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