KONSTRUKSI TURBIN GAS

KONSTRUKSI TURBIN GAS - Turbin gas terdiri dari komponen-komponen yang saling berhubungan satu dan lainya. Komponen-kompenen utama turbin gas adalah kompresor, ruang bakar,dan turbin. Kompresor dan turbin mempunyai rotor yang sama, rotor tersebut ditahan dengan dua bantalan radial dan satu bantalan aksial.

Rumah mesin bagian luar umumnya terdiri dari bagian tengah, rumah bagian udara masuk dan rumah bagian gas bekas ke luar satu sama lainnya dihubungkan dengan kuat. Untuk turbin gas yang dipakai pada pesawat terbang, konstruksinya lebih simpel, antara komponen yang satu dengan yang lainnya tidak terpisah.

Ukuran komponen-komponen turbin gas pesawat lebih kecil apabila dibandingkan dengan turbin gas untuk industri.

Turbin gas dan komponen-komponennya

Rumah mesin tersebut dipisahkan aksial di bagian tengah setinggi tengah tengah poros. Rumah bagian luar terdiri dari selubung luar dan selubung dalam, diantara selubung tersebut terdapat gas bekas yang dialirkan lewat cerobong.

Sudu pengarah kompresor dan turbin ditempatkan di dalam beberapa penyangga sudu pengarah, dan ditumpu dengan sistem elastis terhadap panas di dalam rumah mesin bagian luar. Saluran udara, dimana pada bagian ini udara dihisap kompresor, mempunyai pelat pengarah, yang berfungsi juga untuk memperkuat luasan samping yang besar.

Udara kompresor dapat dilewatkan samping atau atas. Sebelum masuk kompresor, udara tersebut melalui saringan dan peredam suara.

A. Rotor

Rotor konstruksinya terdiri dari beberapa piringan tersendiri yang dilengkapi sudu, dan dengan kedua ujungnya serta bagian tengahnya dilengkapi dengan jangka tarik. Bagian- bagian tersebut satu sama lain saling memagang dengan sistem Hirth berkerat-kerat seperti gergaji.

Rotor menjadi ringan dan mempunyai kecepatan kritis yang lebih besar dari kecepata putar turbin. Bagain-bagian rotor dan sudu-sudu didinginkan dari dalam Udara dimasukan ke dalam rotor melalu lubang yang terletak dibagian belakang tingkat terakhir dari kompresor, kemudian udara tersebut dibagi untuk dialirkan ke ruang diatara piringan-piringan roda, selanjutnya dialirkan melalui kaki sudu dan kemudian bercampur dengan fluida kerja.

Rotor akan mengalami gaya geser aksial, tetapi gaya geser tersebut saling berlawanan arah, kompresor kekiri dan turbin kekanan. Gaya geser tersebut diseimbangkan dengan membuat sudu-sudu yang disesuaikan.

Kaki sudu pengarah dari kompresor dibuat berbentuk ekor layanglayang dan ditempatkan di dalam cincin pembagi. Gaya geser aksial yang terdapat pada penyangga sudu pengarah kompresor diterima oleh ketinggian cakar dari lis pembagi.

Rotor Turbin gas

Di antara tiga bagian penyangga sudu pengarah kompresor, kadang-kadang terdapat celah berbentuk cincin yang besar. Maksudnya, supaya udara tekan dapat dike luarkan melalui celah tersebut., sehingga pada saat kompresor berjalan terus dan kondisi sampai dibatas pemompaan, jalannya kompresor tetap tenang.

Penyangga sudu pengarah turbin dibuat sedemikain rupa, sehingga seluruh bagian tengah dari rumah bagian luar dapat diisi udara tekan dengan tekanan dan temperatur yang tertentu.

Gas panas yang mengalir di dalam turbin dapat mengakibatkan rumah turbin ikut menjadi panas, sehingga di sekelilingi rumah turbin diberi pelindung supaya panas jangan memancar ke luar, karena meskipun panas ke luar dari sudu turbin di sudu pengarah sudah didinginkan dan juga sudah ditahan oleh sudu pengarah, temperaturnya udara tersebut akan naik dan rumah turbin bagian luar juga ikut menjadi panas.

B. Ruang Bakar

Ruang bakar turbin gas ditempatkan disamping rumah turbin, dengan maksud saluran udara dari kompresor dan gas pembakaran menjadi pendek sehingga kerugian aliran kecil. Saluran gas panas ditempat di dalam saluran udara kompresor sehingga tidak membutuhkan isolasi panas yang khusus.

Untuk menghindari gumpalan-gumpalan gas panas karena tidak bercampur dengan udara segar, saluran gas dibuat dibelokan 90o dua kali sehingga gas panas dan udara bercampur dengan baik, sebelum masuk turbin.

Pengaturan kecepatan udara dari kompresor juga penting, kecepatan udara yang rendah akan mengakibatkan api akan merambat kearah kompresor dan sebaliknya api akan ke luar dari ruang bakar yang mengakibatkan ruang bakar menjadi dingin dan api dapat mati.

Ruang bakar turbin gas pesawat terbang konstruksinya dapat dilihat pada 20.8. Ruang bakar harus menghemat ruang dan dipasang disekeliling sumbu tengah. Ruang bakar dengan pipa api di dalamnya masing-masing berdiri sendiri sehingga apabila salah satu ruang bakar mati yang lainnya tidak terpengaruh.

