Две неопознанные аварии

                «Критикуешь чужое, предлагай своё. Предлагая – делай»

                Сергей Павлович Королёв

  В ходе расследования аварии на Саяно-Шушенской ГЭС председатель комиссии «Ростехнадзора» Николай Кутьин указывал, что авария на Саяно-Шушенской ГЭС не уникальна: в 1983 году похожая ситуация была на Нурекской ГЭС, однако материалы по ней Министерство энергетики СССР засекретило. «Материалы по той аварии 1983 года были закрыты, и, к сожалению, не попали ко многим специалистам, и они не смогли правильно оценить ситуацию».

  По его словам, на Нурекской ГЭС, также как на Саяно-Шушенской ГЭС, «произошел срыв креплений, там также возникли вопросы по шпилькам креплений». «Многие факторы рисков могли быть сняты, если бы в то время министерством энергетики было принято решение о раскрытии акта», - сетовал он.

  Лукавил Николай Георгиевич. Ведомство, которым он руководит, является правопреемником Государственного горного и промышленного надзора СССР (Госгортехнадзора СССР). И вряд ли та серьёзная контора смогла пропустить столь заметную ситуацию.

  Вот подробное описание той аварии [1], [2]:

  9 июля 1983 года в 22.35 гидроагрегат №1 Нурекской ГЭС (Рис.2) был поставлен на холостой ход, в 22.38 включён в сеть, набрана нагрузка 22 МВт. В 22.42 оперативным персоналом был услышан удар в районе гидроагрегата №1. При осмотре обнаружен поток воды, выбивающийся из шахты турбины №1. Гидроагрегат остановлен, шаровый затвор закрыт.

  В результате обследования выявлено:
- перекрытие обслуживающего мостика направляющего аппарата в районе лопаток №№ 7-16 сорвано;
- сорвано 50 (из 72-х) шпилек крепления крышки турбины, в том числе 31 шпилька на границе резьбы со стороны гайки, 19 шпилек на границе нижней резьбы;
- на лопатках направляющего аппарата №№ 11,12,13 нижние торцевые зазоры увеличены до 3,5 мм;
- посторонних предметов, а также следов их присутствия в проточной части не обнаружено;
- затоплена нижняя отметка здания ГЭС на глубину 2,0 м.

  Комиссия, расследовавшая аварию, в составе представителей «Таджикглавэнерго», Нурекской ГЭС, «Спецгидроэнергомонтажа», Харьковского турбинного завода и «Средазтехэнерго» (г. Ташкент) назвала причиной – усталостное явление в шпильках крепления крышки. Эта же комиссия разработала мероприятия по повышению надёжности:
•  выдать рекомендации по технологии, величине и контролю затяжки крепежа крышки турбины;
• произвести обтяжку крепежа крышки остальных гидротурбин с проведением ультразвуковой дефектоскопии шпилек;
•  произвести натурные прочностные испытания шпилек с одновременным проведением вибрационных и пульсационных испытаний;
•  произвести замену всех дефектных шпилек на гидроагрегатах №№ 2-9 выявленных ультразвуковой дефектоскопией. 

  На Нурекской ГЭС после этой аварии завод-изготовитель изменил конструкцию шпилек крепежа крышек турбин, внедрив шпильки с центральным сквозным отверстием, а также способ затяжки – термозатяг.

  Ультразвуковой контроль шпилек крепления крышки турбины стал проводится с периодичностью два раза в год на каждой турбине. За период с 26 июля 1983 г. до 19 сентября 2009 года отбраковано и заменено 154 шпильки, в том числе:
• Гидроагрегат №1 – 10 шт.;
• Гидроагрегат №2 – 13 шт.;
• Гидроагрегат №3 – 15 шт.;
• Гидроагрегат №4 – 8 шт.;
• Гидроагрегат №5 – 9 шт.;
• Гидроагрегат №6 – 68 шт.;
• Гидроагрегат №7 – 7 шт.;
• Гидроагрегат №8 -  3 шт.;
• Гидроагрегат №9 – 21 шт.

