Авария на СШГЭС: ротор гидроагрегата № 2 никуда не улетал

Представленная по результатам работы комиссии по расследованию причин катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС математическая модель не является корректным описанием поведения ротора гидроагрегата № 2 СШГЭС утром 17 августа 2009 года, уверен инженер-энергетик Геннадий Рассохин:

В 2013 году Расим Хазиахметов, один из членов комиссии, расследовавшей технические причины аварии на Саяно-Шушенской ГЭС, презентовал трёхтомный сборник материалов «Разрушение гидроагрегата № 2 Саяно-Шушенской ГЭС: причины и уроки».

По этим материалам можно отследить, как формировались выводы комиссии о технических причинах аварии агрегата.

В прошлой августовской статье [1] на основании указанных материалов было показано, как эксперты в области технологии машиностроения при исследовании фрагментов разорванных шпилек продемонстрировали свои знания и навыки в определении причин машиноразрушения.

Заключение об усталости металла шпилек крепления крышки турбины они выдали только по результатам внешнего осмотра поверхности разрывов, проигнорировав и место разрыва, и все другие признаки, совершенно не характерные для усталостного излома вследствие горизонтальной вибрации турбинного подшипника.

Таким своим «поверхностным», недоработанным и непродуманным заключением эти учёные определили вектор направленности дальнейших поисков причин аварии. А фактически, будем говорить прямо, «обрубили» и вектор направленности, и вектор усилий дальнейших поисков. Все последующие заключения других экспертов (в том числе итоговое) базировались только на выводах этих учёных. На том, что шпильки крепления крышки турбины «устали» на 90-95%, а на шести шпильках не было гаек.

Давайте рассмотрим, как учёные пришли к выводу, что многотонный гидроагрегат Саяно-Шушенской ГЭС «был выброшен» [2]. Или, другими словами: «Полторы тысячи весом летательный аппарат вопреки законам физики поднялся в воздух и летал» (Николай Кутьин, председатель комиссии по расследованию аварии на СШГЭС).

Можно бы на этом заявлении председателя комиссии и остановиться. Понятно, если вопреки законам физики, то сила, выбросившая и заставившая такую огромную массу летать, – это не совсем чистая сила. Но это сказал российский учёный-юрист, видимо, уверенный в том, что утверждение «закон – что дышло…» применимо на практике и к законам физики.

Посмотрим на рассуждения других учёных, исследовавших энергетические характеристики и динамику процессов при аварии агрегата СШГЭС.

В таблицах представлены фрагменты математической модели агрегата, составленной двумя профессорами [3].

Какие могут быть замечания к этой модели?

Во-первых, в колонке «Пьезометрический напор в спиральной камере» указана величина 233 м. Но это не пьезометрический напор, и вообще не напор, а высота столба воды в напорном трубопроводе при стоянке агрегата в резерве.

Перед аварией агрегат работал при рабочем напоре Н=212,04 м. Расход воды на турбину был: Q=256 м³/сек. Скорость потока воды в спиральной камере равна 7,73 м/сек. Подставляя эти значения в уравнение Бернулли, видим, что пьезометрический напор в спиральной камере был равен 208,96 м., а не 233м.

Во-вторых, в модели вес ротора агрегата в сумме, с весом падающей на турбину воды равен 2130 тс =20895,3 кН (килоньютон). После разрыва шпилек ротор при движении вверх всего за полсекунды разгоняется до скорости 10 м/сек. Ускорение 20 м/сек². При этом вес ротора должен возрасти до величины 63495,3 кН = 6472,5 тс.

А подпятник гидрогенератора рассчитан на восприятие нагрузки всего в 36000 кН = 3669,7 тс. Возникнет почти двойная ударная перегрузка подпятника.

Конструкция крышки турбины представляет собой круглую полую коробку из листовой стали диаметром 9 м и высотой 1 м. И логично, что при ударе силой в 6472,5 тоннсил, приходящейся на центральную зону этой коробки, она бы смялась. Однако, её форма и размеры при аварии не претерпели никаких изменений. Нет сведений, что и сам подпятник получил какие-то повреждения. Но то, каким чудесным образом крышка и подпятник убереглись от полного разрушения, в модели не указано.

Далее, именно на этой модели учёные показали, что ротор агрегата летал. Баллистика полёта представлена двумя графиками: – графике скорости полёта и графике высоты полёта.

Разгон при старте длится 0,5 сек. Скорость в конце разгона – 10 м/сек. При разгоне ротор поднимается на высоту 3,5 м.

Если бы старт сверхтяжелой ракеты «Сатурн-5» с мыса «Канаверал» 16 июля 1969 года был бы таким же, то не возникало бы сейчас сомнений, были ли американцы на луне.

На этой высоте ротор переходит в свободный полёт с отрицательным ускорением g= =─ 9,81 м/сек², и в свободном полёте поднимается на высоту 8,5 м. Это апогей. Далее свободное падение с ускорением g = 9,81 м/сек² и возвращение на землю.

Красиво нарисовано! С такой картинкой, действительно, можно говорить о побитии РЕКОРДА ГИННЕСА. Но для оформления заявки, наверное, попросят пройти допинг-контроль.

Смотрим на спиральную камеру и на шахту.

