?

Log in

No account? Create an account
Previous Entry Share Next Entry
Причина аварии на СШГЭС, комментарий для ЭМ
pic1
vetovlad
   Тема. «Причины аварии на СШ ГЭС, обсуждение акта экспертной комиссии»  
   
  Комментарий специалиста 
  в области прочности, сейсмо-, вибро-, ударостойкости конструкций и сооружений.

  Узнал о появлении долгожданного акта технического расследования причин аварии на СШГЭС из новостей 04.10.09. А на следующий день поспешил ознакомиться с ним, воспользовавшись ссылкой, данной В. Миловом в своем блоге на сайте «Эха Москвы». И вот первое, что я понял.  
  Что-либо добавить к общей оценке этого, с позволения сказать, акта, данной Владимиром Миловым (см. здесь http://www.echo.msk.ru/blog/milov/624632-echo/page/4.html ), или возразить, мне было нечего. Очень точно там все было сказано. Ожидал, что многое в акте будет не здорово, но чтобы настолько плохо – нет. 

  Технические предпосылки аварии, указанные в акте, так не дали ответа на основной вопрос, как и почему произошло разрушение ГА №2 СШГЭС. Главными причинами аварии названы нерегламентированные условия эксплуатации ГЭС и вынужденные меры по экстренному регулированию её мощности с преимущественным использованием некондиционного ГА-2. Мол, слишком перегрузили его, чрезмерно погоняли на не рекомендованных режимах, вот и оборвались у него шпильки из-за накопленных в результате этого усталостных повреждений. Ахинея какая-то. Шпильки, установленные на таких ГА имеют шестикратный запас по расчетным эксплуатационным нагрузкам и при нормальном состоянии не могли быть сорванными ни при каких рабочих условиях. Могло быть многое: поломки в подшипниках, обширный перегрев элементов ГА, заклинивания, соударения, сверхнормативные вибрации…. Все вероятные аварийные ситуации прописаны в проектах и ТУ. Но отрыва крышки турбины там нет - это считалось невозможным событием.  
   
  В акте нет технического анализа причин накопления обширных усталостных повреждений (трещин) в шпильках крепления крышки турбины. Приведенные фактические данные об этих повреждениях ужасают: большая часть обследованных шпилек к моменту аварии не менее чем на 3/4 исчерпала свою несущую способность. А ведь любому компетентному специалисту в области механики и прочности ясно, что накопились эти повреждения отнюдь не за день, не за неделю, а, скорее всего, за многие месяцы (если не за годы) эксплуатации ГА-2.

  Нигде не сказано в акте, сколько же времени у 6 из 49 обследованных шпилек (всего их 80) отсутствовали гайки, и знал ли кто об этом до аварии? Как это было допущено? Ведь это выявляется простым визуальным контролем?! А где данные по проверке и обеспечению штатных условий затяга шпилек. Он разве не контролировался на ГА-2? А на других агрегатах, как там с этим обстоит дело? 

  Нет этой информации. А вот тут, как раз, и «зарыта собака». 
 
  Шпильки, у которых развиваются краевые поперечные трещины, уже не работают чисто на растяжение – они нагружаются также продольным изгибом, что резко снижает их несущую способность. В данном случае это снижение произошло отнюдь не на 64,9% (по уменьшенному из-за трещин поперечному сечению), а на значительно большую величину. Шпильку с глубокой трещиной невозможно нормально затянуть; заворачиваешь гайку, а усилие почти не растет. Перекрутил – и шпильки нет. Трогать такой крепеж опасно, опытные механики это знают. Пусть остается, как есть, пока чего-то держит, - так обычно рассуждает наш человек, по-житейски и с надеждой на «авось». 

  Так что же получается, шпильки на ГА-2 не были затянутыми? А ведь это все и объясняет.

