2.1 환경 포락선(The environmental envelope) (2)

2023.03.21 - [가스터빈(Gas Turbine) 성능 이론] - 2장 운용 영역(Chapter 2 The Operational Envelope)

2장 운용 영역(Chapter 2 The Operational Envelope)

 

2.1.5 비습도 및 상대습도(Specific and relative humidity)

대기 비습도는 다음과 같이 다양하게 정의됩니다.

 

(1) 수증기 대비 건조 공기의 질량비, 또는

(2) 습한 공기에 대한 수증기의 질량비

 

전자의 정의는 여기에서 독점적으로 사용됩니다. 대부분의 실용적인 목적을 위해 그 차이는 어쨌든 작습니다. 상대 습도는 특정 습도를 일반적인 주변 압력 및 온도에 대한 포화 값으로 나눈 값입니다.

습도는 세 가지 주변 대기 매개변수 중 엔진 성능에 미치는 영향이 가장 적습니다. 그러나 그 효과는 무시할 수 없습니다. 유입 공기의 분자량을 변화시키므로 비열 및 기체 상수의 기본 특성을 변화시킵니다. 또한, 응결은 때때로 온도에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 특히, 상대 습도가 높은 더운 날에는 습도가 미칠 수 있는 영향을 고려해야 합니다.

대부분의 가스 터빈 성능 목적에서 비습도는 섭씨 0℃도 이하, 섭씨 40℃ 이상에서는 무시할 수 있습니다. 후자의 경우, 최고 기온이 물이 부족한 사막 조건과 같은 환경에서만 발생하기 때문입니다. MIL 210은 100% 상대 습도를 고려할 수 있는 최고 주변 온도로 35℃를 지시하고 있습니다.

차트 2.7은 100% 상대 습도 대비 기압 고도에 대한 비습도를 추운 날, 표준일, 더운 날에 대해 나타내고 있습니다. MIL 210 추운 날의 경우, 특정 습도는 모든 고도에서 거의 0입니다. 최대 비습도는 해수면에서 MIL 210 더운 날에 발생하는 4.8%를 초과하지 않습니다. 대류권(즉, 11000m 미만)에서 100% 상대 습도에 대한 특정 습도는 주변 온도가 떨어지기 때문에 기압 고도와 함께 떨어집니다. 그 이상으로 성층권에서 수증기 함량은 무시할 만하며, 거의 모든 것이 그 아래 영역의 더 추운 온도에서 응축됩니다.

차트 2.8 및 2.9는 비습도 및 상대습도의 변환을 용이하게 합니다. 차트 2.8은 비습도 대비 주변 온도 및 해수면의 상대 습도를 나타냅니다. 다른 고도의 경우 차트 2.9는 차트 2.8에서 얻은 특정 습도에 적용할 요소를 나타냅니다. 주어진 상대 습도의 경우, 수증기압은 온도에만 의존하는 반면 기압은 상당히 낮기 때문에 비습도는 일정 고도에서 더 높습니다.

 

2.1.6 산업용 가스 터빈(Industrial gas turbines)

발전 및 기계 구동 응용 분야를 위한 산업용 가스 터빈의 환경 포락선은 일반적으로 차트 2.1에서 약 4500m(또는 15000ft)의 압력 고도까지 가져올 수 있습니다. MIL 210 이상의 덥고 추운 날의 주변 온도가 자주 사용되며, 해수면에서 일반적으로 50℃입니다. 특정 고정된 위치의 경우, 해당 고도를 안다면, 주변 온도의 연간 분포를 정의하는 S 곡선을 사용할 수 있습니다. 이를 통해 생활 평가 및 등급 선택이 가능합니다. (이 명칭은 특정 초과 온도 수준에 대한 시간의 백분율을 나타내는 그래프의 특징적인 모양에서 파생되었습니다.)

산업용 가스 터빈의 비습도 범위는 극한 고온 및 저온에서 약간의 완화와 함께 대부분의 주변 온도 범위에 걸쳐 0~100% 상대 습도에 상응합니다.

  

2.1.7 자동차 가스 터빈(Automotive gas turbines)

고정된 위치를 기반으로 특정 적용 분야에 대한 대기 조건의 범위를 좁히는 것이 적절하지 않다는 점을 제외하면 대부분의 의견은 산업용 엔진을 따릅니다.

 

2.1.8 해양 가스 터빈(Marine gas turbines)

해상에서의 기압 고도의 범위는 기상 조건에 의해서만 결정됩니다. 다른 모든 가스 터빈 유형에 상당한 영향을 미치는 고도 요소가 없기 때문입니다. 해양 가스 터빈을 가장 많이 사용하는 미 해군의 관행은 주변 압력 범위를 87–108kPa(12.6–15.7psia)로 간주하는 것입니다. 이것은 600–1800m(1968–5905ft)의 기압 고도 변화에 해당합니다.

해상에서 자유 기류 온도(즉, 선박 데크의 태양열에 영향을 받지 않는 온도)는 낮이나 밤이나 해수면 온도와 일치합니다. 바다의 방대한 열적 관성으로 인해 해양 가스 터빈이 바다에 있을 때, 육지 기반 또는 항공기 가스 터빈에 비해 발생하는 주변 온도 범위가 매우 감소합니다. 그러나 선박은 극지방의 빙원과 페르시아만을 포함하여 육지 가까이에서 운항할 수 있어야 합니다. 결과적으로 작동성(수명이 아닌 경우) 목적을 위해 일반적으로 선박용 엔진에 대해 넓은 범위의 주변 온도가 고려됩니다. 가장 일반적으로 사용되는 주변 온도 범위는 40–50°C인 미 해군의 온도 범위입니다. 미 해군 등급은 38℃에서 입증되므로, 엔진 수명에 있어서 약간의 여유가 있습니다.

해양 가스 터빈이 마주하는 상대 습도 범위는 물과의 근접성으로 인해 0을 포함하지 않을 것입니다. 실제로는 80% 이상의 값이 일반적입니다. 상한은 극한 고온 및 저온에서 약간의 완화와 함께 대부분의 주변 온도 범위에서 100% 상대 습도에 상응합니다.

 

2.1.9 항공기 엔진(Aircraft engines)

항공기 엔진의 환경 포락선은 일반적으로 차트 2.1에서 항공기의 고도 상승 한계까지에 대한 데이터를 가져옵니다. 특정 습도 범위는 차트 2.7에 따라 0~100% 상대 습도에 해당합니다.

 

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2장 운용 영역(Chapter 2 The Operational Envelope)