[https://yandex.ru/images/search?text=авария на сшгэс в 2009 фото программы вести]

 

Плакала Саша, как лес вырубали, ей и теперь его жалко до слёз. 

Николай Некрасов

В августе четырнадцатого в стране произошло невообразимое событие. В одночасье разрушается самая мощная электростанция. В одночасье гибнет 75 человек её обслуживающего персонала. Для выяснения причин этого назначается несколько комиссий общей численностью в 93 человека. «Привлечено 32 человека экспертов, из них шесть докторов, 14 кандидатов наук. Пять академиков РАН дали свои заключения.» [1]. Расследование длится полтора месяца. Составляется акт [2] на 140-а листах. Материалы расследования оформляются в трёх томах в 500 страниц каждый [3]. Проводится несколько научно-практических конференций, в том числе международных. И в дальнейшем суд над руководителями станции продолжается 5 лет, в то время как Нюрнбергский Процесс длился всего 9 месяцев. 

А что в сухом остатке:

Расследованием установлено, что причиной разрушения второго гидроагрегата  на станции явилось большое давление под крышкой его турбины. От этого огромного давления внезапно рвутся шпильки крепления фланцевого разъёма крышки, и весь ротор агрегата вместе с крышкой и верхней крестовиной общей массой в две тысячи тонн выстреливается из шахты турбины, словно снаряд из пушки. Под этим же давлением из шахты турбины после вылета агрегата бьёт высокий фонтан и затапливает машинный зал сверху.

У персонала никаких шансов спастись!

По утверждению комиссий всё это произошло при «штатном режиме» работы агрегата. Никаких посторонних вмешательств. Якобы форс-мажорный бунт Енисея. Якобы станция сама себя разрушила.

Председатель технической комиссии руководитель «Ростехнадзора» так назвал это безобразие: «Полторы тысячи весом летательный аппарат вопреки законам физики поднялся в воздух и летал. Мы побили РЕКОРД ГИННЕСА, и ученые теперь испытывают внутренний ужас оттого, что законы физики были нарушены».

 Так в чём же этими рекордистами Гиннеса были нарушены законы физики: 

Здесь представлены выкопировки из математической модели аварии, составленной при расследовании, на основании которой сделано такое фантастическое заключение [4].

 

Что здесь не так. В чём нарушение физических законов природы:

 

* Прежде всего, в определении давления.

Здесь давление на крышку снизу определено метрами водяного столба, причём метры водяного столба приравнены к метрам напора.

А по законам физики метры водяного столба являются давлением только тогда, когда этот столб неподвижен. По закону физики - закону Даниила Бернулли - подвижный столб – это поток. Поток движется под напором. В потоке напор в метрах - это не давление, это энергия. Удельная энергия одного килограмма массы воды, падающего с высоты этих метров.

Закон Бернулли:

Каждый член уравнения представляет собой определённые виды энергии:

** В модели давление под крышкой турбины равно давлению в спиральной камере.

И по закону физики, и с позиции здравого рассудка  - это абсурд!

Спиральная камера (см. конструкцию турбины [5]) – это конечный элемент напорного трубопровода.

Рис. 1

А рабочая камера турбины – это уже нижний бьеф. На глубине Z метров ниже уровня нижнего бьефа. И давление в ней при работе турбины не поднимается выше этих метров. Оно является сопротивлением для потока - противодавлением. Чем оно больше, тем меньше напор потока, тем меньше метры напора, тем меньше его энергия. И указав в рабочей камере давление в 230 метров водяного столба, составители модели как бы засвидетельствовали, что в момент аварии поток через турбину был в обратном направлении. Вода не падала на турбину, сливаясь в нижний бьеф, а поднималась в верхний бьеф. Одновременно с глубины Z метров через освободившуюся шахту турбины бил фонтан высотой 80 метров.

Вообразить себе такое трудно. 

Если отбросить эти недопустимые допущения - ^«*^», ^«**^», и не игнорировать законы физики, то реальная картина распределения давления и усилий на крышку турбины в момент аварии выглядела следующим образом:

Из «Акта расследования …» [2] в момент аварии:

Верхний бьеф (ВБ) – 537,11 м; Нижний бьеф (НБ) – 325,07 м; Заглубление турбины (Z) –  11,07 м; Рабочий напор (Н_р) – 212,04 м; Полный напор (Н) – 223,11 м; Расход воды через турбину (Q) – 256 м³/сек.           

