?

Log in

No account? Create an account
Немного цифирок по СШГЭС аварии - Maxim Pshenichnikov — LiveJournal
August 26th, 2009
01:37 pm

[Link]

Previous Entry Share Next Entry
Немного цифирок по СШГЭС аварии

Я тут с неделю назад сделал кой-какое подсчеты по аварии. Полученные цифры -- разумеется, совершенно тривиальные для любого гидроэнергетика -- меня несколько ошеломили. Так что я их выложу, может, еще кому интересно будет.

1. Штатный расход воды по одному водоводу (их всего 10) - примерно 350 м3/с. Что при диаметре водовода в 7.5 м соответствует скорости воды в 8 м/с, или 30 км/ч. Как велосипедист, одним словом.

2. Скорость падения воды с рабочей высоты 200 м - 63 м/с, или 230 км/ч. Так быстро не каждый автомобиль сможет ехать.

3. Почему же вода в водоводе течет медленно, а не быстро? Потому, что ее потенциальная энергия преобразуется гидрогенератором в электричество, которое по проводам передается на, например, дерипасковский Русал, где энергия плавит алюминий. Т.е. энергия забирается здесь, а тратится за сотни километров там.

4. Что произойдет, если, например, внезапно отключить нагрузку (по какой-то причине)? Вода, не встречая сопротивления турбины, потечет быстрее и быстрее, пока не достигнет предельного значения в 230 км/ч. Гидрогенератор при этом тоже будет крутиться быстрее и быстрее, пока не начнется его физическое разрушение.

5. Здесь надо вспомнить еще один параметр. Вес гидроагрегата - 1860 тонн, его диаметр - 14.8 м. Отсюда давление гидроагрегата на воду - 1 атм, а давление столба воды в 200 м - 20 атм. То есть вода запросто выпихнет гидроагрегат. Такого не происходит потому, что, во-первых, гидроагрегат не лежит под собственной тяжестью, а приболчен к основанию машинного зала. Однако при неконтролируемом возрастании скорости вибрации могут расшатать крепления болтов (это предположение). Во-вторых, поток воды бьет в колесо турбины таким образом, что поджимает гидроагрегат к основанию, - в предположении контролируемого потока. При статической ситуации (вода никуда не течет) она будет давить во все стороны - в том числе и вертикально вверх - своими 20 атм.

6. Тут может случиться еще одна неприятность: гидроудар. Наверняка каждый владелец стиральной машины с ним знаком: это такой бах!  в водопроводных трубах, когда закрывается вентиль заполнения бака стиральной машины. Причем когда мы закрываем водопроводный кран, такого почти не случается. Тут дело в том, что вентиль стиральной машины открывается быстро, а кран - медленно. Что значит быстро/медлянно? Характерное время здесь - время распространения звука в воде, определяемое скоростью звука (1.5 км/с). Характерное расстояние здесь - длина водослива. Разделив одно на другое, получаем время в ~0.1 с. Если стационарный поток воды будет нарушен (в предельном случае - остановлен) за время, быстрее 0.1 с (это выдержка в 1/10 в фотоаппарате), то произойдет тот самый бах!, но в гораздо более серьезных размерах -- поскольку масса воды гораздо больше. При этом динамическое (т.е. мгновенное) давление может возрасти до существенно больших значений, чем статические 20 атм. Кстати, гидроудар может случиться и без раскрутки турбины; главное, чтобы резко изменился ток воды. 

7. По совокупности, п.5 и 6 приводят к отрыву гидроагрегата от пола, поток воды просто поднимает его вверх и сваливает куда-нибудь вбок, круша все на своем пути. Поскольку теперь энергия забирается здесь, а тратится не за сотни километров там, а тоже, увы, здесь.

8. Далее происходит аварийное отключение нагрузки остальных гидроагрегатов из-за коротких замыканий. Там, где срабатывает защита, гидроагрегаты тормозятся в аварийном, но штатном режиме, без разрушения конструкции. А там, где защита не срабатывает - они разрушаются.

9. Теперь, при отсутствии тормоза на пути воды, она разгоняется до ~200 км/ч. При этом приток воды будет уже, разумеется, не 350 м3/с, а около 3000 м3/с, то есть почти в 10 раз больше. . Этого потока, который выливается на пол машинного зала, достаточно для заполнения подпольных помещений общим объемом в 120000 м3 (очень грубо) сверху за 40 секунд. Отсюда такое большое количество погибших: вода просто не оставила шансов тем, кто оказался в технических помещениях. Понятно, что заполнение шло медленнее 40 секунд, но и вода шла почти 1 час., пока заслонку верхнего бьефа не прикрыли вручную.
 
10. Хотя прикрывать заслонку должен был - если по уму - не слесарь, пусть даже очень героический, а автоматика. И гораздо быстрее одного часа.

Tags:

(51 comments | Leave a comment)

Comments
 
[User Picture]
From:medvejenok_dima
Date:August 26th, 2009 01:11 pm (UTC)
(Link)
Вот тут и есть главная неясность с этой аварией. Внезапное исчезновение нагрузки для агрегата ситуация возможно и нештатная, но вполне возможная. Он должен иметь "аппаратную" защиту от такого случая. Причем совершенно надежную. Иначе, этот агрегат все равно, что автомобиль без тормозов.

