ANALISA KEGAGALAN LOW PRESSURE TURBINE BLADE PADA MESIN APU TSCP700-4B PESAWAT DC-10-30 Oleh: Felix Tjiang 2109100034 Dosen Pembimbing: Prof. Dr. Ir. Wajan Berata, DEA 195012111985021001
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
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
Kronologi Kegagalan
Pengamatan dengan Fotografi
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
PENGAMATAN MIKROSKOPIK
1
2
3
4
PENGAMATAN MIKROSKOPIK
Arah propagarasi
Awal retakan
PENGAMATAN MIKROSKOPIKA B
C D
PENGAMATAN MIKROSKOPIK
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
Pengamatan dengan SEM
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
Pengamatan dengan SEM
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
IDENTIFIKASI TEGANGAN & BEBAN OPERASIONAL
IDENTIFIKASI TEGANGAN & BEBAN OPERASIONAL
• 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
IDENTIFIKASI TEGANGAN & BEBAN OPERASIONAL
• 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
IDENTIFIKASI TEGANGAN & BEBAN OPERASIONAL
• Teori Kegagalan Rankine
σmax = σ1
• Teori Kegagalan Tresca
τmax =σ1 − σ22
• Teori Kegagalan Von Mises
𝜎𝑒𝑞 = 𝜎12 + 𝜎2
2 − 𝜎1𝜎2
IDENTIFIKASI TEGANGAN & BEBAN OPERASIONAL
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
Related Documents
