О достоверности шпилечно-гаечной версии аварии на Саяно-Шушенской ГЭС

Трагедия 2009 года на Саяно-Шушенской ГЭС, так же как и трагедия на Чернобыльской АЭС, продемонстрировала всему миру, как могут быть опасны мощные агрегаты, вырабатывающие электрическую энергию, при их неправильной эксплуатации.

После аварии правительством РФ было заявлено, что причины её будут расследованы и результаты обнародованы.

Расследованием занимались специальные комиссии: комиссия Ростехнадзора и комиссия Госдумы РФ.

По свидетельству председателя комиссии Ростехнадзора

«…в экспертную группу у нас вошло достаточно большое количество специалистов, докторов наук, экспертов. Кроме того, всего 32 человека составляло именно экспертные группы. Из них шесть докторов, 14 кандидатов наук. Экспертные заключения этих привлеченных экспертов были переданы в Академию наук. У нас есть также пять заключений от Академии» [1].

Через полтора месяца после аварии комиссия Ростехнадзора обнародовала результаты своей работы. Был опубликован «Акт технического расследования причин …» [2]. Позже были представлены и выводы Парламентской комиссии, которые в основном повторили заключение комиссии Ростехнадзора.

Такой высокий статус комиссий, высокие научные степени привлеченных экспертов и участие Российской Академии наук в расследовании должны были гарантировать полноту выявления и достоверность причин. Однако заключения о причинах аварии, развившейся до масштабов техногенной катастрофы с гибелью 75 человек, оказались сомнительными в своей достоверности. В акте при констатации фактов и событий объяснения причинно-следственных связей их происхождения противоречат законам физики. Акт оказался подборкой небылиц, точнее — научных глупостей.

При аварии ротор гидроагрегата станционный № 2 весом около 1800 тонн вращаясь, вышел из шахты. После того, как ротор покинул шахту, из неё ударил мощный фонтан. Именно фонтан из шахты турбины и был основной причиной гибели людей и разрушения станции. [3]. И комиссии в первую очередь необходимо было выяснить причину фонтана из шахты турбины.

В самом начале расследования один из экспертов (бывший главный инженер СШГЭС) в интервью «Вестям» назвал причину гибели станции и людей:

«Причина она очевидна, она видна. Она произошла в результате того, что вода под высоким напором пошла в машинный зал через поврежденный узел. … Как это могло случиться, это не знает никто. … Пока не знает никто» [4].

К сожалению, это «Пока не знает никто» осталось и на момент написания «Акта …». Создается впечатление, что комиссия в этом вообще не разбиралась, посчитав, что удар фонтана, а не медленное затопление снизу – так и должно было быть.

На рисунке представлен макет гидроагрегата № 2.

Напорный водовод, по которому вода подается на турбину, оканчивается статором турбины, точнее – решеткой статора. За турбиной – слив воды в нижний бьеф через отсасывающую трубу. Отсасывающей она называется потому, что при сливе воды в ней создается дополнительное разрежение за счет того, что труба имеет форму диффузора с увеличивающимися по длине площадями поперечного сечения.

И вот вопрос: когда турбина выходит из своей рабочей камеры, освобождает проход воды из напорного водовода через отсасывающую трубу в Енисей, может ли под турбиной создаться давление, способное поднять весь ротор агрегата весом около 1800 тонн ещё выше? Может ли при этом из шахты бить фонтан высотой около 80 метров? Возможно ли, когда в одном объеме (в одном стакане без дна, но с крышкой): внизу – отсос воды в Енисей, а вверху под крышкой – большое давление?

По законам физики это не возможно.

Но по заключению экспертов оказалось, что возможно.

Вот как художественно описал председатель комиссии выход-вылет ротора гидроагрегата из шахты [1]:

«После изучения расчетных величин давления и условий возникновения этих сил, все эксперты пришли к выводу, что действительно на момент аварии создались усилия, равные подъемной силе от 4,7 до 6 тысяч тонн. Гидроагрегат сам весит 1,5 тысячи тонн. В условиях, когда крепление было ослаблено, или шпильки уже имелись усталостные, и такое давление сдержать уже это крепление не могло, первоначальным усилием в 6 тысяч, максимально от 4,7 до 6 тысяч тонн, гидроагрегат пошел вверх. Вверх он шел очень равномерно, потому что шпильки у нас не срезаны, а сорваны вверх, и стакан, в котором находился гидроагрегат, практически на 2 метра сохранил заводскую покраску, и только потом начинаются зацепы, задиры, потом уже слом металла. Это тот момент, когда усилие перешло в усилие 20 тысяч тонн. Потому что площадь изменилась резко, давление воды резко возросло, это все происходило в доли секунды, подчеркиваю. Не то что он там медленно поднимался, как обычно показывают на Байконуре ракеты стартуют, она медленно поднимается со стола, нет. Здесь происходило все в доли секунды буквально. И гидроагрегат, раскрыв большую площадь давления, получил подъемную силу в 20 тысяч тонн и вылетел практически мгновенно».

Фантастика! Ракета на Байконуре пытается набрать только первую космическую скорость, а гидроагрегат № 2 при таком «практически мгновенном» «в доли секунды» старте наверняка уже на выходе из устья шахты должен был иметь вторую космическую. Если бы так «обычно показывали на Байконуре», то нам бы век космоса не видать. Ракеты рассыпались бы уже на стартовой площадке из-за громадных (больших «g») перегрузок.