При таком режиме:

• Поток в спиральной камере (живое сечение потока = 33,2 м²):

─ Составляющая «Р» в пьезометрическом напоре = 1, 88 МПа;

─ С учётом противодавления в рабочей камере турбины «Р_сум» = 1,99 МПа = 20,29 кгс/см²;

─ Усилие на крышку снизу (площадь кольцевого участка поверхности = 9,72 м²) = 1972,2 тс 

• Усилие на кольцевой участок площади крышки между лопатками направляющего аппарата и лабиринтным уплотнением рабочего колеса турбины (площадь = 15,21 м²; давление = 1,13 кгс/см²) = 171,9 тс. 

• Сила давления на крышку снизу на кольцевую часть между лабиринтным уплотнением рабочего колеса и корпусом турбинного подшипника равна силе на верхний обод рабочего колеса (поз. 9 на чертеже). Следовательно, в поднятии и отрыве крышки не участвует. Она только добавляет нагрузку на опору подпятника. 

Итого, при аварии суммарное гидравлическое усилие на крышку снизу равнялось 2144,1 тс, что не превышало веса ротора агрегата вместе с крышкой и верхней крестовиной. При таком балансе сил не то что отрыв шпилек крепления крышки, а даже подъём незакреплённого свободно стоящего ротора невозможен.

Более того, в модели в балансе сил, удерживающих крышку, не показана сила  затяжки гаек на шпильках крепления крышки. При монтаже после отцентровки крышки относительно оси вала турбины и припасовки штифтов, фиксирующих положение между собой верхнего и нижнего фланцев, гайки на шпильках затягиваются до создания в шпильках напряжений в 150 МПа (1500 кгс/см²). При этом в одной шпильке создаётся усилие в 67,5 тс. Общее усилие всех  80-и шпилек N_зат = 5400 тс, что в сумме с весом ротора более чем в три раза больше усилий от давления снизу. 

Такая же картина с балансом энергий. В модели масса узлов агрегата в 2130 тонн при движении вверх за полсекунды набирает скорость 10 м/сек. По законам физики мощность такого подъёма должна быть не менее 2130 МВт. В то время как в момент аварии поток при расходе 256 м³/сек имел мощность всего 540 МВт, а свободный поток (без турбины) - 1400 МВт. 

По версии «Ростехнадзора» разрыв шпилек крепления крышки спровоцировала усталость металла шпилек её крепления. И здесь, в заключении по результатам исследования разрушенных шпилек так же не просматривается даже признаков инженерной логики.

Шпильки якобы «уставали» от горизонтальной (радиальной) вибрации турбинного подшипника. При такой схеме нагружений излом должен быть внизу, в заделке. Излом от поперечных изгибных напряжений усталости (выносливости).

Фактически же на всех исследованных шпильках не излом, а разрыв, и не внизу, а вверху под гайкой. Разрыв от осевых напряжений, превышающих и предел текучести, и предел временной прочности.

В числе 49-и исследованных шпилек на шести шпильках со смятой верхней резьбой якобы не было гаек при аварии. А чем срезало выступы витков резьбы, эксперты не объяснили.

И здесь также были внесены новации. К четырём существующим теориям прочности добавили пятую. Остаточную прочность шпилек рассчитывалась по площади поперечного сечения, оставшейся ещё непоражённой уходящей вглубь трещиной. В процентах от прочности новой ещё не «состарившейся» шпильки. По действующим нормам расчёта на прочность в ответственных нагруженных металлических конструкциях не допускаются даже микротрещины. 

Об усталости металла:

В инженерную практику понятие усталости металла было введено французским инженером Жаном-Виктором Понселе в 1837 году. На основании результатов длительного наблюдения за механизмом разрушения металлических деталей конструкций, испытывающих переменные по величине и по знаку нагрузки определённого специфического характера. Совсем не схожего с характером нагрузок на шпильки крепления турбины и в момент аварии, и до неё.

До перестройки, в период «догоним и перегоним!» у эксплуатационников бытовал принцип: «металл всё выдержит». Некоторые экстремалы меняли режимы работы оборудования со скоростью спринтера стометровщика.

