Standar Performa dan Mekanisme Turbin Gas

Turbin gas adalah mesin yang kompleks, dan kinerja serta keandalannya adalah diatur oleh banyak standar. Standar ASME telah ditulis untuk memastikan bahwa pengujian dilakukan dengan cara yang menjamin bahwa semua turbin diuji di bawah yang sama seperangkat aturan dan kondisi untuk memastikan bahwa hasil tes dapat dibandingkan secara cara yang bijaksana. Keandalan turbin tergantung pada kode mekanis yang mengatur desain banyak turbin gas. Standar dan kode mekanis telah ditulis oleh ASME dan American Petroleum Institute (API). Variabel utama yang mempengaruhi turbin gas adalah faktor-faktor di bawah ini.

Jenis Aplikasi

Propulsi Pesawat. Turbin gas propulsi pesawat dapat dibagi lagi menjadi dua kategori utama, yaitu mesin penggerak jet dan mesin turboprop. Mesin jet terdiri dari bagian gasifier dan bagian dorong propulsif. Bagian gasifier adalah bagian dari turbin, yang menghasilkan tekanan tinggi dan gas suhu untuk turbin listrik. Bagian ini terdiri dari bagian kompresor dan bagian turbin. Satu-satunya tugas turbin gasifier adalah untuk menggerakkan kompresor turbin gas. Bagian ini memiliki satu atau dua poros. Bagian gasifier dua poros biasanya ada dalam jenis gas bertekanan tinggi yang baru turbin di mana kompresor menghasilkan rasio tekanan yang sangat tinggi, dan memiliki dua bagian yang berbeda. Setiap bagian terdiri dari banyak tahapan. Dua kompresor yang berbeda bagian terdiri dari bagian kompresor tekanan rendah, diikuti oleh bagian bertekanan tinggi. Setiap bagian dapat memiliki antara 10 hingga 15 tahap. Mesin jet memiliki nosel mengikuti turbin gasifier, yang menghasilkan daya dorong untuk mesin. Di turbin jet yang lebih baru, kompresor juga memiliki bagian kipas di depan turbin dan sejumlah besar udara dari bagian kipas melewati sisa kompresor dan menghasilkan gaya dorong. Dorongan dari kipas berjumlah lebih dari dorongan dari exhaust.

Mesin jet telah memimpin bidang turbin gas dalam suhu pembakaran. Pressure ratio 40:1 dengan suhu pembakaran mencapai 2500 F (1371 C) sekarang adalah mode operasi mesin ini.

Penggerak Mekanik. Turbin gas penggerak mekanik banyak digunakan untuk menggerakkan pompa dan kompresor. Aplikasi mereka banyak digunakan pada lepas pantai dan petrokimia. Turbin ini harus dioperasikan pada berbagai kecepatan dan dengan demikian biasanya memiliki bagian gasifier dan bagian daya. Unit-unit ini di sebagian besar kasus adalah turbin aero-derivatif, yang awalnya dirancang untuk pesawat terbang aplikasi. Ada beberapa unit tipe bingkai yang lebih kecil, yang telah dikonversi ke unit penggerak mekanis dengan gasifier dan turbin daya.

Pembangkitan Listrik. Turbin pembangkit listrik dapat dibagi lebih lanjut menjadi tiga kategori:

1. Turbin daya kecil kurang dari 2-MW. Ukuran yang lebih kecil dari ini turbin dalam banyak kasus memiliki kompresor sentrifugal yang digerakkan oleh radial turbin aliran masuk, unit yang lebih besar dalam kisaran ini biasanya kompresor aliran aksial terkadang dikombinasikan dengan kompresor sentrifugal pada akhirnya panggung, dan dioperasikan oleh turbin aksial.
2. Turbin gas berukuran sedang antara 5–50 MW merupakan kombinasi aeroderivatif dan turbin tipe rangka. Turbin gas ini memiliki aliran aksial kompresor dan turbin aliran aksial.
3. Turbin daya besar di atas 50–480 MW, ini adalah turbin tipe rangka. Turbin besar baru beroperasi pada suhu pembakaran yang sangat tinggi sebesar sekitar 2400 F (1315 C) dengan pendinginan yang disediakan oleh uap, pada rasio tekanan mendekati 35:1.

