В [1] приведён пример расчёта необходимой величины нагрева воздуха для предотвращения обледенения элементов входного тракта компрессора ГТУ где искалась величина нагрева воздуха при которой температура поверхности входных элементов компрессора поднималась выше температуры точки росы.
Теперь мы разработаем алгоритм работы системы подогрева воздуха КВОУ, основанный на требованиях производителя ГТУ касательно условий её включения.
Система подогрева воздуха КВОУ должна включаться при одновременном выполнении следующих условий:
1. Температура наружного воздуха находится в диапазоне [- 5 С; + 5 С];
2. Относительная влажность наружного воздуха выше 80%.
Отключение системы подогрева воздуха КВОУ будет происходить при выполнении одного из следующих условий:
1. Температура наружного воздуха выше +7 С или ниже -7 С;
2. Относительная влажность наружного воздуха ниже 70%.
Самый простой алгоритм работы системы подогрева воздуха - это при возникновении условий её включения нагревать воздух до температуры выше +5 С (например, до +7 С).
Также рассмотрим вариант нагрева воздуха до температуры, при которой его относительная влажность снизится до менее 80% (в нашем примере до 70%).
Относительная влажность (RH - relative humidity) - это отношение парциального давления входящего в состав влажного воздуха водяного пара p_в.п к давлению насыщения водяного пара p_нас при заданной температуре: RH = p_в.п./p_нас.
Так как p_в.п. не зависит от температуры, а p_нас с повышением температуры увеличивается, то при нагреве влажного воздуха его относительная влажность снижается.
Для расчётов использовался модуль wetairprops (см. [2]).
Причиной появления изломов на вышеприведённых графиках является то, что зависимость упругости водяных паров от температуры для отрицательных и положительных температур воздуха описывается разными формулами. Изломы появляются при t = 0 C и t = - Δ𝑡.
Из графиков видно, что наибольшая требуемая величина нагрева воздуха соответствует температуре воздуха t = +5 C.
Построим зависимость требуемой величины нагрева воздуха от его относительной влажности при которой относительная влажность воздуха после его нагрева снижается до 70% и ниже.
Примем (с запасом), что при относительной влажности воздуха RH = 80% он должен нагреваться на 3 С, а при RH = 100% - на 6 С. Тогда формула для определения требуемой величины нагрева наружного воздуха в зависимости от его относительной влажности примет следующий вид:
Δ𝑡 = 3 + (6 - 3) / (100 - 80) * (RH - 80)
Согласно данной формуле при RH = 70% (значение при достижении которого система подогрева воздуха КВОУ отключается) величина подогрева составит 1,5 С.
При температуре наружного воздуха t = +5 С и его относительной влажности RH = 100% по первому (простому) алгоритму работы системы подогрева воздуха его нужно нагреть на 2 градуса, а по второму алгоритму - на 6 градусов.
С увеличением температуры воздуха, поступающего в компрессор ГТУ, мощность и КПД ГТУ уменьшаются, поэтому лучше не нагревать воздух сверх необходимой для недопущения обледенения величины.
Следует определять величину подогрева воздуха по обоим алгоритмам и выбирать наименьшее значение:
Δ𝑡 = min (Δ𝑡_t7; Δ𝑡_RH70)
где Δ𝑡_t7 - величина нагрева воздуха до температуры 7 С; Δ𝑡_RH70 - величина нагрева воздуха до относительной влажности 70%.
Полную версию статьи в формате Jupyter Notebook см. здесь.
Ссылки
1. Необходимая величина подогрева входного воздуха КВОУ ГТУ для предотвращения льдообразования