Analisa Vibrasi-Balancing

Sekalian waktu mbahas vibrasi saya ada sedikit pertanyaan yaitu :
 Misal Turbin beroperasi pada putaran 3000 rpm dengan critical speed 2700 rpm. Batas maks vibrasi saat putaran operasi 3000 rpm adalah 90 ppm (setelah  melewati critical speed). Namun biasanya Turbin dibuat  operasi dg nilai vibrasi 70 ppm melalui Balancing.  Jika start awal (mulai 0 rpm hingga mencapai 3000 rpm)  terjadi suatu vibrasi diatas nilai 90 ppm pada putaran  < 2700 rpm (critical speed). Nah action yang dilakukan apakah Turbin musti shutdown dan di Balancing terlebih dahulu ATAU  lanjut hingga 3000 rpm untuk mendapat data vibrasi  pada 3000 rpm untuk selanjutnya di Balancing (dengan  hipotesa bahwa vibrasi pada putaran 3000 rpm akan turun sebab sudah melewati critical speed). Terimakasih, mohon pencerahannya...melalui forum  komunikasi ini.



Tanya - risang raheditya

 Sekalian waktu mbahas vibrasi saya ada sedikit pertanyaan yaitu :
 Misal Turbin beroperasi pada putaran 3000 rpm dengan critical speed 2700 rpm. Batas maks vibrasi saat putaran operasi 3000 rpm adalah 90 ppm (setelah  melewati critical speed). Namun biasanya Turbin dibuat  operasi dg nilai vibrasi 70 ppm melalui Balancing.  Jika start awal (mulai 0 rpm hingga mencapai 3000 rpm)  terjadi suatu vibrasi diatas nilai 90 ppm pada putaran  < 2700 rpm (critical speed). Nah action yang dilakukan apakah Turbin musti shutdown dan di Balancing terlebih dahulu ATAU  lanjut hingga 3000 rpm untuk mendapat data vibrasi  pada 3000 rpm untuk selanjutnya di Balancing (dengan  hipotesa bahwa vibrasi pada putaran 3000 rpm akan turun sebab sudah melewati critical speed). Terimakasih, mohon pencerahannya...melalui forum  komunikasi ini.


Tanggapan 1 - "Zainal Abidin" 

                                                                                                                                                             
Pak Risang Yth,

Mengingat Bpk mengoperasikan fleksibel rotor (yaitu rotor yang beroperasi di atas 1st critical speednya) maka secara teoritis mesin harus dibalance pada kecepatan operasinya.

Bila rotor dibalance dibawah 1st critical selanjutnya dioperasikan di atas 1st critical maka tidak dijamin ia tetap balance di putaran operasi tersebut karena adanya perubahan bentuk mode shape dari shaft (lihat buku Rotor Dynamics, John & Vance).

Balancing rotor di bawah critical speed kemudian mengoperasikannya pada critical speed justru mungkin menambah ketakseimbangan sewaktu dioperasikan di critical speed.

Walaupun demikian, ada seorang kolega industri yang menyatakan ia pernah melakukan balancing rotor flexible yang dibalance di bawah kecepatan operasinya. Untuk menghindari masalah kriteria ISO untuk residual unbalance -nya dibuat 10 kali lebih ketat dari yang seharusnya. Ketika dioperasikan ternyata tidak bermasalah. Walaupun demikian bukti ilmiah dari pernyataan tersebut belum saya temui.


Tanggapan 2 - dana.ardian@exxonmobil

Pak ZA  dan RR,

Ini saya quote dari "Machinery Component Maintenance and Repair" Vol.3-Heinz P. Bloch
A. Rigid Rotor : A rotor is considered rigid when it can be corrected in any two (arbitrarily selected) planes and, after that correction, its unbalance does not significantly exceed the balance tolerances(relative to the shaft axis) at any speed up to maximum service speed and when running under conditions which approximately closely to those of the final supporting system.
B. Quasi Rigid Rotor : A flexible rotor that can be satisfactorily balanced below a speed where significant flexure of the rotor occurs.
C. Balancing speed requirements :
1. The balancing speed should be as low as possible to decrease cycle time, horsepower requirement, wind, noise and danger to the operator.
2. It should be high enough so that the balancing machine has sufficient sensitivity to achieve the required balance tolerance with ease.
   
