Perencanaan Sudu Turbin dan Disk Turbin

Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 - Pada tipe ini, kecepatan tangensial yang mengalir diantara sudu-sudu adalah tidak terlalu besar, sehingga kerugian gesekan akibat kecepatan juga tidak terlalu besar.

4.4. Perencanaan Sudu Turbin dan Disk Turbin

Untuk turbin dengan derajat reaksi = 5 0 menu ru t [2] halaman 276 ditentukan bahwa : - = φ 1 tan 3 – 2 - 3 = 2 dan 2 = 3 - bentuk diagram kecepatan menjadi simetris Untuk multi – stages, diketahui bahwa : C 3 = C 1 sehingga 1 = 3 = 2 Gambar 4.7. 50 Percent Reaction Designs Untuk flow koefisien Ø = 0,8 dari gambar diatas diperoleh temperatur drop koefisien = 3,0 menurut [2] halaman 277. Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 Sehingga besarnya sudut gas 2 adalah : = 4 Øtan 2 – 2 ... Lit 2 hal 276 Tan 2 = 8 , 4 2 3 . 4 2 x + = + φ ψ = 1,5625 2 = 57 38’ Kemudian untuk swirl angel 3 adalah : = 4 Øtan 3 + 2 ... Lit 2 hal 176 Tan 3 = 8 , 4 2 3 . 4 2 x − = + φ ψ = 0,3125 3 = 17 35’ Menurut [2] halaman 276, sudut masuk absolut gas pada sudu diam dan sudut keluar gas pada sudu gerak adalah sama dengan relatif gas 2 = 1 = 3 yaitu 17 35’. Sudut keluar relatif gas pada sudu diam sama dengan keluar relatif gas pada sudu gerak 2 = 3 yaitu 57 38’. Kecepatan aksial gas C a adalah : C a = C a2 = Ca 3 = U . Ø = 350 . 0,8 ... Lit 2 hal 283 = 280 ms Kecepatan gas absolut masuk sudu turbin diam C 2 adalah : C 2 = V 3 = 8 , 350 = σ U = 437,5 ms ... Lit 2 hal 284 Kecepatan gas absolut keluar sudu gerak adalah C a1 = C 1 = C 3 = 35 17 cos 280 cos 3 3 = α Ca = 293,35 ms Karena 3 = 2 = 17 35’ maka bentuk diagram kecepatan adalah simetrikal seperti gambar 4.8. berikut : Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 Gambar 4.8. Diagram kecepatan untuk derajat reaksi 50 Dari gambar diatas didapat : C 3 = V 2 = 293,35 ms V 3 = C 2 = 437,5 ms 3 = 2 = 17 35’ 2 = 3 = 57 38’ 4.4.1 Kondisi sudu tetap turbin tingkat I Pada gambar 4.9. berikut ditunjukkan diagram sederhana untuk satu tingkat turbin. Gambar 4.9. Diagram h – s untuk satu tingkat turbin Enthalpy Drop aktual pada tingkat I menurut [1] halaman 51. Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 ha 1t = J g C xC C g p . . . 2 cos 2 1 . 2 2 2 2 2 α φ φ σ − + − Dimana : = koefisien kecepatan sudu 0,7 – 0,8 diambil 0,8 C pg = panas spesifik gas = 1,148 kJkg Ø = flow koefisien = 0,8 diambil g = Kecepataan grafitasi bumi = 9,81 ms ≈ 32,2 fts 2 J = faktor pengubah satuan panas = 778,2 = 17 35’ C 2 = 437,5 ms = 1435,44 fts Sehingga : 2 , 778 2 , 32 148 , 1 2 35 17 cos . 