Turbin uap (steam turbine) di marine adalah tenaga yang merubah tenaga potensial dari uap menjadi tenaga kinetis didalam pipa pancar, selanjutnya tenaga kinetis ini dirubah lagi menjadi tenaga mekanis didalam roda jalan.
Sedangkan mesin uap adalah tenaga yang merubah tenaga potential dari uap langsung dirubah menjadi tenaga mekanis di poros engkol.
Dewasa ini mesin uap sudah tidak digunakan di kapal lagi, karena tenaga mesin uap jauh lebih kecil dibandingkan dengan tenaga turbin uap, sementara kapal-kapal saat ini cenderung mempunyai ruang muat yang besar, sehingga ukuran kapal menjadi besar, pada ukuran kamar mesin yang sama, tenyata tenaga turbin uap jauh lebih besar dari pada tenaga mesin uap.
Turbin uap berfungsi sebagai berikut :
a. Turbin de Laval sebagai penggerak pesawat-pesawat bantu.
b. Turbin Zoelly sebagai penggerak generator-generator listrik dan kapal pada unit unit kecil
c. Turbin Curtis sebagai Roda muka pada turbin gabungan atau sebagai turbin
mundur.
d. Turbin Parson sebagai penggerak baling-baling kapal
Selanjutnya dijumpai lagi turbin gabungan yaitu beberapa turbin (biasa 2 unit turbin) digabungkan dan dipasang serie pada satu poros (rotor) turbin, dengan maksud kelemahan-kelemahan turbin yang satu dapat terkompensasi pada turbin lainnya sehingga efeciency dapat diraih.
Jenis – jenis Uap
Uap yang diproduksi di ketel dapat dibedakan dalam beberapa jenis uap seperti :
a. Uap basah ialah uap yang masih mengandung butir-butir air
b. Uap jenuh ialah uap yang tidak mengandung butir-butir air yang mempunyai tekanan tertinggi pada suhu tertentu.
c. Uap panas lanjut (uap kering) ialah uap yang suhunya lebih tinggi dari pada tekanan yang sama.
Instalasi Penggerak Uap
- Drum uap
- Drum air
- Pipa air tirai
- Pipa air utama
- Pemanas lanjut uap
- Economiser
- Pemanas udara
- Cerobong
- Dapur
10.Turbin tekanan tinggi - Turbin tekana rendah
- Turbin mundur
- Condensor
- Hot Well
- Feed Pump
- Pre heater
- Reduction gear
- Thrust block
- Prepeller shaft
- Prepeller
Cara kerjanya
Air didalam pipa – pipa air tirai dan pipa air utama dipanaskan oleh gas-gas pembakaran hasil pembakaran bahan bakar dan udara didapur. Air ini akan menyerap panas dari gas pembakaran, mengakibatkan air menjadi panas, mendidih dan menguap. Uap yang terbentuk adalah uap jenuh dimasukkan dalam drum uap. Selanjutnya uap ini dipanaskan lagi di pemanas lanjut uap, sebagai pemanas uap tersebut menggunakan gas pembakaran, sehingga uap jenuh tadi berobah menjadi uap panas lanjut uap panas lanjut inilah yang digunakan untuk menggerakkan turbin.
Uap penggerak turbin tersebut adalah uap baru (UBA) dan setelah dipakai di turbin menjadi uap bekas (UBE) untuk turbin tekanan rendah ataupun turbin mundur digerakkan juga oleh uap baru dari ketel. Uap bekas yang telah terpakai di turbin didinginkan (dikondensasikan) di condensor menjadi kondensat. Kondensat ini ditampung di bak air panas (hot well), selanjutnya dimasukkan sebagai air ketel melalui preheater dan economiser.
Penambahan air pengisian ketel dilaksanakan dari air kondensasi baik di condensor maupun air yang diproduksi di Evaporator.
Komponen-komponen turbin uap
Berikut adalah beberapa bagian-bagian penting dari turbin uap :
Shaft Seal
Shaft seal adalah bagian dari turbin antara poros dengan casing yang berfungsi untuk mencegah uap air keluar dari dalam turbin melewati sela-sela antara poros dengan casing akibat perbedaan tekanan dan juga untuk mencegah udara masuk ke dalam turbin (terutama turbin LP karena tekanan uap air yang lebih vakum) selama turbin uap beroperasi.
