Формула Саяно-Шушенской катастрофы

  Гидротурбина в ГА-2 функционирует по выше приведённым формулам. По формуле Эванжелиста Торричелли и по уравнению Даниила Бернулли.

  В [1] показано, каких-либо отступлений от этих формул перед аварией ГА-2 на нём не было.

  Разрушался агрегат по другой формуле.

  Авария гидроагрегата произошла, когда он был задействован в регулировании частоты и мощности в регионе Сибири и Дальнего Востока с учётом перетоков в европейскую часть страны через Казахстан.

  Частота тока должна выдерживаться даже тогда, когда гидроагрегат работает на отдельную сеть, так как все электропотребители, а, следовательно, и технические процессы строятся на эту частоту.
  Зависимость между скоростью вращения ротора агрегата n и частотой тока  f  выражается формулой
      n =f•60/p об/мин
  Из этого равенства видно, что при постоянном числе пар полюсов p поддерживать постоянную частоту тока  f  можно лишь путём поддержания на одном уровне скорости вращения ротора агрегата n.
  А последняя может быть постоянной в том случае, если движущий момент Мдв  на валу ротора будет равен моменту сопротивления  Мс,  т. е. при Мдв = Мс.

  Движущий момент, передаваемый валу ротора, создаётся потоком воды, проходящим через рабочее колесо турбины.
  Момент сопротивления представляет собой сумму момента электрического, который составляет полезную нагрузку генератора, и моментов, вызываемых, во-первых, сопротивлением трению в подшипниках, подпятнике и в вентиляции генератора, во-вторых, электрическими потерями и пр.

  При работе гидроагрегата под нагрузкой непрерывно происходит нарушение равенства моментов движущего и сопротивления, так как полезная нагрузка на генераторе то и дело подвергается изменению из-за отключения или присоединения различного рода потребителей, в то время как движущий момент на валу ротора в начальный период изменения полезной нагрузки остаётся неизменным.

  В любой момент работы агрегата существует следующее равенство:
    Мдв = Мс + J•dw/dt,
Где:
 J – момент инерции ротора агрегата;
 w – угловая скорость вращения ротора.

  Если в процессе работы гидроагрегата под нагрузкой произошло уменьшение полезной нагрузки, являющейся основной составляющей момента сопротивления, то равенство сразу же нарушится.
  Избыток движущего момента над моментом сопротивления пойдёт на увеличение составляющей J•dw/dt.
  Но так как момент инерции у ротора агрегата является величиной постоянной, то произойдёт увеличение dw/dt, а следовательно, и числа оборотов в единицу времени.
  Так как число оборотов ротора из условий постоянства частоты тока изменять невозможно, то, следовательно, надо изменять  левый член равенства, т. е. Мдв.
  Эту работу выполняют органы системы регулирования.

  В роторе агрегата самым массивным и габаритным является обод ротора электрогенератора (поз.16).

  Его масса 730 тонн, маховый момент  J = 23746900 кгс•см2, а кинетическая энергия при вращении со скоростью 142,8 об/мин -  Eоб =2653745759 кг•м2/сек2 (дж).
  Для сравнения, эта энергия в 5,6 раз больше энергии рабочего потока, проходящего через турбину перед аварией, и в 1,7 раза больше «свободного» потока, когда турбина покинула свою рабочую камеру.

  Остов ротора спицевый, количество спиц (поз.12) – 16 шт.
Обод на спицы насажен горячим способом и закреплён парными клиньями - разрезными шпонками (на фото зелёные стрелки): – 32 шт.
  От падения с остова он зафиксирован выступами-заплечиками на нижних концах наружных торцовых плит на спицах (на фото коричневые стрелки): - 16 шт.

  Как видно, конструкция очень слабая относительно восприятия вращающего момента. Поэтому внезапное появление момента  J•dw/dt приводит к изгибной деформации спиц, ослаблению посадки обода на остов и нарушению концентричности обода относительно остова. При деформации в пределах упругости это сопровождается только повышением двойной амплитуды горизонтальной (радиальной) вибрации направляющих подшипников. А остаточная деформация спиц опасна выходом несущих выступов-заплечиков из зацепления с нижней внутренней кромкой обода и падением обода.

  С этого падения и начиналось разрушение генератора.

  Падение спровоцировали переходные режимы, при которых резко сбрасывали активную мощность генератора.
  Непосредственно перед аварией таких режимов было шесть за сутки.

  Подробный сценарий развития аварии представлен в [4].

  На нижнем рисунке показано положение обода ротора генератора в конце аварии.Упав в шахту турбины, он разделил поток воды. Направлением вниз в отсасывающую трубу и фонтаном вверх.

 С момента начала его падения прошло 2 минуты и 9 секунд.

Ссылки:

1. «Гидроэнергетические характеристики аварии на СШГЭС» Геннадий Рассохин / Проза.ру, 01.03.2026
2. Разрез по гидрогенератору: В. И. Брызгалов «Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушенской гидроэлектростанций» производственное издание
3. Обод ротора электрогенератора в шахте турбины: Е. А. Кулешова, эксперт по тепловым сетям ООО «БашРТС»
4. «Саяно-Шушенская катастрофа причины и сценарий» Геннадий Рассохин / Проза.ру, 08.08.2025
5. К. П. Полушкин «Монтаж гидроагрегатов» Энергия, Ленинградское отделение 1971