nVent SCHROFF schützt und kühlt erfolgreich Beschleunigeranlagen an der European Spallation Source, der leistungsstärksten Neutronenquelle der Welt
Zusammenfassung:
Ort: Lund, Schweden
Situation: Die interdisziplinäre Forschungseinrichtung European Spallation Source (ESS), die auf dem leistungsstärksten linearen Protonenbeschleuniger der Welt basiert, suchte nach einer hochmodernen Einhausungs- und Kühlsystemlösung, um das Steuersystem des Beschleunigers zu schützen.
Lösung: Schranklösungen für die elektrische/elektronische Ausrüstung zur Ansteuerung des Beschleunigers
Ergebnisse: Die umfassende Lösung erfüllte alle Spezifikationen und Anforderungen für die Einhausung und wurde termin- und budgetgerecht fertiggestellt.
SITUATION
Die European Spallation Source (ESS) hat sich zum Ziel gesetzt, eine weltweit führende interdisziplinäre Forschungseinrichtung aufzubauen. Nach ihrer vollständigen Inbetriebnahme wird die Anlage die leistungsstärkste Neutronenquelle der Welt sein. Diese extrem fortschrittliche und komplexe Maschine wird wissenschaftliche Durchbrüche in der Material-, Energie-, Gesundheits- und Umweltforschung ermöglichen.
Das Anlagendesign umfasst den leistungsstärksten jemals gebauten linearen Protonenbeschleuniger, in dem der Spallationsprozess zur Erzeugung von Neutronen für die Forschung beginnt. Die hohen Anforderungen des ESS-Beschleunigers bestehen darin, einen 2,86 ms langen Protonenpuls bei 2 GeV bei einer Wiederholrate von 14 Hz bereitzustellen. Dies entspricht einer durchschnittlichen Strahlleistung von 5 MW mit einem 4 %-Arbeitszyklus am Ziel. Die ESS verfügt über ein Helium-gekühltes Wolfram-Messzahnrad, 15 hochmoderne Neutroneninstrumente, eine Reihe von High-Tech-Labors und Super-Computing-Datenmanagement und -Software. Komplexe Steuerungssysteme überwachen und verwalten Zehntausende von Geräten und integrieren den Betrieb aller Anlageninfrastrukturen über ein Netzwerk aus Hardware, Software und Konfigurationsdatenbanken.
Für diese unglaubliche Leistung von Wissenschaft und Technik suchte die Forschungseinrichtung nach einer hochmodernen Einhausungs- und Kühlsystemlösung, um die komplexen elektrischen und elektronischen Geräte zur Steuerung des Beschleunigers zu verbinden und zu schützen. Das Team von nVent SCHROFF war begeistert und bewarb sich 2017 um die hart umkämpfte Ausschreibung.
„Für viele von uns ist dieses ehrgeizige Projekt eine einmalige Chance“, sagte Ulf Broome, regionaler Account Manager bei nVent SCHROFF. „Außerdem waren wir aufgrund der Erfahrungen mit anderen wichtigen Physik- und größeren Forschungszentren zuversichtlich, dass unser umfangreiches Team und unsere Ressourcen die Design-, Installations- und Bereitstellungsanforderungen der ESS erfüllen können. Wir waren begeistert, als wir erfuhren, dass wir den Auftrag erhalten haben!“
LÖSUNG
Im Rahmen des Ausschreibungsverfahrens stellte die ESS dem Engineering-Team von nVent SCHROFF Spezifikationen für 19"-Racks bereit, also für Kühl- und Stromverteilungs-Einheiten (PDUs), die im 500 Meter langen Galeriegebäude zum Einsatz kommen. Die Galerie sollte 20 Warmgang-Schranklösungen präsentieren, darunter 900 19"-Racks, 200 Reihenkühler und etwa 900 PDUs. Die Geräte müssen gehostet und effizient gekühlt werden – die Vermeidung von Temperaturschwankungen in Elektronikschränken ist eine Grundvoraussetzung für hochkomplexe physikalische Anwendungen. Als zusätzliche Herausforderung variierte die Wärmeableitung je nach bestückten Modulen, wobei einige spezifizierte Bereiche besonders enge Temperaturbereiche erfordern. (Bild 1)
