
液冷技术逐渐成为数据中心主流的散热技术,具有高效的散热效率,而冷却液的畅通循环流动离不开阀门等核心部件,液冷阀门是液冷散热系统中的关键控制部件,主要用于调节液体介质(如水、氟化液等)的流量、流向及压力,保障系统稳定运行,阀门的选型精度直接决定了系统能效和可靠性。
(1)精准控制流量
精准控制管路中介的流量、压力、温度等参数,根据设备发热需求动态调节冷却液流量,避免过冷或散热不足现象。根据流量参数:额定流量(阀体全开时的最大流量)、流量系数(Cv值,表征单位压力降下的流量能力,Cv值越大,通流能力越强)等匹配系统实际流量需求,避免流量值过大或过小导致压降的变化造成能耗浪费。
(2)流体分配及流向切换
阀门能够支持多管路场景下的液体流向切换,或按比例分配至不同发热单元,实现高效液冷。闸阀、球阀等无需调节流量就可以直接迅速切断流体,截止阀既可以调节流量又可以切断流体,蝶阀适用于大流量的调节。
选用两通或三通球阀或旋塞可以迅速改变物料的流向,可简化操作,准确无误切换,并减少占用空间。
(3)供压和安全防护
阀门或管路一般会内置压力传感器或泄压装置,防止系统超压损坏;配合止回阀避免液体倒流,使液体在冷却系统中流动畅通,保障安全。
(1)球阀 Ball Valve
功能:切断/联通流体,多通球阀可以改变介质流向,通过V形开口调节流量。
作用原理:通过旋转手柄或驱动装置动作,通过阀杆将力传递给球体,使球体随之转动,直到其上的通孔轴线与阀体通道的轴线完全重合,实现开关或闭合。关闭过程的最后阶段,阀杆的机械作用(或在介质压力作用下,对于浮动球阀)会将球体紧紧推向阀座,形成可靠的密封,从而截断介质流动。
结构:由阀体、球体、阀座、阀杆、驱动装置组成;阀体即阀门的外壳,有整体式(一体式)、两片式或三片式,承受管道压力,连接管道;球体通常为实心球,是阀门的核心部件,上加工有精确的圆形通孔(流道),根据支撑方式主要分为浮动球和固定球;阀座安装在阀体内,与球体表面紧密贴合,形成密封副,通常使用PTFE或金属密封等材料;阀杆连接驱动装置和球体,将操作扭矩传递给球体,使其旋转;驱动装置主要提供旋转动力,分为手动手柄,齿轮箱,气动、电动、液动执行机构等。
三花控股 快接球阀
(2)蝶阀Butterfly Valve
功能:快速开启或关闭流路,例如回路切断、紧急关停等,要求响应快、密封性好。
原理:利用通电后电磁线圈产生磁场,驱动阀芯动作,实现通断控制。根据驱动方式的不同,分为直动式电磁阀、先导式电磁阀。
结构:电磁驱动部件如线圈、铁芯、弹簧等,阀体、阀芯、密封件。
应用部位:冷板式液冷服务器支路、冷却回路、系统安全隔离点。
派克电磁阀
功能:允许介质单向流动,自动组织反向逆流,保护水泵等设备。
原理:依靠流体自身的压力,正向流动时压力顶开阀瓣;流动停止或反向时,阀瓣在压差、重力或弹簧力作用下自动关闭。
分类:升降式、旋启式、蝶式、隔膜式止回阀等。
应用部位:水泵、支路、管路等需要防止回流的位置。
分类:静态平衡阀、动态平衡阀。
功能:静态平衡阀通过人工设定并锁定流量,消除系统固有阻力偏差,实现静态水力平衡;动态平衡阀通过自动维持流量或压差恒定,抵御系统压力波动,实现动态水力平衡。
原理:通过改变阀芯与阀座的间隙(开度)来改变阀门流通能力(Kv值),从而调节流量;或者通过根据系统压差变动自动变化阻力系数,在特定工作范围内保持流量或压差恒定。
结构:阀体、阀芯/阀瓣、感压元件、调节/锁定装置、测压嘴。
应用部位:不同服务器机柜并联支路、CDU等。
功能:自动排除管道中积存的空气,预防气阻、气蚀和水锤现象。
原理:基于浮力原理,浮球随阀体内液位升降,驱动机构打开或关闭排气口。
结构:阀体、浮球、杠杆机构、阀座等。
应用部位:管路的最高点、CDU(冷量分配单元)顶部、液冷泵上部等易积聚空气的位置。
上海始高阀门有限公司 排气阀
功能:稳定系统压力,超压时释放系统压力,避免因压力升高对服务器造成损坏,维护系统安全。
原理:当入口压力超过弹簧设定值时,阀瓣被顶开泄压。
结构:阀瓣、阀座、加载机构(弹簧等)
应用部位:CDU、泵出口、储液罐,系统高压区至低压区的过渡段,需要过压保护的位置。
(1)密封性与可靠性
采用氟橡胶、金属波纹管等密封材料,适应 - 40℃~120℃宽温区,防止振动、高压环境下的介质泄漏。外部泄漏:零容忍,通常要求通过氦质谱检漏,漏率低于1×10−9Pa⋅m3/s(气泡级密封)。内部泄漏(关断阀):要求极低,阀座密封等级通常需达到ANSI Class VI或更高,确保可靠隔离。
(2)工作温度与承压能力
需要考虑液冷系统的实际工作压力与阀体公称压力即额定耐压度、工作压差(阀体两端允许的压力差,如电磁阀需满足最小压差以保证密封),后者需要覆盖在实际工作压力之上,服务器液冷系统工作压力通常为0.1-0.3MPa。必须适应液冷系统的工作温度,通常为5°C ~ 60°C,甚至更高以应对高温回水场景。
(3)耐腐蚀与材料兼容性
阀体材质(如不锈钢、黄铜)等需与冷却液(无水乙二醇、矿物油、氟化液等)兼容,避免电化学腐蚀。水基冷却液常用不锈钢阀体与EPDM/FKM密封;氟化液等介电液体需特别验证密封材料(如FFKM),避免溶胀或降解,乙二醇溶液具有长期侵蚀、氟化液对某些金属具有溶蚀性。
(4)清洁度与寿命
阀门内部通道需光滑无死角,出厂前经严格清洗,达到高颗粒物清洁度标准(如NAS 1638 Class 6或更高。要求高可靠性(MTBF指标)和长寿命(通常目标10年以上),频繁动作的阀门其循环寿命需满足设计要求(如数十万次)。
数据中心液冷系统阀门相关生产厂商:Emerson艾默生、Parker派克汉尼汾、GF管道、JPE、Koolance、newayvalve纽威、CPC、三花控股集团有限公司、沃茨、苏州巨瀚阀门有限公司、飞龙股份、belimo搏力谋、盾安环境、上海沃托阀门有限公司、广东达韦尔流等企业。
资料来源:南京热链演习社、网络资料
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技术经理 |
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广东龙丰精密铜管有限公司 |
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研究院副总 |
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飞龙汽车部件股份有限公司 |
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总经理 |
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主管 |
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三丰精密量仪(上海)有限公司 |
营业部次长 |
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- 热交换核心 :冷板(CPU/GPU专用)、CDU(冷量分配单元);
- 循环网络 :Manifold分液器、EPDM/PTFE管路、快接头;
- 动力与控制 :变频循环泵(如飞龙股份电子泵)、智能温控系统。
