Da die Rechenleistung, die Leistungselektronikdichte, die Anforderungen an die Kühleffizienz und die thermische Belastung weiter zunehmen, wird die Flüssigkeitskühlung in einem breiteren Spektrum von Geräten eingesetzt.

Ein Flüssigkeitskühlsystem ist nicht nur ein Wärmetauscher und ein Kühlmittel. Es handelt sich um ein komplettes Flüssigkeitskontrollsystem, das Pumpen, Rohrleitungen, Wärmetauscher, Kühlplatten, Behälter, Filter, Sensoren, Ventile und Steuerlogik umfasst.

In vielen Anwendungen ist die Pumpe eine relativ kleine Komponente, hat jedoch einen direkten Einfluss auf den Kühlmittelfluss, die Druckstabilität, den Temperaturanstieg, den Platzbedarf des Systems und die langfristige Zuverlässigkeit.

Eine mikromagnetische Zahnradpumpe kann für Flüssigkeitskühlkreisläufe in Betracht gezogen werden, die eine kompakte Installation, einen positiven Verdrängerfluss, eine kontrollierte Zirkulation, die Eindämmung von Magnetantriebsflüssigkeit und die Kompatibilität mit speziellen Kühlflüssigkeiten erfordern.

In diesem Artikel wird erläutert, wie eine mikromagnetische Zahnradpumpe für die Flüssigkeitskühlung bewertet wird, einschließlich Systemarchitektur, thermischen Berechnungen, Druckanforderungen, Kühlmittelkompatibilität, Pumpenwärmeerzeugung, Produktparametern, Anwendungsszenarien und technischen Auswahlkriterien.

Kurze Antwort: Kann eine mikromagnetische Zahnradpumpe zur Flüssigkeitskühlung verwendet werden?

Ja, aber die Eignung hängt vom tatsächlichen Betriebspunkt ab.

Eine mikromagnetische Zahnradpumpe kann in ausgewählten Flüssigkeitskühlsystemen verwendet werden, wenn:

• Durchflussrate

• Differenzdruck

• Kühlmittelviskosität

• Betriebstemperatur

• Kompatibilität mit benetzten Materialien

• Einlassbedingungen

• Motorgeschwindigkeit

• Kontrollmethode

• Kontinuierliche Betriebsanforderungen

passend zum Kühlkreislaufdesign.

Der wichtigste Punkt ist, dass eine Kühlpumpe nicht allein nach maximalem Durchfluss ausgewählt werden sollte.

Der erforderliche Betriebspunkt wird durch die thermische Belastung und den Zieltemperaturanstieg sowie den hydraulischen Widerstand des gesamten Kreislaufs bestimmt.

Für die Flüssigkeitskühlung von Rechenzentren beschreibt ASHRAE Architekturen mit einem Anlagenkühlkreislauf, Kühlmittelverteilungseinheiten (CDUs) und Technologiekühlsystemen (TCS). CDUs können Pumpen, Ventile, Wärmetauscher, Temperatur-/Druck-/Durchflussüberwachung und Steuerungen umfassen.

1. Wie funktioniert ein Flüssigkeitskühlsystem?

Ein Flüssigkeitskühlsystem überträgt Wärme von einer Hochtemperaturkomponente auf ein Kühlmittel und gibt diese Wärme dann über einen Wärmetauscher oder eine andere Kühlstufe ab.

Ein vereinfachter Flüssigkeitskühlkreislauf ist:

Wärmequelle → Kühlplatte/Wärmetauscher → Kühlmittelkreislauf → CDU/Wärmetauscher → Wärmerückführung → Rücklauf

Abhängig von der Ausstattung kann die Architektur mehrere Flüssigkeitskreisläufe umfassen.

Typische Komponenten sind:

• Pumpe

• Kalte Platte

• Verteiler

• Wärmetauscher

• CDU

• Reservoir oder Expansionsvolumen

• Filter

• Drucksensor

• Temperatursensor

• Durchflusssensor

• Steuerventil

• Leckerkennung

• Rohrleitungen und Schnellkupplungen

ASHRAE identifiziert CDUs als wichtige Schnittstelle zwischen Anlagenkühlsystemen und Technologiekühlsystemen. Abhängig von der Architektur kann die Technologiekühlflüssigkeit Wasser, entionisiertes Wasser, Kältemittel oder Flüssigkeiten auf Glykolbasis umfassen.