Turbin uap menggunakan sistem labyrinth seal untuk shaft seals. Sistem ini berupa bagian yang berkelak-kelok pada poros dan casing-nya yang kedua sisinya saling bertemu secara berselang-seling. Antara labyrinth poros dengan labyrinth casing ada sedikit rongga dengan jaraj tertentu. Sistem ini bertujuan untuk mengurangi tekanan uap air di dalam turbin yang masuk ke sela-sela labyrinth sehingga tekanan antara uap air dengan udara luar akan mencapai nilai yang sama pada titik tertentu. Selain adanya sistem labyrinth seal, ada satu sistem tambahan bernama sistem seal & gland steam. Sistem ini bertugas untuk menjaga tekanan di labyrinth seal pada nilai tertentu terutama pada saat start up awal atau shut down turbin dimana pada saat tersebut tidak ada uap air yang masuk ke dalam turbin uap.
Turbine Bearings
Bearing / bantalan pada turbin uap memiliki fungsi sebagai berikut :
- Menahan diam komponen rotor secara aksial.
- Menahan berat dari rotor.
- Menahan berbagai macam gaya tidak stabil dari uap air terhadap sudu turbin.
- Menahan gaya kinetik akibat dari sisa-sisa ketidakseimbangan atau ketidakseimbangan karena kerusakan sudu (antisipasi).
- Menahan gaya aksial pada beban listrik yang bervariasi.
Jenis bearing yang digunakan dalam desain turbin uap yaitu thrust bearing, journal bearing, dan kombinasi antara keduanya. Selain itu juga dibutuhkan sebuah sistem pelumasan menggunakan oli, yang secara terus-menerus disirkulasi dan didinginkan untuk melumasi bearing yang terus mengalami pergesekan pada saat turbin uap beroperasi normal.
Balance Piston
Pada turbin uap, ada 50% gaya reaksi dari sudu yang berputar menghasilkan gaya aksial terhadap sisi belakang dari silinder pertama turbin, gaya inilah yang perlu dilawan oleh sistem balance piston.
Turbine Stop Valves
Atau disebut juga Emergency Stop Valve karena berfungsi untuk mengisolasi turbin dari supply uap air pada keadaan darurat untuk menghindari kerusakan atau juga overspeed.
Turbine Control Valve
Berfungsi untuk mengontrol supply dari uap air yang masuk ke dalam turbin sesuai dengan sistem kontrol yang bergantung pada besar beban listrik.
Turning Device
Adalah suatu mekanisme untuk memutar rotor dari turbin pada saat start awal atau pada saat setelah shut down untuk mencegah terjadinya distorsi/bending akibat dari proses pemanasan atau pendinginan yang tidak seragam pada rotor.
Prinsip kerja turbine uap
Turbin uap terdiri dari sebuah cakram yang dikelilingi oleh daun-daun cakram yang disebut sudu-sudu. Sudu-sudu ini berputar karena tiupan dari uap bertekanan yang berasal dari ketel uap, yang telah dipanasi terdahulu dengan menggunakan bahan bakar padat, cair dan gas.
Uap tersebut kemudian dibagi dengan menggunakan control valve yang akan dipakai untuk memutar turbin yang dikopelkan langsung dengan pompa dan juga sama halnya dikopel dengan sebuah generator singkron untuk menghasilkan energi listrik.
Setelah melewati turbin uap, uap yang bertekanan dan bertemperatur tinggi tadi muncul menjadi uap bertekanan rendah. Panas yang sudah diserap oleh kondensor menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian dipompakan kembali menuju boiler. Sisa panas dibuang oleh kondensor mencapai setengah jumlah panas semula yang masuk. Hal ini mengakibatkan efisisensi thermodhinamika suatu turbin uap bernilai lebih kecil dari 50%. Turbin uap yang modern mempunyai temperatur boiler sekitar 5000C sampai 6000C dan temperatur kondensor 200C sampai 300C.
Kelebihan dan kekurangan turbin uap (steam turbine)
Kelebihan dari turbin uap diantaranya :
- Turbin Uap memiliki tenaga yang rata, pemakaian uap sangat efisien baik pada saat tekanan rendah ataupun rendah.
- Getaran sangat kecil.
- Pemakaian bahan bakar kecil dan bertenaga sangat besar.
Kekurangan dari turbin uap adalah mesin turbin uap tidak dapat berputar balik (non reverseable) sehingga diperlukan reversing turbin tersendiri.
Read more : Kelebihan turbin uap di kapal, Aplikasi turbin uap di marine
