Session 20 Steam Turbine Design
PT. Dian Swastatika Sentosa DSS Head Office, 31 Oktober 2008
Outline 1. Pendahuluan 2. Diameter tingkat pertama 3. Diameter tingkat terakhir turbin kondensasi 4. Persoalan khusus tingkat terakhir turbin kondensasi
1. Pendahuluan
110
• Outlet Pressure • Outlet Temperature
1. Pendahuluan •
Dalam mendesain sebuah turbin penentuan ukuran tingkat pertama dan tingkat terakhir, mempengaruhi dalam menentukan ukuran turbin secara keseluruhan (jumlah tingkat dan jumlah rumah turbin).
•
Yang perlu diperhatikan dalam mendesain steam turbin adalah penentuan kecepatan putar turbin yang diinginkan dan disesuaikan kekuatan blade yang akan digunakan.
•
Pemilihan tipe stage sesuai dengan tujuan dan kebutuhan.
2. Diameter tingkat pertama • Penentuan diameter turbin tingkat pertama agar memenuhi tinggi panas jatuh yang bekerja dan mempunyai panjang sudu mulai dari L = 20 mm untuk pengisian penuh bisa terpenuhi. • Penentuan ukuran turbin tingkat pertama dipengaruhi keadaan volume spesifik • Penentuan ukuran diameter tingkat pertama menentukan banyaknya tingkat dan ukuran sistem secara keseluruhan.
Persamaan Kontinuitas
m s v A c
Luas Penampang Sudu
A D L sin 1 ms = kapasitas uap (kg/detik) V = volume spesifik (m3/kg) A = luas penampang saluran (m2) c = kecepatan uap masuk dan keluar saluran (m/detik) L = panjang sudu = konstanta sudu
2. Diameter tingkat pertama Dengan penurunan matematis didapat diameter tingkat : ms = kapasitas uap (kg/detik) v = volume spesifik (m3/kg) n = nilai RPM c = kecepatan uap masuk dan keluar saluran (m/detik)
D n u 60
a = L = panjang sudu (m) D = diameter rata-rata (m) U = Kecepatan keliling sudu turbin (m/s) = konstanta sudu
ms v1 60 u / c1 D 2 a n sin 1
2. Diameter tingkat pertama Contoh 1 Tentukanlah lebih dahulu, berapakah besarnya diameter tingkat pertama dari sebuah turbin tekanan sama yang bertingkat banyak, bila daya turbin P = 3500 kW. Berdasarkan turbin yang sejenis atau dari model, maka kecepatan putarnya ditentukan n = 10.000 putaran/menit. Untuk pengisian penuh harus dibuat tinggi salurannya a = 25 mm. Bila diketahui kondisi uap baru dengan tekanan 40 bar, temperatur 4200C dan tekanan uap bekas 0,05 bar, serta tingkat pertama harus bekerja dengan u/c1 = 0,45; dipilih 1=160 dan diperkirakan τ = 0,88.
2. Diameter tingkat pertama
ms = P/h.e
2. Diameter tingkat pertama • tingkat pertama dari konstruksi turbin reaksi – Faktor u/c1 yang digunakan adalah 1 sampai 0,7 – Pada kecepatan keliling yang sama, panas jatuh pada tingkat turbin reaksi besarnya lebih kecil daripada panas jatuh pada turbin impuls. – Pada bagian keluar dari sudu pengarah turbin reaksi mempunyai volume spesifik uap yang lebih kecil.
2. Diameter tingkat pertama • Roda curtis dengan 2 rangkaian sudu jalan sebagai tingkat pertama – Mengatasi permasalahan pada tingkat pertama, jika diameternya terlalu kecil. – Kecepatan keliling dipilih besarnya antara 160 sampai 200 m/detik – Pada sudu keluar roda curtis, uap yang keluar mengalami ekspansi yang cukup besar. – Ekspansi ini sesuai yang diinginkan untuk tingkat berikutnya (diameter dan panjang sudu) bisa memenuhi kebutuhan.
3. Diameter tingkat terakhir turbin kondensasi • Diameter tingkat terakhir dari turbin kendensasi harus memiliki diameter yang besar dan sudu-sudunya yang panjang.
• Konstruksi tingkat terakhir dibatasi oleh kekuatan material, getaran, kecepatan aerodinamis > kecepatan suara
Tekanan
0.07
0.05
0.03 5
bar
Ts
38.7
32.5
28.6
0C
v
20.9
28.7
40.0
m3/kg
Biasanya menggunakan turbin reaksi u/c1 = 0,85
Dm 3,0 L ms v1 60 u / c1 D 3 2 n sin 1
3. Diameter tingkat terakhir turbin kondensasi • Pengaliran ke beberapa bagian tekanan rendah – Desain turbin dengn pengaliran ke beberapa bagian tekanan rendah adalah untuk mengurangi besarnya diameter turbin dan kecepatan keliling dari turbin tersebut akibat keterbatasan kekuatan material dan gangguan yang akan timbul lainnya. – Terbagi menjadi 2 jenis, yaitu : dengan menggunakan reheater ataupun tidak menggunakan reheater. – Pembagian pengaliran dilakukan sampai tingkat terakhir mempunyai tekanan dibawah 1 bar untuk selanjutnya dikondensasi.
