GAS TURBINES

480 MW GE H series power generation gas turbine Rotor of a modern steam turbine

Sumber : wikipedia

PENGARUH TEMPERATURE

Harga Material GAS TURBINES

Temperature tinggi Material mahal Memerlukan metode

pendinginan yang baik Menurunkan biaya

material Tegangan,

temperature, dan korosi

Karakteristik pada GAS TURBINE Creep/rupture

Deformasi yang terjadi akibat temperatur tinggi dan pembebanan konstan

Creep/Rupture cont.

PLM = T (20 + log t) x 0.001

Ductility and Fracture

Ductility dipengaruhi oleh : Ukuran grain, Bentuk spesimen, dan Teknik manufacturing

Material Ductile terjadi elongasi sebelum fracture

Material Brittle tidak terjadi elongasi

Karakteristik pada GAS TURBINE cont. Thermal Fatigue

Mekanisme kegagalan sekunder di dalam blade turbin

Terjadi karena perbedaan temperatur yang tinggi pada saat start-up dan shut down

Corrosion Terjadi akibat oksidasi

Erosion Terjadi akibat tumbukan partikel yang sangat

keras pada blade

Material Blade

Harus tahan terhadap : Temperatur tinggi Tegangan tinggi Lingkungan operasi

Keuntungan : Menaikkan power output 1.5 sampai 2 persen Menaikkan efisiensi 0.3 sampai 0.6 persen

Contoh material : IN-738, U-500

TURBINE Wheel Alloys

Material : Cr-Mo-V 12 Cr Alloys M-152 A-286

Coating Menghindari hot

Corrotion (Na2SO4) Bahan coating :

composite plasma RT-22

TURBINE MATERIALS

Chapter 15Gas Turbine Lubrication And Fuel System

Gas Turbine Lubrication Systems Sistem pelumasan tunggal biasanya digunakan

pada heavy-frames gas turbine dan peralatan penggerak menggunakan minyak mineral.

Biasanya menggunakan minyak yang memiliki viskositas 32 centistokes(cSt)

Minyak dengan viskositas tinggi bisa digunakan pada temperatur ambient yang tinggi

Heavy-frame dan power turbine menggunakan oil-film bearing

Aeroderivative gas turbine memiliki 2 system pelumasan:1. Digunakan pada aero gas generator

- Rotor dibawa pada ball-and-roller antifriction bearing- Menggunakan minyak yang sama dengan yang digunakan

pada mesin utama2. Digunakan pada power turbine dan driven equipment

- Menggunakan oil cooler untuk menolak panas yang terlepas dari mesin ke atmosfir

- Menggunakan minyak yang sama dengan pada heavy-frame turbine

Cold-Start Preparations

Kebutuhan sebelum start dari mesin yang dingin sangat bervariasi tergantung pada jenis mesin, tipe instalasi, dan lokasi

Pompa sirkulasi kadang digunakan pada temperatur rendah untuk menjaga agar sistem pelumasan tetap hangat walau mesin tidak digunakan

Heater biasanya dipasang pada stator frame dari generator untuk menjaga dari kondensasi dan perubahan hambatan listrik.

Fuel Systems

Bahan bakar petroleum yang biasa digunakan adalah : Naphtha (digunakan di China dan India) Number 6 fuel oil (Bunker “C”) Crude oil

Liquid Fuels

Tingkatan yang digunakan untuk liquid fuels adalah viskositas dan produk distilasi.

Water and Sediment

Keberadaan air dan sedimen dalam bahan bakar dapat menyebabkan fouling pada sistem pengendalian bahan bakar.

Sedimen menyebabkan aliran bahan bakar terhalang

Air menyebabkan korosi dan emulsi

Carbon Residue

Parameter ini adalah indikator dari material karbonisasi yang tersisa dalam bahan bakar setelah mengembunkan semua komponen kecuali udara.

Trace Metallic Constituents and Sulfur Kontaminan pada bahan bakar dapat berupa

larutan maupun non-larutan. Berikut ini merupakan kontaminan yang umum : Vanadium Lead Sodium dan potassium Calcium Sulfur

Gaseous Fuels

Gaseous fuels yang paling umum adalah natural gas dalam pipa.

Gas Fuel System

Fuel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan kondensat dan partikel-partikel padat.

Gas Fuel System

Sistem gas fuel digunakan karena nozzle yang dipakai tidak cocok untuk liquid fuel droplet.

Hal ini karena droplet memiliki heating value 20-70 kali lebih tinggi dari gas fuel.

Jika memakai liquid droplet menyebabkan thermal stresses, metal melting, dan kerusakan komponen.

Starting

Ada 2 sumber energi yang biasa digunakan untuk menyalakan turbin gas

1. Stored Energy. Termasuk baterai, udara terkompresi dalam botol, gas terkompresi dari pipa gas, dan minyak hydraulic dari accumulator (aki)

2. Active Energy. Termasuk listrik dari motor atau generator dan mesin pembakaran dalam untuk menyalakan turbin gas secara langsung.

Intake System

Hal yang harus diperhatikan : Impurities in inlet air

Change compressor characterisitic Reduce eficiency Erosi lapisan

Filtration Menyaring kotoran

Ambient air condition Dijaga agar tidak terjadi fouling

Fexible sealing bands Dijaga agar tidak terjadi crack karena menyebabkan udara

yang tidak tersaring masuk dan dapat merusak engine.