8 , 2 8 , 1 44 , 1435 8 , 44 , 1435 2 2 2 1 x x x x x ha t − + − = ∆ = 33,225 BTUlb ≈ 77,28 kJkg Kondisi gas keluar sudu tetap tingkat I pada titik 2t adalah : h 2t = h 1t – ha 1t dimana : h 1t = h 03 dari tabel gas untuk T 03 = T 1t = 1005 C = 1278 K diperoleh : h 1t = 1370,09 kJkg Pr 1 = 309,9 bar h 2t = h 1t - ha 1t = 1370,09 – 77,28 = 1292,81 kJkg Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 Dari tabel untuk h 2t = 1292,81 kJkg diperoleh T 2t = 1212,01 K Pr 2t = 253,11 bar maka tekanan pada titik 2t adalah : t t t t P P 1 1 2 2 . Pr Pr = dimana : P 1t = P 03 = 10,11 bar 11 , 10 . 9 , 309 11 , 253 2 = t P = 8,25 bar Effisiensi isentropis turbin s adalah 0,9, maka penurunan entalpi isentropis hs 1t adalah : 87 , 85 9 , 28 , 77 9 , 1 1 = = ∆ = ∆ t t ha hs kJkg Entalpi isentropis gas keluar sudu tetap tingkat I adalah : h 2ts = h 1t – hs 1t = 1370,09 – 85,87 = 1284,22 kJkg Dari tabel gas untuk h 2ts = 1284,22 kJkg diperoleh Pr 2ts = 251,51 bar T 2ts = 1203,95 K Volume spesifik gas keluar sudu tetap tingkat I v 2t adalah : t t t P T R v 2 2 2 . = Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 dimana : R = konstanta gas = 287 Jkg.K v 2t = 5 10 25 , 8 01 , 1212 . 287 x = 0,42 m 3 kg Kapasitas aliran gas Q 2t adalah : Q 2t = m g . v 2t dimana : m g = massa campuran bahan bakar + massa udara total m at = massa aliran udara 587,991 kgs m t = 9,689 + 587,991 = 597,68 kgs maka : Q 2t = 597,68 . 0,42 = 251,026 m 3 s 4.4.2 Kondisi sudu gerak turbin tingkat I Tinggi sudu gerak dibuat lebih tinggi dari sudu tetap hal ini dimaksudkan agar semua aliran gas yang keluar dari sudu tetap ditampung oleh sudu gerak, karena aliran gas tersebut menyebar kearah sisi keluar. Entalpy drop aktual sudu gerak tingkat I adalah : ha 2t = ha 1t = 77,28 kJkg Sisi keluar sudu gerak turbin I diberikan notasi 3 t , sehingga entalpi aktual sudu gerak tingkat I adalah : h 3t = h 2t – ha 2t Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 = 1292,81 – 77,28 = 1215,53 kJkg Dari tabel gas untuk h 3t = 1215,53 kJkg T 3t = 1145,57 K Pr 3t = 204,73 bar Tekanan gas aktual keluar sudu gerak tingkat I adalah : 25 , 8 11 , 253 73 , 204 Pr Pr 2 2 3 3 x P P t t t t = = = 6,67 bar Entalpi isentropis keluar sudu gerak tingkat I adalah : 2 2 2 3 η t ts ts hs h h ∆ − = = 9 , 87 , 85 22 , 1284 − = 1188,8 kJkg Dari tabel gas untuk h 3ts = 1188,8 kJkg diperoleh : T 3ts = 1122,24 K Pr 3ts = 190,25 bar Volume spesifik gas keluar dari sudu gerak tingkat I : v 3t = 5 3 3 10 67 , 6 57 , 1145 287 . x P T R t t = = 0,49 m 3 kg Kapasitas aliran gas Q 3t adalah : Q 3t = m t . v 3t = 597,68 . 