KAJIAN PENGARUH SUDUT VARIABLE STATOR VANES (VSV)

Transkripsi

1 KAJIAN PENGARUH SUDUT VARIABLE STATOR VANES (VSV) DAN BUKAAN VARIABLE BLEED VALVES (VBV) TERHADAP STABILITAS STALL DAN SURGE PADA KOMPRESOR AKSIAL MESIN PESAWAT TERBANG SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh : DWI MARSUDI NIM. I JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2007

2 KAJIAN PENGARUH SUDUT VARIABLE STATOR VANES (VSV) DAN BUKAAN VARIABLE BLEED VALVES (VBV) TERHADAP STABILITAS STALL DAN SURGE PADA KOMPRESOR AKSIAL MESIN PESAWAT TERBANG Disusun Oleh Dwi Marsudi NIM. I Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II D. Danardono, ST. MT. NIP Eko Prasetya B., ST. MT. NIP Telah dipertahankan di depan Tim Dosen Penguji Pada hari Jumat tanggal 25 Mei Syamsul Hadi, ST. MT. NIP Rendy Adhi R., ST. MT. NIP Zainal Arifin, ST. MT. NIP Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Mesin Koodinator Tugas Akhir Ir. Agustinus Sujono, MT. NIP Wahyu Purwo R., ST. MT. NIP ii

3 PENGHARGAAN Penulis persembahkan karya ini Untuk ALLAH SWT RASULULLAH MUHAMMAD SAW Kedua Orang Tua (Suyadi Mardi Witono dan Maryatun) dan kakak, adik kandung (Agung Setia Budi, Amd. ATT., Rosid Setiawan, Danang Ari Prasetyo) kakak, adik ipar (Heni Riyanti, Amd., Sarmiatun) keponakan-keponakan (Al-Faiz Setia Budi, Yusuf Setiawan, Revi Agustina Wulandari) serta orang yang penulis cintai (Eva Lismayanti) kemudian orang-orang yang senantiasa memberikan arahan dan motivasi (Bp. Sobron Zazid Al-Harun dan Ibu. Sri Kusumastuti) Keluarga Besar Parmo Witono Amad Rosidi Bani Marjuki Trah Karto Suwiryo (DWI MARSUDI) iii

4 MOTTO Dan kami jadikan malam dan siang sebagai dua tanda, lalu kami hapuskan tanda malam dan kami jadikan tanda siang itu terang, agar kamu mencari karunia dari Tuhanmu, dan supaya kamu mengetahui bilangan tahun-tahun dan perhitungan. Dan segala sesuatu telah kami terangkan dengan jelas. (QS. AL ISRAA : 12) Dari Ibnu Umar RU. berkata, Rasulullah SAW telah memegang pundakku, Lalu beliau bersabbda : Jadilah engkau di dunia ini, seakan-akan orang asing atau pengembara (musafir) selanjutnya Ibnu Umar RU. Berkata lagi : Jika engkau di waktu sore maka janganlah engkau menunggu pagi, dan jika engkau di waktu pagi janganlah menunggu sore, dan pergunakanlah (beramal di waktu) sehatmu sebelum kamu sakit dan pergunakan (beramallah) di waktu hidupmu sebelum kamu mati. (AL-HADITS : Diriwayatkan oleh Imam Bukhari) Hidup Sekali Hidup Yang Berarti Kehidupan duniawi hanya sekali, melakukan hal yang terbaik dan mengkhiri dengan baik adalah hidup yang berarti. (DWI MARSUDI) iv

5 ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh sudut Variable Stator Vanes (VSV) dan bukaan Variable Bleed Valves (VBV) terhadap stabilitas stall dan surge pada kompresor aksial mesin pesawat terbang, serta mengetahui performance engine pada posisi Take Off. Mesin yang digunakan adalah engine CFM56-3C1 S/N dengan kompresor aksial tipe two-spool 13 stage. Pengetesan engine pada 4 posisi yaitu Minimum Idle, Approach Idle, Max Continuous, Take Off. Pengujian menggunakan alat Engine Test Control Console dengan referensi Engine Shop Manual Testing mengacu standar ATA (Air Transport Association) Task Kompresor aksial mesin pesawat terbang memiliki daerah nilai VSV dan VBV tertentu, tergantung pada Rpm engine. Hasil penelitian menunjukkan semakin besar putaran engine, sudut VSV dan bukaan VBV semakin mengecil. Besarnya sudut VSV dan bukaan VBV harus berada pada daerah antara batas minimum-maksimum garis stall dan surge. Agar mesin tetap dalam batas aman didapat Sudut VSV 32.4º, 27.2º, 2.1º, 1.8º dan bukaan VBV %, %, 2.0%. Dari hasil pengujian engine didapat performance engine pada posisi Take Off turun, hal itu terlihat dari thrust yang dihasilkan turun 7.2 % dan EGT over limit sebesar 27.4º C. Kata kunci : Variable Stator Vanes, Variable Bleed Valves, Axial Compressor Stall And Surge, CFM56-3C1. v