FILTER Air Inlet Section

Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:

1. Air Inlet Housing, merupakan tempat udara masuk dimana didalamnya terdapat peralatan pembersih udara.

2. Inertia Separator, berfungsi untuk membersihkan debu-debu atau partikel yang terbawa bersama udara masuk.

3. Pre-Filter, merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet house.

4. Main Filter, merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian dalam inlet house, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial.

5. Inlet Bellmouth, berfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat memasuki ruang kompresor.

6. Inlet Guide Vane, merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang diperlukan.

Compressor Cleaning

Membongkar kembali bagian kompresor untuk membersihkan blade pada rotor

Ground shell yang diinjeksi ke inlet menggunakan high-velocity air stream

Liquid wash Crank cleaning On-line atau fired washing

GAS TURBINE BEARINGSAND SEALS

Kelompok 4

JOURNAL BEARINGS

Semua turbin gas industri menggunakan journal bearing.

Journal bearing memberikan radial support untuk rotating equipment.

Tipe-tipe journal bearing:

BEARING DESIGN PRINCIPLES Di journal bearing, full film fluida memisahkan

stationary bushing dari rotating journal. Pemisahan ini didapat dengan memberikan tekanan pada fluida di ruang clearance sampai gaya fluida menyeimbangkan beban bearing. Fluida harus terus mengalir ke bearing dan menjaga tekanan di dalam film space.

BEARING DESIGN PRINCIPLES 4 method of lubrication in a fluid-film bearing

BEARING DESIGN PRINCIPLES 3 tipe separasi antara journal dan babbit di bearing :

1. Full-film

2. Mixed-film (intermediate zone)

3. Boundary lubrication

BEARING DESIGN PRINCIPLES (a), (b), (c) menggambarkan separasi antara journal dan babbit di

bearing. (d) dan (e) menggambarkan efek dari oil additive.

BEARING DESIGN PRINCIPLES ZN/P Curve

BEARING DESIGN PRINCIPLES Gambar di atas menjelaskan tentang kondisi

bearing dengan mem-plotting koefisien friksi dengan ZN/P, dimana Z adalah viscositas lubrication di centipoises; N, rpm dari journal; dan P, projected area unit loading. Friksi terendah didapat ketika full film. Di kecepatan yang lebih tinggi, friksi meningkat dikarenakan peningkatan gaya geser pada pelumas.

TILTING PAD JOURNAL BEARING Jenis paling populer di mesin modern. Kelebihan:1. Self-aligning memberikan optimum shaft alignment2. Backing material mempunyai konduktivitas thermal

yang baik jadi bisa menghilangkan panas di oil film3. Mempunyai jangkauan beban operasi yang luas.

BEARING MATERIAL

Secara umum material bearing ialah babbit. Kenapa :

1. Mempunyai karakteristik nonscoring dan menempelkan kotoran yang baik.

2. Tidak akan rusak yang diakibatkan oleh momentary rupture dari oil film.

3. Meminimalisasi kerusakan journal pada kejadian failure total.

BEARING AND SHAFT INSTABILITIES Ketidakstabilan yang parah pada journal

bearing disebut half-frequency whirl. Hal ini disebabkan getaran akibat rotasi pusat poros di sekitar pusat bearing pada frekuensi yang nilainya ½ x kecepatan putar poros.

Masalah ini dapat diprediksi dan dihindari dengan mengganti design bearing.

BEARING AND SHAFT INSTABILITIES Tingkat getaran yang dapat ditoleransi bearing

THRUST BEARING

Fungsi : untuk menahan semua gaya axial yang dikenakan pada rotor dan menjaganya pada posisinya.

Thrust bearing di design untuk menangani significant continuous load memerlukan fluid film antara permukaan bearing dan rotor.

THRUST BEARING

3 jenis Thrust Bearing :

THRUST BEARING

Thrust Bearing Power Loss

daya yang dikonsumsi di thrust bearing (max1% of total rated power)harus diperkirakan secara akurat untuk menentukan efisiensi turbin dan kebutuhan akan suplai oli.

Karakteristik konsumsi daya di thrust bearing w/ shaft speed

SEALS

2 kategori sistem sealing antara rotor dan stator :

1. Noncontacting seals

biasanya digunakan di high-speed turbomachinery

2. Face seals

tujuannya untuk mencegah leakage.

SEALS

Noncontacting seals

1. Labyrinth seals

2. Ring seals

SEALS

Noncontacting seals

2. Ring seals

ideal untuk high speed rotating machinery dikarenakan kontak mnimal antara stationary ring dan rotor.

SEALS

Face Seals Unit dasar seal adalah seal head dan seal seat. Seal head meliputi

housing, end-face member, dan spring assembly.

SEALS

Face Seals Selama dekade terakhir ini, magnetic seals terbukti dapat

diandalkan dalam kondisi operasi yang berat untuk bermacam-macam jenis fluida

2 jenis shaft seals:1. Pusher-type seals2. Bellow-type seals 2 elemen penting mechanical contact shaft seal adalah: oil-to-

pressure-gas seal dan oil-to-uncontaminated-seal-oil-drain seal

SEALS

SEKIAN TERIMA KASIHSEKIAN TERIMA KASIH