Standar Performa

Tujuan dari ASME adalah untuk memberikan arahan standar dan aturan untuk pelaksanaan dan laporan pengujian peralatan tertentu dan pengukuran fenomena terkait. Kode-kode ASME menyediakan prosedur pengujian eksplisit dengan akurasi yang konsisten dengan pengetahuan dan praktik teknik saat ini. Kode berlaku untuk penentuan kinerja peralatan tertentu. Mereka cocok untuk dimasukkan sebagai bagian dari perjanjian komersial untuk berfungsi sebagai sarana untuk menentukan pemenuhan kewajiban kontrak. Pihak-pihak yang diuji harus setuju untuk menerima hasil kode sebagaimana ditentukan atau, sebagai alternatif, setuju untuk batas ketidakpastian yang dapat diterima bersama yang ditetapkan oleh kesepakatan sebelumnya dari pihak-pihak utama yang bersangkutan.

ASME, Performance Test Code on Overall Plant Performance, ASME PTC 46 1996. Kode ini ditulis untuk menetapkan kinerja pabrik secara keseluruhan. Pembangkit listrik, yang menghasilkan keluaran energi sekunder seperti fasilitas kogenerasi, termasuk dalam cakupan kode ini.

ASME, Performance Test Code on Test Uncertainty: Instruments and Apparatus PTC 19.1 1988. Kode ini menetapkan prosedur untuk evaluasi ketidakpastian dalam individu pengukuran pengujian, yang timbul dari kesalahan acak dan kesalahan sistematis, dan untuk penyebaran ketidakpastian acak dan sistematis ke dalam ketidakpastian sebuah hasil tes. Berbagai istilah statistik yang terlibat didefinisikan. Hasil akhir dari analisis ketidakpastian pengukuran adalah untuk memberikan perkiraan numerik dari ketidakpastian, ketidakpastian acak, dan kombinasi ini menjadi total ketidakpastian dengan tingkat kepercayaan perkiraan. Ini sangat penting ketika menghitung jaminan dalam output pabrik dan efisiensi pabrik.

ASME, Performance Test Code on Gas Turbines, ASME PTC 22 1997. Tujuan dari kode ini adalah untuk merinci tes untuk menentukan output daya dan efisiensi termal turbin gas saat beroperasi pada kondisi pengujian, dan mengoreksi hasil pengujian ini ke operasi dan kontrol standar atau yang ditentukan kondisi. Tata cara pelaksanaan tes, penghitungan hasil, dan pembuatan koreksi ditentukan.

Penerapan Standar pada Turbin Gas

Standar mendefinisikan istilah yang digunakan dalam industri dan menggambarkan desain dasar dari unit. Standar berurusan dengan casing, rotor dan poros, roda dan bilah, ruang bakar, segel, bantalan, kecepatan kritis, sambungan pipa dan pipa bantu, pelat pemasangan, ketahanan cuaca, dan perawatan akustik.

Persyaratan standar menyatakan bahwa frekuensi alami dasar dari bilah harus setidaknya dua kali kecepatan kontinu maksimum, dan pada setidaknya 10% dari frekuensi lewat dari setiap bagian stasioner. Pengalaman telah menunjukkan bahwa frekuensi alami harus setidaknya empat kali maksimum kecepatan terus menerus. Perawatan harus dilakukan pada unit di mana ada perubahan besar dalam jumlah bilah antara tahap.

Kecepatan kritis turbin yang beroperasi di bawah kritis pertamanya harus setidaknya 20% di atas rentang kecepatan operasi. Istilah yang biasa digunakan untuk unit yang beroperasi di bawah kritis pertama mereka adalah bahwa unit memiliki “poros kaku,” sementara unit beroperasi di atas kritis pertama mereka dikatakan memiliki “poros fleksibel.” Ada banyak frekuensi menarik yang perlu diperhatikan dalam sebuah turbin. Beberapa dari sumber yang memberikan masalah frekuensi dalam sistem turbin adalah:

1. Ketidakseimbangan rotor
2. Mekanisme berputar seperti:
   • pusaran minyak
   • pusaran coulomb
   • Pusaran kopling silang aerodinamis
   • pusaran hidrodinamik
   • pusaran histeris
3. Frekuensi lewat bilah dan baling-baling
4. Frekuensi mesh gigi
5. Ketidaksejajaran
6. Pemisahan aliran di lapisan batas bilah yang menarik
7. Frekuensi bola/race pada bantalan anti gesekan biasanya digunakan dalam turbin gas aeroderivatif