Für KI und High-Density-Computing beschreiben die aktuellen ASHRAE-Leitlinien auch Architekturen mit direkter Flüssigkeitskühlung und CDUs mit Pump- und Steuerfunktionen für Wärmelasten mit höherer Dichte.

2. Wo befindet sich die Pumpe in einem Flüssigkeitskühlsystem?

Die Rolle der Pumpe hängt von der Systemarchitektur ab.

Kühlkreislauf der Anlage

Auf der Anlagenseite können relativ große Kühlmittelmengen verarbeitet und die Wärme über Kältemaschinen, Kühltürme, Trockenkühler oder andere Geräte zur Wärmeabfuhr abgeführt werden.

Die Pumpe muss daher etwa dimensioniert sein:

Hoher Durchfluss + Systemdruckverlust + Energieeffizienz

Dies unterscheidet sich grundlegend von einem kompakten Zirkulationskreislauf auf Geräteebene.

Technologie-Kühlsystem

Das Technologiekühlsystem, kurz TCS, dient direkt der thermischen Belastung von IT oder Geräten.

Bei Direct-to-Chip-Systemen wird das Kühlmittel auf Kühlplatten verteilt, die mit Hochleistungskomponenten verbunden sind.

Die Pumpe muss den erforderlichen Durchfluss aufrechterhalten durch:

Pumpe → Verteiler → Kühlplatte → Rücklaufverteiler → Wärmetauscher/CDU

Hier wird der Druckabfall durch Kühlplatten, Verteiler, Filter und Schnellkupplungen zu einem wichtigen Bestandteil der Pumpenauswahl.

CDU

Eine Kühlmittelverteilungseinheit kann den Anlagenkreislauf mit dem Technologiekühlkreislauf verbinden.

Je nach Design kann eine CDU Folgendes umfassen:

• Wärmetauscher

• Umwälzpumpe

• Ventile

• Sensoren

• Kontrollen

• Filtration

• Expansions- oder Druckkontrollkomponenten

Die Pumpe muss daher als Teil des gesamten CDU-Hydraulikdesigns und nicht als isolierte Komponente ausgewählt werden.

3. Die erste Berechnung: Wie viel Kühlmittelfluss ist erforderlich?

Eine der nützlichsten Berechnungen bei der Flüssigkeitskühlung ist die Beziehung zwischen Wärmelast, Kühlmittelfluss und Temperaturanstieg.

Für ein einphasiges Kühlmittel:

oder unter Verwendung des Volumenstroms:

Wo:

• P = Wärmelast, W

• Q = Volumenstrom, m³/s

• ρ = Kühlmitteldichte, kg/m³

• cp = spezifische Wärmekapazität, J/(kg·K)

• ΔT = zulässiger Kühlmitteltemperaturanstieg, K

Beispiel

Angenommen, ein Kühlkreislauf entfernt:

50 kW

mit einem wasserähnlichen Kühlmittel und einem angestrebten Temperaturanstieg von:

5°C

Der ungefähre erforderliche Durchfluss beträgt:

143,5 l/min

Diese Berechnung ist wichtig, da sie sofort zeigt, warum die Pumpendimensionierung mit der tatsächlichen thermischen Belastung beginnen muss.

Eine kleine Mikropumpe eignet sich möglicherweise für einen lokalen Wärmemanagementkreislauf, einen Kompressorkühlkreislauf, einen Hilfskühlkreislauf oder ein kompaktes CDU-Subsystem, sie sollte jedoch nicht automatisch für einen großen 50-kW-Kreislauf geeignet sein.

4. Die Durchflussrate reicht nicht aus: Berechnen Sie den Differenzdruck

Bestimmen Sie nach der Durchflussberechnung, wie viel Druck die Pumpe erzeugen muss.

Der erforderliche Differenzdruck kann Verluste beinhalten aus:

• Kalte Teller

• Verteiler

• Schläuche

• Filter

• Wärmetauscher

• Schnellkupplungen

• Ventile

• Elevation

• Durchflusskontrollgeräte

Der Betriebspunkt der Pumpe sollte daher definiert werden als:

Erforderlicher Durchfluss + erforderlicher Differenzdruck

Für eine Zahnradpumpe mit positiver Verdrängung lautet die vereinfachte Beziehung:

Wo:

• Vd = Verschiebung pro Umdrehung

• n = Drehzahl

Der tatsächliche Durchfluss ist aufgrund interner Leckage oder Schlupf geringer als der theoretische Durchfluss.

