Версия авании на СШГ видного специалиста по аэродинамике Ю.И. Лобановского ( 5+ по аргументированности, 30 страниц ) Часть 3

где m – масса рассматриваемого блока, g – ускорение свободного падения.
При значениях высот h1 = 5 м и h2 = 15 м выталкивающая сила должна превышать вес объекта в 4 раза. Тогда ее величина оказывается равной примерно 45 МН, а начальное давление под турбинной крышкой равнялось бы 1.25 МПа, или 2/3 от напора воды на номинальном режиме работы, рассчитанного по разности уровней воды на верхнем бьефе и перед улиткой турбины и составляющего 188 м или в других единицах – 1.84 МПа. Если посмотреть на график, представленный на сайте компании ООО «НПФ «Ракурс» (см. фиг. 9 [44]), это давление соответствует давлению гидравлического удара в водоводе Саяно-Шушенской ГЭС, длящегося около 2.5 с. Бóльшие высоты выброса блока приведут в оценках к несколько большему давлению воды в момент отрыва турбинной крышки и некоторому снижению длительности гидравлического удара. При высоте свободного полета блока h2 = 20 м, максимальное давление было бы равным 1.5 МПа (4/5 от напора), а гидравлический удар длился бы чуть более 2 с.

Лобановский. О причинах аварии на СШГ. Рис 9.

Лобановский. О причинах аварии на . Рис 1.


Фиг. 9

Автор полагает, что из написанного выше вполне можно сделать вывод, что ничто, кроме какой-либо формы гидравлического удара не может объяснить произошедшего. Поэтому более внимательно рассмотрим его в следующем разделе работы. Отметим также, что шпильки турбинной крышки не выдержали нагрузки, составляющей всего 20 – 25 % от расчетной.

(7) – Бог изощрен, но не злонамерен (А. Эйнштейн).

IV – Гидравлические удары в природе, технике и теории

Известны два варианта взрывного выделения энергии холодной движущейся водой: прямой гидравлический удар и обратный (гидравлический) удар. Однако последний сразу исключается вследствие того, что по официальному сообщению компании РусГидро аварийно-ремонтные затворы на водоводах гидроагрегатов были закрыты после того, как второй гидроагрегат был выброшен из турбинного колодца в машинный зал. Для возникновения обратного удара из нижнего (затурбинного) участка водовода второго гидроагрегата должна была сначала стечь вода, в результате чего там возникла бы зона разрежения, а затем под действием внешнего атмосферного давления вода снова должна была потечь в противоположном направлении от нижнего бьефа к турбине. В момент натекания обратного потока на препятствие в водоводе, роль которого играет остановившаяся турбина, и возникает обратный гидравлический удар. Все это возможно только при перекрытии водовода верхним затвором. Если при открытом верхнем затворе водовод быстро перекрыт каким-то образом ротором турбины или ее направляющим аппаратом или еще чем-то, то тут же на препятствии возникнет не обратный, а прямой гидравлический удар.
Остается только несколько более подробно рассмотреть его основные характеристики. Гидравлический удар происходит, когда на пути движущейся жидкости внезапно возникает преграда, скажем, в канале (трубе) быстро закрывается заслонка. Формулы, позволяющие определить давление, возникающее при этом явлении, вывел ещё «отец русской авиации» Н. Е. Жуковский на рубеже XIX и XX веков, когда спасал первый московский водопровод современного типа чуть ли не от закрытия [45, 46]. Прирост давления жидкости при гидравлическом ударе прямо пропорционален произведению плотности среды ρ, изменению скорости ее движения Δv и скорости звука c в ней:
(2)
Если гидравлический удар происходит в жидкости, текущей в упругой трубе, то скорость звука ниже, чем в безграничной жидкости или при течении в бесконечно жесткой трубе, вследствие того, что труба при прохождении области повышенного давления деформируется («раздается»). Скорость звука в упруго деформируемой трубе определяется по следующей формуле:

где co – скорость звука в безграничной жидкости, D – диаметр трубы, δ – толщина стенок трубы, Ef – модуль упругости жидкости, Es – модуль упругости материала стенок трубы.
В холодной воде Енисея (T = 277 К) звук распространяется со скоростью около 1420 м/с [47]. Модуль упругости (модуль Юнга), как известно, равен:

и для воды в этих условиях составляет 2.0·103 МПа. Модуль упругости бетона класса B35 для гидротехнических сооружений по СНиП 2.06.08-87 составляет 45·103 МПа [48], и у близких бетонов примерно такой же. Отношение толщины стенок сталебетонных водоводов СШ ГЭС к их диаметру составляет примерно 1 : 7 в соответствии со схемой поперечного сечения плотины [32]. Пренебрежение в расчетах стальной рубашкой водоводов только немного снижает скорость звука в текущей в них воде, и чуть преуменьшает эффект от гидравлического удара. Итак, скорость звука c в водоводе СШ ГЭС оценивается величиной 1240 м/с.
При так называемом полном гидравлическом ударе вся текущая жидкость тормозится на препятствии, и изменение скорости на нем равно начальной скорости жидкости:

