一、机械结构方面
1️⃣离心力的破坏作用：当汽轮机超速时，转子上的叶片等部件会承受巨大的离心力。根据离心力公式F=mw²r（其中是F离心力，是m部件质量，是w角速度，是r旋转半径），超速会使角速度大幅增加，离心力与角速度的平方成正比。对于汽轮机的长叶片，正常转速下离心力使其处于合理的受力状态。一旦超速，巨大的离心力可能导致叶片变形、断裂。叶片断裂后，会在高速旋转的转子系统内产生不平衡质量，引起机组强烈振动，进一步损坏轴承、轴封等部件，甚至可能造成整个机组的毁灭性损坏。2️⃣轴承过载:汽轮机正常运行时，轴承承受着转子的重量和一定的旋转摩擦力。当超速时，由于离心力的增加，转子对轴承的作用力会急剧增大。轴承的设计是基于正常工作转速下的负荷来选择润滑油的粘度、冷却方式等参数。超速运转会使轴承负荷超过设计极限，导致润滑油膜破裂，进而造成轴瓦磨损、烧瓦等故障，使机组无法正常运行。汽轮机有许多连接部件，如联轴器、螺栓等。超速时产生的巨大冲击力和振动力会使这些连接部件松动。以联轴器为例，它用于连接汽轮机的各个转子部分。在超速情况下，联轴器所受的扭矩和冲击力可能超出其设计强度，导致连接松动或键槽损坏，影响转子的同轴度和动力传递，最终引发机组故障。
二、热力性能方面
1️⃣效率降低:汽轮机的设计是基于一定的蒸汽流量、压力和转速来实现最佳的热力循环效率。当超速运转时，蒸汽在叶片通道内的流动状态会发生改变。
例如，蒸汽在叶片中的流动方向和速度与叶片的设计工况不匹配，会导致蒸汽在叶片上产生脱流现象。这就像水流在不合适的管道形状中流动会产生紊乱一样，使蒸汽的能量不能有效地转换为机械能，从而降低了汽轮机的效率。
2️⃣温度和压力异常:超速运转时，由于蒸汽在汽轮机内的流动速度加快，在级间的停留时间缩短。这会使蒸汽在各级叶片中的做功情况发生变化，可能导致各级叶片前后的压力和温度分布与设计值不同。
比如，蒸汽在末级叶片后的压力可能会异常降低，造成蒸汽湿度增加。湿蒸汽中的水滴对高速旋转的叶片有冲蚀作用，会加速叶片的损坏，同时也会影响机组的热力性能。
三、安全保护方面
1️⃣飞车危险:如果汽轮机失去控制而持续超速，最终可能会出现 “飞车” 现象。这是一种极其危险的情况，机组的转速会急剧上升，完全超出可控范围。一旦发生飞车，机组的部件会在巨大的离心力和冲击力下损坏，而且可能会对周围的设备和人员造成严重的安全威胁，如高速旋转的碎片飞出等。2️⃣保护系统的限制:汽轮机配备了一系列的保护装置，如超速保护装置。这些装置的设计是基于机组正常工作转速和一定的安全裕度来设定动作值。当汽轮机超速达到保护装置的动作值时，如机械超速保护装置会动作，通过遮断汽轮机的进汽来使机组停机。这说明汽轮机本身的设计就不允许其长时间在超速状态下运行，因为超速是一种异常工况，会对机组造成严重损坏。
