review of industrial gas turbine

1. 1
SOLAR GAS TURBINE
TECHNICAL REVIEW
PT. NUSANTARA TURBIN DAN PROPULSI
SUBSIDIARY OF PT DI
APRIL 2023
Disusun oleh
Taryadi

2. 1. PENDAHULUAN
Gas turbine adalah alat yang mengubah energi kimia dalam bahan
bakar menjadi daya putaran rotor atau gas buang berkecepatan tinggi
melalui proses pengisapan dan kompresi udara oleh kompresor
kemudian dibakar diruang bakar dan berekspansi memutar turbine.
Gas turbine digunakan di industry penerbangan dan bidang industry
lain seperti power plant (PLTG dan PLTGU), oil & gas, petrokimia,
marine, dan militer.
Salah satu keunggulan gas turbine adalah rasio daya/berat yang tinggi
sehingga banyak dipakai sebagai propulsi pesawat terbang. Selain itu
memiliki response yang cepat sehingga banyak digunakan sebagai
peaker di pembangkit listrik.

3. 3
1.1 CARA KERJA GAS TURBINE
CARA KERJA :
1. Udara luar diisap dan dikompresi oleh compressor
2. Udara bertekanan dicampur bahan bakar masuk ke ruang bakar dan
dibakar.
3. Udara hasil pembakaran berekspansi masuk kedalam turbin dan
memutarkan turbin, dan turbin memutarkan compressor
4. Setelah memutarkan turbine udara dibuang ke atmosfir atau digunakan
untuk pemanasan.

4. 4
1.2 SIKLUS BRAYTON (cont’d)
Siklus diatas adalah proses ideal dari gas turbine yang disebut siklus Brayton dimana:
1. Udara diisap dan diberi tekanan oleh compressor secara isentropic (tanpa rugi-rugi)
proses isentropic - kompresi
2. Udara yang dikompresi masuk kedalam ruang bakar dan dibakar secara isobaric
(tekanan tetap)
proses isobaric-penambahan panas
3. Udara yang dibakar berekspansi didalam turbine dan menghasilkan daya yang
Sebagian diserap compressor dan Sebagian digunakan menggerakan beban.
Proses isentropic-ekspansi
4. Pembuangan panas ke atmosfir secara isobaric
isobaric-heat rejection
Efisiensi siklus Brayton adalah

5. 5
1.2 SIKLUS BRAYTON
Efisiensi siklus Brayton Specific power output
siklus Brayton

6. 6
1.3 PERBANDINGAN SIKLUS KERJA GAS
TURBINE DAN ENGINE PISTON
Prinsip kerja gas turbine sama seperti engine piston 4 Langkah .
Pada gas turbine semua proses terjadi bersamaan pada tempat
yang berbeda sedangkan pada engine piston proses terjadi
pada tempat yang sama secara berurutan.

7. 7
1. TURBO JET
2. TURBO PROP
3. TURBO SHAFT
(ELECTRIC GENERATOR)
4. HIGH BY PASS
TURBO FAN
5. LOW BY-PASS AFTER
BURNING TURBOFAN
2. JENIS-JENIS GAS TURBINE

8. 8
2.1 PENGGUNAAN GAS TURBINE AERO
- Turbopropeller efisien digunakan pada kecepatan 300-400 mph
- By-pass turbo jet (turbofan) efisien digunakan pada kecepatan 600-
700 mph
- Turbo jet efisien digunakan pada kecepatan diatas 800 mph

9. 9
2.2 SIKLUS BRAYTON
Adalah proses ideal dari gas turbine dimana:
1. Udara diisap dan diberi tekanan oleh
compressor secara isentropic (tanpa rugi-rugi)
proses isentropic - kompresi
2. Udara yang dikompresi masuk kedalam ruang
bakar dan dibakar secara isobaric (tekanan
tetap)
proses isobaric-penambahan panas
3. Udara yang dibakar berekspansi didalam
turbine dan menghasilkan daya yang Sebagian
diserap compressor dan Sebagian digunakan
menggerakan beban.
Proses isentropic-ekspansi
4. Pembuangan panas ke atmosfir secara isobaric
isobaric-heat rejection

10. 3. JENIS-JENIS GAS TURBINE DI INDUSTRI
3.1 AERO DERIVATIVE GAS TURBINE
GE LM 6000 53
MW
ROLLS ROYCE K501 4MW
ROLLS ROYCE AVON
20MW ROLLS ROYCE RB211
28MW
Aero derivative gas turbineadalah gas turbine aero yang digunakan sebagai penggerak
generator, compressor, atau propulsi kapal. Ada beberapa modifikasi yang dilakukan.

11. 11
GE FRAME 7 90MW
SIEMENS V94 132 MW
MITSUBISHI 701F
240 MW
3.2 HEAVY DUTY GAS TURBINE
Adalah gas turbine yang didisain untuk penggunaan non aero, secara konstruksi berbeda
dengan gas turbine aero. Biasanya digunakan sebagai pembangkit listrik dengan daya yang
besar (lebih besar dari 15 MW).