Из формулы (2) для условий в водоводе СШ ГЭС следует, что перепад давления в этом случае составит около 10 МПа, что, примерно, в 100 раз выше, чем атмосферное давление. Диаметр турбины РО-230/833-0-677 СШ ГЭС равен 6.77 м [28]. Тогда разность сил давления снизу и сверху на гидроагрегат при полном гидравлическом ударе составит около 360 МН, что в 14 больше, чем его вес (26 МН, [26]). Этого с избытком хватит для его выталкивания из турбинного колодца.
Полный гидравлический удар происходит, если время перекрытия канала t меньше, чем время τ, за которое звуковая волна доходит до конца канала и, отразившись от границы раздела жидкостей в канале и во внешней среде, возвращается назад к препятствию:

где L – длина канала. При длине части водовода СШ ГЭС от верхнего бьефа до турбины равной 260 м [32], получим, что характерное время τ ≈ 0.42 с. Если процесс, превративший гидротурбину в заслонку, развивался дольше этого времени (t > τ), то гидравлический удар оказался неполным, и перепад давлений на гидроагрегате был ниже, чем 10 МПа. Это объясняется тем, что при замедленном сужении проходного отверстия в канале сначала тормозится только часть жидкости с соответствующим снижением темпа роста давления. В тот момент, когда волна возмущения в затормаживаемом потоке достигает переднего открытого конца канала, давление там повышается, что снижает поступление жидкости в этот канал. Это создает обратную волну понижения давления, которая доходит до препятствия за период времени такой же длительности, что и первая, прямая волна. В результате этого темп роста давления на препятствии начинает дополнительно снижаться. При дальнейшем развитии процесса обратные волны могут понизить давление на полностью закрытом препятствии практически в любой степени, зависящей от отношения времен t и τ.
Возможно, незнание этого и есть причина заявлений некоторых специалистов о том, что «версия о гидроударе…надуманна» [23]. Им, видимо, невдомек, что в зависимости от условий, в которых происходит процесс, давление при гидравлическом ударе может варьироваться в чрезвычайно широких пределах. При взмахах крыльев птиц или насекомых, совершающих машущий полет, возникает перепад давлений порядка 1 кПа, что в 104 раз ниже, чем при полном гидравлическом ударе в водоводе СШ ГЭС. Именно поэтому, например, у серой вороны (Corvus cornix), совершающей в полете не менее чем по 3 – 4 гидравлических ударов в секунду каждым крылом, крылья не отрываются (8). Да и никакая сейсмостанция не сможет зарегистрировать эти гидравлические удары.

(8) – Тут, видимо, следует отметить, что при малых числах Маха

а на практике при газ почти также несжимаем, как и жидкость. И пока это условие выполняется, их можно не различать, используя единую терминологию, или просто называть обе эти сущности сплошной средой и везде использовать устоявшийся термин «гидравлический удар».

V – Помпаж

Рассмотрим теперь вопрос, как работающая турбина могла превратиться в заслонку, остановившую поток воды в водоводе и при этом не разрушиться сама. Отчасти, вероятно, недоумение некоторых упомянутых в разделах II и III данной работы специалистов объясняется тем, что явление, приводящее к превращению работающего лопаточного агрегата (турбины или компрессора) в препятствие на пути потока, остается им неизвестным, так как в гидроэнергетике оно до сих пор не демонстрировало все свои возможности в полной мере. Однако, в авиации это явление происходило десятки и сотни раз, а, может быть, и в значительно большем числе случаев. Там оно известно под наименованием «помпаж».

Еще записи на эту же тему:



Страницы: 1 2 3 4 5

2 коммент. к “Версия авании на СШГ видного специалиста по аэродинамике Ю.И. Лобановского ( 5+ по аргументированности, 30 страниц ) Часть 3”

  • hydro | 29 Сентябрь, 2009, 15:00

    Бред Ю Лобановского, читать невозможно если кто понимает. Больше пиар акция, чем обоснование причины.

  • Куменко А.И | 8 Август, 2010, 19:45

    Скоро годовщина СШ аварии. Я только через год нашел время полистать разные допматериалы и обнаружил данную статью. Прекрасная статья, наиболее аргументированная, но у меня есть к ней несколько дополнений. Я придерживаюсь основной версии автора, касающейся гидроудара, однако в момент аварии был последний гидроудар. Если посмотреть режим работы машины, то неполный гидроудар возникает регулярно. Его величину можно так же оценить, и эта цикличность привела к разрушению болтов. Второе замечание касается условий расчета болтов. К сожалению, в выводах комиссии упущено, что расчет болтов проводился по старым формулам и никаких статических запасов прочности в 3,5-5, о которых говорил член комиссии Петреня Ю.К., нет. Но это не мудрено, так как расчет болтов — это не его область, он металловед. Очевидно, что надо проводить расчет болтов с учетом момента, действующего на упомянутый узел, а не только при растягивающих нагрузках. Кроме того, максимальная нагрузка на болты должна считаться с учетом полного давления, действующего на крышку.

    Думаю, что Юрий сделал описку, написав дважды плотность воды в 10 раз меньше.

    Есть еще ряд замечаний, но они будут опубликованы отдельно. Прошу Вас, уважаемый Юрий, дать свой е-mail на мой kumenko.alexander@enel.com

    С уважением. Нач. отдела вибрации и технич. диагностики ОГК-5, д.т.н. Куменко Ал-р.Ив.

Оставить комментарий (Зарегистрируйтесь и пишите коментарии без CAPTCHи !)

 
© 2008-2017 EnergyFuture.RU Профессионально об энергетике. All rights reserved. Перепечатка материалов разрешается при условии установки активной гиперссылки на EnergyFuture.RU.