С реформированием энергетики, передаче её в активы эффективных менеджеров, со всех трибун и из всех ящиков начали трубить о выработке энергетическим оборудованием расчётного срока службы и необходимости инвестиций на его замену. Тогда и вспомнили о Жане-Викторе. И все повреждения на оборудовании заштамповали усталостью металла. 

Второй агрегат сам объяснил причину своего разрушения, оставив своего рода «предсмертную записку» в виде трендов режимов своей работы, показаний приборов КИП и автоматики, показаний фото и видеорегистраторов. В «записке» подробно в цифрах и миллисекундах записан сценарий его поведения перед аварией и во время аварии. Прочтение этой «записки» представлено в [6].

Агрегат не взлетал вверх, а падал вниз. Самый массивный, самый габаритный  и самый верхний узел гидроагрегата - обод ротора электрогенератора - сорвался с креплений на спицевом остове ротора и упал в шахту турбины в направлении левый берег - верхний бьеф. Срыв обода с остова спровоцировали ударные динамические нагрузки от резких и глубоких бросков мощности генератора при регулировании частоты и активной мощности в масштабах энергостстемы Сибири и Дальнего Востока. С учётом перетоков в европейскую часть страны через Казахстан.

Агрегат зонтичного типа с опорой на крышку турбины. Фланец крышки турбины является основанием этого зонтика. Купол зонтика – это обод ротора электрогенератора. При сильном ветре купол пытается вывернуть ручку зонтика из твоей руки. Аналог такой схемы нагрузок на узел крепления фланцевого разъёма крышки и был при падении обода.

При малом расходе нижняя осевая часть переходит в режим осевого насоса – гребного винта в насадке. На турбине появляется подъёмная сила, при определённых условиях способная даже поднять ротор. Поэтому действующим стандартом работа с малыми расходами через турбину не допускается.

В том положении, в котором турбина, вывернутая из своей рабочей камеры,  легла внутри обода, она обратилась в центробежный насос. Нижняя осевая часть в закрученном потоке осталась турбиной, а верхняя радиальная стала работать как центробежный насос. Поток вверх получил дополнительную энергию.

 

Кто виноват, и что делать

Был случай:

На одной ГРЭС на энергоблоке с турбиной К-300-240 ЛМЗ (однояйцевого двойника турбины энергоблока №3, разрушившегося на Каширской ГРЭС 05.10.2002 года) после ремонта полетели лопатки на 28-й ступени цилиндра низкого давления (ЦНД). По заключению лаборатории металлов ничего плохого при ремонте лопаткам не сделали. Мы, эксперты, и написали своё заключение, соответствующее этому лабораторному заключению.

Ровно через месяц на утреннем селекторе на всю энергосистему звучит громогласный спич генерала (генерального директора). В нём он подробно со вставкой элементов матанализа рассказывает, какие в энергосистеме есть м…ки-эксперты, неумеющие работать. Оказывается, на той же турбине, на той же ступени опять разворотило лопатки. В заключение приказ: «Пусть едут и сидят на турбине пока не найдут!».

Поехали, взяв на смену пару нижнего белья, проклиная турбину, ступень, лабораторию, генерала и его безупречное владение классическим матанализом. И что: - с того времени ступень исправно работает. Остался только небольшой осадок от спича генерала.

 

 Ссылки (в открытом доступе): 

1. Пресс-конференция Н. Кутьина по итогам расследования аварии. https://sakuryan.livejournal.com/24938.html

2. . Акт технического расследования причин аварии, произошедшей 17 августа 2009 года в филиале Открытого Акционерного Общества «РусГидро»-«Саяно-Шушенская ГЭС имени П.С. Непорожнего».

3. Разрушение гидроагрегата № 2 Саяно-Шушенской ГЭС: причины и уроки. Сборник материалов. Том I, том II, том III.

4. Авария на Саяно-Шушенской ГЭС и проблемы мониторинга крупных ГЭС. В.В. Берлин, к.т.н., О.А.Муравьёв, д.т.н., профессор [3, том I, стр. 17].

5. Г.И. Кривченко «Гидравлические машины. Турбины и насосы», Москва, «Энергия» 1978 г.

6. Г. Рассохин «СШГЭС, август девятого: разрушение второго гидроагрегата, причины и сценарий». http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=9059