12. 12
DRESSER RAND
KONDSBERG KG2
2MW
SOLAR MARS 100,
15900 HP
SOLAR TAURUS 60,
5670 kWe
SOLAR CENTAUR 40,
4700HP
SOLAR SATURN 20,
1590 HP
3.3 INDUSTRIAL GAS TURBINE
Adalah gas turbine yang didisain untuk penggunaan di industry seperti oil & gas, dan
industry yang lain, dayanya berkisar 2 sampai 15 MW

13. 13
4. APLIKASI GAS TURBINE INDUSTRIAL
2. PIPELINE (COMPRESSOR DRIVER)
1. POWER GENERATION Digunakan pada power plant PLTG atau PLTGU
sebagai combined cycle. Menggunakan bahan
bakar gas atau liquid
Digunakan untuk transmisi gas dari satu
tempat ke tempat lain

14. 14
4. APLIKASI GAS TURBINE INDUSTRIAL (CONT’D)
3. OFFSHORE GAS TURBINE
4. MARINE & MILITARY GAS
TURBINE
KRI RENCONG, MENGGUNAKAN 2 UNIT
LM 2500 GAS TURBINE
TANK M1 ABRAMS MENGGUNAKAN GAS
TURBINE HONEYWELL AGT 1500
Digunakan di rig lepas pantai. Biasanya
sebagai penggerak generator untuk keperluan
listrik di rig
Pada saat mengejar musuh, kapal
menggunakan penggerak gas turbine
Daya yang dihasilkan lebih besar dari
diesel dan lebih kompak.

15. 15
5. KONDISI OPERASI GAS TURBINE
Udara yang masuk gas turbine mengalami perubahan kecepatan, tekanan,
dan temperatur. Pada saat kompresi yang diperlukan adalah kenaikan tekanan
dan temperatur bukan kenaikan kecepatan. Pada proses pembakaran gas
temperaturnya naik dan kemudian diubah oleh nozzle menjadi kecepatan yang
tinggi untuk menggerakkan turbine.

16. 16
5.1 PROSES PADA GAS TURBINE
PRINSIP DIFFUSER & NOZZLE PERUBAHAN ENERGI DI
TURBINE
SIKLUS GAS TURBINE

17. 17
6. KOMPONEN GAS TURBINE
KOMPONEN UTAMA GAS TURBINE
1. COMPRESSOR
2. COMBUSTOR
3. TURBINE
SISTEM PENDUKUNG TURBINE
1. AIR SYSTEM
2. FUEL SYSTEM
3. OIL SYSTEM
4. START SYSTEM
5. CONTROL SYSTEM

18. 18
7. KOMPONEN UTAMA GAS TURBINE
7.1. COMPRESSOR
7.1.1. AXIAL COMPRESSOR
Terdiri dari rotor yang
dipasangi blade airfoil ,
ditumpu diantara bearing
yang dipasang pada casing
yang dipasangi stator vane.
Satu tingkat compressor
terdiri dari satu row rotating
blade diikuti satu row stator
vane.
Berfungsi untuk mengisap sejumlah massa udara dari luar dan
memberikan tekanan tertentu sebelum masuk keruang bakar. Ada
dua jenis compressor yaitu axial dan centrifugal

19. 19
7.1.1. AXIAL COMPRESSOR (CONT’D)
Kenaikan tekanan udara
terjadi karena energi yang
diberikan oleh rotor yang
menaikan kecepatan udara.
Kecepatan diturunkan pada
stator sehingga energi
kinetic diubah menjadi
tekanan.
Dalam satu tingkat
perbandingan tekanan
keluar dan tekanan masuk
cukup kecil antara 1:1 dan
1:2

20. 20
7.1.2. CENTRIFUGAL COMPRESSOR
Satu tingkat centrifugal
compressor terdiri dari satu
impeller dan satu diffuser
Impeller berputar pada
kecepatan yang tinggi dan
udara diisap terus menerus
melalui bagian tengah
impeller. Gaya centrifugal
menyebabkan udara keluar
impeller secara radial dan
mempercepat udara serta
menaikkan tekanan.
Udara yang keluar dari
impeller masuk ke diffuser
yang berbentuk konvergen
dan mengubah energi
kinetic menjadi tekanan.
Biasanya kenaikan tekanan
setengahnya dari impeller
dan setengah dari diffuser

21. 21
7.1.2. CENTRIFUGAL COMPRESSOR (cont’d)
Centrifugal compressor bisa
memiliki satu sisi atau dua
sisi impeller
Untuk memaksimalkan
aliran udara dan kenaikan
tekanan impeller harus
berputar pada kecepatan
tinggi. Impeller dirancang
untuk berputar sampai
kecepatan tip 1600 ft/detik.
Untuk menjaga agar tetap
efisien, harus dihindari
kebocoran yang berlebih
maka clearance antara
impeller dan casing harus
dibuat sekecil mungkin
Pressure ratio centrifugal
compressor berkisar dari 3
sampai 6 tiap stage

