Ⅰ. 코어: 운동량 차이로 인한 기계적 충격(가장 직관적인 블레이드 손상)
정상적인 작동 조건에서 증기 터빈의 작동 유체는 밀도가 매우 낮은 과열 건증기입니다(예: 아임계 장치의 주 증기 밀도는 약 40kg/m3입니다). 노즐을 통해 가속된 후 블레이드 회전과 거의 동일한 속도로 블레이드 작동 아크에 충돌하여 운동 에너지를 원활하게 전달하여 작업을 수행합니다.찬물/찬 증기가 들어가면 손상이 완전히 반전됩니다.
1. 밀도 차이는 수천-배의 충격력을 가져옵니다. 물의 밀도는 1000kg/m³로 과열 증기의 25배 이상입니다. 같은 부피에 대해 물의 운동량은 증기의 운동량의 25배 이상입니다. 고속-회전 블레이드(마지막-블레이드 팁 속도는 600m/s에 달함)가 물방울이나 덩어리에 부딪히면 이는 고속 자동차가 바위에 부딪히는 것과 같으며 설계 한계를 훨씬 뛰어넘는 충격력을 즉시 생성합니다.
2. 역방향 충격은 진동 손상을 증폭시킵니다. 물방울은 증기보다 관성이 훨씬 크고 노즐의 증기 속도로 가속될 수 없으므로 증기보다 훨씬 낮은 속도로 블레이드의 뒷면(비-작동 아크)에 부딪히며 힘 방향은 정상 조건과 완전히 반대입니다. 이러한 교번 충격은 심각한 블레이드 진동을 유발하여 블레이드 루트에 쉽게 피로 균열을 일으킬 수 있으며, 부러진 블레이드는 블레이드의 후속 단계를 손상시킬 수 있습니다.
Ⅱ. 열 충격 및 열 스트레스(숨겨진 위험, 쉽게 블레이드 균열/변형을 일으킬 수 있음)터빈 블레이드, 로터 및 실린더는 일반적으로 균일한 내부 금속 온도 필드가 있는 고온-안정 조건(고압 실린더 블레이드의 온도는 400~560도)에 있으므로 열 응력이 최소화됩니다.- 찬물(20~100도) 또는 저온{3}}포화 증기(예: 히터 누출로 인한 약 200도 증기)가 유입되면 금속 표면은 냉각되어 몇 초 만에 빠르게 수축하는 반면, 금속 내부는 뜨거운 상태를 유지하여 표면보다 훨씬 느리게 수축합니다.
- 이 거대한 내부-대-온도 차이는 인장 응력(표면은 인장, 내부는 압축)을 생성합니다. 인장 응력이 블레이드 재료의 항복 한계를 초과하면 거시적 균열이 직접 발생합니다. 반복되는 열 충격으로 인해 균열이 빠르게 확장되어 결국 블레이드 파손이 발생합니다.
- 동시에 로터와 실린더 사이의 차등 팽창이 갑자기 한계를 초과하여 움직이는 부품과 정지된 부품 사이에 마찰을 일으키고 블레이드 손상을 더욱 악화시킬 수 있습니다.
Ⅲ. 축 추력의 급격한 급증(체인 반응 손상, 추력 베어링 소손으로 인한 전체 기계 고장)이는 가장 흔히 간과되지만 최악의 결과를 초래하는 수격 현상의 기본 원리입니다. 블레이드와 로터 전체에 간접적으로 심각한 손상을 초래할 수 있습니다.1. 정상적인 축방향 추력은 증기단 간의 압력차에 의해 생성되며 추력 베어링에 의해 균형을 이룹니다.
2. 물은 비압축성입니다. 유로에 진입하면 단간 증기 통로를 막아서 전단에서 나오는 증기가 원활하게 역류하는 것을 방해합니다. 이로 인해 -단계 간 압력 차이가 3~10배 급증하고 그에 따라 축 추력도 급증합니다.
3. 스러스트 베어링은 과부하를 감당할 수 없으며 몇 초 만에 소손되어 로터가 축 방향으로 격렬하게 이동하게 됩니다(1mm 이상 이동해도 심각한 동적 및 정지 마찰이 발생할 수 있음). 그런 다음 블레이드는 다이어프램 및 실린더와 단단히 충돌하여 블레이드의 전체 단계가 부러지고 로터가 구부러지고 실린더가 변형됩니다.
추가 참고 사항- 저온 증기 ≠ 안전: 저온-포화 증기가 터빈에 유입되면 팽창과 압력 강하로 인해 많은 물방울이 형성되고 이로 인해 워터 해머가 발생할 수도 있습니다. 냉수보다 훨씬 더 은밀합니다(증기는 주 밸브와 제어 밸브를 쉽게 통과할 수 있어 사전에 감지하기 어렵습니다).
- 블레이드 손상 특성: 수격 현상에 의해 손상된 블레이드는 일반적으로 깔끔한 파손과 함께 부서지기 쉬운 균열을 나타내며, 종종 여러 블레이드가 연속적으로 손상됩니다. 열충격으로 인한 균열은 블레이드를 따라 방사상으로 퍼지는 경향이 있으며 루트에 응력 집중이 균열이 발생하기 가장 쉽습니다.
