Бикол: другие произведения.

Частное Расследование технических причин аварии гидроагрегата N2 Саяно-Шушенской Гэс

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Peклaмa:
Конкурс 'Мир боевых искусств.Wuxia' Переводы на Amazon
Конкурсы романов на Author.Today

Конкурс Наследница на ПродаМан
Получи деньги за своё произведение здесь
Peклaмa
Оценка: 5.13*8  Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Авария ГА2 СШГЭС является событием форс-мажорного характера, так как природа возникновения непреодолимых сил, повлекших за собой человеческие жертвы и уничтожение громадных материальных ценностей, не были известны ни научно-конструкторским и проектным организациям, ни заводу-изготовителю, ни, тем более, эксплуатационному персоналу: эти силы невозможно было предвидеть и предотвратить.

  TitList [BIKOL]
  
  
   Logo [BIKOL]
   bikol.de@gmail.com
  
   http://bikol-sajanges.blogspot.de/
  
  
  
  "Из всех средств массовой информации
  для нас важнейшим является Интернет"
   Народная мудрость
  
  
  Б.И. Колесников
  
  ЧАСТНОЕ РАССЛЕДОВАНИЕ технических причин аварии гидроагрегата N2
  Саяно-Шушенской ГЭС,происшедшей 17 августа 2009 г.
  
  10 июня 2012 г.
  Висбаден- Рюссельхайм
  (Германия)
  
  ВВЕДЕНИЕ
  
  Необходимость проведения данного частного расследования обусловлена тем, что государственные органы РФ, проводившие расследование, так и не установили истинные технические причины* возникновения аварии ГА2 (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 1), а также предстоящим судебным разбирательством уголовного дела по факту аварии на Саяно-Шушенской ГЭС, происшедшей 17 августа 2009 г..
  
  Целью настоящего расследования является установление ПЕРВОПРИЧИНЫ возникновения аварии ГА2 и внесение технических предложений, направленных на предотвращение подобных аварий в будущем, а также на улучшение технико-экономических показателей эксплуатации гидромеханического оборудования гидроэлектростанций.
  
  Большая часть фотодокументов и других сведений, необходимых для выявления технических причин катастрофического разрушения ГА2, получена из открытых источников информации, опубликованных в сети Интернет, особенно на форумах Дром.ру [1] и DWG.RU [2]
  
  *Примечания:
  1. "Вы знаете, решение комиссии должно быть чрезвычайно объективным, за ее решениями стоит судьба многих электростанций и многих людей. Поэтому я думаю, что будет совершено преступление, если не будет названа объективная причина. И я надеюсь, что она будет названа". В. Стафиевский, Сентябрь 30, 2009. [3]
  
  2. "Так почему произошла авария на СШ ГЭС? Почему гидроагрегат взлетел на воздух? Почему бетон высочайшей прочности был разрушен вдрызг? Почему погибли люди?? Акт технического расследования причин аварии от РосТехНадзора (исследование собственной уголовщины) представляет из себя слишком грубо сфабрикованную поделку, чтобы объяснить нам это. 13.10.2009 [4]
  
  3. "Результаты расследований причин трагедии на Саяно-Шушенской ГЭС комиссиями Правительства и Госдумы - яркая демонстрация некомпетентности членов этих комиссий, которые так и не установили истинные физические причины этой трагедии" Проф. Канарёв Ф.М., 22.12.2010 [5]
  
  1. Объект расследования- гидроагрегат N2 (ГА2) Саяно-Шушенской ГЭС [6][7][8]
  
  1.1. Основные параметры гидростанции
  Tab1 [BIKOL]
  
   Год начала строительства- 1963.
   Годы ввода первого и последнего гидроагрегатов- 1978/1985.
   Год официальной приёмки в эксплуатацию- 2000.
  
  
  GES [BIKOL]
  Рис. 1. Саяно-Шушенская ГЭС (фото коллаж)
  
  1.2. Видео "РусГидро" и РИА Новости: Саяно-Шушенская ГЭС
   http://www.sshges.rushydro.ru/press/video/videoarchive/10015.html
  
  
  1.2. Основные параметры гидроагрегатов
  
  1.2.1. Характеристики гидротурбины
   Tab2 [BIKOL]
  
  Особенностями конструкции гидротурбины являются:
   выполнение рабочего колеса цельносварным на заводе, с доставкой на строительную
   площадку водным путем;
   применение железобетонной конструкции спиральной камеры;
   направляющий аппарат с индивидуальным гидравлическим сервоприводом каждой
   лопатки;
   направляющий подшипник с обрезиненными сегментами на водяной смазке.
  
  "В период освоения Саяно-Шушенской ГЭС произошло 64 нарушения работы гидротурбин и повреждения их узлов, в результате которых простой агрегатов составил 17614 час., недовыработка электроэнергии составила 6120 млн. кВтч. В подтверждение недостаточной изученности и продуманности конструкторских решений следует отметить, что непредвиденные остановки турбин происходили и тогда, когда они работали только на расчётных напорах". [10]
  
  1.2.2. Характеристики гидрогенератора
  
  Tab3 [BIKOL] Таб. 3
  
  Особенностями конструкции гидрогенератора являются:
   выполнение внутрипроводникового водяного охлаждения обмотки статора и
   форсированного воздушного охлаждения обмотки ротора;
   двухрядный подпятник с эластичными металлопластмассовыми сегментами, размещенный
   в цельносварной масляной ванне диаметром 6 м; рассчитан на восприятие нагрузки
   36000 кН;
   подшипник генератора - баббитовый, с самоустанавливающимися сегментами;
   внешний диаметр статора -14 800 мм;
   общая масса генератора - 1 860 т
  
  1.2.3. Характерные зоны работы ГА2 [11][12] [4][5]
  
  Zony [BIKOL]
  Рис. 2. Характерные зоны работы гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС
  
  Особенностями режима работы гидроагрегата в зоне 2 являются:
   повышенная вибрация и увеличение шума в машзале;
   возрастание гула и грохота в отсасывающей трубе;
   снижение к.п.д.
  
  1.2.4. Весовые характеристики базовых узлов и деталей ГА [13]
  Tab4 [BIKOL]
  
  
  2. Катастрофа
  
  
  2.1. 17 августа в 8 час.,13 мин. 24 сек при очередной (последней) попытке штатного останова ГА2, в его составных частях (гидротурбине и гидрогенераторе), внезапно возникли неуправляемые гидромеханические, гидродинамические и электродинамические процессы, следствием которых явилось появление непреодолимых сил, под воздействием которых гидроагрегат (крышка турбины в сборе с ротором) был сорван с фундамента (оторван от статора турбины) и в потоке воды вылетел в машинный зал станции... Суммарный вес составных частей гидроагрегата, вылетевших в машзал, составил около 1300 т (см таб.4).
  Технические параметры ГА2, по состоянию на 8 час. 13 мин. 17.08.2009 (см. п. 4.4.
  Акта Ростехнадзора [11]) приведены в таблице 5:
  
  Tab5 [BIKOL]
  
  2.2. Почти одновременно произошло затопление нижних производственных помещений, в которых находились люди, что привело к многочисленным человеческим жертвам (75 погибших, 13 пострадавших. Вследствие затопления машзала серьёзные повреждения, во многих случаях непоправимые, получило всё гидросиловое оборудование и в результате самая мощная в России гидростанция надолго вышла из строя.
  
  2.3. Общая картина аварийного разрушения ГА2 и его составных частей, а также схема возникновения и развития аварии показаны на рис. 3, 4 и 5, соответственно.
  
  
  Razrusch [BIKOL]
  Рис. 3. Аварийное разрушение гидроагрегата N2
  1-рабочее колесо турбины; 2- крышка турбины; 3- ванна подпятника;
  4- спицы ротора генератора; 5- обод ротора генератора
  
  
  Schema1 [BIKOL]
  Рис. 4. Схема аварийного разрушения составных частей гидроагрегата N2 [14]
  
  
  Schema2 [BIKOL]
  
  Рис.5. Схема возникновения и развития аварии ГА2 СШГЭС [2]
  Примечания:
  1. Seizing- Заклинивание. Остановка движущейся детали сопрягающейся поверхностью в
  результате чрезмерного трения. [15]
  2. Первый вариант данной схемы под названием "Схема причинно-следственных связей
  в возникновении аварии гидроагрегата ?2" был опубликован в Прозе.ру [16], а также в
  комментариях к публикациям в СМИ,см. например,сайт
  http://www.vsp.ru/chp/2011/03/25/509640 .
  
  Для выявления технических причин аварийного разрушения ГА2 рассмотрим последовательно, шаг за шагом, особенности конструкции, эксплуатации и характера разрушений его базовых узлов и деталей.
  
  
  3. Особенности конструкции и характера разрушений базовых узлов и деталей ГА2
  
  3.1. Разрушение гидротурбины
  
  Общий вид гидротурбины в разрезе показан на рис. 6 [1]
  Turbina [BIKOL]  Рис.6. Радиально осевая гидротурбина СШГЭС
  
  3.1.1. Направляющий подшипник гидротурбины
  
  Общий вид направляющего подшипника гидротурбины с обрезиненными сегментами показан на рис. 7. [10]
  Podschipnik [BIKOL]
  
  Как следует из рассмотрения таб. 6, направляющий подшипник турбины воспринимает радиальные силы, вызванные механическими, гидравлическими и электрическими процессами, которые возникают и изменяются в зависимости от изменения режимов работы гидроагрегата.
  Радиальные силы, воздействующие на направляющий подшипник гидротурбины СШГЭС
  Tab6 [BIKOL]
  
  
  Как показали натурные испытания направляющих подшипников на нескольких турбинах, рис. 8, суммарные радиальные усилия, возникающие при одновременном воздействии на вал турбины механических, гидравлических и электрических сил, достигают значительных величин- свыше 100 тонн. [10]
  
  Насколько разрушительны эти силы наглядно показано на рис.9 и 10.
  