6 ABSTRACT This research was aimed at finding out how the Variable Stator Vanes (VSV) angle and Variable Bleed Valves (VBV) opening affect the stall and surge stability in axial compressor of airplane engine, as well as at finding out the performance engine in Take Off position. The engine used was CFM56-3C1 S/N with axial compressor type two-spool 13 stage. The engine testing was conducted in 4 position: Minimum idle, Approach Idle, Max Continuous, Take Off. The testing used Engine Test Control Console tool with reference Engine Shop Manual Testing referring to standard of ATA (Air Transport Association) Task Axial compressor of plane machine had area access VSV and certain VBV, depended on Rpm engine. The result of research showed that the larger the engine rotation, the smaller the VSV angle and VBV opening. The value of VSV angle and VBV opening should be in the safety zone between maximum-minimum limit of stall and surge line. It was obtained that VSV angle is 32.4º, 27.2º, 2.1º, 1.8º and VBV opening is %, %, 2.0%. From the result of engine testing it was obtained that the performance engine in Take Off position declined. This could be seen from the result that the thrust declined by 7.2% and EGT over limit of 27.4 o C. Keywords: Variable Stator Vanes, Variable Bleed Valves, Axial Compressor of Stall and Surge, CFM 56-3C1 vi

7 KATA PENGANTAR Bismillaahirrohmaanirrokhiim Assalamu alaikum Wr. Wb. Alkhamdulillaah, segala puji bagi Allah SWT, Tuhan Semesta Alam, yang telah memberikan Rahmat dan Hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Skripsi ini yang berjudul " Kajian Pengaruh Sudut Variable Stator Vanes (VSV) Dan Bukaan Variable Bleed Valves (VBV) Terhadap Stabilitas Stall Dan Surge Pada Kompresor Aksial Mesin Pesawat Terbang". Adapun tujuan penulisan Skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang tiada terhingga kepada Ibunda dan Ayahanda tercinta yang telah memberikan doa restu dan sepenuhnya memberikan dukungan materiil kepada penulis untuk melaksanakan skripsi di PT. GMF AeroAsia. Selain itu penulis juga mengucapkan terimakasih kepada berbagai pihak yang telah memberi bantuan yang tak ternilai harganya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan ini. Pihakpihak tersebut antara lain : 1. Bapak Djatmiko H. Putra, selaku GM Personel dan General Affairs Manajer Training dan Development PT. GMF AeroAsia yang telah memberi izin untuk melaksanakan Skripsi. 2. Ibu Harlis dan Ibu Linda selaku koordinator Skripsi di PT. GMF AeroAsia. 3. Bapak Sariyanto sebagai pembimbing Skripsi di PT. GMF AeroAsia. 4. Bapak Roban, Marsius, Untung, Arief, Adi sebagai engineer di Unit Engine Shop PT. GMF AA. 5. Bapak Roy Pangkay sebagai supervasior Unit Engine Test Cell. 6. Bapak Nandang Surachman yang telah membantu dalam simulasi pengetesan engine di Unit Engine Test Cell. vii