Вопрос, действительно ли тут было исчезновение нагрузки или произошло что-то другое, типа заклинивания вала турбины ?
[User Picture]
From:oude_rus
Date:August 26th, 2009 01:50 pm (UTC)
(Link)
ну откуда же я знаю. быстрое заклинивание вала приведет к сходным последствиям.
From:pigdeon
Date:August 26th, 2009 01:26 pm (UTC)
(Link)
Несколько поправок.
Гидроудар возникает при быстром закрытии крана.
Обычно гидроагрегаты "лежат" на основании под действием падающей воды, т.е. в них течет "сверху", а крепление сверху предотвращает, в-основном, их радиальное смещение.
Картинка и фотография.
[User Picture]
From:oude_rus
Date:August 26th, 2009 01:52 pm (UTC)
(Link)
1. в стиральной машине согласен, сейчас поправлю.
2. да, давление воды добавляет прижатие.
3. картинки мне было лень собирать. да их уже все видели, наверное.
From:cambas
Date:August 26th, 2009 02:51 pm (UTC)
(Link)
До сих пор не могу понять, что подняло ГА. Напор воды должен его как-будто прижимать.
Неужели он раскрутился до такой скорости, что когда вода ниже его "уперлась", то раскрученная турбина вывинтилась из неё?
Момент инерции ротора найти бы...
[User Picture]
From:oude_rus
Date:August 26th, 2009 03:35 pm (UTC)
(Link)
напор воды прижимает, когда вода тангенциально бьет по лопастям. а теперь представьте, что ротор не крутится, а вода подпирает. давление пойдет во все стороны, к том числе и вертикально вверх. ну вот гидроагрегат и выперло двадцатью атмосферами (как в гидроподъемнике), а потом на этом месте фонтан забил.
[User Picture]
From:podmoskovnik
Date:August 26th, 2009 04:28 pm (UTC)
(Link)
Кстати да. Судя по фотографии разрушенного зала, у генератора 48 полюсов => штатная частота вращения 2 об/с, при диаметре ротора 10 метров среднеквадратичная линейная скорость ротора получается 63 м/с/1.4 = 40 м/с - кинетической энергии вполне хватит, чтобы вывинтить ротор, если крепления сорвутся, даже с учетом массы остального генератора.
From:a_shen
Date:August 26th, 2009 02:52 pm (UTC)

теоретически

(Link)
не очень понятно, что происходит со входным давлением при разгоне турбины - теоретически конструкция может быть такой, что при её разгоне входное давление увеличивается (механический аналог противо-ЭДС), и потому поток уменьшается за счёт этого. Но это могут знать только гидроинженеры, наверное...
[User Picture]
From:oude_rus
Date:August 26th, 2009 03:39 pm (UTC)

Re: теоретически

(Link)
ну да, что-то такого сорта, видимо. но я в силы и их направления особо не вдавался (в силу некомпетентности), ограничиваясь только законом сохранения энергии. все равно, когда я увидал разницы потоков загруженного и холостого водоводов, я был, честно говоря, ошарашен. а после этих цифр развитие аварии становится очевидным. кроме, разумеется, самой первопричины.
[User Picture]
From:lpauzner
Date:August 27th, 2009 03:33 pm (UTC)
(Link)
по поводу 6. и 9.

- при закрывании заслонки сверху никакого гидроудара не может быть, так как столб воды в водоводе просто порвется (высота > 10 метров) и содержимое трубы будет еще стекать 10+ секунд если снизу не перекрыть. И это кстати 20 тыс м3. И даже после перекрытия верхней заслонки генератор должен быть нагружен электрически или механическим тормозом - иначе он раскрутится до непозволительной скорости за эти 10 секунд. Удар может случиться если турбина внизу заклинила (короткое замыкание? искра такой мощности под водой?)

- картина после того как агрегат "всплыл" и из дыры хлынул поток 3000 м3/с и шел в течение часа - не для слабонервных.

Вообще, конечно, отключение работающиего гидроагрегата - совершенно нетривиальная техническая задача (при таких-то мощностях!). Но это совершенно штатная процедура и происходит она ежедневно: часть агрегатов на ГЭС работает по 4-5 часов в сутки, сглаживая пики потребления.

Похоже что у системы закрытия заслонок сверху - не было резервного источника питания. Иначе масштаб катастрофы мог бы органичиться разрушениями первых десяти секунд.
[User Picture]
From:lpauzner
Date:August 27th, 2009 03:49 pm (UTC)
(Link)
видимо слесарь еще поднимался на 250 метровую плотину пешком (то ли наверху никого не было, то ли сказать им было некому).
[User Picture]
From:oude_rus
Date:August 27th, 2009 06:48 pm (UTC)
(Link)
согласен по обеим пунктам.

а Вы уверены, что агрегаты отключают полностью? почему-то мне казалось, что это довольно тонкий процесс, связанный с одновременной ловлей амплитуды, частоты и фазы. что весьма нетривиально и занимает много времени.

а нафига заслонкам сверху резервное питание? они, типа, под собственной тяжестью падать должны. а замки можно хоть пиропатроном выбивать. кроме того, если я правильно понял, часть заслонок все же закрылись.

а слесарь да, герой. наградить бы его надо, если пресса эту историю не переврала.
From:tan_y
Date:August 27th, 2009 10:22 pm (UTC)
(Link)
случайно сейчас наткнулась на пост про какую-то тоже аварию, чисто для коллекции: "Акт расследования причин повреждения и вывода из эксплуатации западной нитки Пермского шлюза госпредприятия «Водные пути Камского бассейна» (Министерство транспорта РФ, Департамент речного транспорта, Главное управление водных путей и гидросооружений, 1995г.)
http://riverpilgrim.livejournal.com/231795.html
[User Picture]
From:razorvashka
Date:October 4th, 2009 01:44 pm (UTC)
(Link)
[User Picture]
From:oude_rus
Date:October 4th, 2009 02:06 pm (UTC)
(Link)
я не очень одобряю подобное глумление. все ж люди погибли, и немало.
Powered by LiveJournal.com