Mit zunehmendem Differenzdruck kann der interne Schlupf zunehmen und der tatsächliche Durchfluss kann vom theoretischen Wert abweichen.

Daher:

Wählen Sie eine Mikrozahnradpumpe nicht allein aufgrund des maximalen Durchflusses aus. Überprüfen Sie den tatsächlichen Durchfluss bei erforderlichem Differenzdruck und Geschwindigkeit.

Dieses Prinzip spiegelt sich auch in Suofus allgemeinen Richtlinien zur Pumpenauswahl wider.

5. Pumpenwärme: Auch die Pumpe ist Teil des Wärmehaushalts

Ein Problem, das bei der Flüssigkeitskühlung oft übersehen wird, ist, dass die Pumpe selbst Wärme in das System einbringen kann.

Die elektrische Eingangsleistung wird nicht vollständig in nutzbare hydraulische Leistung umgewandelt.

Die hydraulische Leistung kann angenähert werden durch:

Wo:

• Δp = Pumpendifferenzdruck

• Q = Volumenstrom

Die Differenz zwischen Eingangsleistung und nutzbarer hydraulischer Leistung stellt Verluste dar, die mit dem Motor, der Magnetkupplung, den Lagern, Zahnrädern, der inneren Flüssigkeitsreibung, den elektrischen Komponenten und anderen Mechanismen verbunden sind.

Nicht alle dieser Verluste gelangen zwangsläufig in das Kühlmittel; einige werden an die Umgebung abgestoßen.

Daher sollten Ingenieure für die thermische Systemmodellierung Folgendes bestimmen:

Wie viel vom Pumpenverlust wird tatsächlich auf das Kühlmittel übertragen?

Dies ist nützlicher als die Anwendung einer universellen Zahl für den „Anstieg der Pumpentemperatur“.

Eine praktische Validierungsmethode besteht darin, Folgendes zu messen:

• Kühlmitteleintrittstemperatur

• Kühlmittelaustrittstemperatur

• Durchflussrate

• Eingangsleistung der Pumpe

• Differenzdruck

• Motortemperatur

• Umgebungstemperatur

unter den tatsächlichen Betriebsbedingungen.

Warum das wichtig ist

Wenn eine Pumpe mehrere hundert Watt Wärme in einen kompakten Sekundärkreislauf einspeist, muss diese Wärme letztendlich über den Wärmetauscher abgeführt werden.

Die Pumpe wird daher Teil des thermischen Gleichgewichts des Systems und nicht nur ein Gerät zur Flüssigkeitsbewegung.

6. Warum Magnetantriebe bei der Flüssigkeitskühlung wichtig sind

Eine herkömmliche rotierende Welle, die durch das Pumpengehäuse verläuft, erfordert eine dynamische Dichtungsschnittstelle.

Eine Pumpe mit Magnetantrieb überträgt das Drehmoment über eine Magnetkupplung, sodass der Motor und die gepumpte Flüssigkeit durch die Pumpengehäusestruktur getrennt werden können.

Dieses Design kann:

• Eliminieren Sie die herkömmliche rotierende Wellendichtungsschnittstelle

• Reduzieren Sie einen potenziellen Leckpfad

• Isolieren Sie den Motor von der Förderflüssigkeit

• Unterstützen Sie die Integration kompakter Fluidsysteme

Dies kann besonders relevant sein, wenn das Kühlmittel:

• Teuer

• Chemisch empfindlich

• Schwer einzudämmen

• Flüchtig

• Umweltsensibel

• Wird in einem geschlossenen Kreislaufsystem verwendet, in dem Kontamination oder Leckage unerwünscht sind

Allerdings bedeutet der Magnetantrieb nicht, dass das komplette Kühlsystem automatisch leckagefrei ist.

Statische Dichtungen, O-Ringe, Gewindeverbindungen, Schweißverbindungen, Armaturen, Pumpengehäuse, Schläuche und Wärmetauscher müssen noch validiert werden.

7. Kühlmitteleigenschaften wirken sich direkt auf das Pumpendesign aus

Der Begriff „Flüssigkeitskühlung“ umfasst ganz unterschiedliche Flüssigkeiten.

Kühlmittel auf Wasser- und Glykolbasis

In einphasigen Kühlsystemen sind Wasser und Wasser-Glykol-Gemische üblich.

