Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
5.2 Gaya-Gaya Pada Sudu Tiap Tingkat Turbin
Adapun gaya-gaya yang dialami oleh sudu turbin adalah terdiri dari gaya tangensial dan gaya aksial. Untuk perencanaan ini gaya-gaya tersebut dihitung
pada tengah-tengah sudu pada tinggi rata-rata sudu. Gambar 5.1 berikut adalah gaya-gaya yang terjadi pada sudu
Gambar 5.1 Gaya-gaya pada sudu turbin Gaya-gaya yang timbul pada sudu-sudu tingkat 1 sesuai gambar 5.1 diatas
dapat dihitung sebagai berikut:
Gaya tangensial sudu
F
t
= P
2
– P
3
. C
xr
h
R
. Z ……….Lit.2 Hal. 281
Dimana: P
2
= Tekanan masuk sudu gerak Nm
2
P
3
= Tekanan keluar sudu gerak Nm
2
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
h
R
= Tinggi rata-rata sudu gerak m Z = Jumlah sudu tiap tingkat turbin buah
Maka: Ft = 16,011-15,87. 10
5
.0,0823. 0,113.133 = 0,174.10
5
N
Gaya aksial sudu Fa
Fa = P
2
– P
3
. 2 π . r
m
h
R
Fa = 16,011-15,87 .10
5
.2. 3,14. 1,184. 0,113
Fa =0,118.10
5
N Untuk tingkat selanjutnya dapat dilakukan dengan cara yang sama dan
hasilnya dapat dilihat pada tabel 5.1. berikut : Tabel 5.1 Gaya-gaya pada sudu gerak turbin
Tingkat 1
2 3
P
2
10
5
Nm
2
P
3
105 m
2
C
xr
m h
R 2
m Z buah
r
m
m F
t
10.
5
kN Fa10.
5
kN 16,011
15,87 0,0823
0,113 133
1,184 0,174
0,118 3,758
2,415 0.1539
0,4968 71
1,184 7,2904
635 1,666
1,016127 0,2992
0,9533 37
1,184 6,858
4,607
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
5.3 Tegangan yang timbul pada sudu turbin
Akibat adanya gaya sentrifugal dan tekanan gas yang terjadi pada sudu- sudu turbin menimbulkan terjadinya tegangan pada sudu-sudu tersebut. Tegangan
-tegangan yang timbul tersebut yaitu: a.
Tegangan tarik sentrifugal b.
Tegangan lentur
Gambar 5.2 Tegangan yang terjadi pada sudu turbin
Gambar 5.3 Momen lentur pada sudu
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Tegangan bending gas σ gb akan menjadi tegangan tarik pada ujung trailing
dan leading dan tegangan tekan pada belakang sudu, bahkan dengan sudut puntir yang bertaper untuk harga maksimum terjadi pada keduanya leading dan
trailing. Karena M ω merupakan bending yang lebih besar maka sumbu principal
tidak berdeviasi dengan lebar dari arch aksial sudut φ kecil. Maka perkiraan
yang berguna diberikan pada persamaan berikut :
3 3
2
1 .
2 .
ZC h
z C
C m
r m
m maks
gb ω
ω
σ −
= ... Lit.2 Hal.273
dimana: z’
= Jumlah sudu Z
= Fungsi dari sudut chamber sudu dan thicknesschord ratio tc Z
= I B 10 tc
n
diperoleh dari gambar 5.3
3 2
w
C C
−
ω
= Kecepatan tangensial dihitung pada diameter rata-rata Tegangan tarik dan tegangan lentur yang besarnya konstan dikenal sebagai
tegangan statis tegangan yang timbul akibat gaya sentrifugal dan tegangan dinamis tegangan akibat tekanan gas. Sudu-sudu didesain berdasarkan pengaruh
total tegangan statis dan dinamis karena sudu ini dibebani oleh keduanya secara serentak.
