Ⅰ. Çekirdek: Momentum farkından kaynaklanan mekanik etki (en sezgisel bıçak hasarı)
Normal çalışma koşulları altında, bir buhar türbininin çalışma sıvısı, çok düşük yoğunluğa sahip olan aşırı ısıtılmış kuru buhardır (örneğin, kritik altı birimlerin ana buhar yoğunluğu yaklaşık 40 kg/m³'tür). Nozullar boyunca hızlandırıldıktan sonra, bıçağın çalışma yayına neredeyse bıçağın dönüşüyle aynı hızda çarparak iş yapmak için kinetik enerjiyi düzgün bir şekilde aktarır.Soğuk su/soğuk buhar girdiğinde hasar tamamen tersine döner:
1. Yoğunluk farkı bin-kat darbe kuvveti getirir: Suyun yoğunluğu 1000 kg/m³'tür; bu, aşırı ısıtılmış buharınkinden 25 kat fazladır. Aynı hacimde suyun momentumu buharınkinden 25 kat daha fazladır. Yüksek-hızda dönen bıçaklar (son-kademe bıçaklarının uç hızı 600 m/s'ye ulaşabilir) su damlacıklarına veya kütlelere çarptığında, bu yüksek-hızlı bir arabanın bir kayaya çarpması gibidir ve anında tasarım sınırlarının çok ötesinde darbe kuvvetleri oluşturur.
2. Ters darbe, titreşim hasarını artırır: Su damlacıkları buhardan çok daha büyük bir atalete sahiptir ve nozüllerde buhar hızına kadar hızlandırılamaz, bu nedenle bıçağın arka tarafına (-çalışmayan yay) buhardan çok daha düşük bir hızda, normal koşulların tamamen zıt bir kuvvet yönü ile çarparlar. Bu değişken darbe, şiddetli bıçak titreşimlerini tetikleyebilir, kolayca bıçak kökünde yorulma kırılmalarına neden olabilir ve kırılan bıçaklar, bıçakların sonraki aşamalarına zarar verebilir.
Ⅱ. Termal Şok ve Termal Stres (Gizli Olarak Tehlikelidir, Kolayca Bıçak Çatlaklarına/Deformasyona Neden Olabilir)Türbin kanatları, rotorlar ve silindirler genellikle yüksek-sıcaklıkta sabit koşullar altındadır (yüksek-basınçlı silindir kanatlarının sıcaklığı 400–560 derecedir), tekdüze iç metal sıcaklık alanları vardır ve bu da minimum termal strese neden olur.- Soğuk su (20–100 derece) veya düşük-sıcaklıktaki doymuş buhar (ısıtıcı sızıntısından kaynaklanan yaklaşık 200 derecelik buhar gibi) girdiğinde, metal yüzey birkaç saniye içinde hızla soğur ve büzülürken metalin iç kısmı sıcak kalır ve yüzeye göre çok daha yavaş büzülür.
- Bu büyük iç--dış sıcaklık farkı-, çekme gerilimi yaratır (yüzeyde gerilim, iç kısımda basınç). Çekme gerilimi bıçak malzemesinin akma sınırını aştığında doğrudan makroskobik çatlaklar meydana gelir; tekrarlanan termal şoklar çatlakların hızla genişlemesine ve sonuçta bıçağın kırılmasına neden olur.
- Aynı zamanda, rotor ile silindir arasındaki diferansiyel genleşme aniden sınırları aşabilir, hareketli ve sabit parçalar arasında sürtünmeye neden olarak bıçak hasarını daha da kötüleştirebilir.
Ⅲ. Eksenel Baskıda Ani Dalgalanma (Zincir Reaksiyonu Hasarı, Baskı Yatağının Yanması ve Toplam Makine Arızasına Neden Olması)Bu, çoğu zaman gözden kaçan ancak en kötü sonuçlara yol açan su darbesinin ardındaki prensiptir. Bu, dolaylı olarak kanatlara ve rotorun tamamına ciddi zararlar verebilir:1. Normal eksenel itme, buhar aşamaları arasındaki basınç farkından kaynaklanır ve baskı yatağı tarafından dengelenir.
2. Su sıkıştırılamaz. Akış yoluna girdiğinde,-kademeler arası buhar geçişlerini bloke ederek, ön kademelerden gelen buharın geriye doğru düzgün bir şekilde akmasını engeller. Bu,-kademeler arası basınç farkının 3-10 kat artmasına ve buna bağlı olarak eksenel itme kuvvetinin hızla artmasına neden olur.
3. Baskı yatağı aşırı yükü kaldıramaz ve saniyeler içinde yanarak rotorun şiddetli bir şekilde eksenel kaymasına neden olur (1 mm'nin üzerindeki bir hareket bile ciddi dinamik ve statik sürtünmeye neden olabilir). Kanatlar daha sonra diyaframlara ve silindirlere sert bir şekilde çarparak kanatların tüm aşamalarının kırılmasına, rotorun bükülmesine ve silindir deformasyonuna yol açar.
Ek Notlar- Soğuk buhar ≠ güvenli: Düşük-sıcaklıktaki doymuş buhar bir türbine girdiğinde, genleşme ve basınç düşüşü nedeniyle çok sayıda su damlacığı oluşur ve bu da su darbesine neden olabilir. Soğuk sudan bile daha sinsidir (buhar, ana ve kontrol vanalarından kolayca geçerek, önceden tespit edilmesini zorlaştırır).
- Bıçak hasarı özellikleri: Su darbesinden hasar gören bıçaklar genellikle düzgün kırılmalara sahip, genellikle birden fazla bıçağın art arda hasar gördüğü kırılgan kırıklara sahiptir. Termal şoktan kaynaklanan çatlaklar bıçak boyunca radyal olarak yayılma eğilimindedir; kökteki stres konsantrasyonu, çatlamaya en yatkın olanıdır.
