analisa kegagalan low pressure turbine...

ANALISA KEGAGALANLOW PRESSURE TURBINE BLADEPADA MESIN APU TSCP700-4BPESAWAT DC-10-30

Oleh:

Felix Tjiang

2109100034

Dosen Pembimbing:

Prof. Dr. Ir. Wajan Berata, DEA

195012111985021001

PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

APU tidak dapat mencapai performa yang sudah ditetapkan

Engine Defect Investigation dilakukan

Ditemukan kegagalanpada Low Pressure Turbine Blade

LATAR BELAKANG

PERUMUSAN MASALAH

Penyebab Kegagalan

Mekanisme & Modus

Solusi

BATASAN MASALAH

• Pengambilan data berupa beban serta temperatur yang bekerja pada komponen low pressure turbine blade hanyadibatasi pada saat pesawat berada di udara.

• Proses perakitan dan perawatan berjalan sesuai dengan standar operasional yang telah ditentukan.

• Kondisi peralatan pengujian dilakukan dianggap sempurna, sudah terkalibrasi dengan baik.

METODE PENELITIAN

DIAGRAM ALIR

PENELITIAN

MULAI

KUNJUNGAN LAPANGAN

IDENTIFIKASI PERMASALAHAN KASUS KEGAGALAN PADA LOW

PRESSURE TURBINE BLADE TINGKAT II PADA PESAWAT DC-10-30"

STUDI LITERATUR

STUDI LAPANGAN

INFORMASI TENTANG KEGAGALAN Waktu terjadinya kegagalan Bentuk kerusakan atau patahan Dimensi kerusakan atau patahan Sketsa awal bentuk kegagalan

INFORMASI TENTANG KOMPONEN Nama dan kodifikasi komponen Lokasi komponen Fungsi dan cara kerja

PERUMUSAN MASALAH &

TUJUAN PENELITIAN

A

A

IDENTIFIKASI TEGANGAN DAN

BEBAN OPERASIONAL

PEMBAHASAN & ANALISA DATA

KESIMPULAN & SARAN

SELESAI

METALOGRAFI

PENGUJIAN KOMPOSISI KIMIA

PENGAMATAN MAKROSKOPIK

PENGAMATAN MIKROSKOPIK

B

B

SPESIMEN

TABEL PENGAMATAN & PENGUJIAN

Spesimen

Pengamatan Makroskopik Pengujian

Komposisi

Kimia

Pengamatan

Mikroskopik

Pengujian Metalografi

Fotografi Stereomikroskopik Mikroskop optis SEM

Spesimen 1 v v v v v v

Spesimen 2 v v

DATA & ANALISA

DATA AWAL KERUSAKAN

Jenis Informasi Keterangan

Nama komponen Low pressure turbine blade tingkat kedua

Posisi komponenTerpasang pada low pressure turbine rotor

tingkat kedua

Bentuk kerusakan Patahan

Lingkungan operasiTemperatur tinggi dengan temperatur udara

keluaran 585o C

Letak kerusakan komponenPada bagian tengah blade 17 mm dari ujung

root

Jenis

Dimensi

Besar Dimensi yang

Diijinkan

Dimensi X 0,508 mm max

Dimensi AA 70,104 mm min

Dimensi AB 11,598 mm

Dimensi AC 12,319 mm min

Dimensi CO 0,330 mm max

Skema & Dimensi

Kronologi Kegagalan

• Pada tanggal 22-12-2013, setelah menjalani perawatan rutin, APU P90388 berhasil dipasang pada pesawat terbang DC 10-30 dan dapat dijalankan dengan baik.

• Pada tanggal 03-01-2013, terjadi kegagalan pada APUpada saat pesawat akan bersiap untuk lepas landas dari Chittagong. Kegagalan yang dapat dideteksi adalah low pressure monopole hanya dapat mencapai performa 15% dari kecepatan putar normal.

• Pada tanggal 06-01-2013 pada inspeksi yang dilakukan pada APU ditemukan adanya kebocoran oli. Perbaikan dilakukan pada APU dan APU dapat berjalan dengan normal dan kebocoran oli sudah teratasi.

Kronologi Kegagalan

• Pada tanggal 07-01-2013 auto shut downterjadi pada saat APU dijalankan.

• Pada tanggal 12-01-2013 ditemukan bahwa poros mesin tidak dapat berputar. Investigasi lebih lanjut ditemukan partikel metal pada metal chip detector. Pada investigasi ini juga ditemukan kerusakan pada low pressure bearing cage, low pressure turbine blade tingkat kedua, dan low pressure turbine blade shroud tingkat kedua

Kronologi Kegagalan

Pengamatan dengan Fotografi

A. Sisi Cembung (Circumferential View)

B. Permukaan Radial

C. Sisi Cekung (Circumferential View)

a

b

Bagian terang

Bagian gelap

Profil datar

Profil datar

Trailing edge

Leading edge

Profil bergelombang

Profil bergelombang

Pengamatandengan

Stereomikroskopik

Pengamatan dengan Stereomikroskopik

a

bTransverse microcrack

ANALISA KOMPOSISI KIMIAUnsur AMS 5391 X-RF (%)