Напорный трубопровод оканчивается статором турбины, соединенным со спиральной камерой. В статоре установлено 20 колонн. Межколонные каналы образуют сопла. Суммарное живое сечение этих сопел 13 м², а входное живое сечение спиральной камеры 33,17 м². Таким образом, статор турбины является гидравлическим дросселем для потока выходящей из напорного трубопровода воды. Является как бы брандспойтом на пожарном рукаве. Заметим, что этот «брандспойт» опущен на 11 м ниже уровня нижнего бьефа.

Далее слив воды в нижний бьеф Саяно-Шушенской ГЭС. Сопротивлением потоку падающей сверху воды является только турбина. Пройдя через неё, поток по отсасывающей трубе уходит в нижний бьеф. И не просто уходит, а отсасывается. Эффект отсасывания организуется особой конструкцией трубы – наличием на конце трубы диффузора.

Живое сечение отсасывающей трубы в месте входа падающего потока 33,17 м². Т.о. живое сечение отверстия для «слива» больше живого сечения отверстия для «налива» в 2,5 раза.

Диаметр шахты турбины, из которой ротор агрегата «получил подъемную силу в 20 тысяч тонн и вылетел практически мгновенно», 9,6 м., живое сечение – 72,35 м².

Итого: живое сечение выхода воды из напорного водовода – 13 м², а суммарная величина живого сечения слива воды в момент старта турбины – 105,52 м²., т.е. больше в 8,12 раз.

Как выше сказано, расход воды из «брандспойта» в момент старта «летательного аппарата» был 256 м³/сек. Скорости потоков воды в отсасывающей трубе и во вновь образовавшейся трубе – шахте турбины: – 2,43 м/сек.

Максимальная скорость воды, падающей с высоты 212,04 м.,: – 64,5 м/сек. Т.о. максимальный расход воды из «брандспойта» не поднимется выше 838,5 м³/сек. При этом максимальная скорость подъёма воды в шахте турбины не может быть выше 7,95 м/сек. А за 0,5 секунды скорость подъёма воды в шахте возрастет только до 7,34 м/сек.

Следовательно, нарисованная на графике скорость подъема воды в шахте не могла дойти до 10 м/сек.

Чрезмерно усилена энергетика полёта ротора. Видно, что авторы не учли факт, что поток в отсасывающей трубе направлен вниз, а вновь образовавшийся поток в шахте должен направиться вверх. С учётом этого факта вся приведённая выше раскладка скоростей и расходов существенно меняется.

Допустим, вода массой в 1 кг вылилась с высоты 212,04 м. из статора турбины в нижний бьеф. Куда она будет дальше двигаться?

Конечно, она будет продолжать падать вниз через отсасывающую трубу. Для этого ей не потребуется никаких дополнительных сил. Её сила – её собственный вес = 1 кгс. Туда же её влечёт отсасывающий эффект в отсасывающей тубе.

А для направления вверх этому килограмму массы воды потребуются дополнительные силы. Его должно толкать что-то снизу силой не менее 1кгс. А если поднимать его с ускорением, то сила выталкивания должна быть увеличена. В случае, приведённом в модели, когда скорость подъема воды в шахте увеличивается с ускорением 20 м/сек², величина этой силы должна быть 29,81 кгс.

А если этот килограмм массы воды поднимает на себе с таким ускорением ещё и килограммы массы ротора, то сила, выталкивающая его из шахты должна быть не менее 1029 кгс.

Видно, что сила огромная. Только не видно, откуда она возьмется? Пояснение авторы модели не дали. А заключение председателя комиссии: «законы физики были нарушены», свидетельствует только о том, что закон всемирного тяготения он, наверное, подзабыл. И если разбираться с побитием «РЕКОРДА ГИННЕСА», то надо бить не Гиннеса и не его рекорды, а других.

Все вышеприведённые рассуждения можно свести к одному предложению: «изображённую на нижнем фото бочку, не имеющую дна, не наполнишь ни за долю секунды, ни за много секунд».

Напрашивается вывод: математическая модель, составленная этими двумя профессорами, не описывает то поведение ротора ГА-2 СШГЭС утром 17.08.2009 г.

Ротор никуда из шахты не летал. Напротив, после аварии его самая габаритная и самая массивная верхняя часть – обод ротора электрогенератора – оказалась в самом низу шахты турбины. И расположилась в ней так, что своим торцом перекрыла выход воде из «брандспойта» в отсасывающую трубу. И подобно той пробке на трёхходовом кране направила поток вверх.

Правила безопасности пишутся кровью. Видимо, Ростехнадзору не хватило крови 75 человек обслуживающего персонала СШГЭС, чтобы написать эти правила. Ждут повторения?

Геннадий Рассохин,

специально для «Плотина.Нет!»

Ссылки:

1. «Авария на СШГЭС: действительно ли усталость металла шпилек стала причиной катастрофы?» https://www.plotina.net/sshges-rassokhin-2018/

2. Акт технического расследования причин аварии, произошедшей 17 августа 2009 года в филиале Открытого Акционерного Общества «РусГидро»-«Саяно-Шушенская ГЭС имени П.С. Непорожнего».

3. В.В. Берлин, к.т.н., профессор, О.А. Муравьёв, д.т.н., профессор, Московский государственный строительный университет, ООО «Белый уголь». Доклад на совещании главных инженеров, г. Москва, 30 ноября 2009г. «Авария на Саяно-Шушенской ГЭС и проблемы мониторинга крупных ГЭС»