برای آخرین مطالعه موردی خود، در حال بحث درباره پمپ خنک کننده دی الکتریکی هستیم که برای دکل آزمایشی مشتری عرضه کرده ایم.
با توسعه تجهیزات جدید یا آزمایش سیالات جدید، یک دکل در مقیاس کوچک اغلب به عنوان اثبات مفهومی که اجازه انجام آزمایش را می دهد ساخته می شود، و برای بررسی تئوری ها یا محدودیت ها قبل از ساخت کارخانه در مقیاس کامل.
پمپ های دکل آزمایشی اغلب بخش کلیدی دکل هستند و امکان تست مفاهیم و قطعات را فراهم می کنند. آنها همچنین در ماشین آلات آموزشی برای کمک به دانش آموزان در درک اصول مهندسی مهم مانند دینامیک سیالات استفاده می شوند.
یکی از مشتریان اخیراً با North Ridge تماس گرفت و درخواست پمپی برای کمک به آزمایش مایعات خنک کننده دی الکتریک در یک دستگاه آزمایشی در بریتانیا و ایالات متحده کرد، به این معنی که پمپ باید در فرکانس دوگانه کار کند.
بنابراین سیال دی الکتریک چیست؟
این یک ماده دی الکتریک در حالت مایع است. هدف اصلی آن جلوگیری و خاموش کردن سریع تخلیه های الکتریکی است، به همین دلیل است که از آنها به عنوان عایق در کاربردهای ولتاژ بالا مانند خازن، ترانسفورماتور، تابلو برق، کابل های فشار قوی و غیره استفاده می شود.
علاوه بر این، آنها عایق الکتریکی را با سرکوب قوس الکتریکی و کرونا ایجاد می کنند، به علاوه آنها به عنوان خنک کننده دی الکتریک عمل می کنند. یک سیال دی الکتریک خوب باید دارای استحکام دی الکتریک بالا، پایداری حرارتی و بی اثری بالا در برابر مصالح ساختمانی مورد استفاده، غیر قابل اشتعال، سمیت کم، خواص انتقال حرارت خوب و کم هزینه باشد.
سیالات دی الکتریک همچنین در ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM) به عنوان آب یونیزه شده استفاده می شود و این به بهبود عملکرد آنها کمک می کند. همانطور که در سیال دی الکتریک، فرآیند میکرو EDM انجام می شود، بنابراین خواص کلیدی سیال دی الکتریک مانند ویسکوزیته، قدرت دی الکتریک، قابلیت خنک کنندگی و ترکیبات شیمیایی نقش کلیدی در تخلیه کارآمد و پایدار در حین ماشین کاری دارند.
برخی از نمونه‌های سیالات خنک‌کننده دی الکتریک عبارتند از کرچک، سیلیکون و روغن معدنی، هپتان، بنزن، هگزان، آب یونیزه‌شده، فلورینرت و نوک.
چگونه مورد استفاده قرار می گیرند؟
به طور کلی، سیالات دی الکتریک میدان های الکتریکی را حفظ می کنند، اجزای الکتریکی گرم شده را خنک می کنند و عایق الکتریکی را فراهم می کنند. آنها در ترانسفورماتورهای قدرت، خازن ها و سایر تجهیزاتی که خواص خاص آنها مورد نیاز است استفاده می شود.
این روزها سیالات دی الکتریک بیشتر و بیشتر در مراکز داده برای خنک سازی غوطه وری استفاده می شوند. در این برنامه، آنها باید 24/7 کار کنند و قابل اعتماد، کار سنگین و با RPM کم کار کنند تا از طول عمر در این موقعیت‌های سخت و بحرانی اطمینان حاصل کنند.
چرا شرکت ها شروع به استفاده از خنک کننده غوطه وری کرده اند؟
خنک کردن هوا یا آب روش های معمول برای خنک کردن سرورها در مراکز داده بزرگ است. با این حال، افزایش مداوم مصرف انرژی در مراکز داده جهانی همراه با افزایش اتلاف انرژی رک‌های سرور به این معنی است که باید روش‌های خنک‌سازی کارآمدتری را پیدا کرد.
