Российские инженеры дают свою оценку акту технического расследования причин аварии на Саяно-Шушенской ГЭС 17 августа 2009 года.

Текст документа, который был опубликован на прошедших выходных, загадочным образом исчез с сайта Ростехнадзора. Говорят, техника не выдержала напора желающих ознакомиться с документом. «Техника не выдержала» — следует сделать слоганом этой организации.

Что именно не смогла выдержать техника, вышедшая из строя и, простите автору стилистику, выведшая из строя 75 человеческих жизней? Форум если и не приблизит вас к глубокому пониманию технических подробностей аварии на СШГЭС, то, во всяком случае, поближе познакомит читателя с тем, что следовало бы назвать административным цинизмом и изворотливостью.

Сообщение, которое «Частный корреспондент» приводит ниже, было опубликовано ещё в начале сентября этого года. Впервые прозвучало слово «гайки» в названии причины катастрофы. Данный оценочный расчёт отличается от того, что недавно был озвучен господином Кутьиным, однако отличается незначительно.

And_BX в hakasiya:

«Шпильки как будто срезаны бритвой. Причём на углублении порядка 5 мм. Поверхность существенно более гладкая и ржавая. Было предположение, что они срезаны. Отнюдь, это классический усталостный излом. Он возникает при длительных пульсирующих нагрузках при напряжениях выше предела выносливости. Для стали предел выносливости составляет ориентировочно 0.5 предела прочности, в нашем случае 315 Мпа. Множим на площадь шпилек, 80 шт Ø80 мм, получается пульсации должны быть 12 тыс. тонн. Многовато. Смотрим дальше.

Плоскость отлома находится на глубине. Такое происходит, когда вы отламываете штырь, торчащий из оштукатуренной стены, гнёте его за конец туда-сюда. Наибольший изгибающий момент расположен там, где наибольший рычаг, т.е. у выхода из стены, но стена слегка раздаётся, и штырь начинает гнуться внутри стены, где и отламывается.

Видно так же направление роста трещины — от ближнего к нам края вдаль под углом порядка 45° к касательной, приблизительно в направлении движения воды в НА. В конце трещины находится нержавый участочек долома.

Вырисовывается картина, что крышка под влиянием вибраций ездила туда-сюда и отломала шпильки. Оценим смещение гайки, которое может вызвать напряжение на поверхности шпильки выше предела выносливости, т.е. 315 МПа. Рассчитываем прогиб консольно закреплённой балки длиной 110 мм и диаметром 80 мм, модуль Юнга для стали 180 Гпа, получаем 0.17 мм или 170 микрон. Можем представить себе вибрацию крышки в горизонтальном направлении амплитудой 170 мкм? Думаю да.

Кстати, смотрим на фото, на поверхность прижатия крышки к основанию. Можно разглядеть гладкие пятна полировки от «елозанья» крышки?

Позвольте, скажут, а как же затяжка?! Каждая гайка должна быть затянута кувалдой на 22 градуса, что при расчётном натяге шпильки в 150 Мпа создаст такое трение, что для сдвига потребуется 7 тыс. тонн на каждую шпильку! Кроме того, на основании есть кольцевая канавка, в которую входит клиновидный кольцевой выступ на крышке, чтобы предотвратить проскальзывание.

Тут я представляю ремонтника, который закручивает гайки с 30 летней ржавчиной кувалдой на 22 градуса. Ему нужно сначала закрутить гайку до положения, когда крышка плотно, по всей поверхности коснётся основания. От этого положения он должен отсчитать 22 градуса и довернуть. Может ремонтник надёжно сделать это?

Но не будем винить ремонтника, посмотрим на поверхность опоры. Она покрыта толстым слоем ржавчины. Какая у ржавчины прочность? Да никакая! В воде вообще размывается.

Как развивались события.

1. Зимой, после ремонта гидроагрегата, крышу турбины привинтили на место, посадив её ни ТОЛСТЫЙ СЛОЙ РЖАВЧИНЫ и изъеденную ржавчиной поверхность.

2. Под воздействием вибрации и воды под давлением 10÷20 атм ржавчина в зазоре утончилась: вымыло. Сначала в самом слабом месте, потом от него в стороны. Вибрации увеличивались по мере вымывания ржавчины, что было отмечено.

3. Горизонтальные вибрации крышки стали приводить к изгибу шпилек и росту в них усталостных трещин. Это долгий процесс, трещины успели заржаветь.

