Setelah menyelesaikan materi pelajaran ini para peserta akan bisa :

  1. Menjelaskan fungsi dari turbine engine dalam kaitannya dengan compressor package.
  2. Menjelaskan bagaimana cara kerja turbine engine.
  3. Menyebutkan 5 nama engine support system.
  4. Mengenali sub-assemblies dari Centaur turbine engine.
  5. Menjelaskan fungsi dari sub-assemblies pada Centaur turbine engine.
  6. Mengenali turbine engine accessories.
  7. Menjelaskan fungsi dari turbine engine accessories.

Gambar 3 – 1. Cutaway View of Centaur Turbine Engine

FUNCTION

Centaur Turbine engine menghasilkan mechanical energy dalam bentuk moment putar untuk memutar boost compressor.

HOW GAS TURBINE ENGINES WORK

Gas Turbine Engine pada dasarnya adalah engine penghasil panas dimana energy dibangun dan dikonversi ke mechanical energy melalui proses thermodinamika untuk menghasilkan tenaga putar ( cycle ). Putaran ini disebut Brayton Cycle

Gerakan putar tersebut adalah :

Udara di kompressi. ( Compression )

Bahan bakar dicampurkan ke dalam udara yang sudah di kompressi dan dinyalakan.
( Combustion)

Udara mengembang, gas hasil pembakaran mengembang dan masuk ke nozzles. (Expansion)

Pembuangan gas hasil pembakaran dikeluarkan ke udara bebas. ( Exhaust )

Gambar 3 – 2. Power Transfer Diagram

NOTE

Di bagian terakhir dari text ini terdapat gambar cross section dari engine untuk dipergunakan sebagai reference.

OPERATIONAL DESCRIPTION

Thermodynamic process berlangsung secara terus menerus. Terdapat kesinambungan aliran udara yang di-kompresi dari compressor section, kesinambungan pembakaran yang terjadi di ruang bakar ( combustion chamber ) menghasilkan output power secara terus menerus dari turbine section.

        Udara dihisap masuk ke compressor section melalui saluran udara ( air inlet ) oleh compressor rotor, pertama energy disalurkan ke compressor rotor oleh starter motor, dan kemudian diambil alih oleh turbine section setelah mulai terjadi pembakaran.  



        Udara yang di-kompressi melalui diffuser dimana sebagian energy kinetic-nya dirubah ( di-konversi ) ke pressure energy dan masuk ke ruang pembakaran     ( combustion chamber ) dimana fuel di-injeksikan kedalam udara bertekanan tersebut.

Gambar 3 – 3 Simplified Turbine Engine Airflow Diagram

Selama engine start cycle, torch ( api ) terjadi di ruang bakar ( combustion chamber ) yang dinyalakan oleh spark plug yang mendapat pasokan fuel dari fuel line tersendiri.

Torch ( api ) kemudian menyalakan campuran fuel dan udara yang memasuki ruang bakar ( combustion chamber ). Torch akan mati jika sudah berlangsung pembakaran dengan sendirinya.

Kelangsungan pembakaran akan terus terjadi jika terdapat cukup aliran udara yang telah di-kompresi dan fuel. Naiknya temperatur dengan cepat menghasilkan kenaikan velocity yang sangat cepat pula dengan pressure yang cukup konstan.

Hasilnya, gas panas mengembang di turbine section dimana gerakan putar atau kinetic energy dari turbine rotor yang dihasilkan oleh dua acting force pada turbine blade. Tenaga dorong ( impulse ) dan reaksi menghasilkan gas dengan velocity tinggi memutar 2 gas producer dan power turbine rotor.

Rotor dari Gas producer terpisah satu sama lain dengan rotor power turbine, 2 stage dari gas producer memutar engine compressor dan accessoriesnya saja. Sedangkan single stage power turbine rotor menyerap energy yang ada dan melepaskan gas serta memberikan tenaga untuk menjalankan equipment melalui drive shaft.

Selama acceleration / deceleration forward stages dari compressor akan lebih efficien dibandingan dengan aft stages, dari ketidak seimbangan ini dapat menimbulkan stagnate yang akan mengakibatkan stall. Untuk mencegah stall, variable vane assemblies berada pada posisi pembukaan minimum selama acceleration / deceleration, hambatan volume udara dapat mencegah terjadinya stall. Sekali speed naik, 2 section dari compressor akan balance dan variable vanes akan bergerak ke pembukaan maksimum.

Bleed valve terbuka selama acceleration / deceleration untuk mengurangi back pressure dari kelebihan udara yang selanjutnya akan mencegah stall.