Al 5,50-6,50 3,6

Si 0,5 max 0,06

Ti 0,50-1,00 0,58

Cr 12,00-14,00 12,25

Mn 0,25 max 0,12

Fe 2,5 max 0,05

Co+Ta 1,80-2,80 0,04

Ni Bal 77,57

Nb 2 max 1,53

Mo 3,80-5,20 3,9

W ... 0,04

V ... 0,0038

C 0,08-0,20 -*

Zr 0,05-0,15 0,09

Cu 0,5 max 0,17

Total 100,00


1

2

3

4


Arah propagarasi

Awal retakan

PENGAMATAN MIKROSKOPIKA B

C D


A B

PENGUJIAN METALOGRAFI

A

B

1

2

PENGUJIAN METALOGRAFI

1 2

Pengamatan dengan Mikroskop Optis

A

B C

MicrocrackMicrocrack

Pengamatan dengan Mikroskop Optis

A

B C

Microcrack

Microcrack

D E

Pengamatan dengan SEM

A B

A B


UnsurMass %

Area 1 Area 2 Area 3 Area 4

C 27,00 53,62 72,92 70,50

O 1,60 13,85 4,87 13,43

Al 3,52 2,55 0,44 0,51

Si - 0,42 - -

Cl - 0,39 - -

Ti 0,44 0,42 3,33 0,08

Cr 9,47 3,56 2,45 1,98

Fe - 5,29 - -

Ni 55,49 28,39 11,60 -

Nb - - 33,16 0,24

Mo 2,48 1,51 7,67 0,64

Total 100,00


BA

A B

IDENTIFIKASI TEGANGAN & BEBAN OPERASIONAL

Jenis Parameter Nilai

Parameter material

Massa jenis, 𝜌 7913 kg/m3

0,2% kekuatan yield, 𝜎𝑦 744,633 MPa

Kekuatan tarik, 𝜎𝑈𝑇𝑆 937,686 MPa

Koefisien muai termal, α 1,09.10-7 m/oC

Modulus elastisitas, E 166853,126 Pa

Parameter dimensi

Radius hub, Rh 0,100 m

Radius Tip, Rt 0,150 m

Parameter kondisi operasi

Temperatur outlet dari turbin, To 585oC

Temperatur inlet dari turbin, 𝑇𝑖 750oC

Kecepatan putar 3663,33 rad/s


• Rumus menghitung luas penampang

𝐴 = 𝑥1

𝑥2

𝑦1 𝑑𝑥 − 𝑥1

𝑥2

𝑦2 𝑑𝑥

Radius (m) Luas Penampang (x10-9m2)

0,100 Ah =35,483

0,125 35,617

0,150 At = 35,741


• Pada perhitungan ini digunakan asumsi temperatur pada blade berubah secara linear

𝑇 = 𝑇𝑜 + ∆𝑇𝑟

𝑅ℎ

• Setelah dimasukkan nilai dari masing-masing parameter maka persamaan di atas menjadi

𝑇 = 585 + 165𝑟

0,1

Tegangan Termal

• Rumus untuk menghitung tegangan termal

𝜎𝑡𝑟 = 𝛼. 𝐸1

𝑅ℎ2 0

𝑅ℎ

𝑇 𝑟 𝑑𝑟 −1

𝑟2 0

𝑟

𝑇 𝑟 𝑑𝑟

dan

𝜎𝑡𝜃 = 𝛼. 𝐸1

𝑅ℎ2 0

𝑅ℎ

𝑇 𝑟 𝑑𝑟 +1

𝑟2 0

𝑟

𝑇 𝑟 𝑑𝑟 − 𝑇

Tegangan Termal

Radius (m) Distribusi Tegangan Radial (MPa) Distribusi Tegangan Tangensial

(MPa)

0.100 286.16 286.16

0.105 274.43 262.70

0.110 262.70 239.25

0.115 250.98 215.79

0.120 239.25 192.34

0.125 227.52 168.88

0.130 215.79 145.43

0.135 204.06 121.97

0.140 192.34 98.51

0.145 180.61 75.06

0.150 168.88 51.60

Tegangan Sentrifugal

• Rumus untuk menghitung tegangan termal

𝜎𝑐 =𝜌𝜔2𝐴

4𝜋2 −

2

31 −

𝐴𝑡

𝐴ℎ1 +

1

1+𝑅ℎ𝑅𝑡


• Teori Kegagalan Rankine

σmax = σ1

• Teori Kegagalan Tresca

τmax =σ1 − σ22

• Teori Kegagalan Von Mises

𝜎𝑒𝑞 = 𝜎12 + 𝜎2

2 − 𝜎1𝜎2


Radius (m) 𝝈𝟏 𝝈𝟐 Rankine Tresca Von Mises

0,100 475,3 286,16 475,3 189,14 414,470

0,105 464,565 262,7 464,565 201,865 403,473

0,110 453,83 239,25 453,83 214,58 393,221

0,115 443,105 215,79 443,105 227,315 383,783

0,120 432,37 192,34 432,37 240,03 375,201

0,125 421,635 168,88 421,635 252,755 367,547

0,130 410,9 145,43 410,9 265,47 360,876

0,135 400,165 121,97 400,165 278,195 355,247

0,140 389,44 98,51 389,44 290,93 350,712

0,145 378,705 75,06 378,705 303,645 347,312

0,150 367,97 51,6 367,97 316,37 345,075

Hasil Aman Aman Aman

KESIMPULAN & SARAN

KESIMPULAN

• Yang menjadi penyebab kegagalan adalah kontak antara blade dengan shroud sehingga menyebabkan instantaneous catastrophic failure.

• Awalan retakan diduga karena adanya konsentrasi tegangan yang disebabkan oleh karbida dan oksidasi yang terjadi pada permukaan airfoil.

•Dari hasil perhitungan dengan teori Rankine, Tresca, dan Von Mises desain dari blade ini masih aman.

SARAN

• Perlu dilakukan tinjauan ulang pada proses perawatanpada APU

• Perlu dilakukan analisa getaran dan visualisasitegangan dengan menggunakan software Visual NASTRAN atau ANSYS untuk mendapatkan arah danorientasi tegangan yang terjadi pada daerah yang mengalami kegagalan.

TERIMA KASIH

analisa kegagalan low pressure turbine...

Documents