Ⅰ. Ядро: Механично въздействие, причинено от разлика в импулса (най-интуитивното увреждане на острието)
При нормални работни условия работният флуид на парна турбина е прегрята суха пара, която има много ниска плътност (например основната плътност на парата на субкритичните агрегати е около 40 kg/m³). След като бъде ускорен през дюзите, той удря работната дъга на острието със скорост, почти същата като въртенето на острието, плавно прехвърляйки кинетичната енергия, за да извърши работа.Когато навлезе студена вода/студена пара, повредата се обръща напълно:
1. Разликата в плътността води до хилядо-кратна ударна сила: Водата има плътност от 1000 kg/m³, повече от 25 пъти по-голяма от тази на прегрятата пара. За същия обем инерцията на водата е над 25 пъти по-голяма от тази на парата. Когато високо{7}}скоростните въртящи се остриета (скоростта на върховете на последните-стъпални остриета могат да достигнат 600 m/s) удрят водни капчици или маси, това е като високо{10}}скоростна кола да се удря в камък, незабавно генерирайки ударни сили далеч надхвърлящи проектните ограничения.
2. Обратният удар усилва щетите от вибрации: Водните капки имат много по-голяма инерция от парата и не могат да бъдат ускорени до скоростта на парата в дюзите, така че те удрят задната страна на острието (не-работеща дъга) с много по-ниска скорост от парата, с посока на сила, напълно противоположна на нормалните условия. Този редуващ се удар може да предизвика силни вибрации на острието, което лесно причинява счупвания от умора в основата на острието, а счупените остриета могат да повредят следващите етапи на остриетата.
Ⅱ. Термичен удар и термичен стрес (Скрито опасни, могат лесно да причинят пукнатини/деформация на острието)Лопатките, роторите и цилиндрите на турбините обикновено са при постоянни условия на висока-температура (температурата на лопатките на цилиндрите с високо-налягане е 400–560 градуса), с еднородни вътрешни температурни полета на метала, което води до минимално топлинно напрежение.- Когато навлезе студена вода (20–100 градуса) или наситена пара с ниска-температура (като около 200 градуса пара от изтичане на нагревател), металната повърхност се охлажда и свива бързо за няколко секунди, докато вътрешността на метала остава гореща, свивайки се много по-бавно от повърхността.
- Тази огромна вътрешна{1}}към-външна температурна разлика създава напрежение на опън (повърхност при опън, вътрешност при натиск). Когато напрежението на опън превиши границата на провлачване на материала на острието, директно възникват макроскопични пукнатини; многократните термични удари карат пукнатините да се разширяват бързо, което в крайна сметка причинява счупване на острието.
- В същото време диференциалното разширение между ротора и цилиндъра може внезапно да надхвърли границите, причинявайки триене между движещи се и неподвижни части, което допълнително влошава повредата на лопатката.
Ⅲ. Внезапно нарастване на аксиалния натиск (повреда от верижна реакция, изгаряне на опорния лагер, което води до пълна повреда на машината)Това е принципът зад водния чук, който най-често се пренебрегва, но има най-лошите последици. Това може индиректно да причини катастрофални щети на лопатките и целия ротор:1. Нормалната аксиална тяга се генерира от разликата в налягането между парните степени и се балансира от аксиалния лагер.
2. Водата е несвиваема. Когато навлезе в пътя на потока, той блокира между-каналите за пара, предотвратявайки плавното движение на парата от предните стъпала назад. Това кара разликата в налягането между стъпалата да скочи 3-10 пъти и съответно аксиалната тяга рязко нараства.
3. Аксиалният лагер не може да се справи с претоварването и ще изгори за секунди, причинявайки рязко аксиално изместване на ротора (дори движение над 1 mm може да причини силно динамично и статично триене). След това лопатките се сблъскват здраво с диафрагмите и цилиндрите, което води до счупване на цели етапи на лопатките, огъване на ротора и деформация на цилиндъра.
Допълнителни бележки- Студена пара ≠ безопасно: Когато наситена пара с ниска-температура навлезе в турбина, се образуват много водни капки поради разширение и спад на налягането, което също може да причини воден удар. Дори е по-подъл от студената вода (парата може лесно да премине през главния и контролния вентил, което затруднява предварителното откриване).
- Характеристики на повредата на острието: Остриетата, повредени от воден удар, обикновено показват крехки счупвания с чисти счупвания, често с множество последователно повредени остриета. Пукнатините от термичен шок са склонни да се разпространяват радиално по протежение на острието, като концентрацията на напрежение в основата е най-склонна към напукване.