   Grafiki [BIKOL]
  Рис. 8. Зависимости максимальных усилий, действующих на турбинные подшипники, от
  открытия направляющего аппарата на разных ГА [10]
  1 -ГА-1, Нбр=136 м; 2 - ГА-2, Нбр=140 м (до балансировки); 3 - ГА-2, Нбр=136 м
  (после балансировки); 4 - ГА-3, Нбр=138 м; 5 - ГА-3, Нбр=194 м; 6 - ГА-5, Нбр=138 м;
  7 - ГА-8, Нбр=192 м [10]
  
  
  Oblizovka [BIKOL]
  Рис. 9. Разрушение нержавеющей облицовки вала гидротурбины вследствие
  воздействия на вал радиальных усилий, воспринимаемых направляющим подшипником [10]
  
  Следствием износа подшипника являются существенное увеличение радиального биения вала турбины и вибрации как крышки турбины, так и всего гидроагрегата.
  
  Кроме того, на СШГЭС имели место разрушение крепежа корпуса 1 подшипника к крышке турбины (рис. 10.).
  
  Detali [BIKOL]
  Рис. 10. Разрушение сухарей и крепежа турбинного подшипника [10]
  
  
  "Ночью с 16 на 17 августа вибрации становятся ужасающими. В шесть часов утра в понедельник поднимают руководство турбинного цеха. С утра на станцию прибывает усиленный наряд уборщиц для наведения лоска и глянца, а для присмотра за норовистым ГА2 сдвоенная бригада слесарей и ремонтников " [18] [19].
  
  В ночь с 16-го на 17-е агрегат дважды пытались остановить... При каждой попытке остановки вибрация выходила за все разумные пределы. [20] В понедельник, 17 августа, в 6.30 утра на ГЭС приезжает главный инженер ... [21] и с его ведома в 8 час.,13 мин. была предпринята ещё одна попытка штатного останова ГА-2. Эта попытка, как известно, стала последней- под воздействием потока воды ротор гидроагрегата (точнее "то, что взлетело", см. рис. 4) "вылетел" в машзал...
  
  За последние, перед аварией, 13 минут работы второго гидроагрегата амплитуда вибрации подшипника крышки турбины увеличилась на 240 мкм (с 600 мкм до 840 мкм при максимальном допустимом значении 160 мкм, соответствующем, в основном, параметрам вибрации остальных гидроагрегатов станции). [22]
  
  Перед самым возникновением аварии ГА2 вибрации турбинного подшипника достигали 1600 мкм, что на порядок больше допустимых.[13], что свидетельствует о его аварийном состоянии.
  
  Многочисленные примеры недопустимого увеличения радиального биения вала (от1,5 до 2 мм) в зоне тубинного подшипника в процессе эксплуатации ГА2 приведены в п. 4.1 и 4.5 "Акта..." Ростехнадзора [11].
  
  Grafikbienija [BIKOL]
  Рис. 11.
  
  Увеличенное биение вала, вызванное износом направляющих подшипников приводит к многократному срыву и поломкам у радиально-осевых турбин лабиринтных колец рабочего колеса [23]
  
  Промежуточный вывод по. п. 3.1.1.: Недопустимые радиальные биения вала гидротурбины, обусловленные недопустимыми износом* и уровнем вибрации направляющего подшипника, создали предпосылки для возникновения непосредственного механического контакта между подвижными и неподвижными кольцевыми поверхностями верхнего и нижнего лабиринтных уплотнений рабочего колеса и для их последующего аварийного разрушения, возможно, с тяжёлыми последствиями для всего гидроагрегата.
  
  *Примечание: В опубликованных Ростехнадзором и Парламентской комиссией материалах по факту аварии на СШГЭС отсутствуют какие-либо сведения о техническом состоянии направляющего подшипника турбины N2 в период поведения среднего ремонта в январе-марте 2009 г. [24] и после аварии в августе 2009 г., несмотря на то, что проведение такой экспертизы предусмотрено п. Б.3 "Методических указаний по техническому обследованию узлов гидроагрегатов при их повреждениях" (СТО 17330282.27.140.001-2006) [28].
  
  3.1.2. Лабиринтные уплотнения рабочего колеса гидротурбины
  
  Лабиринтные уплотнения рабочего колеса предназначены для обеспечения и поддержания в заданных пределах объёмного к.п.д. гидротурбины путём создания гидравлических сопротивлений перетеканию воды из спиральной камеры в полости низкого давления (над ступицей рабочего колеса и в отсасывающей трубе) через зазоры между подвижными и неподвижными кольцами соответствующих уплотнений (верхнего и нижнего). Очевидно, чем меньше величина упомянутыз зазоров, тем больше гидравлическое сопротивление и тем выше объёмный к.п.д. турбины. С другой стороны, чем меньше величина зазоров, тем больше вероятность возникновения прямого механического контакта между неподвижными и вращающимися кольцами и тем выше вероятность возникновения аварии вследствие механического разрушения уплотнений.
  
  Как показано на рис. 12., в гидротурбинах СШГЭС проектная величина номинального зазора между неподвижными и подвижными (вращающимися) кольцами установлена равной 2,8 мм. Тем не менее, несмотря на наличие гарантированного зазора, подвижные и неподвижные кольца верхнего и, особенно, нижнего лабиринтных уплотнений неоднократно вступали между собой в непосредственный механический контакт, вследствие чего на СШГЭС происходило аварийное разрушение неподвижных колец лабиринтных уплотнений, см. рис. 12.
   Uplotnenie [BIKOL]
  Рис. 12. Верхнее ( I ) и нижнее ( II ) лабиринтные уплотнения
  рабочего колеса гидротурбины СШГЭС. [1] [10] [14]
  
  
  "Разрушение неподвижного лабиринта (нижнего) вызвало увеличение биения вала, что приводило к соприкосновению разрушенных частей, выступавших в зазор, с рабочим колесом... Был остановлен ряд агрегатов,хотя и работавших при расчётном напоре в оптимальной зоне эксплуатационной характеристики". В гидротурбинах СШГЭС неподвижное кольцо нижнего лабиринта выполнено несъёмным. Поэтому, в условиях электростанции восстановление подвижного и неподвижного колец до заводских размеров оказалось невыполнимым, в связи с чем ряд агрегатов работает с увеличенными зазорами в нижних лабиринтных уплотнениях[1]. Кроме того, в процессе эксплуатации на гидроагрегате N5 было обнаружено повреждение верхнего неподвижного лабиринта из-за отслоения нержавеющей облицовки" [10]. В п. 4.1 "Акта..." Ростехнадзора также упоминается, что 13.09.81 на ГА2 произошло "Повреждение резиновой поверхности и болтов крепления сухарей сегментов турбинного подшипника, разрушение нижнего неподвижного кольца лабиринтного уплотнения рабочего колеса"[2].
  Razruschupl [BIKOL]
   Рис. 13. Аварийное разрушение неподвижного кольца нижнего лабиринтного
  уплотнения рабочего колеса гидротурбины СШГЭС. [10]
  
  Таким образом, аварии, связанные с разрушением лабиринтных уплотнений рабочего колеса, были для эксплуатационного персонала СШГЭС достаточно обыденным явлением.
  
  Здесь следует отметить, что все ранее известные случаи аварийного разрушения лабиринтных уплотнений рабочего колеса относились к категории значительных аварий, для устранения последствий которых требовалась полная разборка соответствующего гидроагрегата. Однако, упомянутые аварии никогда не приводили к разрушению базовых узлов и деталей гидротубины и не оказывали влияния на работу соседних гидроагрегатов.
  
  Невиданное по своим катастрофическим последствиям для ГА2 и для всей гидростанции, разрушение верхнего лабиринтного уплотнения рабочего колеса, рис. 14., произошло 17 августа 2009 г. на ГА2. Основная причина- непосредственный механический контакт между неподвижным и подвижным (врашающимся) кольцами, возникший вследствие запредельных вибрации и радиального биения вала турбины (см. п. 3.1.1.).
  
  Zakliniwanie [BIKOL]
  Рис. 14. Заклинивание рабочего колеса гидротурбины N2 СШГЭС вследствие аварийного
  разрушения неподвижного кольца верхнего лабиринтного уплотнения. [25]
  
  На основании детального рассмотрения конструкции верхнего лабиринтного уплотнения (см. рис. 12.) и его фотографии после аварии (см. рис. 14.) можно установить, что под воздействием тангенциальных сил, возникших в результате механического контакта между подвижным и неподвижным кольцами, произошло раскрытие стыка и разрыв болтов одного из фланцевых соединений соседних секций (сегментов)[3]. В результате произошла деформация неподвижного кольца лабиринта так, что между крышкой турбины и ступицей рабочего колеса образовался криволинейный клин, который заклинил рабочее колесо турбины ГА2, рис. 14, вследствие чего крышка турбины в одно мгновение оказалась под воздействием крутящего электрогидромеханического момента, включающего момент от электромагнитных сил, удерживающих ротор генератора в энергосистеме, гидравлический момент и момент количества движения ротора гидроагрегата. Время действия и динамика изменения вышеупомянутых моментов определялись временем и характером развития аварии ГА2, которая продолжалась всего несколько секунд.
  