0,49 = 292,86 kgs Maka jumlah tingkat stages turbin direncanakan adalah : Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 Z t = t t t t h h h h 3 1 4 1 − − ...Lit 1 hal 429 dimana : h 4t = h 04 dari tabel gas untuk T 04 = 781,26 K diperoleh : h 04 = 802,72 kJkg maka : Z t = 53 , 1215 09 , 1370 72 , 802 09 , 1370 − − = 3,67 ≈ 4 tingkat Jadi untuk heat drop yang terendah dan penurunan tekanan sampai mendekati 1 satu bar, diperoleh 4 empat tingkat turbin. Sesuai dengan sifat turbin gas dengan derajat reaksi = 0,5 maka penurunan entalpi enthalpy drop untuk sudu tetap dan sudu gerak adalah sama dan untuk kondisi setiap tingkatnya ditabulasikan pada tabel 4.4. berikut ini : Tabel 4.4. Kondisi setiap tingkat turbin Kondisi gas Tingkat Turbin I II III IV ST SG ST SG ST SG ST SG M AS UK H kJkg 1370.09 1292.81 1215.53 1138.25 1060.97 983.69 906.41 829.13 Pr bar 309.9 253.11 204.73 163.98 122.54 95.46 68.68 51.73 T K 1278 1212.01 1145.57 1078.34 1012.43 943.79 875.98 805.53 P bar 10.11 8.257 6.68 5.35 4.00 3.11 2.24 1.69 V m 3 kg 0.35 0.41 0.48 0.56 0.70 0.84 1.09 1.33 Q m 3 s 210,04 243,88 248,99 334,93 420,80 503,54 649,60 793,09 KE L UAR H kJkg 1292.81 1215.53 1138.25 1060.97 983.69 906.41 829.13 751.85 Pr bar 253.11 204.73 163.98 122.54 95.46 68.68 51.73 35.29 T K 1212.01 1145.57 1078.34 1012.43 943.79 875.98 805.53 735.5 P bar 8.257 6.68 5.35 4.00 3.11 2.24 1.69 1.15 V m 3 kg 0.41 0.48 0.56 0.70 0.84 1.09 1.33 1.78 Q m 3 s 243,88 248,99 334,93 420,80 503,54 649,60 793,09 1061,49 Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 Untuk menentukan ukuran-ukuran dari sudu turbin terlebih dahulu kita tentukan besarnys kerapatan gas masuk dan keluar sudu. 1 = 35 , 1 1 = v = 2,857 kgm 3 Luas annulus A 1 = 1 1 . a t C m ρ ... Lit 2 hal 284 = 93 , 35 , 293 857 , 2 82 , 775 = x m 2 Menurut [6] halaman 451 untuk mengatasi akibat adanya Boundary layer, diambil harga-harga koreksi yaitu : Ka = 0,997 ; Kv = 0,983 Maka luas annulus terkoreksi A 1t adalah : A 1t = 948 , 983 , 997 , 93 , . 1 = = x Kv Ka A m 2 • Tinggi sudu notasi I adalah : h 1 = Um N A t . 1 ...Lit 2 hal 285 dimana : N = Putaran kerja = 3000 rpm ≈ 50 rps Um = Kecepatan keliling sudu rata-rata = 350 ms h 1 = 135 , 350 50 948 , = x m • Radius annulus rata-rata r m adalah : Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 r m = N Um . . 2 π = 115 , 1 50 14 , 3 2 350 = x x m ... Lit 2 hal 285 • Ratio radius annulus r t r r adalah : r t r t = 2 2 h r h r m m − + ... lit 2 hal 285 = 128 , 1 2 135 , 115 , 1 2 135 , 115 , 1 = − + Gambar 4.10. Axial flow turbin stages 4.4.3 Pada titik 2 • 2 = 439 , 2 41 , 1 1 2 = = v kgm 3 • A 2 = 136 , 1 280 439 , 2 82 , 775 . 2 2 1 = = x C m a ρ m 2 A 2t = 159 , 1 983 , 997 , 136 , 1 . 2 = = x Kv Ka A m 2 • h 2 = 166 , 350 50 159 , 1 . 