Реки - источник жизни, а не электричества
Фото нашей Ангары... Нажми

Фонтан над Саяно-Шушенской ГЭС

Развитие аварии агрегата № 2 на Саяно-Шушенской ГЭС до масштабов катастрофы с гибелью людей произошло вследствие того, что затопление происходило не снизу (как следовало ожидать), а мощным фонтаном сверху. Этот фонтан образовался из-за внезапного перекрытия потока слива воды в нижний бьеф СШГЭС через отсасывающую трубу. Внезапное перекрытие потока произошло через две минуты и восемь секунд с момента начала аварии агрегата № 2. К таким выводам приходит инженер Геннадий Рассохин в своей новой статье, любезно предоставленной им редакции «Плотина.Нет!»:

Семнадцатое августа 2009 года. Авария на Саяно-Шушенской ГЭС. Разрушился гидроагрегат № 2. Вода хлынула в машинный зал, круша оборудование, и заполнила его за считанные секунды. Погибли 75 человек. 13 получили травмы. На СШГЭС были уничтожены три гидроагрегата и повреждены остальные семь.

Сведений о подобных авариях в практике мировой гидроэнергетики нет. Авария уникальна. Уникальна по масштабам, по числу человеческих жертв. Но уникальность её и в том, что до сего времени, спустя четыре с половиной года, нет официальных вразумительных объяснений её причин. И это притом, что расследование причин аварии проводили комиссии Российского технического надзора («Ростехнадзора») и Государственной Думы. К расследованию были привлечены около сотни специалистов разного уровня и разных ученых степеней, кандидатов и докторов наук, академиков.

Но, несмотря на это, выводы комиссий порождают больше вопросов, чем ответов. Согласиться с выводами комиссий о том, что причина всему - усталость металла шпилек крепления крышки турбины из-за превышения горизонтальной вибрации турбинного подшипника с двойной амплитудой свыше 160 микрон может только ничего не понимающий в технике – технический идиот.

Не выдерживает критики официально обнародованная причина разрушения шпилек. Но самое основное, что не установлены причины развития аварии на одном агрегате до разрушения и повреждения остальных 9-и агрегатов станции с гибелью людей. Такого количества людей! По всей вероятности, этим вопросом никто и не задавался.

Можно говорить о героическом разборе завалов после аварии, о героических работах по восстановлению Саяно-Шушенской ГЭС. О том, что за эти четыре с лишним года эта самая мощная в стране гидроэлектростанция уже близка к завершению восстановления. Но при этом следует ли забывать о том, что не получен ответ, почему погибли почти все люди из обслуживающего и ремонтного персонала СШГЭС. Почему авария на одном агрегате развилась до масштабов техногенной катастрофы с выводом из строя самой мощной в стране гидроэлектростанции.

Почему погибли люди, ответ известен. Они утонули при разгерметизации проточной части гидроагрегата СШГЭС.

Но была ли неминуема их гибель при разгерметизации водоводов агрегата?

I. На Рис.1 показана схема Саяно-Шушенской ГЭС.

Рис.1. Уровень затопления Саяно-Шушенской ГЭС

В соответствии с требованиями компоновочных решений строительной гидротехнической части ГЭС:

  • - Здание станции разбивается на агрегатные секции;
  • - Затопляемыми (условно) считаются только помещения, расположенные ниже уровня нижнего бьефа;
  • - Помещения подсобно-производственного назначения, в том числе масляного хозяйства, при отсутствии специальных требований выносятся на дневную поверхность;
  • - Для осмотра и ремонта турбинных камер и отсасывающих труб в подводной части здания предусматриваются служебные галереи, проходы, лазы и лифты (при глубине 12 м и более). В начале и конце галереи предусматриваются выходы, изолированные от других помещений и имеющие лестничные клетки. Верх лестничных клеток размещается выше максимального расчетного уровня воды нижнего бьефа на 0,5 м. При этом должны быть предусмотрены герметичные люки или двери, исключающие возможность затопления галерей.

Все перечисленные компоновочные решения по размещению помещений здания ГЭС рассчитаны на то, чтобы:

  • - при внештатных ситуациях угроза затоплений помещений машинного зала могла быть только СНИЗУ. И только до уровня НЕ ВЫШЕ УРОВНЯ НИЖНЕГО БЬЕФА;
  • - при повреждении агрегата с разгерметизацией проточной части затопление локализовалось только в ПРЕДЕЛАХ ДАННОЙ АГРЕГАТНОЙ СЕКЦИИ.

Всем этим требованиям машинный зал СШГЭС удовлетворяет.

II. На Рис. 2, 3, 4, 5, 6, 7 приведены характеристики проточной части (водотоков) гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС.