  
  3.1.2.1. Изменение режима работы гидротурбины; прямой и обратный гидравлические
  удары
  
  Одновременно кардинально изменился рабочий процесс в гидротурбине, так как рабочее колесо из устройства для преобразования энергии потока воды в механическую энергию вращения ротора мгновенно превратилось в вихревое гидравлическое сопротивление, вследствие чего скорость движения потока воды в напорном трубопроводе внезапно упала практически до нуля и, следовательно, возник прямой гидравлический удар. Затем последовал разрыв потока и под рабочим колесом образовался вакуум (см. рис. 15), вследствие чего через короткий промежуток времени произошёл обратный гидравлический удар, рис.16.
  
  Vakum [BIKOL]
  Рис. 15. Характер изменения давления под рабочим колесом гидротурбины СШГЭС [1].
  
  
  Obrudar [BIKOL]
  Рис. 16. Схема возникновения "обратного" гидроудара вследствие заклинивания
  рабочего колеса гидротурбины N2 СШГЭС
  
  
  Таким образом, именно в результате заклинивания рабочего колеса в верхнем лабиринте[4] мгновенно возникли те непреодолимые силы, под воздействием которых образовались сколы на ступице рабочего колеса (см. рис. 14) и были моментально разрушены крепление крышки к статору турбины, а также крепление несущей крестовины к статору генератора, вследствие чего крышка турбины в сборе с ротором генератора ("полётный" вес около 1300 т) вылетела в потоке воды в машинный зал на высоту, примерно, 14 м [26] [27].
  
  Промежуточный вывод по п. 3.1.2.: Из рассмотрения вышеупомянутых конструкций верхнего и нижнего лабиринтных уплотнений[5] и примеров их разрушений, можно утверждать, что катастрофическая авария ГА2 произошла по причине заклинивания рабочего колеса относительно крышки гидротурбины N2, вследствие неудачной конструкции верхнего лабиринтного уплотнения рабочего колеса.
  
  *Примечания:
  1. В нарушение технических требований РД 153-34.2-31.401-2002 в гидротурбинах СШ ГЭС нижнее лабиринтное уплотнение- несъёмное,что является существенным конструктивным недостатком; это приводит к тому, что при проведении ремонтов практически невозможно восстановить до проектных размеров зазоры в нижнем лабиринтном уплотнении. Поэтому гидротурбины СШГЭС эксплуатируются с увеличенными и неравномерными зазорами в лабиринтном уплотнении. Увеличенные зазоры снижают объёмный к.п.д., а их неравномерность вызывает увеличение вибраций гидротурбины и приводит к дополнительной переменной нагрузке на направляющий подшипник.
  
  2. В опубликованных Ростехнадзором и Парламентской комиссией материалах по факту аварии на СШГЭС отсутствуют какие-либо сведения о техническом состоянии верхнего и нижнего лабиринтных уплотнений рабочего колеса турбины, несмотря на то, что проведение такой экспертизы предусмотрено п. 8.2.9. "Методических указаний по техническому обследованию узлов гидроагрегатов при их повреждениях" [28].
  
  3. Полагаю, что завод-изготовитель учёл отрицательный опыт эксплуатации разъёмного, многосекционного кольца верхнего лабиринтного уплотнения и поэтому в поставках нового турбинного оборудования вышеупомянутое неподвижное кольцо выполнено цельносварным
  (см. http://blog.rushydro.ru/?tag=%D1%81%D1%88%D0%B3%D1%8D%D1%81&paged=3 ).
  Тем не менее, несмотря на отсутствие стыков и существенное, благодаря этому, повышению прочности неподвижного кольца, потенциальная угроза заклинивания рабочего колеса сохраняется и, следовательно, не исключается повторение аварии, происшедшей на СШГЭС 17 августа 2009 г.
  
  4. Версия, согласно которой причиной аварии ГА2 явилось жесткое присоединение рабочего колеса к крышке гидротурбины вследствие механического контакта между подвижным и неподвижным кольцами лабиринтных уплотнений была опубликована в СМИ спустя неделю после аварии (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 2).
  
  5. Коммерческое предложение на разработку и применение съёмных лабиринтных уплотнений, обеспечивающих повышение надёжности, экономичности и ремонтопригодности гидротурбин Саяно-Шушенской ГЭС и "ноу-хау" на технологию изготовления опытных образцов упомянутых уплотнений опубликовано 29 июля 2010 г. на сайте http://energyfuture.ru/forum/kommercheskie-predlozheniyasotrudneichestvo/syomnye-uplotneniya-rabochego-kolesa-ssh-ges .
  
  
  3.1.3. Разрушение крепления крышки к статору гидротурбины
  
  Крышка гидротурбины (рис. 17) состоит из собственно крышки1, кольцевой опоры 2 и конической опоры 3. Крышка 1 сварной конструкции выполнена из двух концентрично расположенных стальных обечаек, жёстко связанных между собой радиальными ребрами жесткости, а в нижней части ступенчатым кольцевым днищем, на периферии которого установлено и приварено двадцать стаканов для крепления нижних втулок верхних цапф лопаток направляющего аппарата. Сверху, на радиальные рёбра жёсткости установлена и приварена к рёбрам и к наружной обечайке кольцевая плита с двадцатью кольцевыми фланцами под верхние втулки лопаток направляющего аппарата.
  
  Кроме того, приблизительно на равном расстоянии от наружной и внутренней обечаек, на указанные выше рёбра жёсткости установлен и приварен кольцевой фланец, предназначенный для установки специальной опоры 2. С наружной стороны внешней обечайки к ней приварен усиленный косынками жёсткости опорный (базовый) фланец, предназначенный для закрепления крышки гидротурбины к "слоённому" фланцу статора турбины посредством шпилечного соединения. Для установки направляющего подшипника турбины конструкцией предусмотрен ещё один фланец, приваренный с наружной стороны внутренней обечайки крышки 1. По условиям транспортировки, крышка 1 изготовлена из четырёх частей, соединённых между собой посредством болтовых соединений.
  
  Kryschka [BIKOL]
  Рис. 17. Крышка гидротурбины; силы воздействующие на крышку при аварии ГА2.
  Условные обозначения: Pwes - суммарный вес крышки турбины, подпятника и ротора
  гидроагрегата:Pwak - сила атмосферного давления на рабочее колесо при разрыве
  потока;Fpgu - сила прямого гидравлического удара; pΣ - давление на крышку турбины
  при прямом гидравлическом ударе; pogu- давление на рабочее колесо при обратном
  гидравлическом ударе; MΣ- суммарный крутящий момент от заклинивания рабочего
  колеса.
  
  Специальная опора 2 сварной конструкции изготовлена в виде двадцатиугольника [9], в котором снаружи, к нижнему и верхнему фасонным фланцам приварены грани из стальных пластин. В каждой грани многоугольника выполнены отверстия, обрамлённые фланцами для установки и закрепления к ним индивидуальных сервомоторов привода лопаток направляющего аппарата. Между верхним и нижним фасонным фланцам установлены и приварены радиальные рёбра жёсткости. По условиям транспортировки, опора 2 изготовлена из двух частей, соединённых между собой посредством болтовых соединений.
  
  К верхнему фланцу опоры 2 закреплен болтами фланец конической обечайки 3, усиленной кольцевыми и продольными рёбрами жёсткости. Коническая обечайка 3 является грузонесущей опорой подпятника гидроагрегата.
  
  К нижней части ступенчатого кольцевого днища крышки1 при помощи шпилечного соединения закреплено неподвижное кольцо 4 верхнего лабиринтного уплотнения.
  
  Конструктивные элементы 1, 2 и 3, собранные в единое целое, образуют мощную пространственную металлоконструкцию, под общим названием "крышка гидротурбины", способную надёжно воспринимать все расчётные и нерасчётные нагрузки, за исключением неопреодолимых сил, обусловленных заклиниванием рабочего колеса турбины неподвижным кольцом 4 верхнего лабиринтного уплотнения.
  
  Крепление крышки к фланцу статора турбины осуществляется посредством 80 шпилек М80, изготовленных из стали 35, рис. 18а.
  
  Spilki [BIKOL]
  Рис. 18. Шпильки М80 крепления крышки гидротурбины ГА2
  а)- проектные размеры шпилькиМ80; б)-сохранившияся шпильки; в)- шпильки сорванные
   заподлицо с фланцем статора; г)- шпильки сорванные под гайкой
  
  Для наглядного представления о фактических размерах шпильки М80, на рис. 19 представлено фото упомянутой шпильки в сборе с гайкой.
  
  Spilka80 [BIKOL]
  Рис. 19. "Та самая" шпилька М80 [29]
  
  Как было установлено выше, см. п. 3.1.2., крышка турбины, в момент аварии, оказалась под воздействием аварийного крутящего электрогидромеханического момента, а также под воздействием сил от прямого и обратного гидравлических ударов.
  