Wichtige Parameter sind:

• Glykolkonzentration

• Viskosität

• Dichte

• Spezifische Wärme

• Korrosionseigenschaften

• Betriebstemperatur

• Elektrische Leitfähigkeit

• Materialverträglichkeit

Die Pumpe sollte bei der tatsächlichen Betriebstemperatur bewertet werden, da sich die Viskosität mit der Temperatur ändert.

Dielektrische und Spezialkühlflüssigkeiten

Spezielle Kühlflüssigkeiten können in Immersions- oder anderen Kühlarchitekturen auf Geräteebene verwendet werden.

Für diese Flüssigkeiten sollten Ingenieure Folgendes überprüfen:

• Chemische Kompatibilität

• Quellverhalten von Elastomeren

• Polymerkompatibilität

• Gleitfähigkeit

• Dampfdruck

• Viskosität

• Materialgewinnung

• Langzeitbelichtung

Es sollte nicht automatisch davon ausgegangen werden, dass die gleiche Pumpenkonfiguration mit jedem Spezialkühlmittel kompatibel ist.

Kältemittel und Zweiphasenkühlung

Die kältemittelbasierte Kühlung bringt zusätzliche Komplexität mit sich.

Am Pumpeneinlass kann die Flüssigkeit Sättigungszustände erreichen. Ein Druckabfall kann zu einem Flashen führen, wodurch ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch entsteht.

Dadurch verändert sich die Betriebsumgebung der Pumpe erheblich.

Bei der Gestaltung sollte daher Folgendes berücksichtigt werden:

• Sättigungsdruck

• Flüssigkeitstemperatur

• Eingangsdruck

• NPSH / verfügbare Saugbedingungen

• Gaseintrag

• Zweiphasenverhalten

• Materialverträglichkeit

• Startbedingungen

Bei Kältemittelanwendungen muss die Pumpenauswahl anhand des spezifischen Kältemittels und Betriebsbereichs validiert werden und darf nicht nur auf der Wasserleistung basieren.

8. Mikromagnetische Zahnradpumpenparameter für die Flüssigkeitskühlung

Die NP-Serie von Suofu deckt mehrere Verdrängungs- und Durchflussbereiche ab.

Die folgende Tabelle verwendet aktuell veröffentlichte Produktdaten und sollte als Auswahlreferenz und nicht als garantierter Betriebspunkt betrachtet werden . Die tatsächliche Leistung hängt von Druck, Geschwindigkeit, Viskosität, Temperatur, Motorkonfiguration und Kühlmittel ab.

*Die veröffentlichten Produktseiten geben die Differenzdruckreferenz mit Wasser als Medium an. Kundenspezifische Druckfunktionen variieren je nach Serie und Konfiguration und sollten anhand der entsprechenden Leistungskurve überprüft werden.

Repräsentative Betriebseigenschaften

Abhängig von der Serie umfassen die veröffentlichten NP-Spezifikationen Folgendes:

• Betriebsgeschwindigkeit: bis zu ca. 4.000 U/min bei den aufgeführten Konfigurationen

• Betriebstemperatur: ca. -120 °C bis +150 °C bei entsprechenden Konfigurationen

• Mittlere Viskosität: bis ca. 20.000 cP auf den entsprechenden Produktseiten

• Einlassvakuum: ca. -0,85 bar, geschwindigkeitsabhängig, je nach Konfiguration

• Pumpenkörperoptionen: SS316, Hastelloy, PEEK und kundenspezifische Materialien

• Getriebe-/Lageroptionen: PEEK bei den aufgeführten Konfigurationen

• Schaft: Zirkonkeramik

• O-Ring-Optionen: FKM, EPDM, PTFE, FVMQ, CR und FFKM

• Motoroptionen: BLDC-, AC/VFD- und Servokonfigurationen je nach Serie

Diese Spezifikationen sind konfigurationsabhängig und sollten nicht als universelle Grenzwerte der NP-Serie betrachtet werden.

9. So wählen Sie die NP-Serie für die Flüssigkeitskühlung aus

Die Auswahl sollte sich am erforderlichen Betriebspunkt und nicht an der Modellnummer orientieren.

Kühlung mit kleinem Durchfluss

Für kompakte Wärmemanagementsysteme, die Durchflussmengen unter etwa 2,2 l/min erfordern, bietet die NP42-Familie vier Verdrängungsoptionen von 0,2 bis 0,7 ml/Umdrehung.