Basierend auf den Spezifikationen berechnete das Ingenieur*innen-Team von SCHROFF die Kühlleistung basierend auf der von der ESS bereitgestellten Wärmelast für jede einzelne Einhausungs- oder Rack-Reihe und berücksichtigte auch Worst-Case-Szenarien. Nachdem sie sich für modernste Designstrategien entschieden hatten, führten sie mithilfe von Simulationstests eine detaillierte Validierung der vorgeschlagenen Lösung durch, einschließlich ihrer Fähigkeit zur Kühlung. (Bild 2)
Die Anwendung basiert auf Konfigurationen zur Einhausung des Warmgangs von Racks, die die elektronischen und elektrischen Geräte enthalten. Reihenkühler werden vor jedem Rack platziert, um einen konstanten Luftstrom aufrechtzuerhalten. Für die Reihenkühler sind Redundanzen vorgesehen. Die Anwendung ermöglicht auch Variationen der Lüfterdrehzahl, um sich an unterschiedliche Wärmelasten in den verschiedenen Sektoren anzupassen, und bietet Optionen zur Energieeinsparung. Alle spezifizierten Produkte stammen aus dem umfangreichen nVent SCHROFF Portfolio von Standardprodukten, die speziell entwickelt wurden, um es Ingenieur*innen zu ermöglichen, einzigartige, hochverfügbare und kostengünstige Systeme zu konfigurieren.
Mit einer umfassenden Lösung, die alle in der Ausschreibung genannten Anforderungen erfüllte, legte nVent SCHROFF der ESS Zeichnungen mit den vorgeschlagenen Produkten und Simulationen zur Genehmigung vor.
Im Laufe des Prozesses wurden die ursprünglichen Spezifikationen aus der Ausschreibung mehrmals geändert, da sich die Konstruktionsdetails der verschiedenen Beschleunigersysteme während der mehrjährigen Bauphase weiterentwickelten. Jede Änderung wurde vom agilen Team von nVent SCHROFF aufgenommen, die neuen Vorgaben wurden umgesetzt, neue Produktkonfigurationen wurden entsprechend angepasst sowie neue Berechnungen und Simulationen durchgeführt, um die modifizierte Lösung anzupassen und bereitzustellen.
Die endgültige Lösung umfasst symmetrische Konfigurationen von Racks für jede Reihe, mit Kühlern und Redundanzen, um einen homogenen Luftstrom aufrechtzuerhalten. Das ermöglicht auch Variationen der Lüfterdrehzahl, um Wärmelasten in den verschiedenen Sektoren zu berücksichtigen und Optionen für Energieeinsparungen zu bieten. (Bild 3)
ERGEBNISSE
Die endgültige Lösung umfasst nun 20 Warmgangeinhausungen, darunter über 900 19"-Schroff Varistar Racks, rund 200 Varistar SHX-Kühleinheiten und fast 900 Stromverteilungs-Einheiten (PDUs). Das Team von SCHROFF erfüllte jede der zugewiesenen Aufgaben – von der Konstruktion über die Bereitstellung, Installation und Inbetriebnahme – nach dem vereinbarten Zeitplan und Budget.
„Es handelt sich um ein facettenreiches, lebendiges Projekt, und wir waren froh, dass wir unsere Unterstützung flexibel und agil gestalten konnten, insbesondere da Anpassungen vorgenommen wurden, um den Bedürfnissen der wissenschaftlichen Gemeinschaft gerecht zu werden“, sagte nVent, Carsten Müller, Lead Project Engineer „Wir freuen uns, der ESS Qualität, Design und Installation sowie die Funktionalität der Lösung bereitstellen zu können. Es ist eine Freude, an diesem wissenschaftlichen Projekt mitzuwirken.“
Mit Blick auf die Zukunft ist das Team von SCHROFF bereit, die ESS weiterhin in verschiedenen Bereichen zu unterstützen.
Medienkontakt bei nVent:
Jasmin Goelzenleuchter
Marketing Manager
nVent
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