8 7. Seluruh mekanik Unit Engine Shop dan Engine Test Cell yang telah membantu dalam pelaksanaan Skripsi. 8. Bapak Ir. Agustinus Sujuno, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta. 9. Bapak Ir. Wijang WR, MT. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin S1 Non Reguler Universitas Sebelas Maret Surakarta. 10. Bapak D. Danardono, ST. MT., Bapak Eko Prasetya B. ST. MT. selaku dosen pembimbing I dan II. 11. Bapak Triyono, ST. MT., selaku dosen Pembimbing Akademis. 12. Keluarga Besar Bani Marjuki yang telah banyak memberikan dukungan kepada penulis. 13. Keluarga Besar Trah Amat Rosidi dan Trah Parmo Witono yang telah banyak memberikan bantuan kepada penulis. 14. Kakak-kakakku dan Adik-adikku yang selalu perhatian kepada penulis. 15. Keluarga Bapak Murtadho yang telah memberikan izin istananya sebagai tempat berteduh selama penulis Kerja Praktek dan Warga Kampung Selapajang, Rt.02 Rw.01, Neglasari, Tangerang, Banten. 16. Bapak Sobron Zazid Al Harun dan Ibu Sri Kusumastuti yang telah memberikan doa restu, bimbingan, nasehat, motivasi, sehingga penulis merasa lebih terarah dalam melaksanakan Skripsi di PT. GMF AA. 17. Mbak Alviana HM. selaku infomator selama penulis di Jakarta. 18. Futiha Maharani, Nisa Fajria Rahma yang telah bayak membantu. 19. Tonny Anggoro Suwarsono, Nur Hidayat, Ari Septiyanto, Wisnu Anggoro, Maryanto, Popo, Yudhi, Pratikno, Antonius, dan rekanrekan angkatan 2002 serta temen-temen Kos M15 dan Kos Bagas yang telah banyak memberikan motivasi kepada penulis. 20. Radio Pas FM Jakarta yang selalu menghibur penulis di perantauan. 21. Po. Rosalia Indah dan Kereta Api Gaya Baru Malam Selatan yang telah membantu perjalanan ke Jakarta. 22. Rekan-rekan Mahasiswa STTA Yogyakarta Ridho, Bayu, Jalu, Wawan, Bambang UBK Jakarta Yogi, yang telah banyak membantu dalam laporan Skripsi ini. viii

9 Penulis menyadari akan masih banyaknya kekurangan dalam penulisan laporan Skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat berharap akan adanya kritik, saran maupun masukkan yang sifatnya membangun demi kesempurnaan laporan Skripsi ini. Akhirul, semoga laporan Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Aamiin. Cengkareng, Mei 2007 Penulis ix

10 DAFTAR ISI Halaman Judul... Halaman Pengesahan... Penghargaan... Motto... Abstrak... Abstract... Kata Pengantar... Daftar Isi... Daftar Tabel... Daftar Gambar... Daftar Notasi... i ii iii iv v vi vii x xi xii xiv BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan dan Manfaat Sistematika Penulisan... 4 BAB II. LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka Ilustrasi Stall dan Surge Karakteristik Kompresor Aksial Variable Stator Vanes (VSV) Variable Bleed Valves (VBV) Diagram Kecepatan Pada Kompresor Aksial Siklus Bryton Proses Politropik BAB III. METODE PENELITIAN 3.1 Alat Pegetesan Engine Alat Pendukung Pengetesan Engine Engine CFM56-3C Kompresor Tempat Dan Waktu Penelitian Alur Penelitian BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian Pembahasan BAB V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... xvi LAMPIRAN... xvii x

11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Property Changes In An Isen Tropic Compresor Tabel 4.1 VSV dan VBV Tabel 4.2 Performance Engine xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Ilustrasi stall dan surge... 6 Gambar 2.2 Laminer Airflow... 7 Gambar 2.3 Turbulen Airflow... 7 Gambar 2.4 Angle Of Attack On Compresosor Blade-High Inlet-Air Velocity 8 Gambar 2.5 Angle Of Attack On Compresosor Blade-Low Inlet-Air Velocity 8 Gambar 2.6 Grafik prestasi sebuah kompresor aksial Gambar 2.7 Garis stall pada grafik karaktereistik sebuah kompresor aksial Gambar 2.8 VSV Angle Gambar 2.9 VSV System Gambar 2.10 VSV Actuator Gambar 2.11 VSV Bellcrank Assembly dan VSV Actuation Half Ring Gambar 2.12 VSV Feedback Cable Gambar 2.13 VBV System Airflow Diagram Gambar 2.14 VBV System Gambar 2.15 VBV Fuel Gear Motor Gambar 2.16 VBV Stop Mechanism Gambar 2.17 VBV Kicker System Gambar 2.18 Master Bleed Valve Dan Ballscrew Actuator Gambar 2.19 VBV Main Flexible Shaft Gambar 2.20 VBV Feedback Cable Gambar 2.21 Blade Row Of Typical Compressor Gambar 2.22 Velocity Diagrams For Typical Compressor Gambar 2.23 Skema Sebuah Motor Turbofan Two Spul Dengan Nosel Dingin Dan Nosel Panas Gambar 2.24 Kenaikkan Entalpi Dan Efisiensi Isentropik Setiap Tingkat Gambar 2.25 Kenaikan Temperatur Pembakaran Versus Perbandingan Bahan Bakar Udara Teoritik Gambar 3.1 Engine Test Control Console Gambar 3.2 Graphic Monitor Gambar 3.3 Fuel Tank Control Gambar 3.4 CPU Gambar 3.5 Monitor Main Menu Gambar 3.6 Vibrating Indicator Gambar 3.7 Trouttle Gambar 3.8 ECM (Engine Control Module Gambar 3.9 Printer Gambar 3.10 Ruang Test Bagian Belakang Gambar 3.11 Ruang Test Bagian Depan Gambar 3.12 Sensor Pengintai Engine Gambar 3.13 Host Crane Gambar 3.14 Swist Host Crane Gambar 3.15 Electrical Control Engine Test Gambar 3.16 Bellmount Gambar 3.17 CFM56-3 Test Adapter xii

