Ⅰ. Ядро: механічний удар, спричинений різницею імпульсів (найінтуїтивніше пошкодження леза)
У нормальних умовах роботи робочим тілом парової турбіни є перегріта суха пара, що має дуже низьку щільність (наприклад, щільність основної пари докритичних агрегатів близько 40 кг/м³). Після прискорення через сопла він вдаряє по робочій дузі леза зі швидкістю, майже такою ж, як обертання леза, плавно передаючи кінетичну енергію для виконання роботи.Коли всередину потрапляє холодна вода/холодна пара, пошкодження повністю скасовується:
1. Різниця в щільності збільшує силу удару в тисячу-разів: вода має щільність 1000 кг/м³, що більш ніж у 25 разів перевищує щільність перегрітої пари. Для того самого об’єму імпульс води більш ніж у 25 разів перевищує імпульс пари. Коли високошвидкісні-обертові лопаті (швидкість кінця лопатей останнього-ступеню може досягати 600 м/с) стикаються з краплями води або масами, це схоже на-автомобіль, що вдаряється об камінь, миттєво створюючи сили удару, що перевищують допустимі межі.
2. Зворотний удар посилює пошкодження від вібрації: краплі води мають набагато більшу інерцію, ніж пара, і не можуть бути розігнані до швидкості пари в соплах, тому вони вдаряються об задню частину леза (не-робоча дуга) з набагато нижчою швидкістю, ніж пара, з напрямком сили, повністю протилежним нормальним умовам. Цей поперемінний удар може спровокувати сильну вібрацію леза, легко спричиняючи втомні переломи в корені леза, а зламані леза можуть пошкодити наступні ступені лез.
Ⅱ. Термічний удар і термічний стрес (приховано небезпечні, можуть легко спричинити тріщини/деформацію леза)Лопатки, ротори та циліндри турбін зазвичай перебувають у стійких умовах високої-температури (температура лопатей циліндрів високого{1}}тиску становить 400–560 градусів), з рівномірними внутрішніми температурними полями металу, що призводить до мінімального термічного напруження.- Коли всередину потрапляє холодна вода (20–100 градусів) або насичена пара-з низькою{3}}температурою (наприклад, пара з температурою близько 200 градусів через витік обігрівача), поверхня металу охолоджується та швидко стискається за кілька секунд, тоді як внутрішня частина металу залишається гарячою, стискаючись набагато повільніше, ніж поверхня.
- Ця величезна різниця температур між-і-зовнішньою температурою створює напругу розтягу (поверхня під час розтягування, внутрішня частина під час стиснення). Коли напруга розтягування перевищує межу текучості матеріалу леза, безпосередньо виникають макроскопічні тріщини; повторювані термічні удари змушують тріщини швидко розширюватися, зрештою викликаючи переломи леза.
- У той же час диференціальне розширення між ротором і циліндром може раптово перевищити межі, викликаючи тертя між рухомими та нерухомими частинами, що ще більше погіршує пошкодження лопаті.
Ⅲ. Раптовий сплеск осьової тяги (пошкодження Chain Reaction, упорний підшипник згорає, що призводить до повної відмови машини)Це принцип, що лежить в основі гідроудару, про який найчастіше не помічають, але він має найгірші наслідки. Це може побічно спричинити катастрофічне пошкодження лопатей і всього ротора:1. Нормальна осьова тяга створюється різницею тиску між паровими ступенями та врівноважується упорним підшипником.
2. Вода нестислива. Коли він потрапляє на шлях потоку, він блокує-міжступеневі канали пари, запобігаючи плавному руху пари з передніх ступенів назад. Через-різниця тиску між ступенями зростає в 3-10 разів, а осьова тяга відповідно різко зростає.
3. Упорний підшипник не витримає перевантаження і згорить за лічені секунди, спричиняючи різке осьове зміщення ротора (навіть рух понад 1 мм може спричинити сильне динамічне та статичне тертя). Потім лопаті жорстко стикаються з діафрагмами та циліндрами, що призводить до відламування цілих ступенів лопатей, згинання ротора та деформації циліндра.
Додаткові примітки- Холодна пара ≠ безпечно: коли-насичена пара з низькою температурою потрапляє в турбіну, через розширення та падіння тиску утворюється багато крапель води, що також може спричинити гідроудар. Це навіть підступніше, ніж холодна вода (пара може легко проходити через головний і регулювальний клапани, що ускладнює його виявлення заздалегідь).
- Характеристики пошкодження леза: леза, пошкоджені гідроударом, зазвичай мають крихкі злами з чіткими надломами, часто з кількома лезами, пошкодженими поспіль. Тріщини від термічного удару мають тенденцію поширюватися радіально вздовж леза, причому концентрація напруги в корені є найбільш схильною до розтріскування.