22. 22
Centrifugal compressor lebih kokoh/kuat dari axial
compressor dan lebih mudah dibuat. Axilal compressore
mengisap lebih banyak udara dibanding centrifugal
compressor dengan luas penampang yang sama dan bisa
menghasilkan pressure ratio yang lebih tinggi. Karena
jumlah udara menentukan gaya dorong maka untuk jet
engine dipilih axial compressor. Centrifugal compressor
masih dipilih untuk engine kecil dimana kesederhanaan
dan ketangguhan merupakan pilihan utama.
7.1.3. PERBANDINGAN AXIAL DAN CENTRIFUGAL COMPRESSOR

23. 23
7.2. COMBUSTION CHAMBER
Berfungsi untuk membakar udara dari compressor dengan bahan bakar yang
disupply dari fuel nozzle sehinnga udara berekspansi dengan mulus pada
temperature tertentu dengan losses yang minimal.
Udara yang masuk dari compressor temperaturnya sudah naik menjadi 200- 500 C
karena tekanan yang tinggi. Dari pembakaran akan ada kenaikan temperature 650 -
1150 C.
Combustion chamber/ruang bakar

24. 24
7.2. COMBUSTION CHAMBER (cont’d)
Udara yang masuk dari compressor bisa mencapai 500 ft/s (167 m/s), terlalu tinggi
untuk pembakaran, harus diperlambat maka bagian depan combustor berbentuk
diffuser. Kecepatan udara masih sekitar 80 ft/s (26.7 m/s), karena kecepatan
pembakaran kerosen hanya beberapa ft/detik maka kecepatan udara diturunkan
menggunakan swirler sehingga pembakaran bisa stabil pada sepanjang operasi
turbine.
Pada operasi normal rasio bahan udara/fuel diruang bakar bisa mencapai 45:1 dan
30:1. karena kerosen hanya efisien pada rasio 15:1, fuel harus dibakar oleh
Sebagian udara yang masuk yang disebut primary combustion zone.
Zona pembakaran pada combustion chamber

25. 25
Sekitar 20% massa aliran udara masuk ke snout kemudian masuk ke swirler dan
flare dan kemudian masuk primary combustion zone. Massa aliran udara 80% masuk
ke area antara ruang annular dan casing, 20% dari udara ini masuk ke secondary
holes dan bergabung di primary combustion zone dan membentuk vortex yang
menstabilkan flame.
Temperatur hasil pembakaran sekitar 1800 sampai 2000 C yang terlalu panas
untuk dialirkan ke nozzle turbine. Sisa udara 60% yang tidak digunakan untuk
pembakaran dimasukkan ke ruang bakar. Sepertiganya digunakan untuk
mendinginkan gas di zona dilution sebelum masuk turbine. Sisanya 40 %
digunakan untuk mendinginkan dinding ruang bakar.
7.2. COMBUSTION CHAMBER (cont’d)

26. 26
7.2.1 JENIS JENIS COMBUSTION CHAMBER
1. CAN TYPE
2. CAN- ANNULAR TYPE
3. ANNULAR TYPE
Biasanya digunakan pada
gas turbine aero yang
menggunakan compressor
centrifugal (contoh engine
Dart 7) atau heavy duty
industrial gas turbine (GE
frame)
Banyak digunakan pada
turbofan gas turbine
(JT8D)
Contoh digunakan pada
Solar gas turbine (Saturn,
Centaur, Taurus dll)

27. 27
Fungsi turbin adalah menghasilkan daya untuk menggerakkan compressor,
accessory drive (seperti oil pump), daya poros yang menggerakan beban,
atau gaya dorong jet pada jet engine aero.
7.3 . TURBINE
Untuk menghasilkan torsi penggerak, satu tingkat turbine harus terdiri dari
stationary nozzle guide vanes dan rotating blade.
Perpindahan energi dari gas ke turbine
Perpindahan energi dari gas ke turbine adalah perpindahan energi dari gas
hasil pembakaran ke turbine dan tidak bisa 100% karena adanya mechanical
losses
Pada saat gas memasuki stationary nozzle, energi gas yang berupa panas
dan tekanan diubah menjadi energi kinetic, yaitu gas dipercepat dinozzle
sehingga kecepatannya naik.
Pada saat gas memasuki rotating blade, energi kinetic gas diubah menjadi
daya putaran poros

28. 7.3.1 Perubahan energi pada turbine
ß2
α2
Cw2
V2
C2
U
α1
V1
U
Cw1
C1
ß1
Stationary
nozzle
Rotating
blade
Daya yang dihasilkan adalah
W = mU(Cw1-Cw2)
Karena ada perubahan arah
kecepatan uap maka terjadi
perubahan momentum
Perubahan momentum = gaya
Gaya x kecepatan = Daya
Dari cara perubahan energi, ada dua jenis turbine yaitu turbine
impulse dan turbine reaksi
Gaya yang dihasilkan adalah
F = m (Cw1-Cw2)

29. 7.3.1 Perubahan energi pada turbine
Aliran gas 1kg/detik dengan kecepatan c1=196.2 m/detik menabrak
benda diatas:
a. Kecepatan benda c2 =0, maka gaya dorong F=1/9.81(196.2-0) = 20
kg
b. Kecepatan benda c2=-196.2 maka gaya dorong F=1/9.81 (196.2-(-
196.2))= 40 kg
c. Kecepatan masuk 196.2 cos 30=170 m/detik, kecepatan keluar -
196.2 cos 30=-170 m/detik maka gaya dorong F=1/9.81(170—
(170)=34.7 kg