  Кроме того, на завершающей стадии аварии ротор гидроагрегата оказался под воздействием дополнительного электромагнитного момента короткого замыкания Мкз, возникшего вследствие непосредственного механического контакта между ротором и статором гидрогенератора при аварийном перемещении ротора вдоль оси агрегата ( см. ниже, п. 3.2.).
  
  3.1.3.1. Количественная оценка аварийного крутящего электрогидромеханического
  момента
  
  Величину суммарного крутящего электрогидромеханического момента определим, в первом приближении, по формуле:
  
  Formula1 [BIKOL]
  
  Tab7 [BIKOL]
  
  
  Расчётная схема для оценки величины механического момента Мm изображена на рис. 20.
  SchemaRas [BIKOL]
  Рис. 20. Расчётная схема
  
  Formula2 [BIKOL]
  
  Из технической литературы по общей электротехники [31] [32] известно, что если к валу синхронного генератора, параллельно подключённому к общей электросети, приложить достаточное по величине тормозное усилие, то генератор, не изменяя скорости вращения, начнёт потреблять энергию из сети, т.е. перейдёт в режим синхронного электродвигателя. При этом величина электромагнитного момента на валу машины зависит от так называемого угла нагрузки θ между осью магнитного поля статора и осью поля ротора, рис. 21.
  
  Sinchmasch [BIKOL]
  Рис.21. Электромагнитная схема синхронной машины [31];
  а)- холостой ход; б)- режим генератора; в)- режим двигателя
  
  Formula3 [BIKOL]
  
  
  Uglharakter [BIKOL]
  Рис. 22. Угловая характеристика синхроной машины [31]
  
  Из рассмотрения рис. 22. следует, что в синхронных электромашинах абсолютные максимальные значения электромагнитных моментов в режимах генератора и двигателя равны между собой.
  
  Как было показано выше (см. п.3.1.2.), заклинивание рабочего колеса турбины ГА2 вызвало внезапное торможение ротора гидроагрегата, вследствие чего генератор автоматически, не изменяя направление вращения, перешёл в режим электродвигателя и стал потреблять электроэнергию из сети, рис. 23, вследствие чего на валу генератора возник максимальный электромагнитный момент, воздействующий на ротор гидроагрегата, но уже в режиме синхронного электродвигателя.
  
  Peretoki [BIKOL]
  Рис.23. Перетоки электроэнергии к ГА2 через ВЛ, отходящие от ОРУ-500 [33]
  
  Formula4 [BIKOL]
  
  Tab8 [BIKOL]
  
  Formula5 [BIKOL]
  
  В результате воздействия тангенциальной силы Fτ1 произошла сильнейшая деформация крышки турбины, вследствие чего на некоторых участках её присоединительного фланца возникли сгустки энергии деформации, под воздействием которых часть шпилек М80 буквально "отстегнулась" на глубинах 2÷5 мм от поверхности фланца статора (см. рис. 17в), образовав "впадины".
  
  Другая, оставшаяся часть шпилек была мгновенно разрушена вследствие прямого гидравлического удара, при этом характер разрушения шпилек существенно изменился: на фланце статора остались "пеньки", а обрыв шпильки произошёл непосредственно под гайкой, заподлицо с её торцом (см. рис. 17г).
  
  Если предположить, что деформация присоединительного фланца крышки турбины произошла в виде известной "восьмёрки", то тогда, может быть, станет понятным, почему "впадины" раположились симметрично против "впадин" (вдоль оси реки), а "пеньки" против "пеньков" (вдоль оси плотины)[36].
  
  3.1.3.2. Количественная оценка осевой силы прямого гидравлическом удара
  
  Как было указано выше, п.3.1.2.1., в результате заклинивания рабочего колеса произошло кардинальное изменение режима работы гидротурбины и возник прямой гидравлический удар, расчёт величины которого, в первом приближении, приведён ниже.
  
  Схема напорного трубопровода СШГЭС показана на рис. 24.
  Naptrub [BIKOL]
  Рис. 24. Схема напорного трубопровода СШГЭС [11] [37]
  1- напорный трубопровод; 2- гидротурбина; 3- отсасывающая труба
  Величину аварийной подъёмной силы от прямого гидроудара определим, в первом приближении, по формуле:
  Formula6 [BIKOL]
  
  Увеличение давления при прямом гидроударе определяется по формуле
  Жуковского Н.Е. [38],
  Formula7 [BIKOL]
  
  
  Tab9 [BIKOL]
  
  Результаты расчётов аварийной подъёмной силы FΣ от прямого гидроудара представлены
  в таб. 10*
  Tab10 [BIKOL]
  
  Formula7 [BIKOL]
  
  Согласно ГОСТ 1050-88 "ПРОКАТ СОРТОВОЙ, КАЛИБРОВАННЫЙ..." [39] механические свойства стали 35 в нормализованном состоянии должны соответствовать нормам, приведенным в таб. 11*
  
  Tab11 [BIKOL]
  
  Formula9 [BIKOL]
  
  Следует отметить, что при действии мгновенной ударной нагрузки, многие материалы, в том числе конструкционные углеродистые стали, которые под воздействием статических сил проявляли себя пластичными, работают как хрупкие.- без внешних признаков пластической деформации.
  
  Промежуточные выводы по п. 3.1.3.:
   Разрушение шпилек М80 крепления крышки к статору гидротурбины произошло не из-за "усталости", как ошибочно утверждается в акте Ростехнадзора [11], а в результате воздействия на крышку турбины аварийного крутящего момента и прямого гидравлического удара, возникновение которых было обусловленно внезапным заклиниванием рабочего колеса турбины.
  
   Различие характера разрушения шпилек М80 объясняется тем, что часть шпилек (рис. 17 в)разрушилась вследствие потенциальной энергии деформации присоединительного фланца крышки турбины, вызванной аварийным крутящим моментом, а другая часть (рис. 17 г) была оторвана силой прямого гидравлического удара.
  
  3.1.4. Разрушение лопаток направляющего аппарата гидротурбины
  
  3.1.4.1. Краткое описание конструкции НА
  
  Направляющий аппарат (НА) гидротурбины СШГЭС предназначен для регулирования мощности турбины в соответствии с требованиями энергосистемы, путём изменения расхода через турбину и изменения циркуляции потока потока перед рабочим колесом, а также для прекращения доступа воды в проточную часть гидротурбины при остановах, как в случае проведения плановых техосмотров и ремонтов, так и в случае возникновения аварийных ситуаций, например, для защиты гидроагрегата от разгона при внезапном сбросе нагрузки на гидрогенератор. Изменение расхода и циркуляции потока перед рабочим колесом осуществляется поворотом лопаток НА [9].
  
  Конструктивное устройство радиального НА гидротурбины N2 СШГЭС и внешний вид его составных частей после аварии изображены на рис. 25.
  
  NApparat [BIKOL]
  Рис. 25.Направляющий аппарат гидротурбины ?2 СШГЭС
  1- специальная кольцевая опора; 2- индивидуальный прямоосный сервомотор; 3- рычаг;
  4- разрезная цилиндрическая шпонка; 5- верхний подшипник; 6- крышка турбины;
  7-верхняя цапфа лопатки; 8- средний подшипник; 9- лопатка; !0- рабочее колесо;
  11-нижнее кольцо НА; 12- нижний подшипник; 13- нижняя цапфа лопатки; 14- шарнир;
  15- выдвижной шток сервомотора.
  
  НА состоит из 20 цилиндрических удобообтекаемых лопаток 9, расположенных между крышкой 6 турбины и нижним кольцом 11 НА и установленных с равным шагом по окружности диаметром 7900мм. Лопатки 9 НА (см. рис. 25) изготовлены из нержавеющей стали. Каждая лопатка 9 имеет соосные верхнюю 7 и нижнюю 13 цапфы. Подшипники скольжения 5, 8 верхних цапф 7 лопаток установлены и закреплены в крышке 6 турбины, а подшипники скольжения 12 нижних цапф 13, жёстко закреплены в нижнем кольце 11 НА. Для обеспечения регулирования расхода воды через турбину поворот лопаток 9 осуществляется индивидуальными прямоосными сервомоторами 2, выдвижные штоки 15 которых шарнирно соединены с рычагами 3, жестко закреплённых к верхним цапфам 7 посредством разрезных цилиндрических шпонок 4.
  
  Для предотвращения, точнее- для уменьшения, протечек воды через закрытый НА, в крышке турбины и в нижнем кольце установлены торцевые уплотнения, а выходные кромки лопаток тщательно подогнаны по вертикали к ответным поверхностям соседних лопаток*.
  *Примечание: Техническое решение по авт. свид. N300094 [61].позволяет существенно упростить слесарную подгонку выходных кромок лопаток НА и снизить трудоёмкость этой технологической операции, осуществляемой при монтаже турбины.
  
  В соответствии с требованиями СТО 17330282.27.140.001-2006 "размер допускаемых зазоров в НА, не имеющих уплотнений, нормируется в зависимости от высоты пера лопатки или диаметра РК гидротурбины:
  
  Tab12 [BIKOL]
  
  Суммарная длина всех местных зазоров между двумя смежными лопатками, превышающих норму, не должна превышать 20 % от длины пера лопатки" [28].
  