  Любой фланцевый разъем (герметичный и воспринимающий раскрывающие его нагрузки) должен быть затянут болтами или шпильками с нормированным усилием (обычно создающим в шпильке номинальное допускаемое напряжение). При этом деформация шпилек на порядки выше деформации элементов конструкции сжимаемых ими фланцев. Поэтому осевая жесткость (усилие при единичной деформации) затянутого фланцевого разъема практически равна жесткости фланцев на смятие, которая, соответственно, на порядки выше жесткости шпилек на растяжение. 
  При нормальных условиях активная нагрузка на фланцевый разъем вызывает в нем деформацию частичного раскрытия, которая пренебрежимо мала по сравнению с деформацией затяга шпилек. Следовательно, никаких значимых дополнительных напряжений, кроме напряжений затяжки, в шпильках не возникает. Они находятся в стационарном напряженно-деформированном состоянии и не воспринимают нагрузки, действующие на фланец, какими бы они не были (постоянными, переменными, пульсирующими…). Главное, чтобы эти нагрузки не превысили суммарное усилие затяга шпилек. В таком случае скачкообразно падает жесткость разъема до жесткости шпилек, и им сообщается вся избыточная (сверх затяга) нагрузка. Если же этого не происходит, то никакие усталостные повреждения в шпильках невозможны; ведь максимальные напряжения не выходят за пределы упругости, а фоновые амплитуды их микропульсаций, если таковые возникают, настолько малы, что каких-либо проблем с усталостной прочностью не может быть в принципе за весь срок эксплуатации.  
  Таким образом, если шпильки крышки ГА-2 накопили усталостные повреждения, значит, они не были нормально затянутыми при эксплуатации агрегата!  
  При незатянутых («ослабленных») шпильках некомпенсированная весом ГА часть подъемного усилия, создаваемого давлением воды, прижимает крышку к гайкам шпилек, вернее, к некоторым из них, передавая нагрузку на соответствующие шпильки. Если несущей способности «включенных» шпилек недостаточно, то происходят их дозированные пластические деформации, вплоть до включения дополнительных шпилек и восполнения недостающей несущей способности. Такой процесс приспособления может периодически повторяться, и число «включенных» шпилек будет возрастать. При нестационарных нагрузочных условиях работы ГА в таких шпильках обязательно будут происходить усталостные изменения прочности, в том числе и малоцикловая усталость с интенсивным накоплением повреждаемости (образованием трещин). Со временем ослабленные этими повреждениями шпильки отдают свою избыточную нагрузку соседним шпилькам, тем самым, постепенно расширяя круг «включенных» шпилек разъема до максимально возможного их числа и поле охвата новых шпилек усталостным нагружением . Фланцевый разъем постоянно приспосабливается к новым условиям восприятия нагрузок и до поры, до времени выполняет свои функции. А что же происходит с ГА, как с механической системой?  
  Жесткость его фланцевого разъема определяется жесткостью «включенных» в работу шпилек. Собственные частоты вертикальных колебаний ГА будут теперь в основном зависеть от этой жесткости, а их значения существенно понизятся по сравнению проектными уровнями. Изменится характер эксплуатационной вибрации (вынужденных колебаний и нестационарных переходных процессов), возрастут ее размахи и, скорее всего, нагрузки на подшипники. Отсутствие условий жесткого защемления ГА во фланцевом разъеме крышки, изменит динамические свойства системы (жесткости, массы, собственные частоты и формы, демпфирование) также в отношении крутильных и поперечных колебаний, создаст предпосылки для их интенсификации и роста динамических нагрузок на элементы системы.  
   