Typische technische Anwendungen sind:

• Kleine Kühlkreisläufe

• Laborwärmesysteme

• Kompakte Kühlgeräte

• Hilfskühlkreisläufe

• Spezialausrüstungskühlung

Kleiner bis mittlerer Durchfluss

Die NP51-Familie deckt NP100 bis NP190 ab, mit veröffentlichten Nenndurchflussbereichen von 0–2,9 l/min bis 0–6,0 l/min.

Dieser Bereich kann in Betracht gezogen werden für:

• Kompakte Kühlgeräte

• Kühlzirkulation

• Kleine CDU-Subsysteme

• Wärmemanagement der Ausrüstung

• Kompressorkühlung

Mittlerer Durchfluss

Die NP60-Familie umfasst NP240 und NP350.

NP350 hat einen veröffentlichten Nenndurchflussbereich von bis zu 10,5 l/min und eine Nennverdrängung von 3,5 ml/Umdrehung.

Die Serie kann ausgewertet werden für:

• Kühlkreisläufe mit mittlerem Durchfluss

• Industrielle Kühlung

• Kompressorkühlung

• Kompakte Flüssigkeitskühlgeräte

• Wärmemanagementmodule

Höherer Durchfluss

Die NP98-Familie umfasst:

• NP400

• NP600

• NP900

• NP1200

• NP1700

Die veröffentlichten Nenndurchflussbereiche reichen von 12,6 l/min für NP400 bis 55 l/min für NP1700.

Dieser Bereich kann für Gerätekühlungs- und Kühlsysteme mit höherem Durchfluss ausgewertet werden, bei denen der tatsächliche Fließdruckpunkt innerhalb des Leistungsbereichs der Pumpe liegt.

Industriekühlung mit großem Durchfluss

Der NP2600 hat eine Nennverdrängung von 26 ml/Umdrehung und einen veröffentlichten Nenndurchflussbereich von 0–65 l/min.

Bei dieser Pumpenklasse sollten Ingenieure besonders auf Folgendes achten:

• Motorleistung

• Differenzdruck

• Kühlmittelviskosität

• Wärmeerzeugung

• Rohrgröße

• Druckabfall im Filter

• Installationskonfiguration

10. Eine praktische Checkliste für die Auswahl einer Flüssigkeitskühlpumpe

Bevor Sie eine mikromagnetische Zahnradpumpe auswählen, bereiten Sie diese 10 Parameter vor.

Für die Closed-Loop-Kühlung sind zwei weitere Parameter besonders wichtig:

Sauberkeit des Kühlmittels

Partikelverunreinigungen können kleine Innenspiele, Zahnräder, Lager und Dichtungen beeinträchtigen.

Auf den von Suofu veröffentlichten Produktseiten NP42, NP51, NP60 und NP98 wird 400-Mesh-Einlassfilter empfohlen. für entsprechende Konfigurationen ein Der eigentliche Filter sollte auch nach Druckabfall, Durchflusskapazität und Kühlmittelverträglichkeit ausgewählt werden.

Trockenlaufbedingungen

Die Trockenlauffähigkeit ist bei der NP-Serie nicht überall gegeben.

Beispielsweise wird auf der Produktseite des NP60 eine eingeschränkte Trockenlaufbedingung angegeben, während auf der NP98-Seite ausdrücklich angegeben wird, dass ein Trockenlauf nicht empfohlen wird.

Daher:

Gehen Sie niemals allein vom Namen der Pumpenfamilie auf Trockenlauffähigkeit zurück.

11. Anwendungsszenarien

11.1 Flüssigkeitskühlung für Rechenzentren

Bei der Flüssigkeitskühlung von Rechenzentren können Pumpen in CDUs oder Technologiekühlsystemen betrieben werden.

Zu den typischen Anforderungen gehören:

• Dauerbetrieb

• Stabiler Fluss

• Kontrollierter Differenzdruck

• Geringer Platzbedarf bei der Installation

• Kühlmittelkompatibilität

• Überwachung und Kontrolle

• Wartungsfreundlichkeit

ASHRAE identifiziert Pumpen, Ventile, Wärmetauscher und Instrumente als Komponenten von Flüssigkeitskühlungs-Verteilungssystemen.

Eine mikromagnetische Zahnradpumpe ist daher für kompakte oder lokalisierte Zirkulationsaufgaben relevanter als für jede Pumpenposition in einer großen Rechenzentrumsanlage.

11.2 Direct-to-Chip-Kühlung

Direct-to-Chip-Systeme platzieren Kühlplatten direkt auf Hochleistungskomponenten.