2 = = x Um N A t m Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 • r t r t = 160 , 1 2 165 , 115 , 1 2 165 , 115 , 1 = − + 4.4.4 Pada titik 3 • 3 = 083 , 2 48 , 1 1 3 = = v kgm 3 • A 3 = 330 , 1 280 083 , 2 82 , 775 . 3 3 1 = = x C m a ρ m 2 A 3t = 375 , 1 983 , 997 , 330 , 1 . 3 = = x Kv Ka A m 2 • h 3 = 194 , 350 50 375 , 1 . 3 = = x Um N A t m • r t r t = 190 , 1 2 194 , 115 , 1 2 194 , 115 , 1 = − + Sehingga tinggi sudu tetap diam tingkat I h N1 = ½ h 1 + h 2 ...Lit 2 hal 297 = ½ 0,135 + 0,165 = 0,15 m ≈ 15 cm Tip radius r t adalah : r t = 1,115 + 19 , 1 2 15 , 115 , 1 2 1 = + = N h m ... Lit 2 hal 290 Root radius r r = 1,115 - 04 , 1 2 15 , 115 , 1 2 1 = − = N h m ... Lit 2 hal 290 Tinggi sudu gerak tingkat I h R1 adalah : h R1 = ½ h 2 + h 3 = ½ 0,165 + 0,194 = 0,1795 m ≈ 17,85 cm Tip radius r t adalah : Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 r t = 1,115 + 20475 , 1 2 1795 , 115 , 1 2 1 = + = R h m Root radius r t adalah : r t = 1,115 - 02525 , 1 2 1795 , 115 , 1 2 1 = − = R h m Jumlah chord sudu c Panjang chord sudu Aspect ratio hc Aspect ratio adalah perbandingan tinggi sudu terhadap panjang chord, menurut [2] halaman 297, harga antara 3 dan 4 dalam perencanaan ini diambil hc = 3 C N1 = 05 , 3 15 , 3 1 = = N h m ≈ 5 cm C R1 = 06 , 3 1795 , 3 1 = = R h m ≈ 6 cm Panjang pitch sudu Pitchchord ratio sc Dari gambar 4.11. ”Optimum pitchchord ratio untuk 2 = 57 38’ dan 3 =17 35’ diperoleh : SC = 0,9 dimana : S = space atau pitch yaitu jarak antara sudu Untuk sudu tetap dan sudu gerak tingkat I besarnya S adalah : S N1 = 0,9 . C N1 … Lit 2 hal 297 Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 = 0,9 x 5 cm = 4,5 cm S R1 = 0,9 . C R1 = 0,9 x 6 cm = 5,4 cm Jumlah sudu z z = s r m π 2 …Lit2 hal 297 = 4 , 5 115 , 1 2 π = 129,67 ≈ 130 buah Gambar 4.11. Optimum pitch chord ratio Kemudian untuk melukiskan bentuk gigi perlu ditatapkan harga-harga, menurut [2] halaman 297 adalah : W = Width lebar sudu min h3 dalam perencanaan ini untuk Tip dan root diambil h2,5. tc = 0,1 ÷ 0,2 dalam perencanaan ini untuk Tip dan root diambil t t = 0,25 dan t t = 0,12. Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 LER = Leading Edge Radius = 0,12 . t TER = Trailing Edge Radius = 0,60 . t CLL = Camber Line Length max 0,4 . C i = Angel of incidence, bervariasi -15 sd 15 …Lit 2 hal 295 = diambil = 5 Gambar 4.12. Profil turbin gas dan T6 aerofoil section Kemudian untuk hasil selengkapnya dari , A, A t , r t r t dan h untuk setiap bagian dari turbin lihat gambar 4.10 ditulis pada tabel 4.5 berikut: Tabel 4.5 Ukuran-ukuran dari sudu turbin Bagian Notasi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 kgm 2,857 2,439 2,083 1,786 1,429 1,190 0,917 0,752 