Gambar 3 – 4. Centaur Turbine Engine

AIR FLOW AND COMBUSTION

Udara yang di kompresi oleh compressor masuk ke diffuser. Disini udara mengembang, yang mengakibatkan menurunnya kinetic energy dan naiknya static pressure.

Udara bertekanan dari diffuser mengalir ke combustor dan terbagi menjadi 2 fungsi :

(1) Kira-kira se-perempat ( 25 % ) akan bercampur dengan fuel dan dibakar;

(2) Sedangkan tiga per-empatnya ( 75 % ) akan bercampur dengan gas panas hasil pembakaran yang berfungsi sebagai selimut udara untuk melindungi combustor dan juga sebagai media pendingin untuk menurunkan temperatur dari first stage nozzle dan turbine disc.

Gambar 3 – 5. Air / Gas Flow Through Combustor and Turbine

Sebagian udara dingin mengalir diantara combustion chamber dan combustion housing. Ini sangat penting untuk menekankan bahwa aliran udara “dingin” yang dimaksud adalah memang dingin jika dibandingkan dengan tingginya temperatur udara pada proses pembakaran.

Lubang dan bagian atas yang berlubang di kubah combustion chamber memberikan udara awal (primary air) untuk pembakaran.

Lubang pada bagian dalam dan luar dari liner adalah untuk aliran udara kedua ( secondary air ) dimana langsung memberikan selimut insulasi untuk mencegah api menyentuh permukaan bagian dalam dari liner.

Tambahan udara ini juga menjamin adanya pembakaran sempurna, dan juga melemahkan sebagian panas dari fuel yang telah terbakar, dengan maksud menurunkan temperatur gas yang menuju ke turbine.

Hasil dari proses pembakaran adalah naiknya velocity dan mengembangnya gas keseluruh turbine section.

Proses pembakaran tidak bermaksud hanya untuk menaikan tekanan ( pressure ). Performance dari turbine ditentukan oleh kecepatan merambatnya gas yang bergerak menuju turbine section.

Turbine section hampir sama dengan compressor section; terdiri dari beberapa set rotating airfoils yang terletak diantara stationary component yang disebut nozzle. Tetapi bagaimanapun fungsi dan operasinya dari turbine section adalah berlawanan dengan compressor section.

Compressor section merubah mechanical energy

( motion ) menjadi tekanan ( pressure ); Sedangkan turbine section meng-konversi velocity menjadi mechanical energy.

ENGINE SUPPORT SYSTEM

Standard engine support systems mulai dari start system, fuel system, oil system, control system dan air system. Support system didiskusikan tersendiri lebih detail pada subsequent section pada buku kerja peserta ( student workbook ).

Gambar 3 – 6. Engine Support Systems Block Diagram

ENGINE MAIN SUB-ASSEMBLIES

Gas turbine engine terdiri dari 6 ( enam ) dasar sub-assemblies utama dimana satu sama lain dihubungkan selaras ( in-line ) dengan meng- gunakan bolts dan nuts yang diikat pada housing atau case flange pada setiap sub-assembly.

Sub-assemblies tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini berdasarkan urutannya masing-masing.

Gambar 3 – 7. Engine Main Subassemblies

COMPONENT DESCRIPTION

Gambar 3 – 8 Accessory Drive Assembly

ACCESSORY DRIVE ASSEMBLY

Accessory Drive assembly duduk pada air inlet assembly, memberikan input dan output drive sesuai dengan kecepatan putaran melalui beberapa gear ratio.

Tempat dudukan ( mounting pad ) untuk lube dan hydraulic oil pump, seal oil pump, servo pump dan starter adapter housing terletak pada bagian muka dari accessory drive housing. Sedangkan kedua pneumatic strater duduk pada adapter housing.

Gear train di putar oleh starter melalui starter clutch selama start, akselerasi dan kemudian diputar oleh compressor rotor melalui pinion gear selama operation.

Gambar 3 – 9. Compressor and Air Inlet Assembly

COMPRESSOR AND AIR INLET ASSEMBLY

Air inlet assembly mempunyai lubang pemasukan udara selebar 360 derajat yang ditutup oleh ram kawat yang kuat. Air inlet housing yang duduk pada ujung forward engine men-support compressor rotor shaft, forward bearing dan seal housing.

Compressor assembly terdiri dari 11 stage, type axial flow, menyatu dengan satu variable inlet guide vane, dua variable vane dan sembilan stationary stator assemblies juga termasuk 11 stage rotor dan compressor case.