در واقع، مراکز داده در سراسر جهان در حال حاضر حدود 3 درصد از مصرف برق جهانی را به خود اختصاص می دهند – که تقریباً برابر با مصرف انرژی سالانه ژاپن است. نگران‌کننده‌تر، مصرف انرژی مرکز داده تقریباً هر چهار سال یک‌بار دو برابر می‌شود و دارای سریع‌ترین رشد ردپای کربن در بین هر منطقه‌ای در فناوری اطلاعات است – تقریباً مشابه صنعت هوانوردی جهانی.
راه حل پایدارتر
دلایل مختلفی وجود دارد که چرا شرکت ها و شرکت های بزرگ به سمت خنک کننده غوطه وری با استفاده از سیالات دی الکتریک مهاجرت می کنند.
شاید بزرگترین دلیل پایداری باشد. روش‌های خنک‌کننده سنتی فن یا آب حدود 40 درصد از کل انرژی مصرفی مراکز داده را تشکیل می‌دهند. به عنوان مثال، روش های خنک کننده مایع، به طور متوسط هر دو روز یک بار از یک استخر آب به اندازه المپیک استفاده کنید.
در مقابل، خنک‌کننده غوطه‌وری روشی زیست‌محیطی و کارآمد برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی، کاهش ردپای کربن یک شرکت و ارائه یک پاسخ به چالش‌های انرژی جهانی است که همه ما با آن روبرو هستیم. دلایل بیشتری وجود دارد که چرا شرکت های فناوری اطلاعات به خنک کننده غوطه ور روی می آورند:
- تراشه ها را قادر می سازد تا سخت تر کار کنند
- در مقایسه با فن یا خنک کننده آب که می تواند بیش از 50 درصد هزینه انرژی مرکز داده را تشکیل دهد، در مصرف انرژی صرفه جویی می کند
- قبض انرژی را کاهش می دهد
- ایمن تر – رسانای الکتریکی نیست بنابراین خطر برق گرفتگی وجود ندارد
- سازگار با محیط زیست – این یک خنک کننده زیست تخریب پذیر طبیعی و بدون خطر است
- بدون فن و سر و صدای کمتر به معنای محیط کاری ساکت تر و کیفیت زندگی بهتر کارگر است
خنک کننده غوطه وری تک فاز و دوفاز چیست – و تفاوت آنها چیست؟
خنک کننده غوطه وری تک فاز
سرورها و سایر اجزای فناوری اطلاعات در یک سیال دی الکتریک رسانای حرارتی غوطه ور هستند. این هرگز تغییر حالت نمی دهد، هرگز نمی جوشد یا یخ نمی زند و همیشه به صورت مایع باقی می ماند. به یک مبدل حرارتی پمپ می شود که در آن گرما به مدار آب خنک تر منتقل می شود. در این فرآیند از حمام‌های باز استفاده می‌شود، زیرا خطر تبخیر مایع خنک‌کننده کم یا بدون خطر است.
خنک کننده غوطه وری دو فاز
سرورها و سایر اجزای IT در یک مایع خنک کننده دی الکتریک رسانای حرارتی غوطه ور هستند. گرما با گردش سیال در اطراف اجزای داغ از سیستم خارج می شود. سپس سیال یک فرآیند تبخیر در دمای پایین را طی می کند تا اجزای داغ خنک شود و گرما از مایع خارج شود. گاز دوباره با یک روش مبادله حرارتی مانند سیم پیچ کندانسور خنک می شود تا جریان برگشتی به حجم مایع بزرگتر امکان پذیر شود.
در حالی که این دو سیستم از نظر کارایی، هزینه و سازگاری با محیط زیست بسیار بالاتر از روش‌های سنتی خنک‌کننده هوا و آب هستند، خنک‌کننده غوطه‌وری مایع تک فاز بهتر از روش دو فازی عمل می‌کند. این گزینه بهتری برای خنک کردن تجهیزات فناوری اطلاعات با کارایی بالا است.
