Авария на СШГЭС: о видах изломов шпилек крышки гидроагрегата № 2

В ходе обсуждения на сайте "Плотина.Нет!" моей последней статьи "Авария на Саяно-Шушенской ГЭС: реальность и мифы" инженер-физик Юрий Лобановский представил фотографию изломов шпилек крепления крышки турбины злополучного гидроагрегата № 2 СШГЭС. Относятся ли данные изломы к усталостным?

Фотография поверхности разрыва двух шпилек второго агрегата Саяно-Шушенской ГЭС, приведённая в презентации доклада В. Н. Байкова — начальника центра Инжиниринга гидроэлектростанций — ОАО "Фирма ОРГРЭС". Доклад называется "Анализ обстоятельств аварии гидроагрегата №2 Саяно-Шушенской ГЭС 17.08.2009г." Представлен на научно-практической конференции "Повышение эффективности системы управления безопасностью ГЭС" 20 мая 2011 года. Представленная выше фотография перевернута на 180^° по сравнению с представленной в презентации В. Н. Байкова (а здесь – оригинальное полноразмерное неперевернутое фото).

В соответствии с ГОСТ 23207-78 усталость — это «процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящий к изменению свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению». И сам термин, и его определение предусматривают какую-то историю, при которой последовательно происходят какие-то события на протяжении какого-то времени.

История многоцикловой усталости металла конкретной детали делится на периоды и стадии. Первым периодом усталости является период зарождения усталостной трещины, при котором в металле формируются микропустоты. Период кончается слиянием микропустот и образованием сначала микро, затем макротрещин. Второй период – период распространения усталостных трещин состоит из двух стадий: стадии стабильного распространения усталостной трещины и стадии ускоренного её распространения. По окончании второго периода происходит лавинное разрушение (долом) детали.

При усталостном разрушении детали на поверхности излома четко различаются участок очага зарождения трещины, зон медленного и ускоренного распространения трещины и зоны долома.

На фото следов таких участков, расположенных в указанной выше последовательности, не просматривается.

Кроме того, длительно живущая трещина, зародившаяся и растущая под действием напряжений ниже предела текучести (?_?) ориентирована, как правило, в плоскости, перпендикулярной оси детали. Здесь же поверхность изломов наклонена к плоскости поперечного сечения шпильки. От начала и до конца (до зоны долома) трещина пересекает три витка резьбы шпильки (4*3=12 мм).

Учитывая всё это, данные виды изломов к усталостным отнести затруднительно.

Обращает на себя внимание наличие на поверхности изломов и прилегающих к изломам участках цилиндрической поверхности шпилек цветов побежалости.

Возможно это какой-то побочный световой эффект при освещении шпилек для фотографирования, и фактически их (цветов) на шпильках нет.

А если они есть, то:

1. Цвета побежалости стали, радужная окраска, появляющаяся на чистой поверхности нагретой стали в результате образования на ней тончайшей окисной плёнки.

На поверхности старой трещины всегда имеется толстый слой окислов, и кислороду трудно «добраться» до железа в составе стали. На фото видно, что он (кислород) все-таки вошел в химсоединение с железом. Следовательно, поверхность излома была «чистой» — поверхность только что образовавшейся трещины. Старых трещин — трещин усталости на поверхности не было.

2. Когда образовалась трещина?

По всей вероятности, она образовалась «на берегу», когда фланец крышки ещё находился на статоре турбины, когда кислород был кислородом из воздуха, а не из воды.

3. Какая была температура нагрева при реакции окисления железа?

Толщина пленки зависит от температуры, а толщина обуславливает цвет. На фото цвет пленки из светло-синего переходит в синий. Для углеродистой стали это температура порядка трёхсот градусов. В синих участках просматриваются коричневые — ?250^°С.

4. Источник нагрева.

Источником нагрева могла быть сама трещина, если она не раскрывалась сначала и до зоны долома, когда трещина уходила в толщу металла, а её стенки оставались прижатыми друг к другу. Металл разогревался от трения при возвратно-поступательных перемещениях стенок трещины относительно друг друга.

5. Когда трещина растет не раскрываясь, то превалирующими напряжениями являются не нормальные (на разрыв) напряжения — ?, а касательные напряжения (на срез) — ?.

Примечание:

а) Заключение сделано по вышеприведенной фотографии. Достоверность его зависит от достоверности фотографии.

б) Необходимо рассмотреть все фотографии из материалов расследования. А лучше – сами фрагменты разрушенных деталей.

Геннадий Рассохин,
специально для "Плотина.Нет!"

Дополнение от 20.12.2011 г.

Представляем еще две фотографии шпилек второго агрегата Саяно-Шушенской ГЭС, приведённые в презентации доклада В. Н. Байкова — начальника центра Инжиниринга гидроэлектростанций — ОАО "Фирма ОРГРЭС" (за представленные фото искренняя благодарность инженеру-физику Юрию Лобановскому):