3. Diameter tingkat terakhir turbin kondensasi Turbin kondensasi dengan 2 dan 4 aliran turbin tekanan rendah
3. Diameter tingkat terakhir turbin kondensasi Contoh 2 Buatlah perkiraan dan perhitungan diameter dan panjang sudu dari tingkat terakhir suatu turbin dengan kondensasi yang bekerja dengan pemanas ulang. Selain itu tentukan juga kondisi uap sebelum tingkat terakhir. Diketahui : P = 150.000 kW ; n = 3.000 putaran/menit Tekanan uap baru 150 bar, temperaturnya 5350C Pemanas ulang (pemanas antara) dilakukan pada P = 15 bar dan temperatur uap menjadi 5350C. Tekanan uap bekas = 0,05 bar.
3. Diameter tingkat terakhir turbin kondensasi Untuk tingkat terakhir diketahui; Jumlah uap yang dikeluarkan dari turbin untuk dialirkan ke pemanas pendahuluan air pengisi ketel = 74 T/H λ u/c1 τ α1
= 3,5 = 0,9 (harga rata-rata) = 0,9 (harga penyempitan sudu) = 180
Kecepatan keliling di diameter rata-rata sudu tidak boleh lebih besar dari pada u = 420 m/detik. Bila tidak mungkin dibuat dalam sebuah tubin, bagian tekanan rendahnya bisa dibuat menjadi beberapa aliran.
3. Diameter tingkat terakhir turbin kondensasi
3. Diameter tingkat terakhir turbin kondensasi
Keterangan
D (m)
u (m/detik)
Kaki sudu (ujung bawah)
2,075
325
Tengah-tengah sudu
2,600
410
Kepala sudu
3,125
490
3. Diameter tingkat terakhir turbin kondensasi
3. Diameter tingkat terakhir turbin kondensasi • Tingkat terakhir turbin kondensasi harus bisa memenuhi persyaratan yang dibutuhkan untuk aliran uap dan kekuatan sudu, yaitu: – Supaya aliran uap bekas yang keluar dari sudu jalan melalui saluran penyangga uap bekas terus berkondensator bisa naik, maka kecepatan keluar uap bekas c2 harus membentuk sudut 2 900 C, jadi arahnya tegak lurus u. – Kecepatan uap keluar c2 harus sekecil mungkin serta cukup jauh di bawah kecepatan suara, sehingga dengan demikian kerugian uap keluar bisa kecil.
3. Diameter tingkat terakhir turbin kondensasi • Tingkat terakhir turbin kondensasi harus bisa memenuhi persyaratan yang dibutuhkan untuk aliran uap dan kekuatan sudu, yaitu: – Besarnya gaya keliling yang didapat dari u.(w1u+w2u) untuk seluruh panjang sudu sedapat mungkin harus sama besarnya, sehingga dengan demikian didapat gaya lentur yang besarnya sama. Bila harga u berubah, maka harga penjumlahan (w1u+w2u) yang dikarenakan adanya pembagian panas jatuh yang ada harus disesuaikan, dan pemilihan sudut-sudut pun harus disesuaikan.
3. Diameter tingkat terakhir turbin kondensasi
3. Diameter tingkat terakhir turbin kondensasi
4. Persoalan khusus tingkat terakhir turbin kondensasi Karakteristik •
•
•
•
Sudu jalan mengalami beban lentur yang ditimbulkan oleh adanya gaya keliling (gaya tangensial) dan gaya sentrifugal akibat dari beratnya. Penampang profil yang berbeda sepanjang sudu kekuatannya harus bisa menahan seluruh gayagaya yang ada. Frekuensi diri dari sudu ketika sudu berjalan dilarang sama dengan kelipatan dari frekuensi putaran. Sudu yang panjang dan berdiri bebas mempunyai peredaman terhadap getaran hanya sedikit.
4. Persoalan khusus tingkat terakhir turbin kondensasi • Persoalan uap basah – Timbul pengereman akibat titik air pada bagian pinggir turbin.
4. Persoalan khusus tingkat terakhir turbin kondensasi • Persoalan untuk kemungkinan mendapatkan daya turbin yang maksimum – Tekanan steam inlet maksimum adalah 220 bar. – Temperatur steam inlet maksimum adalah 5350C. – Kedua hal diatas berhubungan dengan material konstruksi turbin.
4. Persoalan khusus tingkat terakhir turbin kondensasi • Kecepatan putar – Konstruksi turbin yang lebih besar memerlukan kapasitas uap yang lebih besar untuk menggerakkan turbin dan generator jika dibandingkan dengan turbin. – Kecepatan putar berhubungan dengan besar kecilnya diameter turbin, kapasitas uap yang masuk, dan panas jatuh.
60 u D n