  Каким же образом изначально затянутые шпильки могут впоследствии перестать быть таковыми? Здесь, к сожалению, все банально. Затяжка шпилек подобных разъемов со временем и при воздействии вибраций, ослабевает и даже исчезает совсем. Со шпилек могут свинчиваться не законтренные гайки. Шесть таких гаек на ГА-2, как раз, и исчезли, не оставив следа. А может, их просто забыли навинтить!? Ведь ничего невозможного в этом нет. Две особенные шпильки с гайками, которые по данным комиссии не имели усталостных повреждений, скорее всего, оказались еще не «включенными» и разрушились от ударной нагрузки в результате однократного ее приложения в момент срыва крышки.
  А теперь попробуем представить, как мог при описанных выше условиях происходить процесс разрушения ГА-2 на СШГЭС.  
  Незатянутый фланец крышки ГА-2, кроме усталости шпилек, вызвал негативные изменения динамических характеристик агрегата, чрезмерный рост вибронагрузок, ускоренное развитие повреждений в упорном подшипнике его ротора. В какой-то момент, под воздействием суммы неблагоприятных факторов, резко возросли силы инерции (виброускорения) вертикальных и горизонтальных поперечных колебаний. В сильно поврежденном подшипнике возникли ударные явления, вызванные образовавшимися избыточными люфтами и зазорами. Этот процесс быстро нарастает. Наконец, импульс вертикальной ударной нагрузки от ротора ГА, передавшийся на фланцевый разъем и шпильки, в сумме с подъемной силой давления воды, преодолевает остаточную прочность почти что «убитых» усталостью шпилек, те рвутся, и корпус вместе с ротором «выстреливается» вверх. Наиболее массивная часть ГА - обод ротора генератора (примерно 800 тонн) - в ответ на резкое вертикальное ускорение, своим весом в сумме с мощным выбросом инерционной нагрузки, разрушает узлы своего крепления на спицах. Отделенный от обода ГА силой давления выбрасывается вверх, освобождая вход воды в машинный зал. Ротор ГА, продолжая вращаться, крушит спицами обода шахту, отчего те сгибаются (складываются) против вращения. В итоге, перекосившийся ГА, завершая свое вращение, с согнутыми спицами и опоясанный обрушенным в разбитую шахту ободом, заваливается в нее, а через образовавшиеся обширные проходы, из спиральной камеры в машинный зал под давлением 20 атм. бьет мощный поток воды ….  
  Такая картина событий наилучшим образом согласуется с приведенными в акте фактическими материалами исследований предпосылок и последствий аварии на СШГЭС, а также согласуется с аналитическими данными и снимками из статей (см. http://www.echo.msk.ru/blog/echomsk/618242-echo/ и http://www.echo.msk.ru/blog/echomsk/622307-echo ). Последние были весьма качественно и тщательно обобщены Борисом Штерном (главным редактором газеты «Троицкий вариант») в рамках своей специальной рубрики. Эти две статьи стали источником наиболее точной и обширной информации по данной тематике, во многом предвосхитившей опубликованные позднее сведения экспертной комиссии.
   
  В итоге, из данного анализа вытекает простой и очевидный вывод: при нормально затянутых, контролируемых и обслуживаемых шпильках ГА-2, такой катастрофы не могло быть ни при каких режимах и условиях его работы. Именно на этом направлении нужно в первую очередь продолжить расследование и искать виновных в свершившейся аварии, а не в каких-то сложных, запутанных перипетиях руководящих решений, производственных, коммерческих, политических и прочих интересов.  
   
  Причинно-следственная цепочка, приводящая к такому выводу, основывается на следующих очевидных условиях:
- проектировщик ГА должен был регламентировать затяжку шпилек и ее контроль при эксплуатации, что, скорее всего, не было должным образом отражено в проектно-технической документации, и не выполнялось на станции (см. акт…, стр. 66, 1 абзац);
- в акте экспертной комиссии зафиксирован факт неприемлемого, неконтролируемого, аварийного состояния шпилек крышки турбины: отсутствие гаек, по крайней мере, на 6-ти, выключение из работы 2-х и глубокие усталостные повреждения всех остальных из 49 обследованных шпилек (прочие из 80 шпилек были оторваны в основании и отсутствовали);  
- инженерный анализ работы фланцевого разъема доказывает невозможность развития усталостных повреждений, а, следовательно, разрушения шпилек крышки турбины, при обеспечении их нормальной эксплуатационной затяжки.

  Владимир Ветошкин, 
  к.т.н., специалист с 30-летним стажем, предприниматель в области науки и техники.  

------------------------------------------

 Приведенная выше заметка была направлена эл.почтой на радиостанцию "Эхо Москвы"  07.10.2009 г.

 Начало в предыдущей записи журнала  http://vetovlad.livejournal.com/1181.html  ,  продолжение в следующей.