  
  3.1.4.2. Кратко об особенностях эксплуатации НА
  
  Согласно п. 7.2.5.5 СТО 17330282.27.140.018-2008 "Гидротурбинные установки ..." "при полностью закрытом НА протечки воды через него не должны допускать страгивание с места ротора агрегата при незаторможенном роторе генератора, не препятствовать остановке гидроагрегата свободным выбегом и обеспечивать перевод гидрогенератора в режим СК с освобождённой от воды камерой РК турбины".
  
  В этой связи следует отметить, что на СШГЭС объём протечек воды через направляющие аппараты с индивидуальными сервомоторами не удовлетворяет требованиям вышеуказаных отраслевых стандартов: по сообщению бывшего зам. генерального директора СШГЭС г-на Бабкина В.И. "увеличение зазоров между лопатками НА лишает эксплуатацию возможности перевода генератора в режим синхронного компенсатора из-за существенного увеличения расхода воздуха на поддержание заданного уровня воды под рабочим колесом турбины" [42].
  
  Большой расход воздуха не компенсируется производительностью компрессоров - воздуходувок. В конечном счете может возникнуть ситуация, когда невозможно будет остановить агрегат при выводе его в резерв, так как протечки воды через закрытый НА окажутся столь велики, что будет продолжаться холостой ход агрегата. Остановка его в этом случае возможна лишь после сброса затворов водоприемника турбины, что является уже крупной неисправностью агрегата" [42].
  
  Отсюда следует, что конструкция НА гидротурбины СШГЭС по показателю объёма протечек через полностью закрытый НА не отвечает требованиям отраслевого стандарта СТО 17330282.27.140.018-2008 "Гидротурбинные установки ..."
  
  3.1.4.3. Разрушение верхних цапф лопаток НА
  
  В результате практически мгновенного разрушения шпилек М80 крепления крышки к фланцу статора турбины (см. п. 3.1.3.), суммарный аварийный крутящий момент МΣ , воздействующий на крышку турбины, стал восприниматься только лопатками НА (через верхние цапфы, рис. 26.). Схема возникновения напряжённо- деформированного состояния лопаток показаны на рис. 26в.
  
  Lopatki NA [BIKOL]
  ______________а)___________________________б)_________________________в)
  
  Рис. 26. Изменение положения лопаток НА в процессе аварии гидротурбины N2 СШГЭС
  а)- проектное положение лопаток НА; б)- положение лопаток НА в момент упора ротора
   гидроагрегата в верхнюю крестовину; в)- схема возникновения напряжённо-
  деформированного состояния лопаток.
  (Условные обозначения: da; db и dc - диаметры нижнего, среднего и верхнего
  подшипников скольжения в мм, соответственно; δа; δb; и δc - диаметральные зазоры
  в нижнем, среднем и верхнем подшипниках скольжения в мм, соответственно; δz -
  торцевые зазоры; F - направление тангенциальной силы; R - силы реакции;
  Mz -изгибающие моменты)
  
  Одномоментно прямой гидроудар подбросил крышку турбины вместе с ротором гидроагрегата на высоту S ≥ h до упора в верхнюю крестовину (см. рис. 4. и рис.26б). Затем произошло короткое замыкание генератора (более подробно см. ниже, п.3.2.3.) и под воздействием дополнительно возникшего на роторе генератора электромагнитного момента КЗ были одновременно сломаны верхние цапфы лопаток НА (см. рис. 27,28 29 и 30).
  
  Zapfy [BIKOL]
  Рис. 27. Отломанные верхние цапфы лопаток НА в крышке гидротурбины N2 СШГЭС
  
  
  Izlom NA []
  Рис. 28. Хрупкий излом верхних цапф стальных лопаток НА гидротурбины N2 СШГЭС
  Izlom NA2 [BIKOL]
  Рис.29. Излом цапфы лопатки НА Рис.30. Камневидный излом по классификации
  ________________________________________РД 50-672-88 [43]
  
  Из рассмотрения рис.27,28 29 и 30 следует, что разрушение лопаток НА произошло без видимых пластических деформаций и что поверхность разрушения характеризуется ярко выраженным грубозернистым строением.
  
  Как повлияла крупнозернистая структура хрупкого излома на прочность лопаток НА? - трудно сказать; ответ за специалистами по металловедению.
  
   Внешний вид характерных разрушений лопаток НА гидротурбины N2 показан на рис.31.
  RazruschNA [BIKOL]
  Рис. 31. Характерные разрушения лопаток НА гидротурбины N2 СШГЭС
  
  Внешний вид новой лопатки НА гидротурбины СШГЭС представлен, для сопоставления,
  на рис. 32.
  
  Lopatka NA [BIKOL]
  Рис. 32. Лопатка НА гидротурбины СШГЭС
  
  
  Для количественной оценки в первом приближении прочности верхней цапфы лопатки НА упростим статически неопределимую схему сил и моментов, рис. 26в, воздействующих на лопатку. Упрощённая расчётная схема представлена на рис. 33.
  
  SchemaRas2 [BIKOL]
  Рис.33. Расчётная схема определения предельной
   прочности верхней цапфы лопатки НА
  
  Formula10 [BIKOL]
  
  Tab1314 [BIKOL]
  
  Formula11 [BIKOL]
  
  
  3.2. Разрушение гидрогенератора
  
  3.2.1. Общий вид гидрогенератора СШГЭС представлен на рис. 34 и 35.
  Generator [BIKOL]
  Рис. 34. Гидрогенератор Саяно-Шушенской ГЭС
  а)- генератор в разрезе; б)- общий вид генератора; в)- генератор после аварии;
  1- перекрытие генератора; 2- контактные кольца; 3- генераторный подшипник;
  4-железобетонная бочка генератора; 5- крестовина генератора; 6- лобовые части
  обмотки статора; 7- полюс ротора; 8- сердечник статора; 9- корпус статора;
  10- обмотка возбуждения; 11- воздухоохладитель; 12- спица ротора; 13- вал;
  14- подпятник генератора; 15- тормозное кольцо; 16- обод; 17- ступица
  
  Generator2 [BIKOL]
  Рис. 35. Гидрогенератор Саяно-Шушенской ГЭС (общий вид в цвете) [47]
  
  Генератор состоит из ротора, включающего обод 16 с полюсами 7, и статора, включающего сердечник 8 с обмотками 6.
  
  Между ротором и статором предусмотрен воздушный зазор Δ = 30мм.
  
  Генератор - зонтичного типа с подпятником 14, воспринимающим вес ротора гидроагрегата и осевое гидравлическое усилие, возникающее при эксплуатации агрегата в нормальном турбинном режиме. Подпятник установлен в маслованне, закреплённой на специальной конической опоре крышки турбины. [46]
  
  Радиальные нагрузки, воздействущие на ротор гидроагрегата, воспринимаются двумя сегментными подшипниками- турбинным, с обрезиненными сегметами на водяной смазке (см. рис. 7) и генераторным 3, с бабитовыми сегметами на масляной смазке. Генераторный подшипник установлен в маслованне, закреплённой к мощным двутавровым лапам верхней крестовины 5, установленной на корпус статора 9. Каждая из 12 лап упомянутой крестовины жёстко закреплена болтами к верхнему фланцу наружной стальной обечайки корпуса статора 9.
  
  Тангециальные силы от электромагнитных моментов, воздействующие на статор генератора в процессе эксплуатации, воспринимаются нижним фланцем корпуса статора, жёстко закреплённого к фундаментным плитам, прочно встроенным в монолитный железобетонный блок гидроагрегата.
  
  Как указывается в п. 5 Акта Ростехнадзора "17.08.2009 ГА-2 работал под нагрузкой, ротор вращался с номинальной частотой... При входе в зону эксплуатационной характеристики гидроагрегата, не рекомендованной к работе, произошел обрыв шпилек крышки турбины. Под воздействием давления воды в гидроагрегате ротор гидроагрегата с крышкой турбины и верхней крестовиной начал движение вверх и, вследствие разгерметизации, вода начала заполнять объем шахты турбины, воздействуя на элементы генератора"[11].
  
  Однако, из рассмотрения конструкции гидроагрегата (рис. 34) нетрудно установить, что в начальный момент аварии не было и не могло быть совместного "движения ротора гидроагрегата с крышкой турбины и верхней крестовины" по той простой причине, что верхняяя крестовина генератора оставалась неподвижной, до тех пор, пока ротор гидроагрегата, переместившись вместе с крышкой турбины на высоту S, не разрушил крепление лап крестовины к статору генератора, после чего упомянутая крестовина стала перемещаться вверх и вращаться совместно с крышкой турбины и ротором, гидроагрегата.
  
  
  3.2.2. Для сравнения (сопоставления) предельной прочности крепления лап крестовины генератора с результирующей осевой гидравлической силой, направленной на отрыв крышки турбины в нормальном режиме эксплуатации, выполним, в первом приближении, следующие расчёты.
  
  3.2.2.1. Количественая оценка предельной прочности крепления лап крестовины.
  
  В связи с тем, что в опубликованных источниках информации не удалось найти подробных сведений о конструкции узла крепления лап верхней крестовины к фланцу статора генератора, принимаем материал для изготовления болтов (шпилек) Сталь 35, механические свойства которой указаны выше, в таб.11. Принимаем также, что каждая из двенадцати лап крестовины крепится к фланцу генератора болтами М80х4.
  