13 Gambar 3.17 Tools Gambar 3.19 Engine CFM56-3C Gambar 3.20 Engine CFM Gambar 3.21 Dimensi Engine CFM56-3C Gambar 3.22 Mayor Module Gambar 3.23 Fan Major Module Gambar 3.24 Fan Dan Boster Gambar 3.25 Bearing Pendukung Nomor 1 Dan Nomor Gambar 3.26 Inlet Gear Box (IGB) Dan Bearing Nomor Gambar 3.27 Accesory Drive Module Gambar 3.28 Fan Frame Gambar 3.29 Accesory Gear Box (AGB) Gambar 3.30 Transfer Gear Box (TGT) Gambar 3.31 Core Major Module Gambar 3.32 High Pressure Compressor (HPC) Rotor Gambar 3.33 High Pressure Compressor (HPC) Forward Stator Gambar 3.34 High Pressure Compressor (HPC) Rear Stator Gambar 3.35 Combustion Casing Gambar 3.36 Combustion Chamber Gambar 3.37 High Pressure Turbine (HPT) Stator Gambar 3.38 High Pressure Turbine (HPT) Rotor Gambar 3.39 High Pressure Turbine (HPT) Shround Gambar 3.40 LT Major Module Gambar 3.41 Low Pressure Turbine (LPT) Shaft Gambar 3.42 Low Pressure Turbine (LPT) Rotor Gambar 3.43 Low Pressure Turbine (LPT) Stator Gambar 3.44 Turbine Frame Gambar 3.45 Kompresor Gambar 3.46 Compressor Stage Gambar 4.1 VSV Reading Gambar 4.2 VBV Reading Gambar 4.3 VSV & VBV Reading Gambar 4.4 Thrust Versus SFC Gambar 4.5 EPR Versus EGT Gambar 4.6 Thrust Versus SFC xiii

14 DAFTAR NOTASI C p air panas spesifik Kj/KgK C p exhaust panas spesifik bahan bakar Kj/ KgK F gaya dorong N F D gaya dorong dingin N F P gaya dorong panas N k perbandingan panas spesifik m udara laju aliran udara Kg/s m bahan bakar laju aliran bahan bakar Kg/h n eksponen politripik P tekanan Psi P 1 tekanan udara sekitar Psi P 2 tekanan udara masuk kompresor tekanan tinggi Psi P 3 tekanan udara masuk ruang bakar Psi P 4 tekanan udara ke luar dari ruang bakar Psi P 5 tekanan udara ke luar turbin tekanan tinggi Psi P 6 tekanan udara ke luar turbin tekanan rendah Psi P 7 tekanan udara ke luar dari nosel Psi P 8 tekanan udara ke luar dari engine Psi rp kompresi rasio SFC komsumsi bahan bakar Kg/Nh T 0 temperatur stagnasi K T 1 temperatur udara sekitar K T 2 temperatur udara masuk kompresor tekanan tinggi K T 3 temperatur udara masuk ruang bakar K T 4 temperatur udara ke luar dari ruang bakar K T 5 temperatur udara ke luar turbin tekanan tinggi K T 6 temperatur udara ke luar turbin tekanan rendah K T 7 temperatur udara ke luar nosel K xiv

15 T 8 temperatur udara ke luar dari engine K η st efisiensi tingkat - η T efisiensi turbin - η nt efisiensi politripik thermal - η D efisiensi diffuser - η nk efisiensi politropik kompresor - xv