Весь напорный водовод имеет диаметр 7,5 м.

Рис.2. Характеристики проточной части (водотоков) гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС

Перед входом в спиральную камеру (СК) в водовод вварен конусный переход D=7,5 м/6,5 м. Таким образом, вход воды в спиральную камеру имеет диаметр 6,5 м (Рис. 3).

Рис.3. Вход в спиральную камеру

Выход воды из спиральной камеры в камеру рабочего колеса турбины (КРК) за счет колонн статора имеет вид сопел. Общая площадь проходного сечения сопел составляет 29 м2 (Рис. 4, 5).

Рис.4. Выход воды из спиральной камеры в камеру рабочего колеса турбины

Из камеры рабочего колеса турбины поток воды отводится в нижний бьеф СШГЭС через отсасывающую трубу (ОТ).

Рис.5. Из камеры рабочего колеса турбины поток воды отводится в нижний бьеф СШГЭС через отсасывающую трубу (ОТ).

Отсасывающая труба имеет конфигурацию загнутого на 90°диффузора (Рис. 1, 2, 6, 7).

Рис.6. Вид на турбину снизу из отсасывающей трубы

Диаметр входного участка отсасывающей трубы составляет 6,5м.

Рис.7. Отсасывающая труба

При ремонтах агрегата с осушением отсасывающей трубы диффузор перекрывается ремонтным затвором (ЗОТ).

По умолчанию комиссий проточная часть гидроагрегата № 2 после его аварии не претерпела никаких изменений.

При нормальной работе водоток перекрыт турбиной. Расход воды по водотоку регулируется в зависимости от мощности агрегата.

При аварии ротор агрегата поднялся, турбина покинула камеру рабочего колеса. Препятствие для выхода потока воды из статора турбины в отсасывающую трубу и в нижний бьеф ушло.

В таком состоянии весь тракт потока воды с верхнего бьефа в нижний можно рассматривать как канал, имеющий один «пережим» в месте выхода воды из спиральной камеры. Площадь живого сечения «пережима» 29 м2.

Уравнение Бернулли для потока воды в месте пережима:

clip_image002,

где clip_image004- давление на «стенки» потока-канала, Па (Н/м2, кг/сек2м),

clip_image006 - плотность воды, кг/м3,

clip_image008 - ускорение свободного падения, clip_image008[1]= 9,81 м/сек2,

clip_image010 - скорость потока, м/сек,

clip_image012- напор (разность величин уровней воды на верхнем и нижнем бьефах), clip_image012[1]=212,04 м.

Первый член в уравнении (clip_image014) - гидростатический напор потока, второй (clip_image016) - скоростной напор.

На уровне «пережима» весь напор потока переходит в скоростной напор, скорость потока clip_image010[1] будет максимальной:

clip_image018 - формула Торричелли. clip_image010[2]= 64,5 м/сек.

Расход воды через «пережим» в этом аварийном режиме составит: clip_image020

В соответствии с условием неразрывности потока скорость потока через отсасывающую трубу будет: clip_image022,

где 33,16 м2 – площадь сечения потока на входе в отсасывающую трубу.

(Примечание: расчеты выполнены без учета коэффициентов расхода и коэффициентов трения).

Происходит свободный слив воды из верхнего бьефа «под уровень» нижнего бьефа Саяно-Шушенской ГЭС. Уровень воды в секции аварийного агрегата не должен поднимается выше уровня нижнего бьефа.

При этих условиях авария гидроагрегата № 2 СШГЭС должна была закончиться с объемом разрушений не более, чем изображенном на Рис. 8. Все разрушения должны были локализоваться в пределах только секции этого агрегата.

Рис.8. После аварии на Саяно-Шушенской ГЭС

Но фактически всё пошло не так. Вместо свободного слива воды «под уровень» нижнего бьефа из шахты агрегата ударил МОЩНЫЙ ФОНТАН.

III. На Рис. 9 первый момент фонтана из шахты аварийного агрегата № 2. Фонтан выше отметки 335 м. (Отметка уровня нижнего бьефа – 325,07 м, отметка пола машинного зала – 327,0 м).

Рис.9. Первый момент фонтана из шахты ГА-2

Обращает на себя внимание время первого момента выброса воды из шахты. Разность во времени первого момента выброса воды и момента отрыва крышки турбины, указанного в официальном заключении комиссии, составляет ДВЕ МИНУТЫ ВОСЕМЬ СЕКУНД.

На Рис. 10 фонтан поднимается выше верхней отметки перекрытия машинного зала.

Рис. 10. Фонтан поднимается выше верхней отметки перекрытия машинного зала Саяно-Шушенской ГЭС

Фонтаном сняты три пролёта перекрытия (Рис. 11, 12).

