Причина аварии на СШ ГЭС 17 августа 2009 года

К годовщине катастрофы.


В связи с аварией, произошедшей 17 августа 2009 года на СШ ГЭС, можно говорить о том, что причиной происшествия явилось возникновение положительной обратной связи в силовых механизмах гидроагрегата ГА2, а так же, возможно, гидроудар.

Процессы развивались следующим образом. Возникший пожар на трансформаторе, видимо, повредил токонесущие элементы конструкции и они, не выдержав утреннего максимума нагрузки, в 8 часов по местному времени вышли из строя.

ГА2 мгновенно потерял нагрузку величиной около 100 МВатт, что исключило из баланса сил, действующих на ротор гидроагрегата главную тормозящую силу. Это привело к увеличению скорости вращения ротора и возникновению на лопастях турбины подъёмной силы.

Данная подъёмная сила компенсировала вес ротора, что приводило к уменьшению силы трения в подпятнике, второй по величине тормозящей силы. Таким образом, с увеличением скорости вращения ротора увеличивалась подъёмная сила, и уменьшалось трение, что приводило к новому росту скорости, возник эффект положительной обратной связи.

С уменьшением силы, прижимающей ротор к подпятнику, увеличивалась амплитуда вертикальных колебаний ротора, и этот процесс также подвержен влиянию эффекта положительной обратной связи.

Суммарным действием подъёмной силы, вибраций, а, возможно, и гидроударом, о котором ниже, были разрушены крепления крышки турбины, произошёл подъём ротора, и он вышел из статора турбины, при этом был разрушен направляющий аппарат, имевший посадочные места крепления верхних цапф его лопаток в крышке турбины. Разрушение направляющего аппарата освободило доступ воде из водовода, что привело к выходу ротора из шахты гидроагрегата и дальнейшим разрушениям.

Выход ротора ГА2 на уровень машинного зала был связан, видимо, со следующими обстоятельствами. Дело в том, что свободного слива воды в отсасывающий трубопровод после подъёма ротора, срыва крышки турбины и разрушения направляющего аппарата не было.

В штатном состоянии струи воды движутся к лопастям турбины горизонтально и меняют направление движения от горизонтального к вертикальному вниз при взаимодействии с лопастями, а  далее, они сходят с лопастей, передав им свою энергию, и направляются в отсасывающий трубопровод.

В случае исчезновения нагрузки, ротор разгоняется и подымается вверх за счёт подъёмной силы, возникающей на выпуклых поверхностях лопастей турбины при его ускорении, а функцию разворота потока вниз, в отсасывающий трубопровод, вогнутые поверхности лопастей турбины выполнять перестают, так как они движутся со скростью потока или даже быстрее, что обеспечивается энергией, имевшейся у ротора, но не переданной в сеть после пропажи нагрузки.

Таким образом, турбина движется вверх, опираясь выпуклыми поверхностями лопастей на поток, и всё большая его часть сохраняет своё горизонтальное круговое движение как в спиральной камере, так и в камере рабочего колеса. Центробежные силы в этом вихре превышают силы гравитации, действующие на частицы воды, а значительно большие размеры шахты гидроагрегата, чем размеры входного отверстия отсасывающего трубопровода, создают направление  движения потока вверх.

Попросту говоря, постепенный разворот потока от горизонтального движения на направление вниз выполняла посредством лопастей турбины в конечном итоге нагрузка, а как только она пропала, поток в камере рабочего колеса продолжил круговое движение, до некоторого момента, когда он должен был изменить направление движения с горизонтального на вертикальное уже без воздействия лопастей турбины, отбирающих энергию потока, и она была высвобождена с потерей устойчивости системы и изменением направления движения потока на противоположное, не вниз, а вверх.

Само изменение движения потока после потери нагрузки не могло не вызвать сил инерции, которые можно трактовать, видимо, как гидроудар, возможно, в немалой степени усиливший действие вертикальных биений ротора и подъёмной силы.

После отрыва крышки турбины и разрушения направляющего аппарата уже вся энергия потока обеспечивала круговое движение вихря внутри камеры рабочего колеса, при этом силы, способной направить его в отсасывающий трубопровод, не было и он двигался в сторону шахты гидроагрегата, то есть вверх.


Дискуссия в комментариях:
http://www.plotina.net/sshges-rassokhin-15/#more-4066

http://forums.drom.ru/garazh/t1152071099-p247.html