Гидроэнергетические характеристики аварии на сшгэс

  «Мы не можем ждать милостей от природы
  Пусть она у нас милости просит»
        Не И.В. Мичурин, а навеяно результатами расследования аварии [2], [3]

  По заключению комиссии «Ростехнадзора» причиной аварии гидроагрегата №2 на Саяно-Шушенской ГЭС, развившейся до масштабов техногенной катастрофы, было большое давление под крышкой (поз. 4) его турбины.
Этим давлением порвало шпильки  (поз. 6) крепления крышки и выбросило крышку на высоту 10 метров.
  И на этой крышке весь ротор всего агрегата с верхней крестовиной общей массой более  двух тысяч тонн.
  Издревле экономные на воду немцы такие непонятные и неразумные ситуации называют: «Das Kind mit dem Bade ausschuetten»: - «Выплеснуть с водой ребенка».

  Так ли это было на самом деле? Это легко проверить:

  Инструмент для проверки представлен выше. Он разработан (изобретён, открыт) ещё пять веков тому назад.
«Ростехнадзор» при расследовании его не использовал. Тем самым забросил нас в те далёкие времена, когда земля ещё была плоской и покоилась на трёх слонах, а всякая разумная техническая мысль преследовалась жестокой инквизицией.

  Справа формула Эванджелиста Торричелли. С такой скоростью вода, выходя из межлопаточных каналов (поз. 2) падает на лопасти рабочего колеса (поз. 11) турбины.

  Слева – уравнение Даниила Бернулли. Вверху это уравнение в графическом виде.
Уравнение описывает и показывает энергетические характеристики потока воды в трубе.
Конкретно, в напорном трубопроводе до турбины, включая спиральную камеру, и в отсасывающей трубе после турбины.

  На графике:
Изогнутая трубка, открытым торцом направленная навстречу потоку воды, это трубка Анри Пито.  Высота столба в трубке в метрах – это напор, при котором работала турбина. Это разность высот уровней верхнего и нижнего бьефов.
Это полный напор – сумма пьезометрического и скоростного напоров
  В прямой трубке – раздельно высоты в метрах пьезометрического и скоростного напоров.

  Гениальность этих наших предков в том, что они в одном уравнении, в одной формуле описали нам несколько законов природы. И закон всемирного тяготения, и закон сохранения и превращения энергии, и закон зависимости давления от скорости и сечения потока.

  В уравнении:
* Член «P/pg» - пьезометрический напор. Удельная потенциальная энергия одного килограмма массы воды в данном сечении потока. Размерность в метрах (м).
* Член «v2/2g» - скоростной напор. Удельная кинетическая энергия одного килограмма массы воды в данном сечении потока. Размерность в метрах (м).
  Где:
Р – давление воды на стенку трубы. Размерность в Паскалях. (Ньютон на квадратный метр. 1 Па = Н/м2).
р – плотность воды. Размерность  в килограммах на кубический метр (кг/м3).
v – скорость потока. Размерность в метрах в секунду (м/сек).
g - ускорение свободного падения. Размерность в  метрах в секунду за секунду (м/сек2).

  Данные по состоянию ГА-2 на 8 час.13 мин. 17.08.2009 г. [2]:
ВБ = 537,11 м. Уровень верхнего бьефа.
НБ = 325,07 м. Уровень нижнего бьефа.
Н = 212,04 м. Рабочий напор.
Q = 256 м3/сек. Расход воды через турбину.
Давление под крышкой турбины = 3,5 кгс/см2. Давление в полости между крышкой (поз.4) и верхним ободом рабочего колеса турбины (поз.9).
 Давление в отсасывающей трубе = 1,2 кгс/см2. Давление после турбины.
n = 142,8 об/мин.
f = 50 Гц.
N = 475 МВт

  Результаты расчета по этим данным:

  Перед турбиной:
В спиральной камере перед колоннами статора турбины (поз.1), (диаметр камеры на входе = 6,5 м) - скоростной напор: v2/2g = 3,04 м.
Соответственно, пьезометрический напор: P/pg = 209 м. С учётом величины заглубления меридиональной плоскости турбины относительно уровня нижнего бьефа на h =  11 метров: - P/pg + 11 = 220 м.

  В турбине:
В жидкой стенке потока пьезометрический напор: P/pg = 0 м.
Соответственно, скоростной напор: v2/2g = 212,04 м.
Плюс заглубление турбины h =  11 метров.
В турбине идёт преобразование кинетической энергии падения массы воды в кинетическую энергию вращения массивного ротора агрегата.
 
  После турбины:
Диаметр отсасывающей трубы, такой же как и спиральной камеры = 6,5 м. Следовательно, скоростной напор тоже: v2/2g = 3,04 м.
Пьезометрический напор: P/pg = 12 м.

  Итого, полный напор после турбины меньше полного напора перед турбиной на 208 метров.
На турбине преобразовано 208 метров напора. Что при расходе воды через неё 256 м3/сек соответствует 522,4 МВт энергии потока. С учётом коэффициентов полезного действия этот результат расчета соответствует показаниям прибора электрической мощности N = 475 МВт.

  Так же и по результатам расчёта давления по тракту потока.
Пьезометрический напор – это давление на стенку трубы. По расчёту в спиральной камере он = 210,1 м, Фактически самописец фиксировал давление Р = 21,6 кгс/см2 (216 м.в.с.).

  Что касается давления непосредственно под крышкой турбины - в полости между крышкой (поз.4) и верхним ободом рабочего колеса турбины (поз.9), о действии этого давления см. в [4].

  По времени начала и развития аварии:
Момент начала – 08.13.25.199 местного времени. Импульсные трубки на регистратор давления под крышкой оборвались спустя  4,5 секунды после этого момента. После 11-и оборотов рабочего колеса.
 
  Вывод:
 
  Давление воды (пьезометрический напор) по всему тракту гидравлической схемы агрегата не было причиной аварии самого агрегата.
 
  Настоящую причину и развитие  аварии см. в [5].


Ссылки:

1. Иллюстрация из: - «Гидравлические машины. Турбины и насосы» Г.И. Кривченко. Москва, «Энергия» 1978 г.
2. «Акт технического расследования причин аварии, происшедшей 17 августа 2009 года в филиале Открытого Акционерного Общества «РусГидро» - «Саяно-Шушенская ГЭС имени П.С. Непорожнего»
3. «Разрушение гидроагрегата №2 Саяно-Шушенской ГЭС: причины и уроки. Сборник материалов», том I, том II, том III
4. «Две неопознанные аварии» Геннадий Рассохин/Проза.ру, 08.03.2025
5. "Саяно-Шушенская катастрофа причины и сценарий"Геннадий Рассохин/Проза.ру,08.08.2025