Analisis Desain Mekanis Rotor Turbin Uap

Dalam desain mekanis rotor turbin uap, geometri rotor harus ditentukan sehingga memenuhi kriteria untuk berbagai getaran. Dengan kata lain, karakteristik getaran berikut diperlukan:

• Getaran tidak stabil seperti cambukan minyak dan pusaran uap tidak terjadi dan
• Sensitivitas terhadap ketidakseimbangan dan bending rotor rendah, dan perubahan tingkat getaran di bawah operasinya kecil.

Kategori getaran pada turbin

Getaran turbin dikategorikan menjadi dua yaitu getaran paksa (forced) dan getaran eksitasi sendiri (self-excited). Getaran paksa dibagi lagi menjadi beberapa jenis yaitu:

1. Gaya luar akibat putaran rotor (akibat ketidakseimbangan, pembengkokan rotor, dll);
2. Gaya eksternal mekanis (dari roda gigi, mesin penghubung lainnya, dll.);
3. Gaya listrik luar (dari motor, generator, dll);
4. Gaya luar fluida (akibat gangguan aliran dari sudu-sudu tahap kontrol, dll.); dan
5. Lainnya (misalnya, kekuatan eksternal dari gempa bumi).

Getaran eksitasi sendiri disebabkan oleh berbagai mekanisme, di mana energi dari cairan di sekitarnya atau mesin yang berputar berubah terus menerus menjadi getaran energi rotor, bahkan jika tidak ada gaya eksternal yang bekerja pada rotor. Tipe getaran eksitasi sendiri adalah cambuk minyak dan pusaran uap.

Untuk memenuhi persyaratan getaran yang baik pada rotor, rotor turbin uap harus dirancang mempertimbangkan hal-hal berikut:

Struktur dan Geometri

Penting untuk mengatur distribusi massa, momen inersia, dan bending/ kekakuan torsi rotor dengan tepat. Rotor harus dirancang sedemikian rupa sehingga overhang tidak terlalu besar, atau diameter poros terlalu kecil, untuk hindari mode getaran lokal.

Desain Bearing/Bantalan

Meskipun jenis dan dimensi bantalan yang mendukung rotor ditentukan secara optimal oleh kecepatan rotor, beban bantalan, dll., Sifat dinamis bantalan memiliki efek yang signifikan pada karakteristik getaran rotor. Oleh karena itu, bantalan harus dirancang tidak hanya dengan mempertimbangkan bantalan itu sendiri, tetapi juga karakteristik getaran rotor.

Bantalan memiliki dua fungsi utama yaitu memberikan redaman untuk menekan getaran dan memberikan dukungan untuk rotor. Gaya reaksi dari film pelumas bantalan dinyatakan dalam bentuk umum dalam Persamaan yang melinierkan hubungan antara gaya reaksi f_x dan f_y, dan perpindahan rotor x dan y. Dalam hal ini, sifat dinamis dari bantalan dapat diwakili oleh delapan parameter, yang merupakan konstanta pegas k_ij dan koefisien redaman c_ij (i,j = x, y),

Sifat dinamis bantalan tergantung pada jenis bantalan, dan perubahan berdasarkan kondisi operasi seperti kecepatan rotor dan beban turbin. Karena itu, dalam analisis dinamika rotor, perlu untuk membuat model bantalan sebagai fungsi dari kondisi operasi. Sifat dinamis dari bantalan (k_ij, c_ij) dapat dihitung dari teori bantalan.

Desain Casing dan Pondasi

Alas bantalan, selubung turbin, dan pondasi yang menopang rotor melalui bantalan juga mempengaruhi karakteristik getaran rotor. Untuk memanfaatkan redaman bantalan secara efektif, kekakuan dinamis dari dukungan bantalan harus sama atau lebih besar dari bantalan itu sendiri. Untuk memenuhi persyaratan ini, dukungan bantalan harus dirancang untuk menghindari resonansi sekitar kecepatan terukur. Karena mengambil tindakan korektif untuk menghindari resonansi itu sulit setelah pembuatan, margin frekuensi yang cukup harus dijaga selama tahap desain untuk mencegah resonansi ini. Khususnya, untuk rotor yang digunakan pada turbin uap bertekanan rendah dengan kapasitas tinggi, kekakuan dinamis dari tumpuan bantalan cenderung rendah. Oleh karena itu, analisis rinci dari getaran yang digabungkan dari seluruh sistem diperlukan.

Sampai saat ini, casing dan pondasi turbin uap telah dirancang cukup kokoh dibandingkan dengan rotor. Namun, dalam desain yang modern turbin uap, perlu secara akurat mengevaluasi efek casing dan pondasi pada dinamika rotor, karena alasan berikut:

• dengan peningkatan kapasitas dan pengurangan berat turbin uap, kekakuan casing dan pondasi berkurang dan
• pondasi lunak digunakan, untuk menyerap getaran dari rotor.

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

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Tanuma, Tadashi. (2017). Advances in Steam Turbines for Modern Power Plants. Duxford: Elsevier.

Author: admin