Die Pumpe muss den hydraulischen Widerstand überwinden von:

Pumpe → Verteiler → Kühlplatte → Verteiler → Wärmetauscher → Rücklauf

Die richtige Pumpe sollte daher anhand des Druckabfalls der Kühlplatte und des erforderlichen Kühlmitteldurchflusses ausgewählt werden , nicht nur anhand der Wärmeleistung des Chips.

11.3 CDU-Subsysteme

Eine kompakte CDU kann strenge Anforderungen stellen an:

• Einbaumaße

• Durchflussregulierung

• Druckstabilität

• Kühlmittelkompatibilität

• Dauerbetrieb

• Sensorintegration

Die Pumpe kann entsprechend dem tatsächlichen CDU-Betriebspunkt ausgewählt werden.

11.4 Magnetgelagerte Kompressorkühlung

Magnetgelagerte und luftgelagerte Kompressoren können spezielle Flüssigkeits- oder Kältemittelkühlkreisläufe verwenden.

Die Pumpe muss möglicherweise folgende Aufgaben bewältigen:

• Kompakter Einbauraum

• Kältemittelkompatibilität

• Temperaturschwankungen

• Druckdifferenz

• Dauerbetrieb

• Variable Geschwindigkeitsregelung

Zu den von Suofu veröffentlichten Kompressorkühlungsanwendungsdaten gehören NP070/NP190 für Anwendungen mit geringerem Durchfluss, NP350 für Systeme mit mittlerem Durchfluss und NP1700/NP2600 für Systeme mit höherem Durchfluss.

11.5 Industrielles Wärmemanagement

Außerhalb von Rechenzentren können Mikromagnetzahnradpumpen auch für folgende Zwecke evaluiert werden:

• Kühlung der Leistungselektronik

• IGBT-Prüfung

• Wärmemanagement der Batterie

• Laborkühlung

• Kühlgeräte

• Spezialisierte Prozesskühlung

• Kompakte Wärmeübertragungssysteme

Es gilt die gleiche technische Regel:

Wählen Sie aus dem kompletten Betriebspunkt Strömung-Druck-Temperatur-Viskosität.

12. Technischer Fall: Hochgeschwindigkeitspumpenentwicklung für eine Raumkühlungsanwendung

Das für diesen Artikel bereitgestellte Quellenmaterial enthält einen technischen Fall, bei dem es um die Entwicklung einer Hochgeschwindigkeits-Kühlpumpe für eine Weltraumcomputer-Nutzlast geht.

Den bereitgestellten Projektinformationen zufolge ging das Design über herkömmliche Pumpengeschwindigkeiten hinaus und hin zu einem Betriebsbereich von etwa 11.000–20.000 U/min , mit einer kompakten Welle im Bereich von 3 mm und einem Zielbetriebsbereich von zehn bis etwa 100 ml/min und etwa 1–2 MPa.

Die technische Herausforderung bestand nicht einfach darin, die Drehzahl zu erhöhen.

Das Designproblem umfasste:

Höhere Geschwindigkeit

↓

Kleinerer Pumpenraum

↓

Höhere Wellengeschwindigkeitsbelastung

↓

Höhere PV-Belastung im Gang

↓

Material- und Lagerbeschränkungen

↓

Notwendigkeit einer dedizierten Validierung

Für diese Art von Anwendung muss die Pumpe als vollständiges rotierendes System bewertet werden.

Zu den wichtigen Validierungselementen gehören:

• Rotorstärke

• Wellendurchbiegung

• Lagerbelastung

• Getriebeverschleiß

• Drehmoment der Magnetkupplung

• Thermisches Verhalten des Motors

• Vibration

• Startverhalten

• Temperaturwechsel

• Vakuum/Umgebungsbedingungen

13. Was macht eine Flüssigkeitskühlpumpe zuverlässig?

Zuverlässigkeit wird nicht durch ein Material oder eine Spezifikation bestimmt.

Ein praktisches Zuverlässigkeitsmodell ist:

Materialkompatibilität

Hydraulischer Betriebspunkt

Wärmemanagement

Lager-/Getriebedesign

Motorauswahl

Kühlmittelreinheit

Fertigungskonsistenz

Validierungstests

Die Pumpe sollte unter repräsentativen Bedingungen und nicht nur bei Raumtemperatur mit Wasser getestet werden.

Eine aussagekräftige Testmatrix kann Folgendes umfassen:

Für spezielle Projekte ist eine P-Q-Leistungskarte viel nützlicher als eine einzelne Maximalflusszahl.

