Ⅰ. جوهر: التأثير الميكانيكي الناجم عن اختلاف الزخم (ضرر الشفرة الأكثر سهولة)
في ظل ظروف التشغيل العادية، يكون مائع العمل في التوربينات البخارية عبارة عن بخار جاف شديد الحرارة، وله كثافة منخفضة جدًا (على سبيل المثال، تبلغ كثافة البخار الرئيسية للوحدات دون الحرجة حوالي 40 كجم / م 3). بعد أن يتم تسريعها من خلال الفوهات، فإنها تضرب قوس عمل الشفرة بسرعة تساوي تقريبًا دوران الشفرة، مما ينقل الطاقة الحركية بسلاسة للقيام بالشغل.عند دخول الماء البارد/البخار البارد، يزول الضرر تمامًا:
1. يؤدي اختلاف الكثافة إلى قوة تصادم -أضعاف: تبلغ كثافة الماء 1000 كجم/م³، أي أكثر من 25 مرة من كثافة البخار شديد السخونة. ولنفس الحجم، يكون زخم الماء أكبر بـ 25 مرة من زخم البخار. عندما-تصطدم الشفرات الدوارة عالية السرعة (يمكن أن تصل سرعة طرف الشفرات-المرحلة الأخيرة إلى 600 م/ث) بقطرات أو كتل من الماء، فإن الأمر يشبه-سيارة عالية السرعة تصطدم بصخرة، مما يؤدي على الفور إلى توليد قوى تصادم تتجاوز حدود التصميم بكثير.
2. يؤدي التأثير العكسي إلى تضخيم ضرر الاهتزاز: تتمتع قطرات الماء بقصور ذاتي أكبر بكثير من البخار ولا يمكن تسريعها إلى سرعة البخار في الفوهات، لذا فإنها تضرب الجانب الخلفي للشفرة (قوس غير عامل) بسرعة أقل بكثير من البخار، مع اتجاه قوة معاكس تمامًا للظروف العادية. يمكن أن يؤدي هذا التأثير المتناوب إلى حدوث اهتزازات شديدة للشفرة، مما يؤدي بسهولة إلى حدوث كسور إجهاد في جذر الشفرة، ويمكن أن تؤدي الشفرات المكسورة إلى إتلاف المراحل اللاحقة من الشفرات.
Ⅱ. الصدمة الحرارية والإجهاد الحراري (خطيران بشكل خفي، يمكن أن يسببا تشققات/تشوه الشفرة بسهولة)عادة ما تكون شفرات التوربينات والدوارات والأسطوانات تحت ظروف درجة حرارة ثابتة-عالية (درجة حرارة شفرات الأسطوانات ذات الضغط العالي-تتراوح بين 400-560 درجة)، مع وجود مجالات حرارة معدنية داخلية موحدة، مما يؤدي إلى الحد الأدنى من الإجهاد الحراري.- عند دخول ماء بارد (20–100 درجة ) أو-بخار مشبع بدرجة حرارة منخفضة (مثل بخار بدرجة 200 درجة تقريبًا من تسرب المدفأة)، يبرد السطح المعدني وينكمش بسرعة في بضع ثوانٍ، بينما يظل الجزء الداخلي من المعدن ساخنًا، وينكمش بشكل أبطأ بكثير من السطح.
- هذا الاختلاف الضخم في درجة الحرارة الداخلية-إلى-الخارجية يؤدي إلى إجهاد الشد (السطح في حالة شد، والداخل في حالة ضغط). عندما يتجاوز إجهاد الشد حد إنتاج مادة الشفرة، تحدث الشقوق العيانية مباشرة؛ تؤدي الصدمات الحرارية المتكررة إلى تمدد الشقوق بسرعة، مما يؤدي في النهاية إلى كسور الشفرة.
- في الوقت نفسه، يمكن أن يتجاوز التمدد التفاضلي بين الدوار والأسطوانة الحدود فجأة، مما يتسبب في الاحتكاك بين الأجزاء المتحركة والثابتة، مما يزيد من تفاقم تلف الشفرة.
Ⅲ. الارتفاع المفاجئ في الدفع المحوري (تلف التفاعل المتسلسل، واحتراق محامل الدفع مما يؤدي إلى فشل كامل في الماكينة)هذا هو المبدأ الكامن وراء المطرقة المائية الذي غالبًا ما يتم تجاهله ولكن له أسوأ العواقب. يمكن أن يسبب بشكل غير مباشر أضرارًا كارثية للشفرات والدوار بأكمله:1. يتم إنشاء الدفع المحوري الطبيعي عن طريق فرق الضغط بين مراحل البخار ويتم موازنةه بواسطة محمل الدفع.
2. الماء غير قابل للضغط. عندما يدخل في مسار التدفق، فإنه يسد-ممرات البخار بين المراحل، مما يمنع البخار من المراحل الأمامية من التدفق للخلف بسلاسة. يؤدي هذا إلى ارتفاع فرق الضغط بين المراحل-من 3 إلى 10 مرات، وبالتالي ارتفاع الدفع المحوري بشكل كبير.
3. لا يستطيع محمل الدفع التعامل مع الحمل الزائد وسوف يحترق في ثوانٍ، مما يتسبب في تحول الدوار بعنف محوريًا (حتى الحركة التي تزيد عن 1 مم يمكن أن تسبب احتكاكًا ديناميكيًا وثابتًا شديدًا). ثم تصطدم الشفرات بقوة مع الأغشية والأسطوانات، مما يؤدي إلى كسر مراحل كاملة من الشفرات، وانحناء الدوار، وتشوه الأسطوانة.
ملاحظات إضافية- البخار البارد ≠ الآمن: عندما يدخل البخار المشبع بدرجة حرارة منخفضة- إلى التوربين، تتشكل الكثير من قطرات الماء بسبب التمدد وانخفاض الضغط، مما قد يتسبب أيضًا في حدوث مطرقة مائية. إنه أكثر تسللًا من الماء البارد (يمكن للبخار أن يمر عبر الصمامات الرئيسية وصمامات التحكم بسهولة، مما يجعل من الصعب اكتشافه مسبقًا).
- خصائص تلف الشفرة: عادةً ما تظهر الشفرات المتضررة بواسطة المطرقة المائية كسورًا هشة مع فواصل أنيقة، وغالبًا ما تكون هناك شفرات متعددة تالفة على التوالي. تميل الشقوق الناتجة عن الصدمة الحرارية إلى الانتشار بشكل قطري على طول الشفرة، حيث يكون تركيز الضغط عند الجذر هو الأكثر عرضة للتشقق.
