Форум С.Кара-Мурзы

	От	И.Т.
	К	И.Т.
	Дата	21.02.2011 23:36:53
	Рубрики	Прочее;

Тарасов В.Н. Механизмы Саяно-Шушенской аварии. Факты и гипотезы.

С.Г.Кара-Мурзе прислана статья, которую автор разрешил выложить на форум.

Полный текст статьи с иллюстрациями в копилке в виде pdf-файла:

Механизмы аварии на Саяно-Шушенской ГЭС:
https://vif2ne.org/nvz/forum/files/Kmf/(110221232832)_AvariyaSajyanoSHushenskayaCAP042E8.pdf [5845K]

Фрагменты статьи:

Механизмы Саяно-Шушенской аварии.
Факты и гипотезы.

Тарасов В. Н.

О трагических событиях 17 августа 2009 года на Саяно-Шушенской ГЭС уже сказано и написано достаточно много. Как известно, эта авария - самая необъяснимая авария за всю историю гидроэнергетики. Сам факт обрыва крепления крышки турбины и выталкивание многотонного агрегата вверх противоречит всем представлениям о физических принципах работы гидротурбины. За прошедшее время события не раз рассматривались в экономическом, политическом, социальном и техническом аспектах. Анализ же физических механизмов аварии при этом отошёл на второй план.
При чтении Акта технического расследования создаётся впечатление, что виновата повышенная вибрация гидроагрегата №2 (ГА-2). В результате вибрации произошёл усталостный излом крепёжных шпилек. Оставшиеся (более 30%) шпильки были оторваны давлением воды, и гидроагрегат просто взлетел вверх. Молчаливо предполагается, что проблема решается путём ужесточения контроля и повышением качества ремонтных работ.
Однако, как известно, вибрация гидроагрегата №2 мало чем отличалась от вибрации остальных агрегатов станции и не могла повредить шпильки. Сила давления водяного потока тоже никак не могла порвать оставшийся крепёж и поднять гидроагрегат вверх. Быть может, причина Саяно-Шушенской аварии заключается не только в ошибках эксплуатационно-ремонтного персонала и просчётах проектировщиков. Есть основание полагать, что наука столкнулась с мало изученными процессами, происходящими и на многих других ГЭС. Просто никогда раньше их проявления не были столь катастрофическими.

(...)

5. Развитие аварии по версии «Органных» автоколебаний.

«… 17.08.2009 в 8 ч. 13 мин. местного времени персонал, находившийся в машинном зале, услышал громкий хлопок в районе гидроагрегата № 2 и увидел выброс столба воды.» [Л1, стр. 82]
Основное внимание, при техническом расследовании аварии, было направлено не на анализ причин аварии, а на исследование повреждений деталей и узлов непосредственно приведших к ней. Поскольку, официальная версия объясняла всё вибрацией и шпильками, исследовались, главным образом, крепёжные шпильки. Многим специалистам хотелось бы видеть объективную информацию об аварии в открытом доступе. Профессионально составленный отчёт, содержащий тренды параметров ГА-2, описание повреждений деталей и узлов и другую важную техническую информацию. Это нужно, чтобы разобраться в причинах аварии и избежать новых катастроф. Мы же имеем официальную информацию, подобранную по совершенно иным критериям. Тем не менее, благодаря Интернету [Л12], можно попытаться восстановить недостающие факты, и предложить версию развития аварии, которая не противоречит законам физики.

Рис.14

Первое, что бросается в глаза на фотографиях ГА-2 сразу после аварии, это разбитые бетонные конструкции, покорёженные спицы и оторванный ротор генератора (рис. 14). Но больше всего вопросов вызывает зияющее отверстие на месте промежуточного сервомотора (ПСМ). Отсутствует весьма массивная «железяка» - важнейший элемент гидравлической системы управления. Судя по фото, его крепёж не вырван, а как будто бы откручен. Совершенно невероятно, что такие повреждения могли быть вызваны воздействием водяного потока, или ударами обломков после выброса агрегата.

Рис.15

ПСМ (1) через систему тяг (2), образующих синхронизирующее кольцо, управляет побудительными золотниками индивидуальных сервомоторов (3). Перемещение поршня индивидуального сервомотора (4), отслеживающего положение кольца, преобразуется в поворот лопатки НА через рычаг (5). Вращательный момент с рычага на цапфу лопатки передаётся через четыре разрезные шпонки (6).
На всех рычагах шпонки частично или полностью вылезли, а пазы под шпонки разбиты. Судя по фото (рис.15), шпонки вылезали постепенно, пазы разбиты не на всю длину. Маловероятно, что это произошло после выброса агрегата. На каждую лопатку НА площадью около 1 кв. м. при выходе агрегата из шахты действовала сила давления потока более 200 т. Консоль лопатки должна была практически сразу обломать цапфу, после чего усилия на шпонках близки к нулю. Два рычага ближайшие к ПСМ сломаны, скорее всего, это вызвано вращательным моментом на лопатке.
Повреждения некоторых тяг, управляющих побудительными золотниками, и изгиб некоторых лопаток имеют, скорее всего, механический, а не гидравлический характер.
Такие повреждения механизма привода лопаток НА свидетельствует о значительных колебаниях лопаток перед аварией, сопровождавшихся огромными динамическими нагрузками. Наиболее вероятная причина этого - «Органные» автоколебаний аномальной амплитуды.
Как известно, в период среднего ремонта ГА-2, система управления лопатками НА была модернизирована. Согласно Акту, были выполнены следующие работы:
«демонтаж колонки ЭГР-10-7-2И и механизма обратной связи; монтаж колонки ЭГР-РО-6-1 (ПР ГА 040505.01).» [Л1, стр. 42]
«Настройка системы регулирования и системы управления индивидуальными сервомоторами согласно инструкциям 2143536 ТО ,2142511 ТО ... установка новых датчиков положения стопора ПСМ; замена вращающего механизма обратной связи.» [Л1, стр. 46]
17.08.2009 г. модернизированная система управления находилась в опытной эксплуатации. «Комиссия приняла решение: - ввести в опытную эксплуатацию электрогидравлическую колонку управления ЭГК-РО-6-1 ГА 2 СШГЭС на период с 16.03.2009 г. по 16.09.2009 г.» [Л1, стр. 49]

