Gambar 5.3 Tegangan yang terjadi pada sudu turbin
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 σ
ct
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 dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
∫
=
t r
r b
maks ct
ardr a
2
.
ω σ
σ … Lit 2, Hal 272
Dimana :
b
σ = Kerapatan bahan sudu ω = Kecepatan sudu
a = Luas penampang sudu
r
a = Jari-jari root
Universitas Sumatera Utara
Dengan menggunakan bahwa luas penampang sudu sama dari tip puncak sampai root dasar sudu, dari [Lit 2, Hal 272] diperoleh :
A N
b maks
ct
. .
. 2
2
ρ π
σ
=
Sudu rotor biasanya dipertajam dengan membentuk radius pada chord dan tebal pada root sampai ke tip sedemikian, a
t
a
r
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 :
A N
b maks
ct
. .
. .
3 4
2
ρ π
σ
=
Dimana :
3 2
2 1
A A
A +
=
2656 ,
2 69
, 1
2 1
+ =
A
2
9778 ,
1 m
A =
Dengan N = 3000 rpm = 50 rps, maka :
Mpa
maks ct
308 ,
96 9778
, 1
. 4650
. 50
. .
3 4
2
= =
π σ
5 .3.2. Tegangan lentur akibat tekanan gas σ
gb
Gaya yang muncul dan perubahan momentum sudut dari gas dalam arah tangensial menghasilkan torka yang berguna, yang juga menghasilkan momen
bending gas pada sekitar arah aksial M
ω
gambar. Karena adanya kemungkinan akan terjadi perubahan momentum dalam
arah aksial Ca
3
= Ca
2
, maka kemungkianan akan terjadi momen bending gas dalam arah tangensial. Tegangan maksimum dapat dihitung dengan metode yang
sesuai dengan bagian yang tidak simetris.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 5.4 Momen lentur pada sudu
Tegangan bending gas σ
gb
akan menjadi tegangan tarik pada ujung traling 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 arah aksial sudut Ф kecil. Maka perkiraan
yang berguna diberikan pada persamaan berikut :
3 3
2
1 2
ZC h
z C
C m
r m
m maks
ct
× −
=
ω ω
σ … Lit 2, Hal 273
Dimana : z’ = Jumlah sudu
Z = Fungsi dari sudut chamber sudu dan thicknesschord ratio tc Z = 1B 10 tc
n
…… diperoleh dari gambar 5.3
3 2
ω ω
C C
− = Kecepatan tangensial dihitung pada diameter rata-rata
Universitas Sumatera Utara
Gambar 5.5 Grafik hubungan z dan sudut chamber sudu Sumber : Gas Turbine Theory, Cohen. H
Menurut [2] profil sudu C7 mempunyai harga tc sebesar 10. Dari gambar 5.5 untuk sudu
t chamber sudu υ
m
= 106,168 diperoleh harga – harga sebagai berikut :
n = 1,156 B = 412,5
Z = 1412,5 10.0,1
1,15
= 2,424.10
-3
Sehingga :
3 3
0884 ,
10 .
242 ,
2 1
2 2652
, 133
67 ,
106 38
, 537
326 ,
619
−
× ×
− =
maks gb
σ
Mpa
maks gb
363 ,
148 =
σ Untuk tingkat selanjutnya dilakukan dengan cara yang sama dan hasilnya
dapat dilihat pada tabel 5.2 berikut :
Tabel 5.2 Tegangan yang timbul pada sudu gerak TINGKAT
1 2
3
M kgs 619,326
629,326 639,326
z’ buah 133
71 37
Universitas Sumatera Utara
υ
m
8 104,76
107,32 114,37
Z 2,424.10
-3
2,424.10
-3
2,424.10
-3
c m 0,0884
0,1656 0,3177
h
r
m 0,2652
0,4968 0,9533
A m
2
1,9778 3,781
7,117 Mpa
maks ct
σ 96,308
184,1214 346,57289
Mpa
maks gb
σ 158,804
85,4997 43,509
5.4. Pemeriksaan kekuatan sudu
