Саяно-Шушенская ГЭС и закон о промышленной безопасности (часть 2)

Августовская авария 2009 года на Саяно-Шушенской ГЭС до сих пор привлекает к себе внимание исследователей, не согласных с официальной версией катастрофы. Например, почетный энергетик России Геннадий Рассохин уверен, что процесс «усталости» шпилек крепления крышки турбины злополучного гидроагрегата СШГЭС длился вовсе не 29 лет и 10 месяцев, как это утверждает Ростехнадзор, а всего 2 минуты и 8 секунд:

(Продолжение. Начало здесь)

Оттолкнувшись (в буквальном смысле – «оттолкнуть») от заключения «ЦНИИТМаш», надо признать невиновность шпилек крепления крышки турбины ГА-2 в трагедии на Саяно-Шушенской ГЭС. Они – пострадавшие. И как пострадавшие участники событий они могут дать «ценные свидетельские показания».

Важным фактом для установления причины разрушения шпилек является ориентация поверхностей их изломов. На всех шпильках начало поверхности излома и конец её (зона долома) ориентированы в тангенциальном направлении по часовой стрелке – в направлении вращения ротора.

Кроме того, поверхности изломов имеют подъем от начала к концу излома.

Инженер, выступающий в интернете под «ником» al2009, «препарировал» один из изломов. Видно, что трещина, имея начало во впадине одного витка резьбы, поднимаясь, пересекает 5?6 витков.

Такая ориентация в сочетании с видом изломов (см. раздел 2 настоящей статьи) является дополнительным свидетельством того, что горизонтальная радиальная вибрация не участвовала в разрушении шпилек. Здесь «поработали» другие нагрузки.

Были и ранее «…повреждения верхнего неподвижного лабиринта из-за отслоения нержавеющей облицовки». «Разрушение неподвижного лабиринта вызвало увеличение биения вала, что приводило к соприкосновению разрушенных частей, выступающих в зазор, с рабочим колесом». «Этот дефект вызвал необходимость заменить на всех агрегатах «слоеную» конструкцию на цельную толстостенную из нержавеющей стали 06Х12Н3Д»

На рисунке «ёлочка», как положено, вершиной вверх. Если один «толстостенный» сектор неподвижного лабиринта отвалится, то деваться ему некуда. Он будет оставаться в зазоре, до тех пор, пока не отвалятся все 80 шпилек – они стоят рядом с лабиринтом. Тем более, что они (шпильки) из обыкновенной (черной) стали, а сектор – из хромо-никелевой нержавеющей.

Что помешало академикам и кандидатам не тех наук (не технических) заглянуть в зазор между подвижными и неподвижными частями верхнего лабиринта?

Первым в этот зазор заглянул инженер Борис Колесников — bikol. Но, к сожалению, только тогда, когда турбину уже сдавали в металлолом.

Радиально-осевая турбина (турбина Френсиса) – это активно-реактивная турбина. Верхняя её часть – активная. Она работает как колесо старой водяной мельницы, когда на неё падает водяной поток. Нижняя, выходная часть – это, своего рода, «сегнерово колесо». Межлопаточные каналы – «сопла», выбрасывающие свои «порции» потока в горизонтальной плоскости в тангенциальном направлении. Реактивные силы этих «порций» создают вращающий момент. И при этом необходимо, чтобы рабочее колесо имело постоянную скорость вращения. Снижение частоты тока всего на 0,2 Гц – уже авария.

А форма лопастей – винтовая.

При номинальной нагрузке всё так: и верхняя, и нижняя части вращают ротор. А вот при малом раскрытии лопаток направляющего аппарата (НА) расход воды в этих «порциях» мал, и, соответственно, скорости выхода потоков из межлопаточных «сопел» тоже малы. А линейная скорость выходных кромок остаётся прежней. Реактивные силы струй из «сопел» уже не толкают. Наоборот, нижняя часть начинает создавать тормозной момент. Нижняя часть начинает работать уже в режиме гребного винта. Создаётся подъемная сила. И при определённых условиях подъемная сила может сравняться с весом ротора.

В поворотно-лопастной турбине этого недостатка нет. В ней предусмотрена так называемая «комбинаторная зависимость». При прикрытии лопаток НА соответственно на определённый угол производится поворот лопастей рабочего колеса.

В любой момент работы гидроагрегата неукоснительно должно соблюдаться следующее равенство:

, где — момент на валу, создаваемый потоком воды; — полезная нагрузка генератора; — момент инерции ротора агрегата; — угловая скорость вращения ротора агрегата.

Если в процессе работы агрегата под нагрузкой произошло уменьшение полезной нагрузки, то равенство сразу же нарушается. Избыток движущего момента над моментом сопротивления пойдет на увеличение составляющей . Но так как момент инерции ротора есть величина постоянная, то произойдет увеличение только .

При номинальном раскрытии лопаток НА это, наверное, не так опасно. А вот когда мы входим в режим с малым раскрытием лопаток НА, то мы как бы становимся на лезвие бритвы. Любое неосторожное движение, и мы с этого лезвия можем соскользнуть. И не просто соскользнуть, а соскользнуть ногами врозь. Подъемная сила может сравняться с весом ротора.

Наложим эту формулу на события утра 17 августа 2009 года. У агрегата «все ходы записаны».

На левых трендах красная и зеленая ступеньки – прикрытие лопаток НА. Фиолетовая — полезная нагрузка. На правых — вертикальная вибрация опоры пяты.

В 08.13.20 начинают прикрываться лопатки НА. (Поднимаемся на «лезвие бритвы»!). Полезная нагрузка этого «не замечает». Равенство по формуле не соблюдается. И оно грубо нарушается целых четыре секунды. И только в 08.13.24 полезная нагрузка снижается. Снижением это не назовёшь – она «колом» падает на 125 МВт. Это — мощность целой тепловой станции. Соответственно тут же за этим в 08.13.25 датчик вертикальной вибрации опоры пяты «зашкаливает»: — верхний лабиринт «схлопнулся», подвижное кольцо коснулось неподвижного. Зазор между ними всего 2 мм.

В 08.15.33 мощный фонтан выламывает часть стены со стороны верхнего бьефа и сносит три пролета перекрытия машинного зала.

Получается, что процесс «усталости» шпилек крепления крышки турбины длился не 29 лет и 10 месяцев, как утверждает Ростехнадзор, а всего 2 минуты и 8 секунд.

На сколько МВт/сек можно безопасно сбрасывать нагрузку агрегата при малом раскрытии лопаток НА – должно быть записано в инструкции по эксплуатации. Но не на 125 МВт в секунду — однозначно!

Геннадий Рассохин,
специально для "Плотина.Нет!"