Ни общим временем нахождения в зоне «2», ни числом переходов этой зоны ГА-2 не выделялся [Л1, стр. 73]. Существенным отличием ГА-2 от остальных агрегатов СШГЭС была модернизированная система управления индивидуальным приводом лопаток НА. При подобной модернизации неизбежно происходит изменение её запаса устойчивости. Динамическая неустойчивость системы водовод-гидроагрегат-энергосистема, изначально обусловленная центровкой лопаток, усугубляется. «Органные» гидроупругие колебания науке пока не известны. Проверка и настройка микропроцессорной гидромеханической системы управления выполняется согласно действующим нормативным документам. Испытаний на динамическую устойчивость системы водовод-гидроагрегат-энергосистема такие документы не предусматривают.

Рис.16 Ход аварии.

Далее события развивались примерно по следующему сценарию:
• Пульсации при прохождении зоны «2» увеличились, зона неустойчивости расширилась. (Частота «Органных» автоколебаний СШГЭС примерно 1.5 Гц).
• Повышенные динамические нагрузки постепенно разбивали гидромеханическую систему индивидуального привода и крепление промежуточного сервомотора. Появлялись люфты. Ударные нагрузки разбивали шпоночные соединения лопаток.
• Динамическая жёсткость гидромеханического привода снижалась. «Органные» автоколебания возрастали, сопутствующие им гидроудары разрушали шпильки.
• 17.08.2009 08.13.21 при очередном закрытии НА, происходит разрушение привода. Лопатки становятся неуправляемыми.
• Амплитуда «Органных» автоколебаний экспоненциально растёт. Аномальные колебания лопаток приводят к аномальным колебаниям воды в гидравлическом тракте, сопровождающимися мощными обратными гидроударами по РК и крышке турбины.
• Резко увеличивается вибрация. На вращение гидроагрегата накладываются значительные крутильные колебания, активная мощность пульсирует, канал тахогенератора сбоит.
• После очередного гидроудара последние шпильки обрываются. Путь воде открыт.
• 17.08.2009 08.13.28 «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...»
• Пульсирующий поток врывается на станцию …

Заключение.

Несомненно, что в этой статье слишком много догадок и непроверенных фактов. Но едва ли это свидетельствует только о недостатках автора. Гораздо больше вопросов и недоумений вызывает Эзопов стиль официальных документов [Л1, Л2].
Несомненно, и то, что расследование причин этой аварии является важнейшей научно-технической задачей не только для гидроэнергетики России. Следовало бы организовать серьёзную исследовательскую работу, направленную на изучение механизмов аварии и повышение надёжности и безопасности гидроэнергетики. Пересмотреть нормативную базу, регламентирующую контроль высоконапорных гидроагрегатов. Результаты исследований должны быть в открытом доступе, они должны быть учтены при проектировании новых ГЭС и модернизации существующих, войти в учебники и курсы лекций…
С момента Саяно-Шушенской катастрофы прошло уже больше года. Причины аварии не выяснены, но проблемы как бы не существует. Она сведена к непрочным шпилькам и повышенной вибрации. Задачи организаций, ответственных за государственную научно-техническую политику, пытаются решать отдельные энтузиасты. Все мероприятия по повышению безопасности ГЭС, по существу, ограничиваются утолщением шпилек и увеличением числа датчиков. Результаты такой политики достаточно очевидны…

Ссылки *

1. Акт технического расследования причин аварии, произошедшей 17 августа 2009 года в филиале Открытого Акционерного Общества «РусГидро» – «Саяно-Шушенская ГЭС имени П. С. Непорожнего
2. Итоговый доклад парламентской комиссии по расследованию обстоятельств, связанных с возникновением чрезвычайной ситуации техногенного характера на СаяноШушенской ГЭС 17 августа 2009 года.
3. Брызгалов В. И. Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушенской гидроэлектростанций.
4. В.Х. Арх, В.Л. Окулов, И.М. Пылев. Неустойчивость напорных систем гидроэнергоблоков.
5. Лобановский Ю.И. Технические причины катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС.
6. Лобановский Ю.И. Критерий возбуждения гидроакустических автоколебаний напорной системы
7. Башнин О.И. Об интерпретации событий на Саяно-Шушенской ГЭС.
8. Башнин О.И. О гидроакустическом резонансе и причинах пульсации давления в водоводах Саяно-Шушенской ГЭС.
9. Клюкач А.А. Авария на СШГЭС. Вибрации. Эксплуатация. Особое мнение.
10. Тарасов В.Н. Вибрация и динамическая устойчивость гидроагрегата.
11. Тарасов В.Н. Проблемы динамической устойчивости гидроагрегата. Семинар ЦАГИ 8.12.2009.
12. Форум drom.ru, // http://forums.drom.ru

*Статья базируется на открытой информации, размещённой в Интернете