Б.И. Колесников

«Плавающие» эластомерно-металлические уплотнения

для рабочих колёс гидротурбин СШГЭС

(Инициативное техническое предложение)

11 октября 2013 г.

Висбаден- Рюссельхайм

(Германия)

Для минимизации непроизводительных протечек воды из спиральной камеры в полости низкого давления (над и под рабочим колесом) через зазоры между подвижными и неподвижными кольцевыми деталями гидротурбины и, тем самым, для обеспечения и поддержания в заданных пределах значений объёмного к.п.д., рабочие колёса гидротурбин СШГЭС снабжены верхним и нижним лабиринтными уплотнениями [1].

1. Верхнее лабиринтное уплотнение

1.1. Конструктивное исполнение узла присоединения верхнего лабиринтного уплотнения (ВЛУ) рабочего колеса к крышке изображено на рис. 1; линии контактов сопряжённых поверхностей ВЛУ с рабочим колесом и с крышкой гидротурбины показаны на рис. 2.

Рис. 1. Узел присоединения верхнего лабиринтного уплотнения (ВЛУ) к крышке гидротурбины (сечения А-А и Б-Б); фланцевое соединение соседних секций ВЛУ (сечения В-В и Г-Г); а)- высотное положение подвижного кольца относительно неподвижного при опоре ротора гидроагрегата на сегменты подпятника (h=0); б)- высотное положение подвижного кольца относительно неподвижного при опоре ротора гидроагрегата на тормоза- домкраты (h=15÷20 мм) [2].

1 – крышка турбины; 2 –подвижное кольцо ВЛУ (верхний обод рабочего колеса); 3 – неподвижное кольцо ВЛУ; 4 – винт; 5 – винтовой домкрат (фиксатор); 6– контрагайка; 7- конический штифт; 8 – призонный болт [3].

Рис. 2. Линии контактов сопряжённых поверхностей верхнего лабиринтного

уплотнения (ВЛУ) с рабочим колесом и с крышкой гидротурбины СШГЭС

В результате расследования технических причин аварии гидроагрегата №2 Саяно-Шушенской ГЭС, происшедшей 17 августа 2009 г., было установлено, что сборное (многосекционное) неподвижное кольцо ВЛУ гидроагрегата №2 имеет скрытый конструктивный недостаток (недостаточные прочность и надёжность фланцевых соединений секций), который проявился при возникновении непосредственного механического контакта между подвижным и неподвижным кольцами ВЛУ вследствиезапредельных радиальных биений вала турбины.
Под воздействием тангенциальных сил трения между контактирующими подвижным и неподвижным кольцами произошли раскрытие стыка одного из фланцевых соединений неподвижного кольца и превращение неподвижного кольца в криволинейный клин между крышкой турбины и ступицей рабочего колеса, который заклинил рабочее колесо гидротурбины ГА2, рис. 3. [4]. Заклинивание рабочего колеса явилось главной причиной внезапного появления непреодолимых сил, под воздействием которых крышка турбины совместно с ротором гидроагрегата и верхней крестовиной вылетели в потоке воды в машинный зал станции, что, в конечном счёте, привело к небывалой в мировой гидроэнергетике техногенной катастрофе...

Рис. 3. Заклинивание рабочего колеса гидротурбины №2 СШГЭС вследствие аварийного

разрушения неподвижного кольца верхнего лабиринтного уплотнения.

Для устранения упомянутого выше скрытого конструктивного недостатка завод-изготовитель гидротурбин отказался от сборной конструкции неподвижного кольцо ВЛУ и во всех вновь поставляемых после аварии гидротурбинах неподвижное кольцо ВЛУ изготавливается цельносварным (см. рис. 4). В остальном, конструкция упомянутого неподвижного кольца осталась без изменений.

Рис. 4. Цельносварное неподвижное кольцо ВЛУ (в сборе с рабочим колесом)

Следует отметить, что выполнение неподвижного кольца верхнего лабиринтного уплотнения цельносварным снизило показатель его транспортабельности: если до аварии доставка запасных неподвижных колец осуществлялась практически любым видом транспорта, то цельносварные кольца могут поставляться на ГЭС только морским путём.

Таким образом, анализ особенностей конструкции (рис. 1, 2) и результатов расследования технических причин аварии гидроагрегата №2 [4], позволяют выявить следующие недостатки верхнего лабиринтного уплотнения рабочих колёс гидротурбин, установленных на СШГЭС после аварии, происшедшей 17 августа 2009 г.:

1) Труднодоступность к сопрягаемым поверхностям неподвижного и подвижного колец для определения их технического состояния с целью исключения искажений результатов измерений при проверке линии вала проворотом ротора гидроагрегата на 360°.