4. По мере разрушения шпилек крышки на ней возникли вертикальные вибрации, крышка стала подпрыгивать, как крышка кипящей кастрюли. Датчики зарегистрировали усиление вибрации в нижних подшипниках. Сейсмостанция зарегистрировала необычные колебания 12—18Гц.

5. По мере разрушения шпилек возрастали силы на крайние целые шпильки, к тому же увеличивался рычаг, приложения силы. Процесс ускорялся лавинообразно.

6. За несколько секунд до аварии оторвало очередную критичную шпильку (слышен был удар)

7. После этого стал подпрыгивать весь ротор, каждый раз отрывая остатки шпилек. Эти шпильки с другой стороны крышки оторваны, а не «срезаны» (Очень сильная вибрация в здании, удары, датчик вертикальных колебаний зашкалило)

8. Ротор отправился в полёт».

Ростехнадзору потребовался месяц для опубликования результатов экспертизы, которые практически не отличались от вышеприведённого сообщения. Технически грамотные люди утверждают, что экспертизу можно было провести гораздо быстрей: скажем, на третий день после слива воды. Они изучили акт досконально, вплоть до грамматических ошибок. И вынесли свой вердикт.

sostav в hakasiya:
«Основные результаты экспертизы и выводы:

1. Химический состав металла шпилек соответствует стали 35 по ГОСТ 1050-88 и требованиям ТУ 0300.056 «Сталь конструкционная сортовая термически обработанная». Микроструктура металла шпилек характерна для углеродистой стали с содержанием углерода 0,3—0,4% и браковочных признаков не имеет.

2. Механические свойства металла шпилек соответствуют требованиям технических условий 0300.056 «Сталь конструкционная сортовая термически обработанная».

3. По результатам неразрушающего контроля обнаружены многочисленные дефекты в виде усталостных трещин на поверхности резьбовых канавок шпилек. Обнаруженные трещиноподобные дефекты характеризуются как недопустимые, поскольку являются очагами развития разрушения шпилек, ограничивают прочность и несущую способность этих деталей, а также конструкции разъёмного соединения в целом.

4. По результатам комплексных исследований основной причиной разрушения шпилек является развитие усталостных трещин, зарождение которых происходило с внутренней поверхности резьбовой канавки. Размер области развития усталостных трещин до момента статического долома для исследованных шпилек изменяется в широком диапазоне вплоть до 95% от общей площади поверхности разрушения, т.е. практически до полной потери несущей способности шпилек.

Одним из факторов, способствующих развитию дефекта в шпильках крепления крышки турбины на ГА-2, является значительное количество переходных режимов работы гидроагрегата в не рекомендуемых для эксплуатации зонах с повышенными динамическими характеристиками (вибрациями), в зависимости от мощности при участии гидроэлектростанции (и гидроагрегатов) в системном регулировании активной мощности

и частоты. Установленный заводом-изготовителем срок службы крепежа (шпилек) совпадает со сроком службы самого оборудования (30 лет)».

…

После ударного разрушения шпилек вибрации кончились. Давление на крышку к этому моменту было 4—6 тыс.т., что тоже рассчитано ранее на этом форуме. ГА 2 в этот момент был стабилизирован собственным вращением и магнитным полем. Снялся он мягко, что и подтверждается сохранностью краски на стенах колодца.

Единственная глупость — это утверждение о 20 атмосферах шедших в зал. Это трёп дилетанта. При горизонтальном выходе воды из СК и открытой ОТ, зал разрушало давление в те же 5—6 атмосфер, что выдавило агрегат.

Сначала вибрации ослабляют гайки, затем монолитная строительная конструкция переходит в механизм, механизм даёт ударные нагрузки на высокоуглеродистую конструкционную сталь, которая на это не рассчитана, далее усталостные процессы идут быстро. Это было видно по разным изломам шпилек.

Вина «Ракурса» в безграмотном выполнении программистами, не знающим физики, безграмотного ТЗ менеджеров, то же не знающих физики. Кроме того, повторюсь, алгоритма раздельного управления лопатками для снижения вибрации в природе нет, кроме нейронных сетей, которые не применялись. «Ракурс», по сути, дал пошаговый опрос, который эти самые вибрации когда уменьшал, а когда и увеличивал, что ухудшило качество управления агрегатом.

«Ракурс» увеличил вибрации и удешевил эксплуатацию, за что должен сидеть, но гайки крутил не Ракурс, а самоубийцы на самой станции. Чубайс должен сидеть, т.к. как раз и есть то самое некомпетентное менеджество, не соответствующее сложности захваченной собственности».