14. Wo liegen die technischen Grenzen mikromagnetischer Zahnradpumpen?

Ein technisch glaubwürdiger Artikel sollte auch erklären, wo die Technologie ihre Grenzen hat.

Eine mikromagnetische Zahnradpumpe ist möglicherweise nicht geeignet, wenn:

Es ist ein extrem großer Durchfluss erforderlich

Der erforderliche Durchfluss kann den praktischen Betriebsbereich einer kompakten Verdrängerpumpe überschreiten.

Eine möglichst geringe Partikelbildung ist zwingend erforderlich

Der Zahneingriff und die Lagerschnittstellen müssen sorgfältig bewertet werden, wenn die Kontaminationsgrenzwerte besonders streng sind.

Das Kühlmittel enthält harte Partikel

Abrasive Partikel können den Verschleiß von Zahnrädern, Lagern und anderen medienberührten Bauteilen beschleunigen.

Die Flüssigkeit ist schlecht charakterisiert

Für unbekannte dielektrische Flüssigkeiten, Kältemittel oder Spezialkühlmittel sollten vor der Auswahl Materialverträglichkeits- und Viskositätsdaten ermittelt werden.

Am Pumpeneinlass ist eine Zweiphasenströmung zu erwarten

Flashing und Gaseinschlüsse können das Pumpenverhalten erheblich verändern.

Es wird erwartet, dass die Pumpe trocken arbeitet

Die Trockenlaufgrenzen müssen für das genaue Modell und die genaue Konfiguration überprüft werden.

Dies ist keine Schwäche eines bestimmten Produkts. Es ist ein grundlegender Bestandteil der technischen Pumpenauswahl.

15. Wie sollte Pumpenwärme in eine Kühlsystemsimulation einbezogen werden?

Trennen Sie für ein thermisches Modell drei Größen:

1. Elektrische Eingangsleistung

Stromversorgung für Motor und Antrieb.

2. Hydraulikkraft

3. Auf das Kühlmittel übertragene Wärme

Nur ein Teil des Gesamtverlustes gelangt zwangsläufig in das Kühlmittel.

Ermitteln Sie daher Messdaten unter dem vorgesehenen Betriebspunkt, anstatt einen universellen Prozentsatz der Wärmeerzeugung anzunehmen.

Ein nützliches Testprotokoll ist:

Durchfluss + ΔP + elektrische Leistung + Kühlmitteleinlasstemperatur + Kühlmittelauslasstemperatur + Umgebungstemperatur

Dadurch entsteht ein Datensatz, der direkt im thermischen Systemmodell verwendet werden kann.

16. FAQ

Kann eine mikromagnetische Zahnradpumpe zur Flüssigkeitskühlung von Rechenzentren verwendet werden?

Ja. Es kann für ausgewählte Kühlkreisläufe in Betracht gezogen werden, insbesondere für kompakte oder lokalisierte Kreisläufe, bei denen der erforderliche Durchfluss, der Differenzdruck, die Kühlmitteleigenschaften und die Installationsabmessungen innerhalb des Betriebsbereichs der Pumpe liegen.

Welche Fördermenge kann eine mikromagnetische Zahnradpumpe liefern?

Die veröffentlichte Suofu NP-Serie reicht 0–1,5 l/min bis 0–65 l/min . je nach Serie und Modell von etwa Bei Flüssigkeitskühlungsanwendungen muss der tatsächliche Betriebspunkt aus dem erforderlichen Durchfluss, Differenzdruck, Kühlmittel und Pumpendrehzahl ermittelt werden.

Was ist der maximale Druck?

Für die gesamte NP-Serie gibt es keinen einheitlichen Druckwert.

Auf den veröffentlichten Produktseiten sind je nach Serie und Konfiguration unterschiedliche Differenzdruck- und Druckfestigkeitswerte angegeben. Auf den Seiten NP42, NP51, NP60, NP98 und NP106 werden beispielsweise unterschiedliche Systemdruckfunktionen veröffentlicht. Der endgültige Betriebspunkt muss anhand der entsprechenden Modellkurve überprüft werden.

Kann die Pumpe Glykol verarbeiten?

Die Pumpe kann für Kühlmittel auf Glykolbasis evaluiert werden, die genaue Glykolkonzentration, Temperatur, Viskosität und Materialkompatibilität sollten jedoch vor der Auswahl bestätigt werden.

Kann eine Magnetzahnradpumpe Kältemittel fördern?