2) Повышенные требования к точности установки высотного положения ротора гидроагрегата (для обеспечения заданного проектом значений „S“ и „h“) [2];

3) Низкая ремонтопригодность (для замены неподвижного кольца требуется полная разборка гидроагрегата).

2. Нижнее лабиринтное уплотнение

2.1. Конструкция нижнего лабиринтного уплотнения (НЛУ) и пример разрушения неподвижного кольца в процессе эксплуатации представлена на рис. 5.и 6.

Рис. 5. Нижнее лабиринтное уплотнение рабочего колеса гидротурбины СШГЭС

1- неподвижное кольцо; 2- закладное кольцо; 3- нижний обод рабочего колеса

Рис. 6. Разрушение неподвижного кольца нижнего лабиринтного уплотнения рабочего

колеса гидротурбины СШГЭС в процессе эксплуатации [1]

В доаварийных гидротурбинах СШГЭС неподвижное кольцо нижнего лабиринта было выполнено несъёмным. Поэтому, в условиях электростанции восстановление подвижного и неподвижного колец до заводских размеров оказалось невыполнимым, в связи с чем ряд агрегатов работало с увеличенными зазорами в нижних лабиринтных уплотнениях» [1].

Во вновь поставляемых после аварии гидротурбинах неподвижное кольцо нижнего лабиринта также выполнено несъёмным, что не отвечает современным требованиям стандарта СТО17330282.27.140.018-2008 (п. 7.2.1.16), согласно которому «Лабиринтные уплотнения РК должны быть съемными...» [6].

Таким образом, анализ особенностей конструкции (рис. 5) и опыт эксплуатации [1] позволяют выявить следующие недостатки нижнего лабиринтного уплотнения рабочих колёс гидротурбин, установленных на СШГЭС после аварии, происшедшей 17 августа 2009 г.:

2) Неразъёмное закрепление неподвижного кольца (НЛУневозможно разобрать без нарушения элементов соединяемых деталей);

3) Низкая ремонтопригодность (для замены неподвижного кольца требуется полная разборка гидроагрегата).

3. «Плавающие» эластомерно-металлические уплотнения

3.1. Для предотвращения в будущем аварий, подобной аварии ГА2 СШГЭС, происшедшей 17 августа 2009 г., и для устранения недостатков, указанных выше в п.п. 1. и 2., предлагаю изменить конструкцию верхнего и нижнего лабиринтных уплотнений так, чтобы полностью исключить вероятность «заклинивания» рабочих колес радиально-гидротурбин. О возможности такого изменения конструкции лабиринтных уплотнений под наименованием «Съёмные уплотнения рабочего колеса СШГЭС» сообщалось в моих электронных письмах от 27.08.09 и от 11.09.09, адресованных Минэнерго РФ и ОАО "Силовые машины" (см. приложения 1-3). Кроме того, сигнальная информация о «Съёмных уплотнениях рабочего колеса СШГЭС» была опубликована 29.07.10 на сайте

http://energyfuture.ru/forum/kommercheskie-predlozheniyasotrudneichestvo/syomnye-uplotneniya-rabochego-kolesa-ssh-ges [7].

3.2. Ниже, на рис. 7 изображена конструктивная схема предлагаемых съёмных «плавающих» эластомерно-металлических уплотнений рабочего колеса гидротурбины СШГЭС

Рис. 7. «Плавающие» эластомерно-металлические уплотнения рабочего колеса

гидротурбины СШГЭС

1- крышка верхнего уплотнения; 2- палец установочный (исполнение1); 3- формообразующий кольцевой сектор (исполнение1); 4- кольцевой сектор из эластомера; 5- формообразующий кольцевой сектор (исполнение 2); 6- облицовка из нержавещей стали верхнего обода (ступицы) рабочего колеса; 7- кольцевой корпус верхнего уплотнения; 8- крышка верхнего уплотнения; 9-палец установочный (исполнение2); 10- облицовка (обечайка) из нержавещей стали нижнего обода рабочего колеса; 11- кольцевой корпус нижнего уплотнения; 12- нижнее кольцо направляющего аппарата

3.3. Из рассмотрения рис.7 нетрудно установить, что при проведении любого вида ремонта эластомерно-металлические элементы предлагаемых верхнего и нижнего уплотнения легко демонтируются и тем самым устраняются недостатки существующих верхнего и нижнего лабиринтных уплотнений (см. рис. 1 и 5).

Кроме того, практическое использование предлагаемых эластомерно-металлические уплотнений позволит установить нулевые зазоры между неподвижными и подвижными кольцами и тем самым существенно повысить объёмный к.п.д. гидротурбины.