30. Turbine Impulse Dan Reaksi
• Pada turbin impulse, penurunan tekanan
gas hanya terjadi pada stationary nozzle
• Pada turbin reaksi, penurunan tekanan gas
terjadi pada stationary nozzle dan rotating
blade

31. 31
1. AXIAL TURBINE
2. RADIAL TURBINE
7.3.2 Jenis-jenis Turbine
Aliran gas masuk dan
keluar pada turbine
searah dengan sumbu
rotor
Aliran gas masuk pada
turbine arahnya dari
luar menuju sumbu
rotor, sedangkan arah
gas keluar arahnya
sama dengan sumbu
rotor

32. 32
8. SYSTEM PENDUKUNG GAS TURBINE
8.1 Air System
Fungsi air system:
1. Supply udara untuk pembakaran
2. Pendingin ruang bakar dan turbine
3. Sealing
4. Control (pneumatic, FCU)

33. 33
8.1 Air System (cont’d)
Supply udara untuk pembakaran dan cooling di cumbustor
Airflow didalam gas turbine untuk sealing dan cooling

34. 34
Pendinginan pada nozzle guide
vane dan blade
Sealing dan cooling pada turbine
8.1 Air System (cont’d)

35. 35
8.2 Fuel System
Fungsi fuel system:
Mengatur supplai fuel dan memastikan bahwa tekanan dan jumlah fuel
yang dimasukkan ke combustion system untuk menjaga turbin
beroperasi pada speed dan load yang ditentukan.
Fuel diatur secara otomatis pada saat start sampai full speed dan
kemudian mengatur aliran fuel agar mendapat speed turbine dan beban
yang sesuai dengan kondisi operasi.

36. 36
8.3 Oil System
Fungsi oil system:
1. Lubrikasi & pendinginan bearing
2. Control (hidrolik)
Setiap saat agar beroperasi dengan baik, gas turbine
memerlukan oil pada temperature, pressure, dan jumlah
yang tertentu dan kualitas tertentu. Oil ini digunakan agar
bearing dan komponen hidrolik bisa berfungsi dengan
baik
Komponen utama oil system adalah:
1. Tanki oil
2. main oil pump dan auxiliary oil pump dan scavange
pump pada aero derivative engine
3. Oil cooler
4. Filter
5. Valve, regulator dll

37. 37
8.3.1 System lubrikasi
Minimum requirement oil system per API
standard 614

38. 38
8.4 Start System
Pada saat start, air system dan fuel system harus bekerja agar gas
turbine bisa start dengan baik, yaitu
Turbine dan compressor harus berputar pada kecepatan tertentu dan
mensupply udara pada kondisi tertentu dan masuk ke ruang bakar dan
dicampur bahan bakar yang disemprotkan dari fuel nozzle dan
dinyalakan.
Motor starter memutar engine dari
diam ke tahap purging kemudian
light off dan membantu akselerasi
engine sampai self sustaining speed,
setelah itu motor starter dimatikan.
Start cycle engine turbo jet dual
spool

39. 39
Start cycle engine Solar Taurus
8.4 Start System (cont’d)

40. 40
8.4 Start System (cont’d)
Motor starter dihubungkan ke gas turbine menggunakan clutch (kopling)
Untuk gas turbine Solar Namanya sprag clutch assembly
Pada saat start, motor starter memutar turbine melalui sprag yang
mengikat shaft motor dan turbine, semakin tinggi kecepatan posisi
sprag akan berubah karena adanya gaya centrifugal menjadi miring
sehingga ikatan motor dan turbine terlepas.
Sprag clutch assembly

41. 41
8.5 Control System
Fungsi control system :
1. Mengontrol kecepatan
2. Mengontrol load
8.5.1 speed control
Pada saat start-up kecepatan turbine naik sampai sesuai
dengan frekuensi generator dan kecepatan ini dijaga
dengan mengatur supplai fuel ke turbine. Load tidak bisa
diberikan sampai turbine mencapai kecepatan ini dan
control system akan menunjukkan bahwa turbine siap
dibebani. Pada saat beban diberikan kecepatan turbine
menurun dan aliran fuel akan bertambah agar kecepatan
Kembali ke sama dengan frekuensi generator. Sebaliknya
jika beban turun system fuel management akan
mengurangi aliran fuel.

42. 42
8.5.2 Load Control
Fuel management juga digunakan untuk mencegah temperature turbine
(T5) melebihi nilai maksimum yang ditentukan agar turbine berumur
Panjang.
Dengan naiknya beban aliran fuel bertambah dan temperature turbine
naik sedangkan kecepatan tetap.
Ada nilai set point temperature turbine(T5) optimal yang dapat
memaksimalkan beban tanpa memperpendek umur turbin.
Jika turbine beroperasi melebihi temperature ini umur operasi turbine.
Control system akan mematikan turbin jika beban yang diberikan
mengakibatkan temperature mencapai set point.