کدام پمپ گردش خون برای خنک کننده دی الکتریک بهتر است؟
در North Ridge Pumps، ما به یک فناوری پمپ وابسته نیستیم. با استفاده از تجربه خود، می‌توانیم بهترین پمپ را برای هر مشتری و هر برنامه‌ای با کمترین هزینه طول عمر مشخص کنیم. به طور خلاصه، ما از تخصص خود برای ارائه یک راه حل سفارشی استفاده می کنیم – نه چیزی که فقط در قفسه است.
هنگامی که به دنبال پمپ خنک کننده هستید، معیارهایی وجود دارد که بهترین پمپ را تعیین می کند – نقاط کار مورد نیاز، ساعات کار روزانه، ویسکوزیته سیال پمپ شده و اینکه چگونه تلفات اصطکاک ممکن است با کارکرد لوله متفاوت باشد.
علاوه بر این، انواع پمپ های مختلف نتایج متفاوتی به همراه خواهند داشت. یک پمپ جابجایی مثبت همان مقدار سیال دی الکتریک را منتقل می کند حتی اگر تلفات فشار تغییر کند، به عنوان مثال اگر تعداد مدارهای مورد نیاز برای خنک شدن افزایش یابد. در مقابل، جریان پمپ گریز از مرکز با توجه به سرعت پمپ تغییر خواهد کرد.
مواد مورد استفاده برای پمپ های گردش خون می توانند از چدن برای استفاده با روغن، فولاد ضد زنگ، فلزات دوبلکس یا فلزات غیرآهنی در صورت استفاده با سیالات تهاجمی تر، یا برای جلوگیری از آلودگی متقاطع با سیالات با قیمت بالا و اطمینان از تمیزی متفاوت باشند.
به طور خلاصه، هر پمپی که برای خنک‌سازی مشخص می‌شود، باید طوری مهندسی شود که هر نقطه وظیفه مورد نیاز برنامه را برآورده کند – هم در اوج و هم در تقاضای خارج از پیک.
چرا پمپ جابجایی مثبت را مشخص کردیم
در ابتدا مشتری ما برای این کاربرد یک پمپ گریز از مرکز درخواست کرد. با این حال، ما توصیه می کنیم که مشتری برای این فرآیند به پمپ جابجایی مثبت نگاه کند .
ما یک پمپ جابجایی مثبت را انتخاب کردیم زیرا اطمینان می‌دهد که نرخ جریان متناسب با سرعت است و فشار تخلیه ثابت است. این نتیجه گیری را بسیار آسان تر از پمپی می کند که در آن میزان جریان و فشار در طول فرآیند آزمایش تغییر می کند. ما این ارزیابی ها را با استفاده از منحنی های عملکرد پمپ انجام می دهیم.
منحنی عملکرد پمپ چیست؟
عملکرد پمپ توسط تلفات فشار در سیستم کنترل می شود، با پمپ ها که جریان ها و فشارهای متفاوتی را بسته به شرایط در ورودی تولید می کنند. منحنی عملکرد پمپ به سادگی نموداری است که جریان ها و فشارهای دیفرانسیل تولید شده توسط پمپ را نشان می دهد.
برای اینکه بتوانیم پمپی را برای یک کاربرد و فرآیند خاص مشخص کنیم، باید موارد زیر را بدانیم:
- کاربرد
- سیال در حال پمپاژ
- جریان و فشار مورد نیاز
- ویسکوزیته سیال و وزن مخصوص آن
- درجه حرارت
- قدرت موجود و رسانه قدرت که پمپ را به حرکت در می آورد
منحنی عملکرد پمپ گریز از مرکز
پمپ های سانتریفیوژ C در 70 درصد کاربردهای پمپاژ استفاده می شوند و منحنی های آنها معمولاً به شکل نیمه ماه است که در بالا نشان داده شده است . بالاترین نقطه در سمت چپ بالاترین فشار اما کمترین جریان را نشان می دهد . انتهای سمت راست منحنی h بالاترین جریان اما کمترین فشار را نشان می دهد . نقطه وظیفه با بازده نشان داده شده در درصد سن مشخص شده است .
