Ⅰ. Inti: Dampak mekanis yang disebabkan oleh perbedaan momentum (kerusakan bilah paling intuitif)
Dalam kondisi pengoperasian normal, fluida kerja turbin uap adalah uap kering super panas, yang memiliki massa jenis sangat rendah (misalnya, massa jenis uap utama unit subkritis adalah sekitar 40 kg/m³). Setelah dipercepat melalui nozel, ia mengenai busur kerja sudu dengan kecepatan yang hampir sama dengan putaran sudu, dengan lancar mentransfer energi kinetik untuk melakukan usaha.Ketika air dingin/uap dingin masuk, kerusakan akan hilang sepenuhnya:
1. Perbedaan kepadatan menghasilkan gaya tumbukan ribuan-kali lipat: Air memiliki kepadatan 1000 kg/m³, lebih dari 25 kali lipat kepadatan uap super panas. Untuk volume yang sama, momentum air 25 kali lipat momentum uap. Saat bilah berputar berkecepatan tinggi (kecepatan ujung bilah pada tahap terakhir bisa mencapai 600 m/s) mengenai tetesan atau benda air, hal ini seperti mobil berkecepatan tinggi yang menabrak batu besar, dan langsung menghasilkan gaya tumbukan yang jauh melampaui batas desain.
2. Benturan terbalik memperbesar kerusakan akibat getaran: Tetesan air memiliki kelembaman yang jauh lebih besar daripada uap dan tidak dapat dipercepat hingga mencapai kecepatan uap di nozel, sehingga tetesan tersebut mengenai bagian belakang bilah (busur yang tidak berfungsi) dengan kecepatan yang jauh lebih rendah daripada uap, dengan arah gaya yang sangat berlawanan dengan kondisi normal. Benturan bolak-balik ini dapat memicu getaran bilah pisau yang parah, yang dengan mudah menyebabkan patah tulang akibat kelelahan pada akar bilah, dan bilah yang patah dapat merusak tahapan bilah selanjutnya.
Ⅱ. Guncangan Termal dan Stres Termal (Tersembunyi Berbahaya, Mudah Menyebabkan Retak/Deformasi Bilah)Bilah turbin, rotor, dan silinder biasanya berada dalam kondisi-suhu stabil yang tinggi (suhu bilah silinder bertekanan tinggi-adalah 400–560 derajat ), dengan medan suhu logam internal yang seragam, sehingga menghasilkan tekanan termal yang minimal.- Saat air dingin (20–100 derajat ) atau uap jenuh bersuhu rendah (seperti uap bersuhu sekitar 200 derajat dari kebocoran pemanas) masuk, permukaan logam mendingin dan berkontraksi dengan cepat dalam beberapa detik, sementara bagian dalam logam tetap panas, berkontraksi jauh lebih lambat dibandingkan permukaan.
- Perbedaan suhu internal-ke-eksternal yang besar ini menciptakan tegangan tarik (permukaan dalam tegangan, bagian dalam dalam kompresi). Ketika tegangan tarik melebihi batas luluh material bilah, retakan makroskopis terjadi secara langsung; guncangan termal yang berulang-ulang membuat retakan meluas dengan cepat, yang akhirnya menyebabkan patahnya bilah.
- Pada saat yang sama, perbedaan ekspansi antara rotor dan silinder dapat tiba-tiba melebihi batas, menyebabkan gesekan antara bagian yang bergerak dan yang diam, sehingga semakin memperburuk kerusakan bilah.
Ⅲ. Lonjakan Mendadak pada Dorongan Aksial (Kerusakan Reaksi Berantai, Bearing Dorong Terbakar Habis Menyebabkan Kegagalan Mesin Total)Ini adalah prinsip di balik palu air yang paling sering diabaikan namun memiliki konsekuensi terburuk. Hal ini secara tidak langsung dapat menyebabkan kerusakan besar pada bilah dan seluruh rotor:1. Gaya dorong aksial normal dihasilkan oleh perbedaan tekanan antara tahapan uap dan diseimbangkan oleh bantalan dorong.
2. Air tidak dapat dimampatkan. Saat memasuki jalur aliran, ia menghalangi jalur uap antartahap, mencegah uap dari tahap depan mengalir mundur dengan lancar. Hal ini menyebabkan perbedaan tekanan antar-tahap melonjak 3-10 kali lipat, dan gaya dorong aksial meroket.
3. Bantalan dorong tidak dapat menahan beban berlebih dan akan terbakar dalam hitungan detik, menyebabkan rotor bergeser secara aksial dengan keras (bahkan gerakan lebih dari 1mm dapat menyebabkan gesekan dinamis dan statis yang parah). Bilah-bilah tersebut kemudian bertabrakan secara kaku dengan diafragma dan silinder, menyebabkan seluruh tahap bilah putus, pembengkokan rotor, dan deformasi silinder.
Catatan Tambahan- Uap dingin ≠ aman: Saat-uap jenuh bersuhu rendah memasuki turbin, banyak tetesan air terbentuk karena pemuaian dan penurunan tekanan, yang juga dapat menyebabkan water hammer. Ini bahkan lebih licik daripada air dingin (uap dapat melewati katup utama dan katup kontrol dengan mudah, sehingga sulit untuk dideteksi sebelumnya).
- Karakteristik kerusakan bilah: Bilah yang rusak karena palu air biasanya menunjukkan patahan rapuh dengan patahan yang rapi, seringkali dengan beberapa bilah rusak secara berurutan. Retakan akibat kejutan termal cenderung menyebar secara radial di sepanjang bilah, dengan konsentrasi tegangan pada akar yang paling rentan terhadap keretakan.