43. 43
8.5.3 Engine Surge Control
Pada saat start-up dan shut down bagian depan compressor (tingkat
awal) memasukkan udara bertekanan yang lebih besar dari yang bisa di
handle compressor bagian belakang. Kelebihan udara bertekanan akan
menumpuka di bagian belakan compressor, dan jika berlebihan akan
mengalir kebagian depan compressor. Kondisi ini disebut surging dan
dapat membahayakan turbine.
Surging dicegah dengan dua hal:
1. Variable Guide Vanes
mengatur aliran udara yang masuk agar aliran udara di bagian
depan compressor sesuai dengan bagian belakang compressor
2. Bleed Valve
akan mengarahkan udara ke exhaust tanpa melewati combustion
dan turbine pada saat start up sehingga mengurangi kelebihan
udara dalam engine sehingga dapat mencegah surging.

44. 9. SOLAR GAS TURBINE
44
Ada 3 produk Solar gas turbine yang
dirawat di PT NTP
1. Saturn 10
2. Centaur 40
3. Centaur 50

45. 9.1 Produk Gas Turbine Solar
45

46. 9.2 Evolusi Gas turbine Saturn
46

47. 9.3 Evolusi Gas turbine Centaur
47

48. 9.4 Saturn Gas Turbine (sejarah)
Dirancang pada tahun 1960 dengan daya 750 kW (1000 hp)
menggabungkan bobot yang ringan, teknologi aerodinamik dari
industri pesawat terbang, dan keandalan serta kekuatan seperti turbin
uap.
Jumlah unit 4700, pada rentang daya 1-2 MW (1000 -2000 hp).

49. 9.5 Saturn Gas Turbine(spesifikasi)

50. 9.6 Saturn Gas Turbine (compressor)
Gas turbine Saturn memiliki compressor aksial delapan
tingkat dengan stator yang memiliki geometri yang tetap. Jika
dioperasikan pada kecepatan 22,300 rpm, pressure ratio yang
dihasilkan adalah 6.5 : 1 dan mass flow yang dihasilkan 6.1
kg/s 913.5 pps).
Material blade compressor adalah 17-4 stainless steel yang
dicor sedangkan stator vane dan compressor disk
menggunakan material 410 SS. Semua produk compressor
ditawarkan dengan lapisan coating SermeTel untuk
ketahanan korosi.

51. 9.7 Saturn Gas Turbine (combustor)
Combustor Section
Model engine sampai gas turbine Saturn 10-1400 memiliki dua tipe disain
combustor annular, bergantung pada jenis fuel. Pada pemakaian gas fuel saja
fuel manifold yang digunakan adalah yang dipasang pada dome (jenis 2x).
pada penggunaan liquid atau dual fuel, fuel manifold dipasang secara radial
dengan injector dipasang pada dinding luar (jenis AA). Pada gas turbine Saturn
20-1500, fuel manifold luar dengan 12 injector
Turbine Section
Disain turbin aksial tiga tingkat tersedia
dalam bentuk versi one-shaft dan two-
shaft. Generator set, yang beroperasi
pada kecepatan putar konstant,
menggunakan disain one-shaft.
Compressor variabel speed dan
mechanical drive menggunakan disain
two-shaft. Material komponen-
komponen terdapat pada Tabel 2

52. 9.8 Saturn Gas Turbine (nozzle)
 Cooled First-Stage Turbine Nozzle
 Tahun 1980an, Saturn 10-1300 pertama kali
pemakaian cooled first-stage turbine nozzle.
 Terdiri dari satu bagian, integral, vane dan
shroud assembly. yang dibuat dengan precision
casting (gambar 4) yang terbuat dari paduan
temperatur tinggi cobalt-base, FS-414, tahan
terhadap korosi dan oksidasi. memiliki 27 vane
dan memiliki penampang airfoil berlubang
dengan permukaan yang halus dan insert.
 Udara pendingin dari compressor discharge.
Udara masuk kedalam nozzle melalui lubang-
lubang pada outer shroud , mengalir melalui
insert, dan keluar dan bercampur dengan
aliran gas pada trailing edge vane.

53. 9.9 Saturn Gas Turbine (Accessory)
Accessory Drive
Accessory drive pada versi lama one-shaft dan semua versi two-
shaft terdiri dari housing yang terbuat dari ductile iron yang
dipasangi dengan spur-gear heavy duty untuk berbagai keperluan.
Gear ini digerakkan oleh coupling yang dipasang diujung compressor
rotor. Accessory drive ini memungkinkan penggunaan pompa jenis
industri dan accessory lainnya dengan umur panjang, putaran
rendah, sehingga memiliki reliability yang tinggi.