منحنی عملکرد پمپ جابجایی مثبت
همانطور که می بینید، منحنی جابجایی مثبت در واقع یک خط مستقیم است. این به این دلیل است که برخلاف پمپ گریز از مرکز، جریان پمپ جابجایی مثبت متناسب با RPM است و با فشار کاهش نمی یابد. علاوه بر این، منحنی پمپ جابجایی مثبت معمولاً دارای یک محور مجزا برای ویسکوزیته است، که در آن پمپ جریانی را در برابر ویسکوزیته مانند زیر نشان می دهد.
الزامات مشتری خاص
برای این برنامه خاص، مشتری درخواست کرد که پمپ بتواند در فرکانس 50 هرتز و 60 هرتز کار کند، زیرا دستگاه آزمایشی هم در بریتانیا و هم در ایالات متحده استفاده می شود.
آنها همچنین می خواستند به راحتی عملکرد پمپ را کنترل کنند. برای رسیدن به این هدف، پمپ را با یک اینورتر یکپارچه مشخص کردیم که به اپراتورها اجازه می‌دهد تا سرعت پمپ را مستقیماً روی پمپ تنظیم کنند، بدون اینکه نیازی به پرداخت هزینه برای پانل کنترل خارجی داشته باشند. این کارآزمایی‌های کم‌هزینه را بدون تأثیرگذاری بر اعتبار نتایج ممکن می‌سازد.
سه راه برای بهبود راندمان خنک کننده پمپ
واضح است که مراکز داده در سراسر جهان 24/7 کار می کنند و نیاز به خنک کننده 24/7 دارند. این بدان معنی است که مصرف برق یک پمپ بزرگترین هزینه آن خواهد بود و باید تا حد امکان به حداقل برسد. برای اطمینان از اینکه پمپ تا حد امکان کارآمد و مقرون به صرفه عمل می کند، تعدادی مشخصات وجود دارد که ما گنجانده ایم.
کارکردن پمپ از طریق درایو فرکانس متغیر تضمین می کند که عملکرد پمپ نیاز خنک کننده مورد نیاز را برآورده می کند. داشتن پمپی که در سرعت های پایین کار می کند تضمین می کند که به مشکل اضافه نمی کنیم. داشتن پمپی که با سرعت بالا کار می کند می تواند گرما را به سیال اضافه کند که سپس در داخل محفظه در حال گردش است و نیاز به خنک شدن بیشتر دارد.
ثانیا، استفاده از پمپ های سطحی به جای پمپ های غوطه وری نیز می تواند کمک کننده باشد. پمپ‌های سطحی، سیال را از سطوحی در مخازن می‌گیرند که در آنها داغ‌ترین است، بنابراین خنک‌سازی سریع‌تر انجام می‌شود، در حالی که پمپ‌های غوطه‌وری، مایع را از خنک‌ترین قسمت مخزن می‌کشند.
ثالثاً، ممکن است به دلیل کثیف شدن یا آلوده شدن مایع خنک کننده دی الکتریک که می تواند باعث هدایت شود، نیاز به فیلتراسیون داشته باشد – همان چیزی که ما سعی می کنیم از آن جلوگیری کنیم. اگر چنین است، می‌توانیم پمپی را مشخص کنیم که به اندازه کافی بزرگ باشد تا بر تلفات فشار اضافی ناشی از گرفتگی صافی غلبه کند. این کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که پمپ همیشه با بالاترین راندمان کار می کند.
اگر در حال توسعه محصول یا ماشین جدیدی هستید، درگیر آزمایش یک سیال جدید هستید یا به دنبال پمپ های خنک کننده دی الکتریک برای فرآیند خود هستید، با North Ridge Pumps صحبت کنید تا ببینید ما چگونه می توانیم کمک کنیم.