Рис.11. После аварии на Саяно-Шушенской ГЭС

Рис.12. После аварии на Саяно-Шушенской ГЭС

Вода заполнила машинный зал Саяно-Шушенской ГЭС «до краёв» (до отметки 335 м) (Рис. 1), и мощным потоком переливалась через «край» в Енисей и на прилегающую территорию. При этом по прилегающей к СШГЭС территории поток воды был такой, что «смывал» припаркованные автомобили (Рис. 13).

Рис.13. На прилегающей к СШГЭС территории поток воды был такой, что «смывал» припаркованные автомобили

IV. На видео с камер видеонаблюдения фонтан стабильный во времени, следовательно, в камере рабочего колеса турбины создалось устойчивое давление. Давление могло создаться только в результате образования «подпора» на сливе воды в нижний бьеф. В отсасывающей трубе образовался второй «пережим» намного больший, чем первый по тракту водотока – на выходе воды из статора турбины.

Величину этого второго «пережима» можно приблизительно определить:

На видео высота мощного фонтана над уровнем статора турбины не менее 80-и метров. Следовательно, напор на выходе воды из статора турбины будет: 212 -80+11=143 м (11 м – величина «заглубления» меридиональной плоскости турбины).

Скорость воды через первый пережим clip_image024; расход -clip_image026.

Скорость воды через второй пережим остается равной: clip_image010[3]= 64,5 м/сек. Площадь поперечного сечения второго пережима: clip_image028.

Живое сечение отсасывающей трубы внезапно перекрылось не менее чем на 30%.

Таким образом:

  1. Развитие аварии агрегата № 2 до масштабов катастрофы с гибелью людей произошло вследствие того, что затопление Саяно-Шушенской ГЭС происходило не снизу (как следовало ожидать), а мощным фонтаном сверху.
  2. Мощный фонтан образовался из-за внезапного перекрытия потока слива воды в нижний бьеф через отсасывающую трубу.
  3. Внезапное перекрытие потока произошло через две минуты и восемь секунд с момента начала аварии агрегата № 2.

Что это было? Что перекрыло трубу?

На эти вопросы ответить надо. От этого зависит безопасность обслуживания агрегатов ГЭС. От этого зависит надежность ГЭС.

Геннадий Рассохин,
специально для «Плотина.Нет!»

Новости по теме:

  • Восстановление СШГЭС: «это радость со слезами на глазах»
  • Саяно-Шушенская ГЭС после восстановления: и снова на красный?
  • Саяно-Шушенская ГЭС, август девятого: как это было
  • Авария на СШГЭС: о видах изломов шпилек крышки гидроагрегата № 2
  • О достоверности шпилечно-гаечной версии аварии на Саяно-Шушенской ГЭС
  • Мнений: 11

    1 Виталий { 24.03.2014 в 16:10 }

    В связи с завоеванием Крыма предлагаю объявить всеобщую амнистию!

    По моему скромному убеждению - это будет выглядеть намного логичнее, чем приведённый бред про на 30% перекрытую отсасывающую трубу.

    2 Сергей { 28.03.2014 в 02:34 }

    Вопрос автору статьи. А разве после осушения ОТ не проводили её осмотр?

    3 AFTAR { 28.03.2014 в 11:18 }

    Виталий { 24.03.2014 в 16:10 }

    Уважая Ваше «скромное убеждение», соглашусь с Вами, что приведённая величина ТОЛЬКО в 30% перекрытия отсасывающей трубы выглядит почти бредом.
    Есть закон, который гласит, что КАЖДАЯ КАПЛЯ воды, падая с верхнего бьефа, должна упасть в нижний бьеф. В случае с разгерметизацией водотока ГА-2 СШГЭС почему-то БОЛЕЕ ЧЕМ 30% КАПЕЛЬ «не захотели» упасть в нижний бьеф. Эти «отщепенцы» МОЩНЫМ ПОТОКОМ полетели вверх, сметая всё и поднимая на себе тысячетонные остатки ГА-2.
    30% - это «нижняя граница» величины перекрытия отсасывающей трубы.

    Сергей { 28.03.2014 в 02:34 }

    «Вопрос автору статьи. А разве после осушения ОТ не проводили её осмотр?».
    Сведений по результатам осмотра ОТ ни до её осушения, ни после нигде нет.

    С уважением, AFTAR.

    4 Дивногорец { 30.03.2014 в 18:19 }

    Вы бы хотели докладов о проведённых работах. Или считаете нет доклада - не выполнена работа?