54. 9.10 Centaur Gas Turbine (sejarah)
 Gas turbine Centaur diperkenalkan pada tahun 1969,Sebagai respon dari
kebutuhan customer terhadap turbin industri dalam rentang 1500-3000
kW (2000-4000 hp),. Dalam konfigurasi satu shaft dan 2 shaft ditawarkan
dengan daya keluaran 2020 kW (2710 hp). Ini menggambarkan konsep
baru dalam gas turbine dengan menggabungkan efisiensi, ringan, dan sifat
kompak dari engine pesawat dengan konstruksi yang kokoh, turbine rotor
inlet temperatur (TRIT) yang rendah dan umur yang panjang.
 Dimulai dengan TRIT yang konservative yaitu 816oC (1500 F), tujuannya
adalah agar bisa dikembangkan baik daya maupun efisiensi. Strategi
evolusi disain jangka panjang ini telah melahirkan kelompok produk-
produk, . Mulai dari gas turbine Centaur, produk berevolusi sampai
kemudian menjadi Centaur H, dan produk gas turbine Centaur Taurus.
 Penggunaan teknologi maju telah meningkatkan lebih dari dua kali lipat
output daya pada engine Centaur tanpa memperbesar ukurannya

55. 9.11 Centaur Gas Turbine (rating)
Product Centaur
Centaur
type H
(Centaur
50)
Centaur
Taurus
(Taurus 60)
Model
T-3000 T-5500 T-6200
T-4000 T-5700 T-6500
T-4500
T-4700

56. 9.12 Centaur Gas Turbine (penjelasan)
Gas turbin Centaur adalah penggerak mula yang lengkap dan terintegrasi yang memiliki
tiga bagian dasar : compressor, combustor, dan turbine.
Gas turbine menghasilkan aliran yang continous pada bagian compressor, continous
pada bagian combustion, dan menghasilkan power yang continous pada bagian turbine.
Disain aliran aksial pada turbine menghasilkan aliran yang lurus didalam gas turbine
sehingga menghasilkan efisiensi yang tinggi.
Konfigurasi 2 shaft (gambar 1) memiliki shaft output daya yang independent dari gas
producer , sehingga bisa mendukung rentang kecepatan yang lebar pada daya penuh.
Fitur ini memberikan kontribusi pada keiritan bahan bakar pada saat beban tidak
penuh. Pada konfigurasi ini dua stage turbine pertama hanya menggerakan compressor.
Gas yang keluar dari gas producer mengalir ke power turbine, membentuk kopling
fluida. Energi diserap power turbine dan ditransfer ke output shaft (gambar 2).
Kecepatan gas producer berkaitan dengan power level gas turbine; akibatnya governor
digunakan untuk mengontrol power level. Power turbine berputar pada kecepatan yang
hanya bergantung pada beban, sehingga cocok untuk menggerakan seperti centrifugal
compressor atau centrifugal pump.

57. 9.13 Centaur Gas Turbine 2-shaft

58. 9.14 Centaur Gas Turbine 1 Shaft (1)
 Konfigurasi single-shaft (gambar 3) digunakan
untuk menggerakan generator dimana
kecepatan harus konstant dan tidak bergantung
pada kebutuhan beban. Pada engine ini tiga
tingkat turbine berada dalam satu shaft serta
neggerakan compressor dan beban.

59. 9.15 Centaur Gas Turbine 1 Shaft (2)
Semua model gas turbine Centaur single-shaft dihubungkan ke generator
melalui front-end-drive gearbox (gambar 4) yang menurunkan kecepatan
menjadi 1800 rpm untuk 60 Hz, dan 1500 rpm untuk 50 Hz.
Centaur 40, Centaur 50, serta Taurus 60 memiliki konfigurasi single-shaft dan
two-shaft. Evolusi dari Centaur 40 ke Centaur 50 menghasilkan kenaikan TRIT
dari 900oC ke 1010oC (1660oF ke 1850oF), yang memerlukan komponen hot
section yang baru dengan kemampuan pendinginan yang lebih baik. Evolusi
dari Centaur 50 ke Taurus 60 adalah dengan penambahan compressor stage
(zero stage) dan power turbine dua stage pada konfigurasi two-shaft.

60. 9.16 Centaur Gas Turbine (compressor 1)
 Compressor terdiri dari empat komponen utama: variable guide vane
assembly, compressor case, stator assembly, dan rotor assembly.
Perbandingan compressor Centaur 50 dengan Taurus 60 terlihat pada
gambar 5.
 Inlet guide vane dan dua baris stator pertama (tiga baris pada Taurus 60)
adalah jenis variable geometri. Posisinya berubah sesuai dengan kecepatan
gas producer dari gas turbine. Pada saat awal, vane berada dalam posisi
menutup, sehingga mengurangi aliran udara masuk. Posisi ini
memungkinkan percepatan yang halus dengan TRIT yang relatif rendah.
Dalam mode ini, bleed valve yang ada pada combustor housing melewatkan
sebagian aliran udara ke exhaust collector. Udara yang dibuang ini mencegah
terjadinya surging pada saat akselerasi.
 Tenaga untuk menggerakan variable vanes diambil dari tekanan lube oil gas
turbine melalui servo valve. Silinder hidrolik menggerakan linkage pada
actuating ring sehingga vane bergerak.