IMHO, berdasarkan definisi2 tsb di atas, penentuan besarnya balancing speed tidaklah mutlak berpatokan pada 1CSpnya saja, berikut sekedar overview untuk kita renungkan bersama (CMIIW):
a. Jika semua fleksible rotor dengan definisi "operating speed di atas 1st node" harus di balance pada operating speednya, maka semua fasilitas balancing yang ada di asia tenggara , saya yakin, bakal di tutup!
Alasannya simpel, contohnya untuk membalance GE turbine rotor HP frame 5 (1st critical speed approximately di 2800rpm) , dengan operating speed 5000an rpm dan memiliki berat  sekitar 7 ton-diperlukan electric motor- variable speed dengan hp yang "lumayan" besar atau special engine mungkin,
masih ada tambahan lagi, kalau pada low speed balancing kita masih dapat menggunakan dua buah positive load  dan satu negative load roller bearing maka pada balancing 5000 rpm kita harus menggunakan soft metal bearing (sliding surface) lengkap dengan forced-lubrication systemnya! Plus...semua ini harus dilakukan dalam ruangan vacuum..........
Apakah ini cost effective?
b. Balance speed yang dilakukan pada operating speednya biasanya untuk rotor dengan geometry yang ckp njelimet atau untuk very precision application : grinding machine,gyroscope,dll. Kalau cuma untuk mencapai balance grade G2.5 dan tanpa dibumbui oleh hal yang bersifat khusus saya kira tidak perlu hi speed atau "modal" balancing. Actual unbalance tidak memiliki hubungan kuadratis dgn speed. Kalau unbalancenya 1gr-in ya tetap 1 gr inch baik rotornya diam ataupun berputar.
c. Kita punya fasilitas rotor balancing di Aceh di bawah supervisi "W&A Singapore" yang so far telah berhasil membalancing puluhan rotor dari berbagai type & model yang mostly memiliki operating speed di atas 1CSp.
FYI, maksimum balancing speed yang kami pergunakan hanya.......600rpm.

Untuk Pak RR.
Saran saya lihat dulu Uper alias permissible unbalance rotor Bpk, standar ini biasanya dibagi 4 subdivisi, yakni precision,good,fair dan substandard. Kalau mau end up dgn sound performance, harus dimantain agar residual nya paling jelek jatuh band "good". Amplitudo akan mencapai highest peak saat melewati CSp tapi biasanya dalam hitungan milisecond akan turun drastis terkecuali jika terjadi deformasi plastis atau acceleration ramp controllernya tidak bekerja. Jika punya ADRE Bpk bisa memplot semua "transient dan steady state data" (Bode,Polar,Orbit dll) dan ini semua dapat di jadikan tool untuk verifikasi hasil balancing yang Bpk lakukan. Vibration limit biasanya di set dalam dua setting yakni "Alert"...alarm berbunyi, unit masih running...kemudian "Danger"...Alarm tetap berbunyi...plus time delay kira2 1-2 second lalu unit trip. Time delay ini berfungsi untuk mencegah "spurious/nuissance trip".

 Itu dulu comment saya hari ini...yang laen kalau mau nambahin (Pak Anas, Sulzer, GENTS dll)  dipersilahkan.


Tanggapan 3 - Zainal Abidin


Pak Dana Yth,

1. Berikut merupakan klasifikasi yang lebih akurat  tentang Rigid dan Flexible Rotor berdasarkan Rieger (1986) Balancing of Rigid and Flexible Rotor, SVN 12,  The Shock and Vibration Center.
 If the strain or potential energy in the bearing is over 80 % of the system's total strain energy, then the rotor may be generally classified as rigid. On the other hand, if the strain energy of the shaft begins to exceed 20 % of the system strain energy and the rotor is operating through ONE OR MORE CRITICAL SPEEDS, then  it may be considered a flexible or quasi-flexible rotor.

2. Rujukan lain (maaf saya lupa bukunya. Saya hanya  memiliki copy 1 bab saja):
Konsep di atas diterapkan dalam flexibility test, yaitu suatu test untuk menentukan apakah rotor boleh
dibalance sebagai rigid rotor atau tidak (dengan kata  lain boleh dibalance di bawah kecepatan operasinya atau tidak). Sayangnya: "It (the test) can be done in place or on a hard-bearing balancing machine but

MUST ALWAYS BE DONE AT SERVICE SPEED.