  Formula12 [BIKOL]
  
  
  3.2.2.2. Количественая оценка результирующей осевой силы, направленной на отрыв верхней крестовины от статора генератора
  
  Formula13 [BIKOL]
  
  Schemasil [BIKOL]
  
  Рис. 36. Схема осевых сил, воздействующих на гидроагрегат СШГЭС при его
  эксплуатации в нормальном турбинном режиме.
  
  Formula14 [BIKOL]
  
  Из этого неравенства становится очевидным тот факт, что даже при 100% внезапном усталостном разрушении всех шпилек М80 крепления крышки к статору турбины, верхняя крестовина генератора является непреодолимым препятствием для перемещения ротора гидроагрегата за пределы шахты турбины... Отсюда, неизбежно возникают вопросы: Какие же тогда силы вытолкнули в машзал и заставили "взлететь" до потолка машзала крышку турбины вместе с ротором гидроагрегата и верхней крестовиной, общим весом 1300 тонн??! Какова природа этих сил??! Ни комиссия Ростехнадзора, ни Парламентская комиссия, ни Следственный комитет РФ не дают вразумительного ответа на эти, да и на другие технические вопросы, связанные с разрушением и "полётом в машзал" ГА2. Всё это ставит под сомнение профессиональную компетентность лиц, принимавших участие в расследовании технических причин аварии на СШГЭС.
  
  3.2.3. Короткое замыкание генератора ГА2 СШГЭС
  
  Из рассмотрения рис. 20 и 34 следует, что при величине размера L ≈ 10 м [14] отклонение оси вала ротора гидроагрегата от вертикали на угол равный всего 0,2градуса может привести к непосредственному механическому контакту полюсов ротора с обмотками статора и тем самым вызвать короткое замыкание генератора.
  
  В результате разрушения крепления крышки к статору турбины (см. п.3.1.3.) направляющий подшипник, установленный в крышку турбины (см. рис. 6 и 7), утратил свои основные функции в качестве устройства, воспринимающего радиальные силы и одновременно обеспечивающего сохранение вертикального положения вала ротора гидроагрегата.
  
  Formula15 [BIKOL]
  
  В результате возникшего непосредственного механического контакта между полюсами ротора и поверхностью статора возникло короткое замыкание генератора. Так как в момент возникновения КЗ генератор находился в режиме синхронного электродвигателя (см. п. 3.1.3.1.в) можно предположить, что вся энергия, порядка 800 МВт, потребляемая в этом режиме ГА2 из Сибирской энергосистемы (см. рис.23), была израсходована при КЗ на разрушение статора генератора и сопряженных с ним строительных конструкций (фундамента и так называемой "железобетонной бочки").
  
  Из интернет-источников [48], [49] известно, что в синхронных электромашинах ударный ток внезапного короткого замыкания создаёт очень большие электромагнитные моменты, многократно, в 5 ÷ 15 раз, превышающие их номинальные значения.
  
  Formula16a [BIKOL]
  
  Кроме преобладающего участия в разрушении лопаток НА и ротора генератора электромагнитный момент КЗ придал дополнительный мощный импульс совместному вращению механически жёстко связанных между собой рабочего колеса, крышки турбины, "облегчённого" (без обода с полюсами) ротора ГА и верхней крестовины.
  
  Практически одновременно с возникновением электромагнитного момента короткого замыкания в гидрогенераторе, рабочее колесо и крышка турбины подверглись воздействию обратного гидравлического удара (см. рис. 15), вследствие чего крышка турбины с рабочим колесом, остатки ротор гидроагрегата и верхняя крестовина, одним словом- всё, что находится в "Контуре..." на рис. 4, вылетело и поднялось в мощном потоке воды до упора в крышу машзала ГЭС. На "взлёте", лапы верхней крестовины 5 (рис. 34) нанесли сокрушительные удары по ближайшей к блоку ГА2 колонне подкранового пути (см. рис. 3, фрагмент в правом нижнем углу). На обратном пути верхняя крестовину отлетела в сторону соседнего агрегата N1, а остатки ротора гидроагрегата совместно с крышкой , преодолевая собственным весом встречный скоростной напор потока воды, возвратились в кратер того же блока ГА2, совершив (благодаря встречному потоку) относительно "мягкую" посадку.
  
  Из рассмотрения вышеизложенного нетрудно установить, что в процессе развития аварии ГА2 неоднократно изменялся "полётный" вес его составных частей. Эти изменения нашли своё отражение в таб. 15.
  Tab15 [BIKOL]
  
  Промежуточные выводы по п.п. 3.1.4. и 3.2.:
  
   Шесть шпилек М80 (без гаек) крепления крышки к статору турбины остались практически неповреждёнными благодаря тому, что при начальном вертикальном перемещения крышки совместно с ротором ГА2 на высоту S ~170 мм (до упора в верхнюю крестовину) суммарная прочность верхних цапф лопаток НА оказалась достаточной, чтобы воспринять крутящий момент, действующий на крышку вследствие заклинивания рабочего колеса, удержать крышку от проворота и, тем самым, предотвратить разрушение упомянутых шпилек.
  
   Разрушение (излом) верхних цапф лопаток НА, "скручивание" спиц ротора генератора и разрушение статора генератора, произошло практически одновременно, вследствие короткого замыкания обмоток статора генератора (в режиме электродвигателя).
  
   Излом верхних цапф лопаток произошёл вследствие механического воздействия на них крышки турбины, находящейся под воздействием суммарного крутящего момента, возникшего на крышке турбины в процессе развития аварии ГА2.
  Здесь уместно ещё раз [51] напомнить о бездоказательности и ошибочности утверждения комиссии Ростехнадзора, согласно которому "При выходе обода рабочего колеса на отметку 314,6 рабочее колесо перешло в насосный режим и за счет запасенной энергии ротора генератора создало избыточное давление на входных кромках лопастей рабочего колеса, что привело к обрыву перьев лопаток направляющего аппарата"(см. п.5. Акта Ростехнадзора "Описание возникновения аварии, ее развития" [11], а также п. 3.3. "Причины развития чрезвычайной ситуации" Доклада Парламентской комиссии [22].
  
  3.3. Фланцевые соединения вала гидроагрегата
  
  На первый взгляд, из рассмотрения фотографий и рисунков (рис. 3, 4,13, 25, 27, 28, 29 и 31), создаётся впечатление, что в результате аварии ГА2 произошло почти полное разрушение всех составных частей и базовых деталей, оказавшихся под воздействием аварийных сил и крутящих моментов. Однако, в действительности это не так: под грудой искорёженных, многотонных конструкций, сохранились практически целыми и невредимыми фланцевые соединения рабочего колеса турбины и ротора генератора с валом гидроагрегата. Этот факт вызывает особое удивление, так как именно через эти, упомянутые выше, фланцевые соединения передавались на крышку турбины и ротор гидроагрегата чудовищные по величине, всеразрушающие крутящие моменты и силы. В связи с этим возникла необходимость более детального рассмотрения конструкции фланцевых соединений вала гидроагрегата СШГЭС.
  
  Wal [BIKOL]
  Рис. 37. Новый вал гидроагрегата СШГЭС;
  (на переднем плане- "нижний" присоединительный фланец; в правом верхнем углу-
  демонтированные "припасованные" болты М180; в правом нижнем- новые болт и
  гайка М180)
  
  Из общепринятой схемы компоновки крупных вертикальных гидроагрегатов известно, что рабочее колесо гидротурбины и ротор генератора гидроагрегата соединяются между собой общим валом. В гидроагрегатах СШГЭС оба конца вала снабжены фланцами: нижним- для присоединения к рабочему колесу и верхним- для присоединения к ротору генератора (см. рис 19). Присоединительные размеры нижнего и верхнего фланцев - идентичны.
  
  Общий вид нового вала гидроагрегата СШГЭС и крепёжные "припассованные" болты показаны на рис.37.
  
  Соединение верхнего обода (ступицы) рабочего колеса турбины с нижним фланцем вала гидроагрегата, рис. 38, так же как и соединение верхнего фланца вала со ступицей 17 ротора генератора, рис. 34, осуществляется посредством 20 припасованных болтов М180х4. "Материал болтов- сталь с категорией прочности не менее КП 50 по ГОСТ 8479-70. Напряжения предварительного затяга болтов- в пределах 150-200 МПа" [9].
  
  Flanzsoed [BIKOL]
   Рис. 38. Фланцевое соединение рабочего колеса турбины с валом гидроагрегата
  
  Formula17 [BIKOL]
  
  
  Промежуточные выводы по п. 3.3.:
   Фланцевые соединения вала гидроагрегата выполнены с излишней прочностью, в несколько раз превышающей расчётное (заданное проектном) значение.
  
   Априори можно утверждать, что если бы прочность фланцевого соединения рабочего колеса с валом гидроагрегата соответствовала проектному значению, то рабочее колесо турбины "отстегнулось" бы от фланца вала гидроагрегата сразу в момент "заклинивания" и в этом случае последствия от аварии ГА2 были бы гораздо менее катастрофичными.
  
  
  4. Общие выводы
  
  4.1. Техническими причинами аварии ГА2 являются скрытые конструктивные недостатки верхнего лабиринтного уплотнения рабочего колеса турбины и запредельные радиальные биения вала гидроагрегата, вследствие которых между подвижным и неподвижным кольцами уплотнения возникло чрезмерное трение, в результате чего произошло разрушение (разрыв) неподвижного кольца упомянутого уплотнения с последующим ЗАКЛИНИВАНИЕМ рабочего колеса. (см. п.3.1.1.).
  