Поражает воображение и «тот момент, когда усилие перешло в усилие 20 тысяч тонн». Подпятник гидрогенератора, установленный на крышке турбины, рассчитан на восприятие направленной вниз нагрузки в 36000 килоньютон (3671 тонн). Корпус крышки состоит из 4-х секторов, собранных на фланцевых разъемах, скрепленных болтами. При ударной нагрузке в 20 тысяч тонн, направленной не вниз, а вверх, крышка бы рассыпалась. А она, в отличие от других элементов гидроагрегата, особых повреждений не получила. Давления, создаваемого под крышкой усилие в 20 тысяч тонн (2,9 МПа – 29 кгс/кв.см), не выдержал бы в первую очередь железобетонный напорный водовод к турбине, он на такое давление не рассчитан.

Теоретическим обоснованием работы гидромашин является уравнение Бернулли (закон Бернулли), увязывающее между собой величины напора, давления и скорости в потоке жидкости. Как видно по указанным величинам усилий на крышку турбины при расчете этих усилий уравнение Бернулли было проигнорировано. Расчет велся по каким-то другим методикам, вероятно разработанным в порядке импортозамещения.

А ответ на этот главный вопрос о причине развития аварии на ГА-2 до масштабов техногенной катастрофы лежал, как говорится, под ногами.

На рисунке слева целый агрегат. В середине агрегат после аварии. Справа – эскиз положения обода ротора электрогенератора весом около 700 тонн после аварии. Как видно, то что было вверху оказалось в самом низу и перекрыло слив воды в нижний бьеф Саяно-Шушенской ГЭС через отсасывающую трубу.

При желании каждый, даже не будучи кандидатом наук, сможет смоделировать в домашних условиях процесс внезапного затопления СШГЭС после аварии её второго гидроагрегата, если при мытье ложек под струей из крана повернёт ложку так, как показано на эскизе.

Допустим, что Даниила Бернулли ошибся в своём уравнении в расчете давления в потоке жидкости. Но тогда надо признать, что и в расчете скорости потока он тоже ошибался. Иначе как объяснить тот факт, что после того как «гидроагрегат, раскрыв большую площадь давления, получил подъемную силу в 20 тысяч тонн и вылетел практически мгновенно» фонтан из шахты турбины ударил только через 2 минуты и 9 секунд [5]?

Кому верить?

Не более вразумительным является и вывод о причине аварии самого гидроагрегата. Во всем были виноваты шпильки крепления крышки турбины. Они якобы потеряли несущую способность вследствие усталости металла при горизонтальной (радиальной) вибрации турбинного подшипника. В предыдущей статье [5] приведен анализ условий «усталости» шпилек. Даже незнакомому с дебрями сопромата и с теорией усталости материалов видно, что шпильки были первыми «пострадавшими» при подъеме ротора агрегата.

От горизонтальной вибрации (колебаний относительно неподвижной точки) шпильки должны «уставать» внизу на выходе резьбы из опорного статорного кольца, а порвались они вверху под гайкой.

И здесь тоже при желании каждый, даже не будучи кандидатом каких бы то ни было наук, сможет проверить достоверность версии об «усталости» шпилек. Вбить гвоздь на треть его длины и, взявшись за шляпку, его качать. И если гвоздь «устанет» под шляпкой, а не внизу, то, действительно, причиной катастрофы на СШГЭС была усталость металла шпилек вследствие горизонтальной вибрации турбинного подшипника.

Недавно на основании лабораторных исследований выяснилось, что заклепки крепления листов обшивки корпуса «Титаника» тоже имели заниженную несущую способность. Белфастская верфь, на которой построили «Титаник», использовала для заклёпок кованое железо сорта «best» вместо положенного сорта «best-best». В нашем случае шпилечно-гаечная версия причины катастрофы на СШГЭС из-за усталости металла шпилек имеет такую же достоверность, как если посчитать, что причиной гибели «Титаника» явилось недостаточно высокое качество металла заклепок.

Однако шпилечно-гаечная версия утвердилась. В дополнение к обычному крепежу – шпилькам, болтам, гайкам, заклепкам, штифтам и шплинтам – появились необычные элементы крепежа – «духовные скрепы».

В общем и целом с обнародованием причин так напугавшей народ катастрофы получилось что-то не совсем понятное. Вернее, совсем непонятное. Почему в стране не нашлось специалистов, способных досконально разобраться в событиях и фактах случившегося? Или причины — это какая-то корпоративная тайна, и народу знать ее не обязательно?

После такого непрофессионального, безграмотного расследования народу не ясно, устранены ли при восстановлении Саяно-Шушенской ГЭС причины, погубившие утром 17 августа 2009 года людей и гидроэлектростанцию.

Геннадий Рассохин,
эксперт в системе экспертизы промышленной безопасности технических устройств на объектах электроэнергетики,
почетный энергетик России

Литература:

1. Пресс-конференция руководителя Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору Н.Г. Кутьина по итогам расследования технических причин аварии на СШГЭС. http://arch.gosnadzor.ru/publikazii/press-konferentsiya-ng-kutina-po-itogam-rassledovaniya-tehnicheskih-prichin-avarii-na-sshges/

2. Акт технического расследования причин аварии, происшедшей 17 августа 2009 года в филиале Открытого Акционерного Общества «РусГидро» — «Саяно-Шушенская ГЭС имени П.С. Непорожнего». http://www.energystate.ru/news/files/Sayano-Shushenskaya-GES—akt-rassledovaniya.pdf

3. Г. Рассохин. Фонтан над Саяно-Шушенской ГЭС. https://www.plotina.net/sshges-rassokhin-10/

4. Саяно-Шушенская ГЭС. Хроника последних минут. http://www.youtube.com/watch?v=r_ahR17rtKQ

5. Г. Рассохин. Об организационно-технических причинах аварии на СШГЭС, развившейся до масштабов техногенной катастрофы https://www.plotina.net/sshges-rassokhin-15/