Уважаемые участники форума, особенно работники СШГЭС! Я прочитал об аварии все, что смог, в том числе 500 страниц данного форума. У меня создалось впечатление, что менеджмент станции с Росгидро старается заболтать и скрыть причину аварии, потому что они в этом абсолютно не заинтересованы, т.к. при следующей аварии посрадают не они, сидящие в своих кабинетах, а персонал станции, работающий под столбом воды в 200м.
По существу дела. Как отмечалось на форуме, шпильки, прикрепляющие крышку турбины, изготовлены из стали 45. Обычно для таких деталей эту сталь используют в термообработанном состоянии (закалка+нагрев). Предел прочности для диаметра 40-100мм минимум 630МПа, предел текучести мин. 370 Мпа, относительное удлинение перед разрывом 17%.
Посмотрим на фото1. У средней шпильки обычное разрушение отрывом. Поверхность отрыва серая бугристая, обратим внимание, не ржавая, наблюдается сужение сечения в месте отрыва. Отрыв находится сразу под гайкой, как чаще всего и бывает. Все соответствует.
Смотрим рис 2.
Шпильки как будто срезаны бритвой. Причем на углублении порядка 5 мм. Поверхность существенно более гладкая и ржавая. Было предположение, что они срезаны. Отнюдь, это классический УСТАЛОСТНЫЙ ИЗЛОМ. Он возникает при длительных пульсирующих нагрузках при напряжениях выше предела выносливости. Для стали предел выносливости составляет ориентировочно 0.5 предела прочности, в нашем случае 315Мпа. Множим на площадь шпилек, 80шт Ø80мм получается пульсации должны быть 12тыс тонн. Многова-то. Смотрим дальше.
Плоскость отлома находится на глубине. Такое происходит, когда вы отламываете штырь, торчащий из оштукатуренной стены, гнете его за конец туда-сюда. Наибольший изгибающий момент расположен там, где наибольший рычаг, т.е. у выхода из стены, но стена слегка раздается, и штырь начинает гнуться внутри стены, где и отламывается.
Видно так же направление роста трещины – от ближнего к нам края вдаль под углом порядка 45° к касательной, приблизительно в направлении движения воды в НА. В конце трещины находится нержавый участочек долома.
Вырисовывается картина, что крышка под влиянием вибраций ездила туда-сюда и отломала шпильки. Оценим смещение гайки, которое может вызвать напряжение на поверхности шпильки выше предела выносливости, т.е. 315МПа. Рассчитываем прогиб консолно закрепленной балки длиной 110мм и диаметро 80мм, модуль Юнга для стали 180Гпа, получаем 0.17мм или 170 микрон. Можем представить себе вибрацию крышки в горизонтальном направлении амплитудой 170мкм? Думаю да.
Кстати, смотрим на фото2 на поверхность прижатия крышки к основанию. Можно разглядеть гладкие пятна полировки от «елозанья» крышки? Сложно сказать по фотографии, во всяком случае поверхность на фото 2 выглядит существенно более гладкой, чем на фото1.
Позвольте, скажут, а как же затяжка?! Каждая гайка должна быть затянута кувалдой на 22 градуса, что при расчетном натяге шпильки в 150Мпа создаст такое трение, что для сдвига потребуется 7 тыс тонн на каждую шпильку! Кроме того на основании есть кольцевая канавка, в которую входит клиновидный кольцевой выступ на крышке, чтобы предотвратить проскальзывание.
Тут я представляю ремонтника, который закручивает гайки с 30 летней ржавчиной кувалдой на 22 градуса. Ему нужно сначала закрутить гайку до положения, когда крышка плотно, по всей поверхности коснется основания. От этого положения он должен отсчитать 22 градуса и довернуть. Может ремонтник надежно сделать это?
Но не будем винить ремонтника, посмотрим на поверхность опоры. Она покрыта толстым слоем ржавчины. Какая у ржавчины прочность? Да никакая! В воде вообще размывается.
Теперь смотрим в таблицу и оцениваем, а сколько ржавчины нужно вымыть из зазора, чтобы натяг пропал вообще? Шпилька должна быть растянута, как резинка, чтобы создавать прижимающую силу. Насколько же удлиняется шпилька при штатной затяжке? Смотрим в таблицу – всего-то 0.09мм или 90мкм. Это значит, что достаточно убрать из под крышки 90мкм ржавчины(!), как от затяжки ничего не останется, и любая горизонтальная сила будет вызывать изгиб шпильки, отламывая ее.
Заметим, что веса ротора недостаточно, чтобы прижать своим весом крышку к основанию, т.к. на крышку со стороны воды действует поднимающая сила 2÷4 тыс. тонн. На форуме это активно обсуждалось.
Как развивались события.
1. Зимой, после ремонта гидроагрегата, крышу турбины привинтили на место, посадив ее ни ТОЛСТЫЙ СЛОЙ РЖАВЧИНЫ и изъеденную ржавчиной поверхность.
2. Под воздействием вибрации и воды под давлением 10÷20атм ржавчина в зазоре утончилась/вымыло. Сначало в самом слабом месте, потом от него в стороны. Вибрации увеличивались по мере вымывания ржавчины, что было отмечено.
3. Горизонтальные вибрации крышки стали приводить к изгибу шпилек и росту в них усталостных трешин. Это долгий процесс, трещины успели заржаветь.
4. По мере разрушения шпилек крышки на ней возникли вертикальные вибрации, крышка стала подпрыгивать, как крышка кипящей кастрюли. Датчики зарегистрировали усиление вибрации в нижних подшипниках. Сейсмостанция зарегистрировала необычные колебания 12-18Гц.
5. По мере разрушения шпилек возрастали силы на крайние целые шпильки, к тому же увеличивался рычаг, приложения силы. Процесс ускорялся лавинообразно.
6. За несколько секунд до аварии оторвало очередную критичную шпильку (слышен был удар)
7. После этого стал подпрыгивать весь ротор, каждый раз отрывая остатки шпилек. Эти шпильки с другой стороны крышки оторваны, а не «срезаны», фото1. (Очень сильная вибрация в здании, удары, датчик вертикальных колебаний зашкалило.)
8. Ротор отправился в полет
Большое спасибо участникам форума, придоставившим фотографии и другие материалы! Готов к обсуждению.