  4.1.1. Одним из скрытых конструктивных недостатков верхнего лабиринтного является недостаточная прочность стыков, соединяющих между собой секции неподвижного кольца (см. рис. 12 и 14); для устранения упомянутого недостатка во всех вновь поставляемых турбинах неподвижное кольцо верхнего лабиринтного уплотнения выполняется цельносварным (см. рис. 39).
  
  Rabkolupl [BIKOL]
  Рис. 39. Цельносварное (взамен сборного, многосекционного) неподвижное кольцо
  верхнего лабиринтного уплотнения рабочего колеса
  
  4.1.2. Запредельные радиальные биения вала гидроагрегата возникли вследствие внезапного, предаварийного увеличения (разрегулирования) зазоров между валом и обрезиненными сегментами направляющего подшипника турбины
  
  4.1.3. Именно "заклинивание" рабочего колеса турбины явилось первопричиной возникновения непреодолимых сил, под воздействием которых произошли:
  разрушение шпилек крепления крышки турбины;
  разрушение болтов крепления лап верхней крестовины генератора;
  разрушение (излом) верхних цапф лопаток направляющего аппарата;
  скручивание спиц и обрыв обода ротора генератора;
  "ПОЛЁТ" в машзал крышки турбины совместно с ротором гидроагрегата, общим
  весом 1200 тонн на высоту около 15 м!
  
  4.1.4. Природа возникновения непреодолимых сил, повлекших катастрофическое разрушение ГА2, не были известны ни научно-конструкторским и проектным организациям, ни заводу-изготовителю, ни, тем более, эксплуатационному персоналу, поэтому эти силы невозможно было предвидеть и предотвратить.
  
  4.2. Конструкции нижнего лабиринтного уплотнения также не исключает принципиальную возможность "заклинивания" рабочего колеса турбины и, следовательно, сохраняется вероятность повторения аналогичной аварии.
  
  4.2.1. Другим существенным недостатком конструкции нижнего лабиринтного уплотнения является то, что неподвижное кольцо уплотнения выполнено несъёмным и "намертво" приварено к закладным частям турбины, вследствие чего при проведении ремонтов практически невозможно произвести замену неподвижного кольца и восстановить до проектных размеров зазоры между неподвижным и подвижным кольцами, что снижает объёмный к.п.д. и по причине неравномерности упомянутых зазоров приводит к дополнительной переменной нагрузке на направляющий подшипник турбины.
  
  
  5. Инициативные технические предложения
  
  На основании результатов проведенного выше частного расследования технических причин аварии ГА2, а также с учётом личного многолетнего опыта, монтажа, ремонта, проектирования и испытаний лопастных гидравлических машин, вношу на рассмотрение заинтересованных предприятий и организаций следующие предложения:
  
  5.1. Предотвращение подобных аварий
  5.1.1. Для предотвращения в будущем аварий, подобных аварии ГА2 СШГЭС, предлагаю изменить конструкцию лабиринтных уплотнений (верхнего и нижнего) так, чтобы полностью исключить вероятность "заклинивания" рабочих колес радиально-гидротурбин.
  5.1.2. Возможный вариант упомянутого изменения конструкции лабиринтных уплотнений под наименованием "Съёмные уплотнения рабочего колеса СШГЭС" предлагается на сайте
  http://energyfuture.ru/forum/kommercheskie-predlozheniyasotrudneichestvo (предложение опубликовано 29 июля 2010 г.).
  
  
  5.2. Расширение диапазона устойчивого регулирования мощности гидроагрегатов
  С целью существенного расширения диапазона устойчивого регулирования мощности гидроагрегатов путём сужения зоны, нерекомендуемой для эксплуатации (зона 2, рис. 2), предлагаю провести модельные исследования радиально-осевой гидротурбины с изменяемой геометрией колонн статора, рис. 40, и радиально-осевой гидротурбины с комбинированным направляющим аппаратом, рис. 41, и на основании полученных результатов решить вопрос о целесообразности дальнейшего проведения ОКР.
  
  Statorreg [BIKOL]
  Рис. 40. Радиально-осевая гидротурбина с изменяемой геометрией колонн статора [52]
  1- рабочее колесо; 2,3- верхний и нижний ободья статора, соответсвенно;
  4-профиллированные колонны; 5,6- входная и выходная кромки, соответственно;
  7-подвижная лопатка НА; 8- поршень; 9- рабочая полость привода лопаток;
  10,11- трубки подачи и отвода давления
  
  
  NAreg [BIKOL]
  Рис.41. Схема комбинированного направляющего аппарата гидротурбины
  (с поворотными и неповоротными лопатками НА)
  
  
  5.3. Направляющие подшипники гидротурбин
  5.3.1. С учётом положительного опыта эксплуатации направляющих подшипников гидротурбин СШГЭС с отрицательными зазорами между валом турбины и обрезиненными сегментами [10], предлагаю, с целью повышения надёжности работы и к.п.д., продолжить проведение ОКР по применению саморегулируемых сегментных направляющих подшипников гидротурбин; конструкция такого подшипника схематично изображена на рис.42.
  
  Podschipnikreg [BIKOL]
  Рис. 42. Саморегулируемый направляющий подшипник вала гидротурбины [53]
  1- вал; 2- обрезиненный сегмент; 3- накладка; 4- цилиндрическая пята (сухарь);
  5- сферическая опора; 6- корпус
  
  5.3.2. Саморегулируемые направляющие подшипники с обрезиненными сегментами были внедрены на насосах 52В-11 (скорость вращения- 375 об/мин; диаметр вала- 420мм) Каскада Голодностепских насосных станций (Таджикистан).
  
  
  5.4. Водосбросные сооружения
  С целью существенного снижения стоимости строительства высоконапорных гидроэлектростанций, путём отказа от дорогостоящих поверхностных водосбросов, предлагаю продолжить НИиОКР, начатые кафедрой использования водной энергии МГСУ (МИСИ им. Куйбышева) [54], по созданию и внедрению вихревых затворов для пропуска аварийных и катастрофических расходов через донные водосбросы высоконапорных гидротехнических сооружений.
  Варианты конструктивных схем вихревых затворов, предложенных институтом "САОГИДРОПРОЕКТ", представлены на рис. 43.
  
  Zatwor [BIKOL]
  _____________________а)_____________________________________б)
  Рис.43. Вихревые затворы донного водосброса высоконапорного гидротехнического
  сооружения [55], [56]
  
  
  5.5. Повышение эффективности эксплуатации систем техводоснабжения
  5.5.1. С целью повышения надёжности работы гидроагрегатов, путём улучшения качества осветлённой воды, подаваемой в систему их техводоснабжения, предлагаю применять на ГЭС самоочищающиеся фильтры "Эффект". Конструктивная схема фильтра "Эффект". изображена на рис. 44. Подробное описание конструкций упомянутых фильтров изложено в Интернете [57].
  
  Filtr [BIKOL]
  Рис.44. Самоочищающийся фильтр "Эффект" [58] [59] [60]
  1- корпус нижний; 2- корпус верхний; 3- крышка фильтра; 4- патрубок входной;
  5- патрубок выходной; 6- патрубок сбросной; 7- патрубок вспомогательный;
  8- грязесборник; 9- фильтроэлемент спиральный; 10- диафрагма неподвижная;
  11- диафрагма подвижная; 12- втулка направляющая; 13- обтекатель;
  14- решетка сороудерживающая кольцевая; 15- кожух; 16- горловина;
  17- диафрагма-фильтродержатель; 18- фильтроэлемент патронный (глубинный или
  сетчатый); 19- крышка смотрового люка
  
  5.5.2. Предложение об использовании самоочищающихся фильтров опубликовано 30.05.10 на сайте http://energyfuture.ru/forum/kommercheskie-predlozheniyasotrudneichestvo
  
  5.5.3. Самоочищающиеся фильтры внедрены на ряде ГЭС Средней Азии.
  
  
  5.6. Уплотнение направляющего аппарата
  С целью уменьшения протечек воды через закрытый направляющий аппарат гидротурбины и снижения трудозатрат на слесарную подгонку выходных кромок лопаток НА, предлагаю вспомнить и использовать во вновь поставляемых гидротурбинах хорошо забытую конструкцию уплотнения по перу лопатки направляющего аппарата, изображённую на рис.45.
  
  UplotnenieLopatki [BIKOL]
  Рис.45. Уплотнение по перу лопатки направляющего аппарата [61]:
  а)- для средненапорных гидротурбин; б)- для высоконапорных гидротурбин
  1- лопатка НА; 2- фасонный паз; 3- упругая прокладка; 4- прижимная планка с
  пружинящей консолью; 5- винт; 6- выходная кромка лопатки; 7- установочно-
  фиксирующий винт
  
  
  5.7. Уплотнение для гидромашин
  5.7.1. Для повышения ремонтопригодности и уменьшения непроизводительных протечек через затворы гидроэлектростанций предлагаю использовать конструкцию уплотнения для гидромашины, изображённую на рис. 46.
  Uplotneniegm [BIKOL]
  Рис.46. Уплотнение для гидромашины [62]
  1- пластина из эластомера; 2- стальной стержень; 3- концевая специальная гайка;
  4- корпус затвора; 5- прижимная планка; 6- винт; 7- диск затвора
  
  Характерной особенностью формообразования предлагаемого уплотнения является то, что оно может быть изготовлено в условиях эксплуатации в ремонтно-механических мастерских, (практически при любой геометрической форме поперечного сечения).
  