     If this condition is satisfied, the rotor can be balanced in two or three planes as a rigid rotor at low speed".  A flexible rotor is defined as one in which significant bending occurs. .. . Practically, a flexible rotor can be recognized as one that operates near a critical speed.  .... . They may operate at a relatively low  speed of several hundred rpm but ABOVE THE FIRST CRITICAL SPEED (dalam paragraf yang sama).

3. Video Clip

 Saya memiliki video klip dari Inggris yang  menggambarkan proses pengeimbangan di industri  terhadap sebuah rotor generator. Rotor tersebut  memiliki kecepatan kritis di 1500 rpm dan beroperasi  di 3000 rpm. Rotor tersebut diseimbangkan dengan multispeed balancing dengan rentang kecepatan  penyeimbangan dari kecepatan 500 rpm sampai dengan 3600 rpm. Kenapa mereka harus sulit2  melakukannya bila rotor generator tersebut dapat dibalance di 500 rpm saja ?

4. Di laboratorium

 Kami telah memperagakan bahwa untuk rotor yang beroperasi di atas critical speed, walaupun telah di
 seimbangkan pada kecepatan putar rendah tetapi dapat  menyebabkan getaran yang besar pada kecepatan  operasinya. Sayangnya rotor yang kami uji bukan  scaled-model dari rotor industri (rotor yang kami gunakan mungkin terlalu flexible). Karena itu, saya tidak  berani untuk mengklaim bahwa masalah yang sama akan SELALU ditemui oleh industri. Saya anya  mengklaim bahwa masalah yang sama MUNGKIN  dijumpai oleh industri.

5. Pengalaman  teman-teman industri
 Seorang teknisi yang saya kenal yang pekerjaan sehari- harinya mengoperasikan mesin pengeimbang memberikan kesaksian bahwa perusahaan mereka   memiliki mesin2 yang bekerja di atas 1st critical speed dan dibalance di bawah critical speed ternyata tidak bermasalah, namun mereka menerapkan criteria ISO  yang jauh lebih ketat (menurut istilah mereka: sampai    mesin penyeimbang mentok/tidak dapat membaca lagi. Setelah saya cek, ternyata residual unbalancenya kira-  kira 1/10 dari permissible residual unbalance yang dipersyaratkan oleh ISO pada operating speed).
The majority of flexible rotors in the field are balanced with simple rigid-rotor methods and reasonable selection of the correction plane. This is particularly applicable to flexible rotors that operate at a constant
 speed for long periods of time with an occasional  shutdown (dari buku rujukan yang sama).

Di lain pihak, saya juga memiliki info bahwa suatu perusahaan besar Indonesia sd tahun 1996 masih sering mengirimkan proses balancingnya ke Singapura  dengan biaya kira-kira 80juta Rupiah (sebelum
krismon). Bisa diperkirakan biayanya bila mereka  masih melakukannya saat ini. Saya juga yakin bahwa
mereka tidak akan mau mengeluarkan biaya yang sedemikian besar kalau alasannya tidak cukup kuat.
Saya mengerti cara berpikir teman-teman di industri.  "Coba aja dibalance secara rigid balancing kemudian  dipakai. Kalau tidak ada masalah, kenapa rumit2 memikirkan flexible balancing ?"
 Saya sangat setuju dengan pendapat tersebut. Saya   hanya mengingatkan bahwa kalau Anda telah   menyeimbangkan rotor pada kecepatan putar yang  rendah dan begitu dioperasikan pada kecepatan
 operasi ternyata timbul getaran yang besar, ingatlah bahwa KEMUNGKINAN Anda harus menyeimbangkannnya secara: flexible rotor balancing. Sebenarnya, sebelum Anda melakukan rigid rotor balancing kan Anda harus melakukan flexibility tes  dulu, benar nggak ?

Jadi masalah yang tidak pernah Pak Dana temui kan tidak berarti bahwa masalah tersebut tidak mungkin dijumpai oleh orang lain, benar nggak?

Semoga berguna !


