteta; i omogućava brzu lokalizaciju kvara i oporavak tokom anomalija. Samo ugrađivanjem ovih ciljeva u specifikacije dizajna, uslove nabavke, integrisane protokole puštanja u rad i osnove za O&M, vertikalna višestepena centrifugalna pumpa može evoluirati iz pukog komada opreme u pouzdano sredstvo koje podržava stabilan rast računarskih operacija.