[round_box]
Версии
Начнем с общепризнанного факта: вырывание крышки турбины и выталкивание гидроагрегата вверх не были предусмотрены ни в каких проектных аварийных сценариях. Подобная авария казалась совершенно невероятной, и специалисты в большинстве вряд ли бы поверили в ее возможность, если бы она не произошла.
Среди выдвинутых версий выделяется два основных сценария:
1. Авария развивалась снизу, ее причиной было огромное давление воды (20 атмосфер в спиральной камере) и разрушение каких-то элементов конструкций в проточной части, в результате чего генератор вытолкнуло вверх потоком воды.
2. Авария развивалась сверху. Первопричиной стало фатальное происшествие с ротором генератора, после чего началось тотальное разрушение, включавшее механический срыв крышки турбины, и воде открылся путь наверх.
Версия гидроудара, высказанная официальными лицами, относится к первому сценарию.
От нее со временем отказались, поскольку сейсмографы не зарегистрировали ничего, что могло быть интерпретировано как гидроудар, да и второй агрегат был в работе; «сочинить» в таких условиях сценарий гидроудара не так просто — для него нужно пустое пространство или внезапное появление препятствия. Впрочем, было: на Памирской ГЭС в проточную часть гидроагрегата с верхнего бьефа засосало воздух... Последствия тяжелые, но не трагические. Здесь воздуху взяться неоткуда: вход в водоводы — глубоко под водой.
Вообще с первым сценарием проблема в том, что снизу на крышку турбины давит вода, прошедшая через лопасти направляющего аппарата, при этом давление падает на порядок, а реакция потока воды скорее направлена вниз, чем вверх. Давления воды заведомо не хватает, чтобы поднять крышку с опирающимся на нее гидроагрегатом весом под 2000 тонн.
Была версия о разрушении стенки спиральной камеры, так что вода под давлением 20 атмосфер хлынула в гидроагрегат поверх крышки турбины и подняла всю конструкцию, ударив в ротор. Однако спиральная камера смонтирована из 40 мм стали... Эта версия легко может быть опровергнута или подтверждена первым же человеком, попавшим в спиральную камеру после откачки воды. Это уже произошло в воскресенье 23 августа, и если бы спиральная камера была разрушена, мы бы об этом уже знали.
Пока среди участников дискуссии больше популярен второй сценарий: авария развивалась с ротора генратора.
Ротор весит 800 тонн, основная часть этой массы сосредоточена в ободе радиусом около 6 метров. Кинетическая энергия ротора при номинальной частоте вращения (около 2.4 оборотов в секунду) составляет около 4 гигаджоулей и достаточна, чтобы зашвырнуть его на 400 метров в высоту. Кроме кинетической есть еще энергия магнитного поля в обмотках: она гораздо меньше — порядка 10 мегаджоулей, но все равно достаточна, чтобы оказать сильное механическое воздействие на ротор при резкой рассинхронизации с сетью или коротком замыкании. Именно поэтому все генераторы, включенные в общую сеть, вращаются строго синхронно: пытающегося отстать подгоняют остальные.
По этой причине неоднократно выдвигалась гипотеза электромеханического удара на ротор в результате короткого замыкания. Однако короткое замыкание — штатная авария, неприятная, но не фатальная; они случались. Нужен еще какой-то усугубляющий фактор. Таковым могло бы стать, например, касание между ротором и статором (зазор между ними — миллиметры), хотя это тоже случалось.
Ротор генератора сконструирован по принципу велосипедного колеса: вал, спицы и обод, в котором и сосредоточены обмотки с сердечниками.
На снимках ГА2 после аварии мы видим, что обод генератора сорван со спиц, а сами спицы (огромные швеллера) порваны, и их остатки закручены в одну сторону (против направления вращения). Срыв обода ротора мог быть последствием фатального развития событий, а мог стать и триггером (спусковым крючком) аварии — эта версия рассматривается участниками дискуссии достаточно серьезно. Обод держится на спицах с помощью стальных клиньев, крепление периодически проверяется. Однако из-за сильной вибрации, предшествующей аварии, они могли быстро ослабнуть и вылететь. Срыв обода в свою очередь мог дать экспоненциально растущие колебания, переходящие в разрушения.
Но почему при этом выбило крышку турбины? Если сверху произошли разрушения с разбалансировкой того, что осталось на валу, то вал будет передавать на крышку огромную вибрацию. А вибрация вовсе не обязательно сводится к колебаниям на месте. Все видели, как ползет по столу мобильный телефон... Аналогично, крышка могла начать проворачиваться, срезав шпильки крепления к спиральной камере, а потом и валы лопастей направляющего аппарата. Нельзя исключить даже то, что крышку из-за вибраций вместе со всем гидроагрегатом начало тащить вверх. И то, и другое движение крышки разрушает направляющий аппарат. Как только он разрушается, вся гидродинамическая картина под гидроагрегатом меняется: скорость потока падает, а гидростатическое давление резко возрастает — его уже хватает, чтобы поднять гидроагрегат, особенно если обода ротора на нем нет. У такого сценария множество вариантов и «развилок». Например, обод мог не слетать со спиц, а просто перекоситься из-за вылета части клиньев. А мог сорваться и поползти вверх, «катаясь» по статору.
Этот сценарий вкратце можно сформулировать следующим образом: фатальные разрушения или перекосы наверху, с огромной вибрацией, передаваемой на крышку турбины через вал, с регулярным движением крышки, вызвавшей срезание шпилек и разрушение направляющего аппарата. Сейчас этот сценарий выглядит лидирующим в дискуссии (это, конечно, еще не означает, что ответ найден). Он преимущественно «механический», варианты, где первопричиной аварии явилась неправильная работа автоматики, тоже выдвигаются, но их статус в дискуссии маргинален: большинство участников такую возможность считают маловероятной.
Валентин Брызгалов и его книгаЗа дни, прошедшие с момента катастрофы, одна из «скучных» специальных книг, написанных в 90-х годах стала бестселлером. Она называется «Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушенской гидроэлектростанций». Ее автор Валентин Иванович Брызгалов (1931—2003) — один из выдающихся российских энергетиков. Начинал свою карьеру после окончания МЭИ в 1953 г. на Куйбышевской (ныне — Жигулевская) ГЭС. Там он сначала работал на ее строительстве, затем с 1955 до 1961 г. прошел путь от инженера до начальника турбинного цеха. В 1961 г. он был переведен на строящуюся Красноярскую ГЭС, где проработал 17 лет главным инженером. С 1977 года — генеральный директор Саяно-Шушенской ГЭС. Он — один из первопроходцев в области «экстремальной энергетики», причем не только в российском, но и в мировом масштабе. Такие мощные высоконапорные агрегаты вводились в эксплуатацию впервые, и никто не знал, как они себя поведут. И вели они себя достаточно норовисто. Брызгалов организовал множество экспериментов и измерений, выдвинул ряд новаторских технологических идей, причем в совершенно разных направлениях — от работы генераторов до геологии, мониторинга и укрепления тела плотины. Сейчас многие энергетики в дискуссиях в Интернете заявляют, что, будь Брызгалов жив, катастрофы бы не было.