  5.7.2. Опытный фрагмент уплотнения был изготовлен из транспортёрной ленты и испытан при опорожненном трубопроводе в дисковом затворе (диаметр-7600 мм) Байпазинской ГЭС (Таджикистан). По результатам ипытаний, конструкция упомянутого уплотнения была рекомендована для использования взамен износившегося уплотнения заводской поставки*.
  *Примечание: Рухнувшая при распаде СССР система взаиморасчётов между бывшими республиками не позволила завершить данную работу...
  
  
  5.8. Снижение трудоёмкости тех.обслуживания
  С целью снижения трудоёмкости монтажа, ремонта и технического обслуживания направляющего подшипника турбины (включая уплотнение), предлагаю заменить обычные гайки на нержавеющие колпачковые [63].
  
  
   З А К Л Ю Ч Е Н И Е
  
  1. ПЕРВОПРИЧИНОЙ аварии ГА2 СШГЭС являются скрытые конструктивные недостатки верхнего лабиринтного уплотнения рабочего колеса и запредельные радиальные биения вала турбины, вследствие которых между подвижным и неподвижным кольцами упомянутого уплотнения возникло чрезмерное трение, в результате чего произошёл разрыв неподвижного кольца упомянутого уплотнения с последующим ЗАКЛИНИВАНИЕМ рабочего колеса.
  
  1.1. ЗАКЛИНИВАНИЕ рабочего колеса турбины ГА2 явилось причиной возникновения непреодолимых электрогидромеханического крутящего момента и выталкивающей осевой гидравлической силы, многократно превышающих, в совокупности, силы принятые при расчете гидроагрегата на прочность.
  
  2. Для предотвращения подобных аварий в будущем необходимо разработать конструкцию лабиринтных уплотнений полностью исключающую вероятность "заклинивания" рабочих колес радиально-гидротурбин.
  
  3. Авария ГА2 является событием форс-мажорного характера, так как природа возникновения непреодолимых сил, повлекших за собой человеческие жертвы и уничтожение громадных материальных ценностей, не были известны ни научно-конструкторским и проектным организациям, ни заводу-изготовителю, ни, тем более, эксплуатационному персоналу: эти силы невозможно было предвидеть и предотвратить.
  
  
  Б.И. Колесников, бывший гражданин бывшего Союза ССР BIKOL [64];
  
  
  ВЕЧНАЯ ПАМЯТЬ ПОГИБШИМ[65]
  
  Gwozdiki [BIKOL]
  
  ПРИ АВАРИИ НА СШГЭС
  http://www.greycygnet.ru/images/lj/shges/17082010/list1.jpg
  
  
  
  ПРИЛОЖЕНИЯ:
  
  ПРИЛОЖЕНИЕ 1 на 8-ми л.
  
  http://proza.ru/2011/05/13/1484
  В связи с сообщениями СМИ о завершении 23 марта 2011 года Главным следственным управлением СК РФ следственных действий по уголовному делу об аварии 17 августа 2009 года на Саяно-Шушенской ГЭС разрешите предложить Вашему вниманию следующий комментарий:
  
  1. В результате технического расследования причин аварии на Саяно-Шушенской ГЭС, которое в 2009 -10 г.г. провели Ростехнадзор и Парламентская комиссия РФ было установлено, что "Авария на гидроагрегате N2 (разрушение конкретного технического устройства) произошла в момент срыва крышки турбины вследствие излома шпилек крепления крышки", т.е в качестве первопричины аварии на СШ ГЭС была принята "шпилечная версия"!
  
  2. В материалах имеющихся в распоряжении следствия* (см., сайты: http://zhurnal.lib.ru/b/boris_i_k/p...a2sschges.shtml и http://zhurnal.lib.ru/b/boris_i_k/p...fysschges.shtml ) дано веское обоснование несостоятельности, точнее- ошибочности, ещё точнее- абсурдности официальной "шпилечной версии" аварии на СШ ГЭС.
  Однако, публикуя сообщение о завершении расследования Следственный комитет РФ, по существу, уклонился от публичной правовой оценки абсурдности официальной "шпилечной версии" аварии на СШ ГЭС.
  
  3. 16 сентября 2009 г. Государственная дума РФ единогласно проголосовала за создание парламентской комиссии по расследованию причин аварии на Саяно-Шушенской ГЭС.
  В обращении депутатов отмечается, что "авария на Саяно-Шушенской ГЭС является не только крупнейшей по масштабам в Российской Федерации, но и беспрецедентной в истории мировой гидроэнергетики". Палата настаивает на том, что все обстоятельства аварии были расследованы и стали известны широкой общественности. "Это расследование необходимо провести для определения путей восстановления станции, оно должно послужить гарантией от повторения в будущем подобных ситуаций" (см. http://www.rosbalt.ru/main/2009/09/16/672436.html ).
  
  Из публикации сообщения о завершении расследования Следственным комитетом РФ уголовного дела об аварии в августе 2009 года на Саяно-Шушенской ГЭС следует, что главной и единственной причиной аварии на СШ ГЭС явилось нарушение эксплуатационным персоналом станции правил техники безопасности.
  В действительности это не так: фактически авария на СШ ГЭС стала следствием совокупности непредсказуемых причин прежде всего технического, а уже потом, организационного и нормативно-правового характера.
  
  ВЫВОД:
  
  Опубликованные Следственным комитетом РФ результаты расследования причин аварии на Саяно-Шушенской ГЭС являются неполными и поэтому не отвечают требованиям Государственной думы РФ как в части информирования широкой общественности, так и в части безусловного обеспечения "гарантий от повторения в будущем подобных ситуаций".
  БИКОЛ
  
  *Примечание: см. ДОПОЛНЕНИЯ 1, 2 и 3
  
  ДОПОЛНЕНИЕ 1 на 4-х л..
  ProkuraturaDop [BIKOL]
  
  Soroka1 [BIKOL]
  
  Soroka2 [BIKOL]
  
  Prokobl [BIKOL]
  
  ДОПОЛНЕНИЕ 2 на 2 л.
  VonProk3105 [BIKOL]
  
  ZuProk0208 [BIKOL]
  
  ДОПОЛНЕНИЕ 3 на 2 л.
  VonProk2508 [BIKOL]
  
  VonSKRF2508 [BIKOL]
  
  
  ПРИЛОЖЕНИЕ 2 на 2-х л.
  Kommersant [BIKOL]
  
  Minenergo1 [BIKOL]
  
  Tabinform [BIKOL]
  
  
  Содержание
  
  ВВЕДЕНИЕ
  1. Объект расследования- гидроагрегат ?2 (ГА2) Саяно-Шушенской ГЭС
  1.1. Основные параметры гидростанции
  1.2. Основные параметры гидроагрегатов
  2. Катастрофа
  3. Особенности конструкции и характера разрушений базовых узлов и деталей ГА2
  3.1. Разрушение гидротурбины
  3.1.1. Направляющий подшипник гидротурбины
  3.1.2. Лабиринтные уплотнения рабочего колеса гидротурбины
  3.1.3. Разрушение крепления крышки к статору гидротурбины
  3.1.4. Разрушение лопаток направляющего аппарата гидротурбины
  3.2. Разрушение гидрогенератора
  3.3. Фланцевые соединения вала гидроагрегата
  4. Общие выводы
  5. Инициативные технические предложения
  5.1. Предотвращение подобных аварий
  5.2. Расширение диапазона устойчивого регулирования мощности гидроагрегатов
  5.3. Направляющие подшипники гидротурбин
  5.4. Водосбросные сооружения
  5.5. Повышение эффективности эксплуатации систем техводоснабжения
  5.6. Уплотнение направляющего аппарата
  5.7. Уплотнение для гидромашин
  5.8. Снижение трудоёмкости тех.обслуживания
  З А К Л Ю Ч Е Н И Е
  
  ПРИЛОЖЕНИЯ
  
  ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
  
  
  
Оценка: 5.13*8  Ваша оценка:

Популярное на LitNet.com К.Федоров "Имперское наследство. Забытый осколок"(Боевая фантастика) Д.Максим "Новые маги. Друид"(Киберпанк) Л.Малюдка "Конфигурация некромантки. Адептка"(Боевое фэнтези) Д.Кейн "Дэйхан"(Уся (Wuxia)) Е.Белильщикова "Иной. Время древнего Пророчества."(Боевое фэнтези) М.Атаманов "Искажающие реальность-6"(ЛитРПГ) О.Бард "Разрушитель Небес и Миров-2. Легион"(ЛитРПГ) А.Минаева "Академия Алой короны-2. Приручение"(Боевое фэнтези) В.Соколов "Мажор 4: Спецназ навсегда"(Боевик) А.Вильде "Джеральдина"(Киберпанк)
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
И.Мартин "Время.Ветер.Вода" А.Кейн, И.Саган "Дотянуться до престола" Э.Бланк "Атрионка.Сердце хамелеона" Д.Гельфер "Серые будни богов.Синтетические миры"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"