Катастрофа на Саянах устали не шпильки, а шпонки

  Как сказано в [1] и [2] в момент аварии на крышку турбины действовало подъёмное усилие F = 887,4 тоннсил или 8,7 меганьютон. Что значительно меньше веса ротора агрегата.
 
  Более того, такое же усилие F = 887,4 тоннсил или 8,7 меганьютон действовало и на верхний обод рабочего колеса. И направлено оно было вниз, то есть прибавляло вес ротора. Агрегат зонтичного типа, с опорой ротора на крышку турбины.  Следовательно, это усилие не поднимало крышку, а наоборот, прижимало её к статору.
 
  При таком балансе сил, действовавших на крышку, говорить о недостаточной прочности шпилек крепления крышки турбины к её статору, об их усталости совершенно некорректно.

  Говоря обобщённо, в поисках разрушающих сил и энергий аварию на гидроагрегате № 2 СШГЭС надо рассматривать как разрушение крупногабаритной вращающейся конструкции, имеющей очень большую массу.

  Большие габариты и большая масса такой конструкции увеличивают её маховый момент "Y"   и кинетическую энергию вращения "E=Y•w2/2". Энергия вращения конструкции намного больше энергии, поддерживающей её вращение. Бесконтрольное выделение этой энергии влечёт за собой большой объём разрушений, как самой конструкции, так и конструкций, её окружающих.
  На ГА-2 такой конструкцией был ротор электрогенератора.

  При вращении конструкции распределение вращающих моментов и моментов сопротивления вращению происходит по условию, приведённому выше: - «Mдв=Mc+Y•dw/dt».
 

  Аварии гидроагрегата № 2 на Саяно-Шушенской ГЭС предшествовал её аналог по физике разрушения – разрушение турбоагрегата № 3 на Каширской ГРЭС [3]. (Рис.4).

  На нём 05.10.2002 г. произошло разрушение заднего титанового бандажного кольца на обмотке ротора генератора. Валопровод турбоагрегата на полных оборотах (n=3000 об/мин,w=314 рад/сек) заклинило.
  «Mдв=Mc+Y•dw/dt» -Здесь при внезапной остановке вращения ротора момент Mс исчез. Исчез и момент  Mдв , так как стопорные клапаны на подаче пара в турбину и обратные клапаны на отборах аварийно сработали. Ротор остался один на один  с громадным ударным скручивающим моментом  Y•dw/dt, в котором отрицательное ускорение угловой скорости   подпрыгнуло до бесконечности.
 
  Кинетической энергии вращения ротора агрегата E=Y•w2/2. хватило на разрушение самого ротора и всех конструкций, изображённых на Рис.4.

  Нет сведений о том, что «Ростехнадзор» расследовал причины этой аварии или участвовал в её  расследовании. 

  Как известно, энергия вращения E=Y•w2/2 фигурировала и в первопричинах взрыва атомного реактора 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС 26.04.1986 г. Тогда при авантюрной попытке удержать реактор в работе на выбеге турбин и главных циркуляционных насосов безрассудно понадеялись на достаточность этой энергии в их роторах. Но её не хватило!!!

  И тогда тоже «Госгортехнадзора» (прародителя «Ростехнадзора») не было видно ни среди участников расследования, ни в списках ликвидаторов.

  Разрушение Гидроагрегата №2 СШГЭС началось с узла крепления обода ротора генератора на его остове. Разрушение спровоцировали переходные режимы, при которых резко сбрасывали активную мощность генератора.
 
  Непосредственно перед аварией таких режимов было шесть за сутки.

  В переходном режиме в равенстве Mдв=Mc+Y•dw/dt   момент на валу турбины Mдв  по быстродействию отстаёт от момента электромагнитного момента полезной нагрузки генератора Mc. В этот промежуток времени неравенство моментов компенсируется появлением динамического скручивающего момента Y•dw/dt  Чем больше скорость и величина снятия нагрузки с генератора, тем больше величина этого момента. 

  Обод ротора генератора - это самый массивный и самый габаритный узел в конструкции агрегата. Его масса 730 тонн, маховый момент  Y=23746900 кгс•м2, а кинетическая энергия при вращении со скоростью 142,8 об/мин -  Eоб=2653745759 кг•м2/сек2 (дж). Для сравнения, эта энергия в 5,6 раз больше энергии рабочего потока, проходящего через турбину перед аварией, и в 1,7 раза больше «свободного» потока, когда турбина покинула свою рабочую камеру.

  Остов ротора спицевый, количество спиц – 16 шт. Обод на спицы насажен горячим способом и закреплён парными клиньями - разрезными шпонками: – 32 шт (Рис.2). От падения с остова он зафиксирован выступами-заплечиками на нижних концах наружных торцовых плит на спицах: - 16 шт. (Рис.3).

  Как видно, конструкция очень слабая относительно восприятия вращающего момента. Поэтому внезапное появление момента Y•dw/dt приводит к изгибной деформации спиц, ослаблению посадки обода на остов и нарушению концентричности обода относительно остова. При деформации в пределах упругости это сопровождается только повышением двойной амплитуды горизонтальной (радиальной) вибрации направляющих подшипников. А остаточная деформация спиц опасна выходом несущих выступов-заплечиков из зацепления с нижней внутренней кромкой обода и падением обода.

  С этого падения и начиналось разрушение генератора.

  Предельно допустимая скорость изменения нагрузки агрегата – 30 МВт/сек., а в то утро эта скорость намного превышала 100 МВт/сек. Во время последнего такого манёвра обод упал на тормозные домкраты.

  Как видно, в реальности всё происходило противоположно тому, что указано в заключении «Ростехнадзора». Очаг разрушения не внизу в турбине, а вверху в генераторе.

  «Слабым звеном» явились не шпильки на крышке турбины, а шпонки на спицах остова ротора генератора.


Ссылки:

1. «Нагрузки и воздействия при разрушении гидроагрегата» Геннадий Рассохин/Проза.ру, 03.03.2025
2. «Две неопознанные аварии» Геннадий Рассохин/Проза.ру, 08.03.2025
3. Разрушение турбоагрегата 300 МВт Каширской ГРЭС: причины, последствия и выводы Загретдинов И.Ш., Костюк А.Г., Трухний А.Д., Должанский П.Р.
«Теплоэнергетика» № 5, 2004