Variable inlet guide vanes menghambat aliran udara pada waktu start untuk mencegah surge. Vanes mulai membuka jika Pcd mencapai kira kira 32 psig dan membuka penuh jika Pcd telah mencapai kira kira 76.5 psig. Di-support pada forward dan aft ends tilt pad bearings, rotor assembly dihubungkan ke gear train dari accessory drive dan ke rotor shaft turbine.

Gambar 3 – 10. Combustor Assembly

COMBUSTOR AND GAS PRODUCER TURBINE ASSEMBLY

Combustor dan gas producer turbine assembly terdiri dari turbine bearing support housing, combustor assembly dan 2 ( dua ) stage turbine rotor assembly.

Combustor

Combustor chamber adalah type aliran langsung. Gas fuel manifold melekat secara melingkar pada dinding combustor housing. Ke-sepuluh buah fuel injector juga duduk pada setiap kepala yang melingkari combustor housing, dan menonjol serta men-support combustor liner assembly pada combustor chamber. Pada combustor housing juga terdapat flange untuk duduknya bleed air valve, torch assembly dan 6 (enam) buah thermocouple.

Gas Producer Turbine

Gas producer turbine rotor assembly terdiri dari turbine rotor shaft dan 2 (dua) turbine rotor disc. Assembly tersebut diikat dengan cara thermo-stretch bolt. Turbine nozzle menahan nozzle case yang menjorok kedepan dari arah aft flange combustor housing.

Bagian luar yang ber-temperatur tinggi diselimuti oleh selimut insulasi stainless steel untuk melindungi orang maupun api.

Gambar 3 – 11. Combustor and Gas Producer Turbine Assembly

POWER TURBINE AND EXHAUST ASSEMBLY

Power turbine assembly terdiri dari single-stage power turbine rotor, power turbine bearing housing, turbine exhaust diffuser dan exhaust collector.

Power turbine bearing housing forward end yang men-support power turbine forward rotor bearing melekat dengan turbine exhaust diffuser.

Turbine exhaust diffuser di-bolt dengan combustor housing aft flange. Exhaust collector di-bolt ke exhaust diffuser aft flange dan di-insulasi dengan selimut stainless steel.

Gambar 3 – 12. Power Turbine Assembly and Exhaust Section

ENGINE EXTERNAL COMPONENTS

Bagian engine ( engine components ) yang siap dilihat dibawah ini adalah dipandang dari sisi sebelah kiri dari engine ( Gambar 3-3 ) adalah :

Air Inlet Duct – Udara bebas masuk ke dalam air inlet assembly.

Air Inlet Assembly – Terdapat screen housing yang membentuk jalan selebar 360 derajat untuk jalannya udara yang masuk ke engine, selain itu juga air inlet assembly berfungsi sebagai dudukan dari accessory drive assembly, juga sebagai rumah No. 1 seal dan bearing assembly dari compressor rotor.

Variable Guide Vane System – Membantu mencegah stall / choke selama acceleration.

Gambar 3 – 13 View of Engine External Components

Compressor Case – Melindungi komponen compressor yang tidak berputar ( stationary ) dan komponen yang berputar ( rotating )

Compressor Diffuser Case – Adalah sebagai jalan keluarnya udara dari compressor ke combustor assembly dan juga mengubah velocity energy menjadi pressure energy.

Compressor Bearing Support Housing – Support aft compressor bearing, sebagai jalan keluar masuknya engine lube oil dan masuknya aliran udara ke combustor assembly.

Turbine Bearing Support Case – Support forward turbine bearing dan masuknya aliran udara ke combustor assembly.

Combustor Housing – Melindungi combustor dan gas producer turbine assemby. Combustor housing juga sebagai tempat dudukan thermocouple.

Exhaust Collector – Sebagai jalan keluarnya gas panas hasil pembakaran ke udara bebas.

ENGINE EXTERNAL ACCESSORIES

Accessories ( Gambar 3-4 ) dapat dilihat dengan memandang dari sebelah kanan engine yaitu :

Variable Guide Vane Actuator – Memberikan hydraulic power ke guide vane.

Gas Fuel Manifold – Mengirim gas fuel ke fuel injector.

Torch Igniter dan Spark Plug – Menyalakan fuel yang di-injeksi selama engine start cylce.

Fuel Injectors – Meng-injeksi fuel gas untuk kelangsungan pembakaran.

Bleed Valve dan Duct – Mengeluarkan kelebihan udara dari combustor selama akselerasi dengan membuang udara tersebut melalui exhaust.

T5, Thermocouples dan Harness – Mengukur temperatur pada stage ke 3 turbine nozzle.

Gambar 3 – 14. View of Engine External Accessories

Gambar 3 – 20. Cross-Sectional View of typical Centaur Turbine engine

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here