61. Centaur Gas Turbine (compressor 2)
• Compressor case pada Centaur 40 berupa satu bagian baja yang dilas. Pada
Centaur 50 dan Taurus 60, compressor case terdiri dari dua bagian yang
disambungkan dengan bolt pada flange. Susunan ini memungkinkan untuk
melepas satu bagian compressor case untuk keperluan inspeksi atau
maintenance dan compressor rotor terasembly saat dibalance dan
diassembly
• Compressor rotor assembly merupakan
jenis drum yang terdiri dari beberapa
disks yang terpisah. Curvic coupling pada
disk memastikan concentricity antara disk
dan shaft, menjag alignment dan balance,
dan meneruskan torsi rotor. Eleventh-
stage blade dipasang pada disk yang
merupakan bagian dari aft stub shaft.
• Compressor rotor gas turbine Centaur 50
dan Taurus 60 ditumpu oleh dua journal
bearing, seperti pada disain Centaur 40,
tetapi sebagai tambahan ada ruang aksial
untuk pemasangan proximity transducer
dekat permukaan bearing untuk

62. 9.17 Centaur Gas Turbine (combustor 1)
Combustor Section
Combustor jenis annular memberikan volume yang besar untuk efisiensi
pembakaran yang tinggi dan profil temperatur yang seragam saat masuk ke
nozzle turbine. Tiga komponen utaama combustor section adalah:
combustor case, combustor liner satu bagian, dan fuel injector.
Centaur 40, Centaur 50, dan Taurus 60 menggunakan combustion chamber
annular vortex-stabilized (gambar 6) dengan dimensi yang sama.

63. Centaur Gas Turbine (combustor 2)
 Tetapi beberapa modifikasi telah dilakukan pada sistem combustion gas
turbine Centaur 50 dan Taurus 60. Combustor cooling, yang serupa
dengan yang dipasang padagas turbine Mars 100 (10 MW-14000 hp), telah
disempurnakan dengan penambahan cooling panel untuk mengurangi
panjang lapisan udara
 pendingin. Ini memberikan peluang untuk pengembangan masa depan
yang memerlukan temperatur udara keluar ruang bakar yang lebih tinggi.
 Fuel dialirkan melalui injector yang menggunakan disain atomizing spray
tip yang mampu mengurangi emisi dan memperbaiki karakteristik low
smoke pada bahan bakar cair. Ignition dilakukan oleh torch ignitor yang
digunakan pada semua gas turbine Solar.

64. 9.18 Centaur Gas Turbine (turbine 1)
 Turbine section pada Centaur gas turbine terdiri dari tiga tingkat aksial.
Pendinginan turbine dilakukan oleh udara dari compressor yang
dibocorkan secara internal yang merupakan bagian integral dari disain
gas turbine. Tidak ada pendinginan dari luar yang diperlukan pada gas
turbine kecuali untuk pendinginan oli dan ventilasi bangunan.
• Disain turbine section pada gas
turbine Centaur 50 menerapkan
disain gas turbine Centaur terkini,
dimodifikasi dengan tepat dan
konsisten dengan pengalaman
pada gas turbine Mars yang lebih
panas. Teknik pendinginan yang
terbukti baik telah diterapkan
pada disain (gambar 7) untuk
mengkompensasi TRIT yang lebih
tingi.

65. Centaur Gas Turbine (turbine 2)
 Disain aerodinamik turbine telah menggunakan airfoil vane dan blade
yang terbaru seluruhnya. First stage nozzle vane sudah menggunakan
pendingin.
 Turbine section pada Taurus
60 single-shaft menggunakan
komponen yang sama dengan
Centaur 50 dan beroperasi
pada TRIT yang sama. Turbine
stage tiga yang lebih besar
sedang dikembangkan untuk
turbine single-stage. Taurus
60 two shaft menggunakan
dua stage gas producer
turbine seperti pada Centur
50, tetapi menggunakan dua
stag power turbine (gambar
8).

66. 9.19 Centaur Gas Turbine (gearbox)
Gearbox
Gearbox dipasang sebagai bagian integral dari paket gas turbine. Gearbox
dibuat berdasarkan the American Gear Manufacturer’s Association (AGMA).
Reduction gearbox yang digunakan pada generator set ini gear yang tangguh
untuk keperluan industri. Unit gear ini merupakan disain epicyclic “star-
compound” (gambar 9). Gear didisain untuk peggunaan continous dengan
kecepatan 1800 rpm untuk 60 Hz dan 1500 rpm untuk 50 Hz. Gearbox
dipasang dengan bolt pada oil tank di skid. Gearboz memiliki pad untuk
pemasangan drive starter, lube pump, dan liquid fuel pump (jika diperlukan).
Accessory gearbox
Accessory drive assembly pada
model two-shaft terdapat di
bagian depan air inlet. Item
yang dipasang pada accessory
drive adalah gas turbine driven
lube oil pump, seal oil pump,
hydraulic atau pneumatic
starter motor, dan opsional
fuel & hydraulic pump.