Tanggapan 4 - dana.ardian@exxonmobil


Pak ZA Yth,
1. Video clip
Appreciate kalau video clipnya di share ke kita semua, sptnya bnyk lesson learnt yang dapat kita ambil dr situ.   
2. Pengalaman teman2 industri
Saya tertarik dengan unjuk kerja teman2 industri Bpk, kalau boleh tau apa sih yang mereka balancing?
Punya data detail "work piece" dan prosedur balancingnya gak? Apkh mereka juga mengacu ke ISO
Grade G? Kalau residualnya 1/10 dari band "precision", jika bisa untuk workpiece yang beratnya 5 ton ke atas @ 5000rpm, wow  ..Greaattt...
3. Alasan mengirim "work piece" untuk di balancing di Sngpore? FYI, Singapore sudah sejak lama membidani atau tptnya menjadi pioneer balancing di Asteng, no wonder kalau mereka sudah bnyk mengantongi "license" ,rekom, awards, quality certificates dan lsb. Kita juga di sini dulunya spt PT PIM, PT Arun dan Exxon juga mengirimkan rotornya untuk di balncing di Singapore.... Setelah kita punya agreement dengan Watt & Akkermans Singapore, maka dibangun lah fasilitas balancing di Aceh. Jadi kita tidak lagi mengirimkan rotor ke Singapore. Esensinya baik rotor yg di balancing di Singapore ataupun di Aceh, baik flexible ataupun rigid rotor..."Almost all" dibalancing jauh di bawah critical speednya, kecuali dlm batasan spt yg saya sebutkan dlm email sy sebelumnya. Jadi bukan karena alasan bhw mereka sll membalancing flexible rotor pada operating speednya. Kami punya NDA alias Non Disclosure Agreement dgn mereka jd hanya sebatas ini yg bisa saya elaborate. Figur 80jt atau sktr  US40k di thn 96...yang menurut pengalaman saya figure tsb cuma untuk membiayai  "balancing cost" thdp rotor yang kecil2  (excluding matl cost lho!)...Andai saya bs ceritain brp biaya utk rotor balancing thdp rotor tertentu...wah bisa2 terenyuh hati kita semua..
4.  Definisi Flexible dan Rigid Rotor dan implikasinya thdp balancing speed Banyak literatur yang bisa kita baca mengenai definisi dan implikasi ini baik dari professional maupun dari org standardisasi ISO,API ANSi dlsb. kalau kt cerna mendalam, sebagian punya teknik2 khusus yang sangat advance untuk meng-kategorikan dan membuktikan apa dan bagaimana itu flexible rotor. Cuman dlam "real world" apakah ekonomis teknik pembuktian seperti itu? Jadi kalau teori tanpa didukung analisa ekonomi dan analisa resiko...hanya bakal berakhir di laboratorium...tanpa memiliki nilai komersil dan/ competitiveness sama sekali.

Pak ZA, pleasure to discuss this w/ you.. keep this momentum going..jd semua kita bisa terus belajar
dan mahfum betapa kompleksnya teori2 dan praktis mengenai vibrasi dan balancing.


Tanggapan 5 - Zainal Abidin


Pak Dana Yth,

1. Sy usahakan untuk memotong clip supaya ukurannya kecil. Kalau berhasil, sy akan kirim langsung ke Pak Dana.
2. Turbo-kopressor Pak. Tapi rotornya kurang dari 1 ton. Walaupun mesin penyeimbang dengan kapasitas 20 ton  tersedia, namun untuk rotor2 dng berat 1000 kg  Jelas mereka merujuk ke ISO G 2,5. Berdasarkan uraian mereka (kecepatan operasi dan massa rotor)  serta spesifikasi mesin penyeimbang mereka, saya  hitung dan simpulkan bahwa mereka menggunakan kriteria yang berlebihan berdasarkan standar ISO tsb.
4. Kelihatannya saya sudah menemukan kenapa  rotor-rotor industri yang beroperasi di atas 1st critical masih dapat diseimbangkan di low speed. Namun  rasanya saya perlu untuk sedikit studi untuk membuktikannya. Saya yakin suatu saat Pak Dana akan menemui rotor yang tidak dapat diseimbangkan sebagai rigid rotor. Bila itu terjadi saya yakin masalah cost kita tinggal pilih 'Kalau tidak dilakukan terpaksa  memberhentikan mesin'. Itu lebih mahal Pak! Apakah Bpk memiliki mesin yang beroperasi di atas 5000 rpm ?
10.000 rpm ? 20.000 rpm ?

Oh ya Pak, saya memang tidak begitu ingat apakah cost tersebut 180jt atau 80 jt thn 96 (balancing rotor turbin).

No comments:

Post a Comment