Dibagian luar ruang bakar terdapat lubang udara primer dan sekunder, nosel bahan-bakar dan penyalanya dan juga terdapat lubang- lubang pendingin. Disini udara pendingin sangat penting untuk menjaga ruang bakar dari temperatur yang terlampau tinggi sehingga gas pembakaran yang mengalir ke turbin juga tidak terlalu tinggi.

Ruang bakar turbin gas pesawat terbang

Ruang bakar untuk industri dibuat terpisah dan besarnya disesuaikan dengan daya turbin gas yang akan dihasilkan. Gambar diatas adalah ruang bakar untuk industri. Ruang bakar dipasang tegak, dan dibagian atas terdapat 3 buah burner. Dibagian dalam terdapat tabung api yang dilindungi oleh lapisan keramik tahan panas.

C. Kompresor

Udara dari luar ditekan dan dihisap oleh kompresor. Ada beberapa macam kompresor yang biasa digunakan turbin gas sebagai contoh yang umum dipakai adalah kompresor radial atau aksial. Kompresor radial biasanya ringan, konstruksinya lebih sederhana dan secara ekonomis lebih murah

Biasanya hanya satu tingkat untuk tekanan kompresi rendah sampai sedang. Komponennya impeler, difuser, poros dan manifold udara ke luar. Untuk yang axial biasanya bertingkat dan beroperasi pada tekanan kompresi tinggi, karena bertingkat menjadi berat dan mahal.

D. Turbin

Proses ekspansi gas pembakaran pada turbin gas terjadi pada turbin, karena proses tersebut, terjadi perubahan energi kinetik gas pembakaran menjadi energi mekanik poros turbin, energi ini akan menggerakan kompresor dan peralatan lainnya.

Pada gambar dibawah adalah contoh konstruksi dari turbin. Aliran gas turbin dirancang aliran axial. Pada turbin pesawat terbang gas sisa masih dapat digunakan untuk daya dorong. Bagian dari turbin yang penting adalah stator dan rotor.

Pada gambar dibawah terlihat konstruksi dari satator. Stator adalah sudu tetap pada rumah turbin dan berfungsi sebagi nosel pengarah gas pembakaran berkecepatan tinggi ke sudu begerak. Sedangkan rotor terdiri dari sudu begerak yang terpasang pada poros turbin. Rotor turbin bekerja pada temperatur gas pembakaran yang tinggi maka perlu pendinginan, sehingga tidak terjadi kerusakan material turbin.

Bentuk dari sudu jalan turbin

E. Aplikasi Turbin Gas

Instalasi turbin gas dapat dibedakan antara turbin yang tetap tidak dipindah-pindahkan dan turbin yang dipakai untuk menggerakan pesawat terbang atau automobil.

Instalasi turbin gas tetap tidak dapat dioindahpindahkan adalah instalasi yang dipakai untuk memutar generator listrik dan untuk menggerakan kompresor dan juga yang dikapal-kapal, karena turbin gas ini harus dapat bekeja dalam jangka waktu yang panjang.

Jadi turbin harus dibuat untuk mengatasi beban yang tinggi. Sebagai conto untuk daya berguna sebesar 100 MW berarti daya turbin adalah sekitar 300 MW dan beroperasi pada temperatur 850 sampai 950. Pada gambar terlihat turbin gas yang dipakai untuk pembangkit listrik dengan daya dari 30 MW sampai 60 MW dan beroperai selama 300 jam/tahun.

Data data pokok turbin ini adalah sebagi berikut ; daya P = 60/80 MW; putaran n = 3000 rpm; kapasitas udara Qudara = 350 kg/detik; temperatur Tmax = 870o ; perbandingan kompresi r = 9,5; temperatur gas bekas T = 415 dan rendemen total 28%.

Kompresor terdiri dari 15 tingkat dengan kecepatan keliling 320 m/s dan panjang sudu tingkat pertama L = 320 mm.

Pada insatalasi turbin gas yang besar, untuk memudahkan stert pada kompresor dipasang katup yang gunanya mencegah pemompaan, sehingga udara dengan tekanan yang berbeda beda akan dike luarkan melalui katup tersebut.

Udara dari kompresor dialirkan ke ruang bakar dengan melalui tabung yang berbentuk seperti diffuser yang terdapat dalam saluran kosentris. disamping turbin terdapat ruang bakar yang dilengkapi dengan pembakar yang dalam operasinya dapat menggunakan minyak bakar atau gas bumi, dimana waktu bekerja pergantian bahan bakar dapat dilakukan dengan tanpa ada perubahan daya atau beban, jadi pada waktu bekerja meskipun bahan-bakarnya diganti daya turbin tetap konstan.

Turbin gas ini mempunyai udara pendingin yang masuk dari dua arah. Udara yang kompresor mengalir masuk ke dalam poros bagian tengah melalui lubanh dan saluran-saluran udara tersebut mengalir ke permukaan rotor dan ke kaki sudu.

Pada waktu start celah katup pada kompresor bekerja untuk membuang tekanan berlebih sehingga startnya ringan. Dalam waktu lima menit putaran turbin sudah mencapai kecepatan kerjanya yaitu 3000 rpm.

Setelah sembilan menit generator mulai dihubungkan dengan jala-jala listrik dan mulai menerima beban.

Pada gambar di atas adalah contoh penggunaan turbin gas pada pembangkit tenaga listrik. Untuk meningkatkan efisiensi, disamping menggunakan turbin gas, pembangkit tenaga di atas juga menggunakan turbin uap, sehingga sering dinamakan pembangkit tenaga gabungan.

Kerja dari pembangkit ini adalah dengan memanfaatkan kembali gas buang dari turbin gas yang masih bersuhu tinggi untuk pembangkitan uap di boiler uap.