session 20 steam turbine design - aris febriantara · buatlah perkiraan dan perhitungan diameter...

Session 20Steam Turbine Design

DSS Head Office, 31 Oktober 2008

PT. Dian Swastatika Sentosa

1. Pendahuluan

2. Diameter tingkat pertama

3. Diameter tingkat terakhir turbin kondensasi

4. Persoalan khusus tingkat terakhir turbin kondensasi

Outline

1. Pendahuluan

• Outlet Pressure

• Outlet Temperature

110

• Dalam mendesain sebuah turbin penentuan ukurantingkat pertama dan tingkat terakhir, mempengaruhidalam menentukan ukuran turbin secarakeseluruhan (jumlah tingkat dan jumlah rumahturbin).

• Yang perlu diperhatikan dalam mendesain steam turbin adalah penentuan kecepatan putar turbinyang diinginkan dan disesuaikan kekuatan blade yang akan digunakan.

• Pemilihan tipe stage sesuai dengan tujuan dankebutuhan.

1. Pendahuluan

cAvms

1sin LDA


• Penentuan diameter turbin tingkatpertama agar memenuhi tinggipanas jatuh yang bekerja danmempunyai panjang sudu mulaidari L = 20 mm untuk pengisianpenuh bisa terpenuhi.

• Penentuan ukuran turbin tingkatpertama dipengaruhi keadaanvolume spesifik

• Penentuan ukuran diameter tingkatpertama menentukan banyaknyatingkat dan ukuran sistem secarakeseluruhan.

Persamaan Kontinuitas

Luas Penampang Sudu

ms = kapasitas uap (kg/detik)

V = volume spesifik (m3/kg)

A = luas penampang saluran (m2)

c = kecepatan uap masuk dan keluarsaluran (m/detik)

L = panjang sudu

= konstanta sudu

1 12

1

60 /sin

sm v u cDa n

60D nu

Dengan penurunan matematis didapat diameter tingkat :


ms = kapasitas uap (kg/detik)

v = volume spesifik (m3/kg)

n = nilai RPM

c = kecepatan uap masuk dan keluarsaluran (m/detik)

a = L = panjang sudu (m)

D = diameter rata-rata (m)

U = Kecepatan keliling sudu turbin (m/s)

= konstanta sudu

Contoh 1

Tentukanlah lebih dahulu, berapakah besarnyadiameter tingkat pertama dari sebuah turbin tekanansama 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.



ms = P/h.e

• 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.


• 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) bisamemenuhi kebutuhan.



1 132

1

60 /sin

sm v u cD

n

• Diameter tingkat terakhir dariturbin kendensasi harusmemiliki diameter yang besardan sudu-sudunya yang panjang.

Tekanan 0.07 0.05 0.035 bar

Ts 38.7 32.5 28.6 0C

v 20.9 28.7 40.0 m3/kg

• Konstruksi tingkat terakhirdibatasi oleh kekuatanmaterial, getaran, kecepatanaerodinamis > kecepatansuara

Biasanya menggunakan turbin reaksi

u/c1 = 0,85

0,3L

Dm

• Pengaliran ke beberapa bagian tekanan rendah– Desain turbin dengn pengaliran ke beberapa bagian

tekanan rendah adalah untuk mengurangi besarnyadiameter turbin dan kecepatan keliling dari turbintersebut akibat keterbatasan kekuatan material dangangguan yang akan timbul lainnya.

– Terbagi menjadi 2 jenis, yaitu : denganmenggunakan reheater ataupun tidak menggunakanreheater.

– Pembagian pengaliran dilakukan sampai tingkatterakhir mempunyai tekanan dibawah 1 bar untukselanjutnya dikondensasi.



Turbin kondensasi dengan 2 dan 4 aliranturbin tekanan rendah

Contoh 2

Buatlah perkiraan dan perhitungan diameter dan panjangsudu dari tingkat terakhir suatu turbin dengan kondensasiyang bekerja dengan pemanas ulang. Selain itu tentukanjuga kondisi uap sebelum tingkat terakhir.

Diketahui :P = 150.000 kW ; n = 3.000 putaran/menitTekanan uap baru 150 bar, temperaturnya 5350CPemanas ulang (pemanas antara) dilakukan pada P = 15 bar dan temperatur uap menjadi 5350C.Tekanan uap bekas = 0,05 bar.


Untuk tingkat terakhir diketahui;Jumlah uap yang dikeluarkan dari turbin untuk dialirkan ke pemanas pendahuluan air pengisi ketel = 74 T/H

λ = 3,5u/c1 = 0,9 (harga rata-rata)τ = 0,9 (harga penyempitan sudu)α1 = 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.



Keterangan D (m) u (m/detik)

Kaki sudu (ujung bawah) 2,075 325

Tengah-tengah sudu 2,600 410

Kepala sudu 3,125 490

• Tingkat terakhir turbin kondensasi harus bisamemenuhi persyaratan yang dibutuhkan untukaliran uap dan kekuatan sudu, yaitu:– Supaya aliran uap bekas yang keluar dari sudu jalan

melalui saluran penyangga uap bekas terusberkondensator bisa naik, maka kecepatan keluaruap bekas c2 harus membentuk sudut 2 900 C, jadiarahnya tegak lurus u.

– Kecepatan uap keluar c2 harus sekecil mungkinserta cukup jauh di bawah kecepatan suara, sehingga dengan demikian kerugian uap keluar bisakecil.


• Tingkat terakhir turbin kondensasi harus bisamemenuhi persyaratan yang dibutuhkan untukaliran uap dan kekuatan sudu, yaitu:– Besarnya gaya keliling yang didapat dari u.(w1u+w2u)

untuk seluruh panjang sudu sedapat mungkin harussama besarnya, sehingga dengan demikian didapatgaya 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-sudutpun harus disesuaikan.


• Sudu jalan mengalami beban lentur yang ditimbulkan oleh adanya gaya keliling (gayatangensial) dan gaya sentrifugal akibat dariberatnya.

• Penampang profil yang berbeda sepanjang sudukekuatannya harus bisa menahan seluruh gaya-gaya yang ada.

• Frekuensi diri dari sudu ketika sudu berjalandilarang sama dengan kelipatan dari frekuensiputaran.

• Sudu yang panjang dan berdiri bebas mempunyaiperedaman terhadap getaran hanya sedikit.

4. Persoalan khusus tingkat terakhir turbin kondensasi Karakteristik

• Persoalan uap basah– Timbul pengereman akibat titik air pada bagian pinggir

turbin.


• 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.


• 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.


nuD

60

session 20 steam turbine design - aris febriantara · buatlah perkiraan dan perhitungan diameter...

Documents