    5 Сергей { 31.03.2014 в 06:37 }

    Автору. Вы наверняка знаете, что вода также как и электрической ток протекают по пути наименьшего сопротивления. Почему образовался “фонтан”? Да потому что потоку воды гораздо проще продавить воздух, чем воду в отс. трубе, читай в нижнем бьефе. Насчет внезапного перекрытия ОТ скажу, что такого быть не могло! Как инженер и энергетик поддерживаю официальную версию о халатности обслуживающего и ремонтного персонала.

    6 AFTAR { 31.03.2014 в 12:16 }

    Сергей { 31.03.2014 в 06:37 } :

    1. «Автору. Вы наверняка знаете, что вода также как и электрической ток протекают по пути наименьшего сопротивления».
    Сергей, конечно, слышал (и читал) о законе Ома. Можно представить, что величина тока (I) – это расход воды (Q); cопротивление (R) – это «живое сечение» потока воды (F); напряжение (U) – напор (Н) (разница между верхним и нижним уровнями воды).
    Закон Ома : U(Н)=I(Q) х R(F).
    Даже при одинаковом сопротивлении (F) чем больший напор (H), тем больший расход(Q).
    Напор воды «вверх» = 143 м, напор «вниз» =212 м. Сопротивление «вниз» F=33,16 м2, сопротивление «вверх» - шахта перекрыта ротором гидроагрегата (F=?).

    2. «Насчет внезапного перекрытия ОТ скажу, что такого быть не могло!».
    Сергей, подумайте ещё раз.

    3. «Как инженер и энергетик поддерживаю официальную версию о халатности обслуживающего и ремонтного персонала».
    3.1. Сергей, сейчас мы говорим о ФОНТАНЕ. «Официальной версии» его возникновения нет. Официально было указано: «вода начала поступать в машинный зал …».
    3.2. Заявление «о халатности обслуживающего и ремонтного персонала» также голословно. Прежде чем подключать «человеческий фактор» надо сначала разобраться в технических причинах и аварии, и КАТАСТРОФЫ.

    7 AFTAR { 31.03.2014 в 12:29 }

    Дивногорец { 30.03.2014 в 18:19 }

    “Вы бы хотели докладов о проведённых работах. Или считаете нет доклада - не выполнена работа?”

    Наверное, где-то есть и акты и отчёты о работах в отсасывающей трубе после аварии. В обнародованных материалах по аварии их нет.
    Желательно было бы с ними ознакомиться.

    8 хохол { 05.04.2014 в 13:18 }

    Уважаемый Геннадий! Поосторожнее, пожалуйста, с Бернуллием. С его помощью можно достаточно точно определить, например, высоту фонтана из пасти льва, которую раздирает Самсон. В одном Вы правы, - в любом случае эта высота будет определяться величиной статического давления. Но Вы же сами пишете о механизме подъёма ротора. Значит, по-Вашему, по этому механизму может только железяка вылететь? Она же вылетела только потому, что сама резко увеличила именно статическое давление в камере. А после её вылета началась динамика, к которой формула имени Даниила имеет весьма отдалённоое отношение. В оценке этой динамики не надо забывать и о возникновении двухфазных течений. Повторюсь ещё раз, - разбираться надо, в первую очередь, с седьмым и подобными ему агрегатами. И привлекать к этому надо квалифицированных CFD-юшников. Удачи.

    9 Lost in Space { 08.05.2014 в 09:02 }

    Это ж до какой степени нужно забы… забить на школьную физику, чтобы кропать такие статейки? Аффтар явно собрался отменить закон сохранения энергии.
    В исправном виде ГА работает так: вода стекает с ВБ на уровень ГА, отдаёт ему бОльшую (сколько там КПД ГА?) часть своей энергии и относительно спокойно уходит в НБ. В аварийном состоянии ГА энергию у воды брать почему-то отказывается. Но аффтар, ничтоже сумняшеся, считает, что вода должна и дальше спокойно вливаться в НБ, а не взлетать фонтаном и крушить всё вокруг, рассеивая 500 Мвт избыточной энергии. Интересно, зачем тогда делают всякие сложные “схемы сопряжения потоков” на водосбросных сооружениях? Делали бы простую трубу из ВБ в НБ, да и всё! Не иначе, расхищают народные деньги… Заговор! Заговор!

    10 AFTAR { 19.06.2014 в 03:56 }

    Уважаемый Lost in Space, как я “забил” школьную физику постараюсь объясниться в последней (итоговой) статье.
    Следите за экраном.
    Большое спасибо за участие.

    AFTAR

    11 AFTAR { 01.09.2014 в 16:10 }

    Уважаемый Lost in Space, обещанное в № 10 смотрите на стр.
    http://www.plotina.net/sshges-rassokhin-11/

    AFTAR

    В связи со спам-атакой все комментарии со ссылками автоматически отправляются на модерацию. Разрешенный HTML-код: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>