Ⅰ. Jezgra: Mehanički udar uzrokovan razlikom momenta (najintuitivnije oštećenje oštrice)
U normalnim radnim uslovima, radni fluid parne turbine je pregrijana suha para, koja ima vrlo malu gustoću (na primjer, glavna gustina pare podkritičnih jedinica je oko 40 kg/m³). Nakon što se ubrza kroz mlaznice, udari u radni luk oštrice brzinom skoro istom brzinom rotacije oštrice, glatko prenoseći kinetičku energiju za obavljanje posla.Kada uđe hladna voda/hladna para, šteta se potpuno poništi:
1. Razlika u gustini donosi hiljadu-struku silu udara: voda ima gustinu od 1000 kg/m³, više od 25 puta veću od pregrijane pare. Za istu zapreminu, impuls vode je preko 25 puta veći od momenta pare. Kada -brzine rotirajućih lopatica (brzina vrha oštrica zadnje{8}}stepene mogu doseći 600 m/s) udare u kapljice vode ili mase, to je kao-automobil velike brzine koji udari u stenu, trenutno stvarajući udarne sile koje su daleko izvan granica projektovanih.
2. Povratni udar pojačava oštećenje od vibracija: kapljice vode imaju mnogo veću inerciju od pare i ne mogu se ubrzati do brzine pare u mlaznicama, tako da udaraju u stražnju stranu oštrice (ne-luk) mnogo manjom brzinom od pare, sa smjerom sile potpuno suprotnim od normalnih uslova. Ovaj naizmjenični udar može izazvati jake vibracije oštrice, lako uzrokujući lomove od zamora na korijenu oštrice, a slomljene oštrice mogu oštetiti sljedeće faze oštrice.
Ⅱ. Toplotni udar i termički stres (skriveno opasan, može lako uzrokovati pukotine/deformaciju oštrice)Lopatice turbine, rotori i cilindri su obično u uslovima visoke-stabilne temperature (temperatura lopatica cilindra visokog pritiska je 400–560 stepeni), sa ujednačenim unutrašnjim temperaturnim poljima metala, što rezultira minimalnim termičkim stresom.- Kada uđe hladna voda (20–100 stepeni) ili niska-zasićena para (poput pare od oko 200 stepeni iz grijača), metalna površina se hladi i skuplja brzo za nekoliko sekundi, dok unutrašnjost metala ostaje vruća, skupljajući se mnogo sporije od površine.
- Ova ogromna unutrašnja-na-vanjska temperaturna razlika stvara vlačni napon (površina u napetosti, unutrašnjost u kompresiji). Kada vlačni napon premašuje granicu popuštanja materijala oštrice, makroskopske pukotine nastaju direktno; ponovljeni termalni udari čine da se pukotine brzo šire, što na kraju uzrokuje lomove oštrice.
- Istovremeno, diferencijalna ekspanzija između rotora i cilindra može iznenada premašiti granice, uzrokujući trenje između pokretnih i nepokretnih dijelova, dodatno pogoršavajući oštećenje oštrice.
Ⅲ. Iznenadni napon aksijalnog potiska (oštećenje lančane reakcije, potisni ležaj izgara što dovodi do potpunog kvara mašine)Ovo je princip vodenog udara koji se najčešće zanemaruje, ali ima najgore posljedice. To može indirektno uzrokovati katastrofalna oštećenja lopatica i cijelog rotora:1. Normalni aksijalni potisak nastaje razlikom tlaka između parnih stupnjeva i uravnotežen je potisnim ležajem.
2. Voda je nestišljiva. Kada uđe u put protoka, blokira parne prolaze između-faza, sprečavajući da para iz prednjih stepenica nesmetano teče nazad. Ovo uzrokuje da razlika u tlaku između stepenica poraste 3-10 puta, a aksijalni potisak u skladu s tim raste.
3. Potisni ležaj ne može podnijeti preopterećenje i izgorjeti će za nekoliko sekundi, uzrokujući naglo pomjeranje rotora u aksijalnom smjeru (čak i pomak od 1 mm može uzrokovati ozbiljno dinamičko i statičko trenje). Lopatice se tada kruto sudaraju s dijafragmama i cilindrima, što dovodi do lomljenja čitavih faza lopatica, savijanja rotora i deformacije cilindra.
Dodatne napomene- Hladna para ≠ bezbedna: Kada zasićena para niskih-para niskih temperatura uđe u turbinu, stvara se mnogo kapljica vode usled širenja i pada pritiska, što takođe može izazvati vodeni udar. Čak je tajniji od hladne vode (para može lako proći kroz glavne i kontrolne ventile, što otežava otkrivanje unaprijed).
- Karakteristike oštećenja oštrice: Oštrice oštećene vodenim čekićem obično pokazuju krhke lomove sa urednim lomovima, često sa višestrukim oštećenjem oštrica u nizu. Pukotine od termičkog udara imaju tendenciju da se šire radijalno duž oštrice, pri čemu je koncentracija naprezanja u korijenu najsklona pucanju.
