Session 18 Heat Transfer in Steam Turbine - Aris Febriantara · PDF fileTingkat dari turbin...
Transcript of Session 18 Heat Transfer in Steam Turbine - Aris Febriantara · PDF fileTingkat dari turbin...
Session 18Heat Transfer in Steam Turbine
DSS Head Office, 31 Oktober 2008
PT. Dian Swastatika Sentosa
1. Pendahuluan2. Skema kecepatan, gaya tangensial. 3. Daya yang dihasilkan turbin, panas jatuh.4. Turbin impuls r = 0.5. Turbin reaaksi r = 0.5.6. Roda curtis.7. Turbin radial.
Outline
Steam Turbin bekerja berdasarkan panas jatuh, diharapkan di dalam steam turbin terjadi panas jatuh yang besar.
Panas jatuh tersebut harus diekspansikan dalam beberapa tingkat secara berurutan untuk mendapatkan perpindahan energi yang efektif.
Perbandingan antara kecepatan keliling sudu jalan (u) dan kecepatan uap (c) harus dipenuhi.
Harga kecepatan keliling sudu jalan u diperbolehkan sampai 300 m/s, jika ditinjau dari gaya yang bekerja serta kekuatan material.
Ukuran penampang masing-masing tingkat dibuat berdasarkan aliran uap yang melalui penampang tersebut.
1. Pendahuluan
Aliran uap yang melalui penampang tersebut hanya pada jumlah uap tertentu yang bisa berekspansi, dengan demikian ukuran penampang tersebut dibuat untuk jumlah uap pada saat turbin mengalami pembebanan penuh.
Saat turbin mengalami pembebanan sebagian, maka pembagian panas jatuh di dalam turbin terganggu dan efisiensi turbin akan menurun.
Diharapkan pembagian panas jatuh dilakukan pada setiap stage untuk meningkatkan efisiensi.
Penentuan jumlah tingkat dan bentuk konstruksi sudu jalan dan sudu pengarah masing-masing tingkat mempengaruhi efisiensi turbin.
1. Pendahuluan
c1 = Kecepatan absolut u = Kecepatan keliling sudu jalan w1 = kecepatan relatif
2. Skema Kecepatan, Gaya Tangensial, Skema Kecepatan
c2 = Kecepatan absolut u = Kecepatan keliling sudu jalan w2 = Kecepatan relatif
1= bebas dipilih, diharapkan besarnya sudu ini harus sekecil mungkin
Nilai c2 diharapkan sekecil mungkin dan arahnya tegak lurus dengan u
Fixed Balde Moving Blade
2. Skema Kecepatan, Gaya Tangensial,
Segitiga Kecepatan
Dalil Cosinus :
w12 = c12 + u2 2uc1 cos1c22 = w22 + u2 2uw2 cos2
Gaya tangensial : Gaya yang bekerja pada keliling sudu turbin
Gaya tangensial dipengaruhi : selisih enthalpy dan pembelokkan aliran uap
1 2 1 2u s u u s u uF m w w m c c
2. Skema Kecepatan, Gaya Tangensial,
1 2 1 2
1 2 1 2
u s u u s u u
u s u u s u u
F m w w m w w
F m c c m c c
Gaya Tangensial
Daya pada keliling roda turbin
3. Daya yang Dihasilkan Turbin, Panas Jatuh
1 2
1 2
u u s u u
u s u u
P F u m u w w
P m u c c
Contoh 1Suatu aliran uap dengan ms = 2,5 kg/detik dan kondisinya pada waktu masuk sudu pengarah p1 = 20 bar, T1 = 4000C. uap ini harus berekspansi semaksimal mungkin di dalam sudu pengarah salah satu tingkat turbin uap, secara teoritis bila aliran tanpa gesekan kecepatan uap keluar sudu pengarah c0 = 400 m/detik. Sedangkan kecepatan uap keluar sebenarnya adalah c1= 0,95 c0 =380 m/detik.
Arah pancaran uap membentuk sudut 1 = 170Penampang saluran sudu jalan (ruang diantara sudu-sudu) di bagian masuk sama dengan penampang dibagian keluar. Jadi 2 = 1. tetapi karena adanya kerugian gesekan di sudu jalan maka w2 = 0,9 w1. roda jalan mempunyai kecepatan keliling u = 200 m/detik.
3. Daya yang Dihasilkan Turbin, Panas Jatuh
Dicari : Panas jatuh isentrop teoritis h1 dalam kJ/kg dan
tekanan uap pada akhir ekspansi. Bagan segitiga kecepatan dari tingkat turbin tersebut. Gaya tangensial Fu, daya Pu, dan selisih entalpi yang
bekerja sesungguhnya hu. Efisiensi dari perpindahan energi; kondisi uap
sebenarnya di bagian luar dari sudu jalan.
3. Daya yang Dihasilkan Turbin, Panas Jatuh
3. Daya yang Dihasilkan Turbin, Panas Jatuh
Tujuan : meningkatkan efisiensi dengan memanfaatkan panas jatuh.