67. 9.20 Centaur Gas Turbine, product
improvement
Keluarga gas turbine Centaur telah mengalami uprate dan improvement
produk yang terus menerus sejak produksi pertama pada tahun 1960an (tabel
2). Pemakaian yang lebih dari 2500 unit di lebih dari 60 negara dengan total
operating hour lebih dari 100 juta jam (tabel 3). Pengalaman operasi dari
unit-unit tersebut telah menunjukkan bahwa umur yang panjang dan
reliability bisa dipertahankan melalui uprate yang disesuaikan dengan
kemajuan teknologi

68. 9.21 Gas turbine Centaur 40
Gas turbine centaur 40 yang pertama (T-3000) menghasilkan daya 2020 kW(2710 hp)
dengan TRIT 816oC (1500oF). Model ini diuprate menjadi 2500 kW (3350 hp) pada
tahun 1972 dan 2650 kW (3550 hp) pada tahun 1973 . Pada tahun 1974 direlease
model baru yang dinamai sebagai T-4000. Model ini memiliki daya 2860 kW (3830 hp)
dan menaikkan TRIT dari 843oC ke 871oC (1500oF ke 1600oF) dan manaikkan kecepatan
putaran dari 14,660 rpm menjadi 15,000 rpm. Pendinginan first stage nozzle
merupakan perbedaan disain yang mendasar dari T-3000 ke T-4000.
Sejak peluncuran gas turbine T-4000, beberapa improvement pada produk sudah
dilakukan, yang telah memperbaiki performance dan reliability hgas turbine.
Improvement tersebut antara lain:
Compressor componen
 Combusor pattern factor
 Turbine cooling
 Material upgrade

69. Gas turbine Centaur 40 (1)
 Uprate dari T-4000 ke T-4500 pada tahun 1985 merupakan langkah logis
dalam evolusi produk. Dengan improvement pada komponen
memungkinkan untuk menaikan TRIT tanpa mengurangi umur operasi. Ini
sudah ditunjukkan dilapangan pada gas turbine T-4000.
 Yang terbaru adalah uprate dari T-4500 ke T-4700 yang mengganti 1st stage
compressor disk lama dengan disk yang baru yang lebih efisien dan
hasilnya adalah kenaikan daya menjadi 3470 kW (4650 hp).

70. 70
Compressor gas turbine Centaur yang awal didisain untuk beroperasi
dengan efisiensi maksimum pada putaran 14300 rpm. Tetapi dengan
adanya model T-4000, putaran dinaikkan menjadi 15000 rpm sehingga
terjadi sedikit penurunan efisiensi khususnya pada 1st stage. Sebagai
bagian dari product improvement program, 1st disk baru dengan efisiensi
lebih tinggi dipasang pada semua Centaur T-4500 dan Centaur Type H
yang dimulai pada akhir tahun 1991.
Analisis tentang blade pada 1st stage yang baru sudah dilakukan oleh
Solar menggunakan program finite element yang mencakup dynamic
stress maupun natural frequency dinamik pada rentang operasi. Batas
keamanan high-cycle fatigue airfoil juga sama atau lebih tinggi dari disk
yang lama. Dengan menggunakan teknologi compressor pada gas
turbine Mars, airfoil pada 1st stage inlet guide vane, blade, dan stator
airfoil dapat meningkatkan mass flow.
Gas turbine Centaur 40 (2)

71. 9.22 Centaur 50 (Centaur Type H) -1
71
 Gas turbine centaur 50 diperkenalkan pada tahun 1985. Jumlah populasi
dilapangan mencapai 325 unit dengan jumlah operating hour mencapai
2.2 juta jam
 Tujuan disain Centaur 50 adalah untuk menaikkan daya output menjadi
lebih dari 3730 kW (5000 hp) dan thermal efisiensi untuk simpel-cycle
mencapai 30%. Konsisten dengan strategi evolui disain, selalu
mempertahankan sebanyak mungkin komponen-komponen Centaur 40
yang sudah proven, dengan fitur tambahan monitoring dan perawatan
produk. Untuk mencapai tujuan performance, dibuat perubahan kecil jalur
aliran compressor untuk menaikkan kompresi rasio dan TRIT dari 871oC ke
1010oC (1600oF ke 1850oF). Kenaikan temperatur dicapai dengan
menggunakan teknologi aero/thermal yang sudah digunakan pada disain
gas turbine Mars. Tiga tingkat turbine menggunakan teknik pendinginan
gas turbine Mars dan combustor annular dengan vortex-stabilized sama
seperti pada gas turbine Mars.

72. Centaur 50 (Centaur Type H)-2
Fitur-fitur yang sudah memenuhi spesifikasi American Petroleum Insitute
(API) antara lain split compressor case, akses boroscope, dan sistem
diagnostik bearing dan shaft. Konfigurasi disain Centaur 50 masih sama
seperti keluarga gas turbine Centaur. Ukuran frame sama baik single-shaft
maupun two-shaft konsisten dengan product line. Gambar 11 adalah
perbandingan antara gas turbine Centaur 50 dan Centaur 40.

73. 73
Studi berikutnya tentang Centaur 50 berfokus pada meng uprate dan
memperluas jangkauan operasi dari gas turbine Centaur 50. Studi ini
mengarah pada pengembangan 1st compressor stage baru yang memiliki
efisiensi tinggi yang bisa digunakan pada gas turbine Centaur 40 dan Centaur
50. Fitur ini mulai diperkenalkan pada produksi baru gas turbine Centaur 40
dan Centaur 50 pada November 1991. Dengan tambahan performance
karena penggunaan 1st compressor yang baru , Centaur 50 ini diubah
namanya dari T-5500 menjadi T-5700.
Centaur 50 (Centaur Type H)-3

74. Perbandingan Centaur 40 & Centaur 50
74

75. 75
TERIMA KASIH