Ausgewählte Konfigurationen können für die Kältemittelzirkulation in Betracht gezogen werden, Kältemittelanwendungen erfordern jedoch eine spezifische Validierung von Druck, Temperatur, Viskosität, Materialkompatibilität, Einlassbedingungen und Gas-Flüssigkeits-Verhalten.

Bedeutet der Magnetantrieb Null Leckage?

Keine Pumpe sollte als absolut „leckagefrei“ beschrieben werden, ohne das gesamte System und die Testbedingungen zu definieren.

Der Magnetantrieb macht die herkömmliche rotierende Wellendichtungsschnittstelle überflüssig, wodurch ein potenzieller Leckpfad reduziert werden kann. Statische Dichtungen und externe Verbindungen erfordern noch eine technische Validierung.

Kann die Pumpe trocken laufen?

Es kommt auf die genaue Konfiguration an.

In der NP60-Dokumentation von Suofu werden beispielsweise begrenzte Trockenlaufbedingungen spezifiziert, während in der NP98-Dokumentation angegeben wird, dass Trockenlauf nicht empfohlen wird.

Was ist der wichtigste Parameter bei der Auswahl einer Flüssigkeitskühlpumpe?

Es gibt keinen einzelnen Parameter.

Die Mindestauswahldaten sollten Folgendes umfassen:

Durchfluss + Differenzdruck + Kühlmittel + Viskosität + Temperatur + Einlasszustand + Motor/Steuerung

Wie berechne ich den erforderlichen Durchfluss?

Für ein einphasiges Kühlmittel:

Der erforderliche Durchfluss erhöht sich, wenn die Wärmelast zunimmt oder der zulässige Anstieg der Kühlmitteltemperatur abnimmt.

Muss Pumpenwärme in die Kühlberechnung einbezogen werden?

Ja.

Die Verluste der Pumpe können zur thermischen Belastung des Kühlmittelkreislaufs beitragen. Bei kompakten Systemen mit relativ kleinem Wärmetauscher kann dies aussagekräftig genug sein, um eine direkte Messung zu rechtfertigen.

Kann dieselbe Pumpe für Wasser, Glykol, Kältemittel und dielektrische Flüssigkeiten verwendet werden?

Nicht automatisch.

Verschiedene Flüssigkeiten haben unterschiedliche Viskosität, Dichte, Dampfdruck, Schmierfähigkeit und chemische Verträglichkeit. Die Pumpenkonfiguration sollte für das spezifische Kühlmittel validiert werden.

17. Technische Daten zur Bereitstellung für die Pumpenauswahl

Geben Sie für ein OEM-Flüssigkeitskühlungsprojekt die folgenden Informationen an:

Je vollständiger diese Daten sind, desto genauer kann die Pumpe auf das Kühlsystem abgestimmt werden.

18. Fazit

Eine Flüssigkeitskühlpumpe sollte als Teil des gesamten thermischen und hydraulischen Systems und nicht als isolierte Komponente ausgewählt werden.

Für eine mikromagnetische Zahnradpumpe ist die entscheidende Konstruktionskette:

Thermische Belastung

→ Erforderlicher Kühlmittelfluss

→ Systemdruckabfall

→ Betriebspunkt der Pumpe

→ Kühlmittelkompatibilität

→ Motor- und Geschwindigkeitsregelung

→ Wärmeverlust

→ Langzeitvalidierung

Die NP-Serie von Suofu bietet mehrere Verdrängungs- und Durchflusskonfigurationen, von NP42-Modellen mit kleinem Durchfluss bis hin zum NP2600 mit einem veröffentlichten Nenndurchflussbereich von bis zu 65 l/min.

Bei Flüssigkeitskühlungsanwendungen besteht das technische Ziel nicht darin, die Pumpe mit den größten Spezifikationen auszuwählen. Dabei geht es darum, die Pumpe an den anzupassen tatsächlichen Betriebspunkt von Durchfluss, Druck, Temperatur und Viskosität und gleichzeitig Materialien, Einlassbedingungen, Wärmeerzeugung, Sauberkeit und kontinuierlichen Betrieb zu validieren.

Für ein OEM-Projekt sind die nützlichsten Startinformationen:

Kühlmittel + Wärmelast + Durchfluss + Differenzdruck + Temperatur + Viskosität + Einlasszustand + Motor/Steuerung

Mithilfe dieser Daten können die Pumpenkonfiguration und die Leistungskurve anhand der tatsächlichen Anforderungen des Kühlsystems bewertet werden.