3.4. Предлагаемое техническое нашло и может найти применение в других типоразмерах гидротурбин и в крупных вертикальных насосах. В частности, двустороннее резино-металлическое уплотнение аналогичной конструкции 15 лет тому назад было спроектировано, изготовлено и внедрено на гидротурбинах Уч-Курганской ГЭС (Киргизия) и ГЭС Акавак-2 (Узбекистан).

3.5. При наличии заинтересованности в дополнительной информации, запросы направлять по электронному адресу: bikol.de@gmail.com .

Б.И. Колесников, бывший гражданин бывшего Союза ССР

ПРИЛОЖЕНИЯ:

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:

№	Наименование	Адрес в Интернете
1	Брызгалов В.И. «Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушен-ской гидроэлектростанций» Производственное издание, 1998 г.	http://www.calameo.com/books/000095511e6e63ebde58b
2	СТО 17330282.27.140.001-2006 МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ	https://docplan.ru/Data2/1/4293830/4293830856.htm
3	ГОСТ 7817-80 Болты с шестигранной уменьшенной головкой класса точности А для отверстий из-под развертки. Конструкция и размеры	http://www.gosthelp.ru/gost/gost3356.html
4	Б.И. Колесников ЧАСТНОЕ РАССЛЕДОВАНИЕ технических причин аварии гидроагрегата №2 Саяно-Шушенской ГЭС, происшедшей 17 августа 2009 г.	http://bikol-sajanges.blogspot.de/
5	РД 34.31.601 Инструкция по центровке вертикальных гидроагрегатов	http://russgost.ru/catalog/item43937
6	СТО 17330282.27.140.018-2008 ГИДРОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ. УСЛОВИЯ ПОСТАВКИ. НОРМЫ И ТРЕБОВАНИЯ	http://www.norm-load.ru/SNiP/Data1/54/54056/index.htm
7	ENERGYFUTURE.RU	http://energyfuture.ru/forum

РЕКЛАМА: БИКОЛ В ИНТЕРНЕТЕ

Б.И. КОЛЕСНИКОВ (БИКОЛ)

Борис Колесников

B.I. Kolesnikov (bikol)

П У Б Л И К А Ц И И

Смотрите!

Читайте!

Критикуйте!

1.1. ПРЕСТУПЛЕНИЯ БОЛЬШЕВИЗМА , 21.02.2009

http://www.proza.ru/2009/02/21/196

1.2. КРАСНОЕ КОЛЕСО – ПРЕСТУПЛЕНИЯ БЕЗ

НАКАЗАНИЯ (Интернет – обозрение) , 28.06.2009

http://samlib.ru/b/boris_i_k/krasnoekoleso-prestuplenijabeznakazanijainternet-obozrenie.shtml

1.3. КРАСНОЕ КОЛЕСО – ПРЕСТУПЛЕНИЯ БЕЗ

НАКАЗАНИЯ (Интернет – обозрение)

http://bikol-krasnoe-koleso.blogspot.de/ , 09.12.2012

В беспощадно-кровавой, негативно-безрезультатной погоне ПАРТИИ за "ПРИЗРАКОМ КОММУНИЗМА" раcстреляны, погибли в войнах, стали калеками и инвалидами, умерли от голода и болезней свыше 50 миллионов соотечественников. Сломаны, исковерканы судьбы десятков миллионов людей... Большевизм совершил чудовищные преступления против человечности, не имеющие сроков давности!..

ВЕЧНАЯ ПАМЯТЬ ЖЕРТВАМ БОЛЬШЕВИЗМА!

2.1. Авария на Саяно-Шушенской ГЭС-причины

http://www.proza.ru/2009/12/10/189 , 10.12.2009

2.2. ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ гидроагрегата №2

Саяно-Шушенской ГЭС , 19.06.2010

http://samlib.ru/b/boris_i_k/prichinyrazruschenijagidroagregata2sschges.shtml

2.3. Расследование причин аварии на СШ ГЭС, 13.05.2011

http://www.proza.ru/2011/05/13/1484

2 .4. ЧАСТНОЕ РАССЛЕДОВАНИЕ технических причин

аварии гидроагрегата №2 Саяно-Шушенской ГЭС, 10.06.12

http://bikol-sajanges.blogspot.de/

2.5. ЧАСТНОЕ РАССЛЕДОВАНИЕ технических причин

аварии гидроагрегата №2 Саяно-Шушенской ГЭС, 29.06.12

http://samlib.ru/b/boris_i_k/sajanges_rassledowanie.shtml

Авария ГА2 СШГЭС является событием форс-мажорного характера, так как природа возникновения непреодолимых сил, повлекших за собой человеческие жертвы и уничтожение громадных материальных ценностей, не были известны ни научно-конструкторским и проектным организациям, ни заводу-изготовителю, ни, тем более, эксплуатационному персоналу: эти силы невозможно было предвидеть и предотвратить.