5.3.1 Tegangan tarik akibat gaya sentrifugal
ct
σ
Penampang yang paling berbahaya pada sudu dengan penampang yang konstan adalah penampang pada bagian root dasar sudu. Karena beban
sentrifugal merupakan beban utama yang diterima secara kontinu oleh sudu, terutama pada dasar sudu yang menerima beban paling besar. Harga tegangan
tarik sentrifugal maksimum yang muncul pada root dapat clihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
ct
σ
maks
=
ardr a
r r
b
t
∫
2
. ω
ρ ... Lit 2. Hal 272
dimana :
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009 b
ρ = Kerapatan bahan sudu ω
= Kecepatan sudu a
= Luas penampang sudu a
r
=jari-jari root Dengan mengasumsikan bahwa luas penampang sudu sama dari tiap puncak
sampai root dasar sudu, dari [lit.2 Hal.272] diperoleh :
ct
σ
maks
= 2
2
.N π
.
b
ρ .A Sudu rotor biasanya dipertajam dengan membentuk radius pada chord dan
tebal dari root sampai ke tiap sedemikian, ata, antara 14 - 13. Untuk perhitungan desain awal sisi yang aman diasumsikan bahwa penajam sudu taper mereduksi
tegangan menjadi 23 dari harga sudu yang tidak ditaper, sehingga rumus diatas menjadi:
ct
σ
maks
= 43 . π . N
2
. pb . A dimana:
A = ½ A
2
+ A
3
= ½ 1,044+ 0,642 = 0,843 m
2
Dengan N = 3000 rpm = 50 rps, maka :
ct
σ
maks
= 43 .3,14.50
2
. 4650. 0,843 = 41028810 Pa
= 41,02881 MPa
5.3.2 Tegangan lentur akibat tekanan gas
gb
σ
Gaya yang muncul dan perubahan momentum sudut dari gas dalam arah tangensial menghasilkan torka yang berguna. yang juga menghasilkan momen
bending gas pada sekitar arch aksial M ω
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Karena adanya kemungkinan akan terjadi perubahan momentum dalam arah. aksial Ca
3
= Ca
2
, maka kemungkinan akan terjadi momen bending gas dalam arah tangensial. Tegangan maksimum dapat dihitung dengan metode yang
sesuai dengan bagian yang tidak simetris.
Gambar 5.4 Grafik hubungan z dan sudut chamber sudu. Sumber : Gas Turbine Theory. Cohen H
Menurut [lit 2] profil sudu C7 mempunyai harga tc sebesar 10. Dari gambar 5.4 untuk sudut chamber sudu U,, = 106.168 diperoleh harga-harga sebagai berikut :
n = 1,156 B = 412,5
Z = 1412,5 10 . 0,1
= 1,424.10
-3
sehingga:
gb
σ
maks
=
133 106,67
- 537,38
619,326
.
3 3
0,00925 .
10 .
242 ,
2 1
. 2
0,113
−
= 000411978
, 738
, 30142
= 73,165892 Mpa
Fazar Muhammadin : Perencanaan Turbin Gas Sebagai Penggerak Generator Listrik Dengan Daya Terpasang 135,2 Mw, 2009.
USU Repository © 2009
Untuk tingkat selanjutnya dilakukan dengan cara yang sama dan hasilnya dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 5.2. Tegangan yang timbul pada sudu gerak Tingkat
1 2
3 m kgs
z buah
r
φ º Z
c m h
r
m A m
2 ct
σ
maks
Mpa
gb
σ
maks
Mpa 695,182
133 104,76
2,242.10
-3
0,0884 0,1995
0,843 41,02881
73,165892 629,326
71 107,32
2,242.10
-3
0,1656 0,4968
3,781 184,1214
85,4997 639,326
37 114,37
2,242.10
-3
0,3177 0,9533
7,117 346,572
43,509
5.4 Pemeriksaan kekuatan sudu