0,562 A m 2 0,93 1,136 1,330 1,481 1,851 2,222 2,883 3,517 4,7 A 1t m 2 0,944 1,159 1,357 1,567 1,889 2,267 2,941 3,589 4,803 Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 h m 0,135 0,166 0,194 0,224 0,270 0,324 0,420 0,513 0,686 r t r r 1,129 1,160 1,190 1,223 1,275 1,340 1,464 1,597 1,889 Selanjutnya untuk ukuran-ukuran dari sudu turbin gas direncanakan hasil selengkapnya ditabulasi pada tabel 4.6 sebagai berikut : Tabel 4.6 Ukuran-ukuran utama sudu turbin Satuan Ukuran Tingkat Turbin I II III IV ST SG ST SG ST SG ST SG H m 0,151 0,180 0,209 0,247 0,297 0,372 0,467 0,600 Rt m 1,190 1,205 1,220 1,239 1,264 1,301 1,348 1,415 Rr m 1,040 1,025 1,011 0,992 0,967 0,929 0,882 0,815 C m 0,050 0,06 0,070 0,082 0,099 0,124 0,156 0,200 S m 0,045 0,054 0,063 0,074 0,089 0,112 0,140 0,180 ht m 0,050 0,06 0,070 0,082 0,099 0,124 0,156 0,200 Wt m 0,060 0,072 0,084 0,099 0,119 0,149 0,187 0,240 Wr m 0,006 0,007 0,008 0,010 0,012 0,015 0,019 0,024 Tt m 0,013 0,015 0,017 0,021 0,025 0,031 0,039 0,050 Tr m 0,006 0,0072 0,008 0,010 0,012 0,015 0,019 0,024 LER m 0,0015 0,0018 0,0021 0,0025 0,0030 0,0037 0,0047 0,0060 TER m 0,0008 0,0009 0,0010 0,0012 0,0015 0,0019 0,0023 0,0030 CLL m 0,0201 0,0240 0,0279 0,0329 0,0396 0,0496 0,0622 0,0799 Berat Sudu Gs Berat sudu = Volume sudu . berat jenis sudu atau Gs = Vs . Volume sudu Vs = Tinggi sudu h . Tebal sudu t s . chord atau Vs = h R . t s . C Untuk sudu gerak tingkat I : V s1 = h R1 . t s1 . C 1 = 18 . 1,01 . 6 = 109,08 cm 3 ≈ 109 cm 3 Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009 Berat jenis sudu gerak tingkat I = 0,025 Ncm 3 , maka berat sudu gerak tingkat I adalah : G s1 = 109 . 0,025 = 2,725 N Jumlah sudu gerak tingkat I dari hasil survey adalah Z 1 = 88 buah sehingga total berat sudu gerak tingkat I adalah 2,725 x 88 =239,8 N. Dari data survey lapangan berat stage tingkat I + ring adalah 2688 kg. Sehingga berat disk turbin tingkat I adalah 2688 – 239,8 = 2448,2 N. Diameter disk turbin tingkat I adalah jari-jari dasar root dari turbin atau r r dikali dua atau : D d1 = 2 . r r1 = 2 . 1,025 = 2,05 m ≈ 205 cm Berdasarkan hasil survey dan perhitungan yang didapat, maka berat sudu dan disk turbin ditabulasikan pada tabel 4.7. Tabel 4.7. Berat Stage tingkat turbin Satuan Ukuran Tingkat stages I II III IV Z 88 89 62 44 V cm 3 109 354 1172 4500 Ncm 3 0,025 0,02 0,017 0,0076 Gs N 2,73 7,09 19,92 34,2 Gs tot N 240 631 1235 1505 D d cm 205 198 186 163 G stage N 2688 3065 3560 3346 G d N 2448 2434 2325 1841 Edy Saputra : Turbin Gas Perancangan Turbin Gas Penggerak Generator Pada Instalasi Pltg Dengan Daya 130 Mw, 2008. USU Repository © 2009

BAB 5 BANTALAN DAN PELUMASAN