Kritis torsional harus setidaknya 10% dari harmonik pertama atau kedua dari frekuensi putar. Eksitasi torsional dapat dirangsang oleh beberapa orang dari berikut ini:

1. Kondisi start-up seperti penahan kecepatan
2. Masalah roda gigi seperti ketidakseimbangan dan runout garis pitch
3. Getaran bahan bakar terutama di ruang bakar NOx rendah

Gear

Standar API 613 mencakup roda gigi tujuan khusus. Mereka didefinisikan sebagai roda gigi, yang memiliki salah satu atau kedua kecepatan pinion aktual lebih dari 2900 rpm dan pitchline kecepatan lebih dari 5000 kaki/menit (27 meter/detik). Standar berlaku untuk roda gigi heliks yang digunakan dalam unit pengurang kecepatan atau penambah kecepatan.

Ruang lingkup dan istilah yang digunakan didefinisikan dengan baik dan mencakup daftar standar dan kode untuk referensi. Pembeli diharuskan untuk membuat keputusan mengenai tenaga kuda dengan peringkat gigi dan kecepatan input dan output terukur.

Standar ini mencakup informasi desain dasar dan terkait dengan AGMA Standar 421. Spesifikasi untuk sistem air pendingin diberikan serta informasi tentang penunjukan rakitan poros dan rotasi poros. Daya pengenal roda gigi adalah kemampuan daya maksimum pengemudi. Biasanya, tingkat tenaga kuda untuk unit gigi antara pengerak dan unit yang digerakkan akan menjadi 110% dari maksimum daya yang dibutuhkan oleh unit yang digerakkan atau 110% dari daya maksimum pengemudi, mana yang lebih besar.

Aksesoris seperti kopling, pelindung kopling, pelat pemasangan, pemipaan, instrumentasi, dan kontrol dijelaskan. Prosedur inspeksi dan pengujian rinci. Pembeli diperbolehkan untuk memeriksa peralatan selama pembuatan setelah memberi tahu vendor. Semua lasan di bagian yang berputar harus menerima 100% inspeksi. Untuk melakukan uji coba mekanis, unit harus dioperasikan secara maksimal kecepatan terus menerus sampai suhu bantalan dan minyak pelumas telah stabil. Kemudian kecepatan ditingkatkan menjadi 110% dari kecepatan kontinu maksimum dan lari selama empat jam.

Pelumasan

Sistem pelumasan harus dirancang untuk memenuhi semua kondisi secara terus menerus untuk operasi nonstop selama tiga tahun. Pelumas khas harus hidrokarbon minyak dengan perkiraan viskositas 150 SUS pada 100 F (37,8 C). Reservoir minyak harus disegel untuk mencegah masuknya kotoran dan air dan miring di bawah untuk memudahkan drainase. Kapasitas kerja reservoir harus mencukupi setidaknya untuk aliran lima menit. Reservoir tipikal ditunjukkan pada Gambar 4-8. Minyak sistem harus mencakup pompa oli utama dan pompa oli siaga. Setiap pompa harus memiliki ukuran driver sendiri sesuai dengan Standar API 610. Kapasitas pompa harus didasarkan pada penggunaan maksimum sistem ditambah minimum 15%. Untuk sistem oli seal, kapasitas pompa harus kapasitas maksimum ditambah 20% atau 10 gpm, mana yang lebih besar. Pompa oli siaga harus memiliki start-up otomatis kontrol untuk menjaga operasi yang aman jika pompa utama gagal. Pendingin oli kembar seharusnya disediakan, dan masing-masing harus berukuran untuk mengakomodasi total beban pendinginan. Filter oli kembar aliran penuh harus dilengkapi di bagian hilir pendingin. Penyaringan harus 10 mikron nominal. Penurunan tekanan untuk filter bersih seharusnya tidak melebihi 5 psi (0,34 Bar) pada suhu pengoperasian 100 F (37,8 C) selama normal mengalir.

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR KONVERSI ENERGI LAINNYA!