Team в hakasiya:
«Колесо турбины предполагалось к замене уже при приёмке 2000-го года. 30 лет — это цифра от балды. Плюс рекомендации (увы, засекреченные Андроповым) после аварии 1983-го года: дважды в год проверять усталость шпилек. Потому и говорю стёб».

nsusshu в hakasiya:
«Из доклада имеем:

«Размахи пульсаций давления в спиральной камере и отсасывающей трубе достигают 15- 22 м водяного столба, а под крышкой турбины — 36 м водяного столба вертикальных вибраций ТП-230 мкм, колебания мощности генератора 18—20 МВт, пульсаций осевого усилия — 150 тс.»

Отсюда прикидываем для пульсаций силы давления воды на крышку — 1000 тонн. Допустим, синфазно пульсирует осевое усилие. Итого 1200 тонн на 80 шпилек по 15 тонн. В пересчёте на напряжение металла будет 30 Мпа. Выходит, нет оснований для такой версии.

Теперь о докладе Ростехнадзора. Физико-техническая причина аварии не выяснена. Анализа нет вообще, не считая досужих рассуждений типа «она задрожала, устала и утонула». Странно, что описаны параметры плотины, длина машзала, но не даны параметры (геометрические, физические, эксплуатационные) того узла, от поломки которого случилась катастрофа. Не дано даже количество шпилек. Склоняюсь к тому, что люди со станции не могли здесь сильно соврать. Их 80 (проскакивало и 88). В 49 не верится ни по фотам, ни по нечётному количеству. Они ведь идут парами между рёбер жёсткости.

Нет проработки и в картине развития аварии:

«При выходе обода рабочего колеса на отметку 314,6 рабочее колесо перешло в насосный режим и за счёт запасённой энергии ротора генератора создало избыточное давление на входных кромках лопастей рабочего колеса, что привело к обрыву перьев лопаток направляющего аппарата.

...

От действия напора воды вращающейся крестовины и ротора генератора ГА-2 было разрушено здание машинного зала в зоне гидроагрегатов ГА — 2, 3 и 4».

Не верю, что цапфы 300 мм обломало потоком веслом в 1,5 кв м. И потом, на фотах виден облом тангенциальный, а не радиальный.

Несерьёзно и невнятно сказано об акторах и механизмах дальнейших разрушений.

В общем, в докладе фактически обойдены непосредственные технические причины аварии».

And_BX в hakasiya:
«По результатам комплексных исследований элементов крепления крышки турбины, проведённых ОАО НПО «ЦНИИТМАШ»:

— обнаружены многочисленные дефекты в виде усталостных трещин на поверхности резьбовых канавок шпилек. Обнаруженные трещиноподобные дефекты характеризуются как недопустимые, поскольку являются очагами развития разрушения шпилек, снижают прочность и несущую способность этих деталей, а также, конструкции разъёмного соединения в целом».

Беру на себя смелость прокомментировать. Это означает, что эксперты нашли в витках резьбы многочисленные зародыши усталостных трещин. Обычно при усталости сначала образуются зародыши — порядка 0.5мм в ширину и глубину трещинки. Потом одна или несколько начинают расти. Происходит концентрация напряжения в устье больших трещин, и дальше они растут быстрее. Эти зародыши могли быть и на целых шпильках.

Далее эксперты намекают, что надо было бы проверить на наличие таких зародышей, а эксплуатировать с ними — недопустимо».

ded100let в hakasiya:
«6.1.2. Для СШГЭС разработать гидроагрегат (турбину) с широким регулировочным диапазоном активной мощности с целью обеспечения участия станции в регулировании нагрузки в Единой энергетической системы.

Срок исполнения — 01.01.2011».

Гидроагрегаты ещё не разработаны, а станцию в 2013 уже пускать собираются...»

dma2 в hakasiya:
«Организационно-экономические причины в докладе отражены хорошо.

Подробно приведены последствия аварии. О технических причинах и развитии аварии — очень мало.

Где схема расположения изъятых шпилек? Где фотоматериалы экспертизы шпилек?

Где оценка времени возникновения трещин? Где сравнение со шпильками других ГА?

Трещины в резьбе могли сформироваться за те часы перед взлётом, пока шпильки сопротивлялись.

С технической точки зрения докладу неуд».

sdy_moscow в hakasiya:
«На мой взгляд, тема вины в акте не раскрыта — он является лишь основанием для возбуждения уголовного дела в отношении виновных лиц. Дальше дело за прокуратурой.