  Гидротурбины Нурекской ГЭС работают при напоре 270 м. Гидроагрегат №1 введён в эксплуатацию 30 сентября 1979 года.

  В чём схожесть  и в чём различие этих двух аварий.
Схожесть только в том, что эти агрегаты имеют одинаковый тип турбины: – радиально-осевая турбина (РО-турбина). А во всём остальном, в  том числе в физике процесса аварийного разрушения, они антиподы.

   Из статьи заслуженного работника РТ, академика Международной инженерной Академии, кандидата технических наук Бахрома Сирожева [http://www.centrasia.ru/newsA.php?st=1256446860]: «При аварии на Нурекской ГЭС в 1983 г. «отрыв» крышки турбины был обусловлен ослаблением крепления крышки и аварийным износом верхнего лабиринтного уплотнения рабочего колеса, при этом «отрыв» крышки турбины (конструктивно не связанной с ротором генератора), не оказал непосредственного влияния на работу генератора, который продолжал работать в нормальном режиме.
  Количество энергии, выделившейся при аварии на Нурекской ГЭС, в сравнении с энергией аварии на СШГЭС, ничтожно мало...
  Таким образом, несмотря на внешние признаки (разрушение шпилек крепления крышки турбины), катастрофа на СШГЭС кардинально отличается от аварии на Нурекской ГЭС в 1983 г.»

  Сказанное экспертом Бахромом Сирожевым объясняется приведёнными эпюрами на рисунке (Рис.3) – давление под крышкой РО-турбины.
  Усилия, действующие на крышку, зависят от закона распределения давления под крышкой, который, в свою очередь, зависит от состояния лабиринтного уплотнения.
  Расчёт этих усилий выполняется для нескольких случаев:
1)для нормальной работы, когда зазор в уплотнении равен чертёжному (верхняя эпюра);
2)для случая, когда уплотнения разработаны до заданной величины зазора, установленного после ремонта (средняя эпюра);
3)для аварийного режима, когда лабиринтные уплотнения отсутствуют (нижняя эпюра).
  Показано, при аварийном износе лабиринтного уплотнения под крышкой может возникнуть подъёмное усилие, способное разорвать шпильки крепления крышки.
  Очевидно, это и явилось причиной той аварии на гидроагрегате №1 Нурекской ГЭС (Рис.2).

  Совершенно иная схема приложения  этого усилия на гидроагрегате №2 СШГЭС (Рис.1).

  Смотрим рисунок (Рис.3. Это усилие действует как на крышку турбины, и направлено вверх, так и на верхний обод рабочего колеса турбины, и направлено вниз. То есть прибавляет вес ротора. У ГА-1 Нурекской ГЭС ротор агрегата «подвешен»  на верхней несущей крестовине. Такой тип конструкции агрегата называется «подвесным». А ГА-2 Саяно-Шушенской ГЭС «зонтичного» типа. В нём ротор агрегата опирается на специальную опору, установленную на крышке турбины.
  Соответственно, на ГА-1 Нурекской ГЭС давление под крышкой турбины отрывало крышку, а на ГА-2 Саяно-Шушенской ГЭС это давление не поднимало крышку, а, наоборот, прижимало её к статору турбины.
 
  Учитывая изложенное, нельзя утверждать, что комиссия «Ростехнадзора» под управлением руководителя этого ведомства Николая Кутьина, назвав причиной аварии ГА-2  Саяно-Шушенской ГЭС усталость металла шпилек крепления крышки турбины, нашла истинную причину катастрофы на Саянах.

Ссылки:
      
1. Обзор аварий и других нарушений в работе на электростанциях и в электрических сетях энергосистем за 1983 год, г. Москва, СПО «Союзтехэнерго», 1984 года.
2. Научно-пракическая конференция «Повышение эффективности системы управления безопасностью ГЭС», г. Москва, 19-20 мая 2011 года.
«Анализ возможных аварий на ГЭС и меры по их предотвращению». С.Г. Прыганов, главный инженер Карачаево-Черкесского филиала ОАО «РусГидро»
3. «Нагрузки и воздействия при разрушении гидроагрегата» Геннадий Рассохин/Проза.ру