Faktor keterbatasan kekuatan material sudu turbin dalam beroperasi dengan kecepatan keliling dan kecepatan putar yang tinggi.
3. Daya yang Dihasilkan Turbin, Panas Jatuh
Konstruksi turbin uap bertingkat
Tingkat dari turbin impulse u/c1 = 0,5
Tingkat dari turbin reaksi u/c1 = 1
4. Turbin Impuls r = 0
1=2
w1=w2 (tanpa gesekan)
4. Turbin Impuls r = 0Pada r = 0 untuk u/c1 = 0,5 bisa dicapai u maksimum
1111
1
11
112
1
21
121211
21
21
14;)(22
)(2;2
)(:
;:
2
)(
:
cu
cu
ccucu
ccucucu
cmwwum
Makaucwwwwc
DengancmP
wwumPPP
Diketahui
uu
us
uusu
uuuu
smaks
uusu
maks
uu
4. Turbin Impuls r = 0
Bagan kecepatan dan sudu-sudu suatu tingkat turbin impuls
4. Turbin Impuls r = 0
Bentuk konstruksi, jalannya tekanan, cara beroperasi
Gaya aksial yang terjadi pada sudu jalan kecil, sehingga hanya diperlukan thrust bearing
pengisian sebagian
4. Turbin Impuls r = 0
1sin LDA
L minimum 15 s.d. 20 mm
Panas jatuh pada tingkat turbin
4. Turbin Impuls r = 0
60D nu
u = Kecepatan keliling sudu (m/s)
D = Diameter rata-rata sudu
n = Putaran RPM (Putaran/menit)
2
2000stch
u/c = 0,5
Reaction Turbine Stage
5. Turbin Reaksi r = 0.5
hst = hLe + hLa
pada jalan La
tingkat Le La
h hrh h h
hLe = Panas jatuh di dalam sudu pengarah
hLa = Panas jatuh di dalam sudu jalan
Bagan segitiga kecepatan untuk r = 0.5
200072,44 201 chc Le
5. Turbin Reaksi r = 0.5
200072,44 212 whw La
1 2 1 2
1 2 1 2
u s u u s u u
u s u u s u u
F m w w m w w
F m c c m c c
1 2
1 2
u u s u u
u s u u
P F u m u w w
P m u c c
Pada r = 0,5 untuk u/c1 = 1 bisa dicapai u maksimum
5. Turbin Reaksi r = 0.5
1111
1
11
12
1
21
121211
21
21
2;)(2
)(2;)(:
;0;:
)(
:
cu
cu
ccucu
ccucu
cmwwum
Makaucwwwwc
DengancmhmP
wwumhmPPP
Diketahui
uu
us
uusu
uuuu
sstsmaks
uususu
maks
uu
Panas jatuh dari tingkat turbin reaksi r = 0.5
5. Turbin Reaksi r = 0.5
Contoh 2
Suatu tingkat dari turbin reaksi r = 0,5 bekerja dengan u = 200 m/detik dan harga u/c1 = 0,74 serta diberikan harga sudut 1 = 2 = 200.
Berapakah besarnya hst, hu, u ?
Dan gambarkan bagan segitiga kecepatannya. Serta ekspansi uap pada tingkat tersebut supaya digambarkan dalam diagram h s.
5. Turbin Reaksi r = 0.5
5. Turbin Reaksi r = 0.5
5. Turbin Reaksi r = 0.5
Mengkompensasi gaya geser aksial pada turbin reaksi
Torak Buta
Konstruksi aliran steam yang berlawanan
Thrust Bearing
Curtis Wheel Stage
6. Roda Curtis
1 2 1 2u s uI uI uII uIIF m w w w w
Roda Curtis 2 rangkaian sudu jalan : u maksimum di u/c1 = 0,25
Roda Curtis 3 rangkaian sudu jalan : u maksimum di u/c1 = 0,125
hst = c02/2000 dalam kJ/kg
c0 dalam m/det
Pu = Fu . u dan u = hu/hst
Konstruksi dan cara kerja roda curtis
6. Roda Curtis
6. Roda Curtis
Pemakaian roda curtis sebagai tingkat pertama
Disebut dengan tingkat kecepatan, karena sebagai tingkat pengatur
Contoh 3
Berapakah selisih entalpi yang bekerja pada sebuah roda curtis dengan 2 rangkaian sudu jalan, apabila letak u/c1 = 0,25 dan kecepatan putarnya u = 220 m/detik?
Bagaimanakah keadaan uapnya yang keluar dari rangkaian sudu jalan ke 2, bila keadaan uap yang masuk ke turbin dengan tekanan 180 bar, T = 5300C, dan u = 70 %?
6. Roda Curtis
6. Roda Curtis
7. Turbin Radial
7. Turbin Radial
Penampang sudu dengan arah putaran yang berlawanan (turbin radial)
Menggunakan Sudu Reaksi