По другой важной части акта о разрушениях и состоянии станции — мне вообще смешно. Чтоб написать такое заключение мне лично и 2-х дней хватило бы, после ознакомления с материалами.

Порадовали фотки и иллюстрации — интересно их с форума содрали или они на форум попали из акта?

Отсюда вывод — комиссия тормозила не потому-что делала «выводы», а потому, что ждала «добро» сверху и согласовывала формулировки по вине команды Ч и руководства РусГидро».

deimos70 в hakasiya:
«Бардак какой в головах! Это я о комиссии. Бензин нашли, спички нашли, а что бензин спичками поджигали, установить не смогли. Это аллегория.

Значит виноват пожар на Братской ГЭС и излом шпилек, который продолжался 30 лет?

Может всё же шпильки разрушились за несколько денй (часов) и тогда никакая их дефектоскопия не помогла бы предотвратить аварию? Что толку тогда давать рекомендации проверять шпильки, если они ломаются за несколько часов?

Малоцикловая усталость. Иначе на изломах были бы ступеньки различных по толщине зон ржавчины, а изломы серые. Да и зона долома присутствует. Шпильки, похоже, действительно, ломались консольно, как писали здесь. Выгибало крышку?

Возможно, шпильки без гаек обозначали пучности колебаний, такие специфические фигуры Хладни. Типа, всё равно открутятся гаечки там, что их ставить. Так что не нашли причину. Не нашли.

Отчёт не «сбит» в одну кучу, «торчат» разные школы консультантов. Опять попил бабла?

Непонятны намёки на Нурек. Там де тоже шпильки. Так они, шпильки, и в Запр-овском двигателе летят. И что?

Я уже писал здесь о своей версии. Сейчас опишу чуть с другой стороны. Около 10 лет назад я занялся вопросами трибологии. Выяснилось, что в процессе трения в сопряжённых деталях накапливается энергия в виде ультразвуковых и звуковых колебаний. Эти колебания, в свою очередь, воздействуют на поверхности трения и в местах резонансных пучностей ускоренно разрушают трущиеся поверхности. Эффект известен и описан в 50-х годах ХХ в.

Это явление проявляет себя в совершенно разных процессах и устройствах. От скрипа двери у соседа до разрушения рельс, колёс, резцов, стволов, тормозных барабанов...

Один из патентов, направленных на устранение резонанса в подобных системах — про ДВС. Известно, что мощные дизели очень страдают от кавитационного разрушения стенок цилиндров со стороны охлаждения. Скорости потока охлаждающей жидкости там невелики, кавитация — акустическая.

Здесь, на крыльчатке турбины суммируется два процесса образования кавитационных пузырей — гидродинамический и акустический. С другой стороны, в книге Брызгалова было упоминание о возможном взаимодействии кавитационного жгута с колебаниями волновода.

Некоторое время назад я обращал Ваше внимание на наличие минимум двух взаимодействующих между собой процессов колебания давления в водоводе. Вполне возможно, первое колебания столба воды, второе — время релаксации кавитационного жгута. Причём колебания получались достаточно большой амплитуды.

Теперь, с увеличением вибрации, к этим двум процессам подключился третий игрок — трибоакустическая активация кавитации. В результате резких вспышек звуковой, а следовательно, и кавитационной активности (в процессе частых переходов с режима на режим) в сочетание с выше описанными прцессами вода интенсивно вскипала, резко увеличивая объём. Ток воды замедлялся, ротор переходил в режим двигателя и, турбина, обгоняя поток, «билась» о крышку.

Если бы шпильки были суперпрочные, как и крышка, разрушился бы бетонный колодец. В любом случае «бодание» не могло быть вечным».

B.B. King в hakasiya:
«Господа, вообще-то говоря, форум пора закрывать. Всё уже ясно. Если нужна картина разрушения шпилек — а они разрушались ПО ОДНОЙ! — понадобится схема расположения шпилек, на которой будут отмечены ШПИЛЬКИ БЕЗ ГАЕК!

У меня предложение: организовать сайт (предполагаемое название — АВАРИЯМ — НЕТ!),

где в том же порядке всё наше сообщество (а это очень мощный коллектив инженеров всех специальностей — и не только!), будет не разбирать возможные причины состоявшихся аварий, а препятствовать возникновению новых аварий!

Источники информации и инициализаторы разборов — эксплуатационники (ГЭС, ТЭЦ, разрезы и шахты, строители новых зданий, все кто хочет) — потому что все хотят жить — а инженеры знают, как это делать безопасно.

Я не умею делать сайты. Кто возьмётся?»

ОТПРАВИТЬ: