Состояние шпилек крепления крышки турбины гидроагрегата №2.

«Техническим описанием и инструкцией по эксплуатации»
№ 22440000ТО завода-изготовителя от 1977 года, «Инструкцией
по эксплуатации гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС», утвержденной главным инженером филиала ОАО «РусГидро» - «Саяно-Шушенская ГЭС им. П.С. Непорожнего» 18.05.2009, а также «Технологической картой разборки (сборки) гидроагрегата» № 03-16-01(а), разработанной на СШГЭС
и утвержденной главным инженером станции 12.07.1994, нормативы
по контролю состояния и срокам службы узлов крепления, обеспечивающих герметичность гидротурбины, не определены и проведение неразрушающего контроля состояния шпилек крепления крышки турбины
не предусматривалось.

Авария на гидроагрегате № 2 (разрушение конкретного технического устройства) произошла в момент срыва крышки турбины вследствие излома шпилек крепления крышки. В результате визуального осмотра 49 шпилек крепления крышки турбины гидроагрегата № 2 в изломах шпилек выделены две зоны: зона усталостного излома и зона долома (письмо 23.09.2009 г.
№ 04/23/- 2561 ВС ОАО НПО «ЦНИИТМАШ»):

41 шпилька разрушилась по резьбе при площадях усталостного излома:

-от 5 до 10% от общей площади сечения шпильки на 5 шпильках;

-от 20 до 30% от общей площади сечения шпильки на 3 шпильках;

-от 35 до 40% от общей площади сечения шпильки на 8 шпильках;

-от 50 до 55% от общей площади сечения шпильки на 6 шпильках;

-от 60 до 65% от общей площади сечения шпильки на 4 шпильках;

- 70 % от общей площади сечения шпильки на 3 шпильках;

-от 80 до 85% от общей площади сечения шпильки на 3 шпильках;

-от 90 до 95% от общей площади сечения шпильки на 6 шпильках;

-от 97 до 98% от общей площади сечения шпильки на 2 шпильках.

Две шпильки разрушились без признаков усталостного разрушения
по механизму статического отрыва.

Остальные 6 шпилек имеют полную длину, резьба не сорвана, что может свидетельствовать об отсутствии на них гаек в момент срыва турбины. Длина не разрушенной шпильки составляет 245 мм и соответствует заданной
по чертежу.

 

Таблица состояния шпилек:

№ п./п	№ шпильки	% усталостного излома	№ п/п	№ шпильки	% усталостного излома	№ п/п	№ шпильки	% усталостного излома
		не разрушен
								не разрушен
					не разрушен
								0 (трещин нет)
		0 (трещин пет)			не разрушен
					не разрушен
					не разрушен
Среднее состояние площадей усталостного излома шпилек	64,9%

 

По результатам лабораторных исследований (заключение от 10.09.2009 № 60 ОАО НПО «ЦНИИТМАШ»), сделаны следующие выводы:

- по результатам капиллярной дефектоскопии обнаружены протяженные несплошности в виде трещин на витках резьбы. Обнаруженные дефекты являются недопустимыми.

- по результатам ультразвуковой дефектоскопии обнаружены недопустимые дефекты на витках резьбы шпилек (дефектов в металле шпилек вне резьбовой зоны не выявлено);

- результаты исследования химического состава образцов показали соответствие металла исследуемых шпилек стали 35 по ГОСТ 1050-88
и соответствуют требованиям ТУ 0300.056 "Сталь конструкционная сортовая термически обработанная";

- по результатам механических испытаний металл шпилек соответствует требованиям технических условий 0300.056 "Сталь конструкционная сортовая термически обработанная";

- микроструктура металла шпилек - феррит и пластинчатый перлит. Структурная полосчатость выражена слабо; основными видами неметаллических включений в металле являются деформированные сульфиды марганца, имеется незначительное содержание силикатов марганца, оксидов сложного состава и нитридов титана; микроструктура металла шпилек признаков браковки не имеет;

- макрорельеф поверхности излома шпилек является характерным
для области развития усталостной трещины. Зарождение усталостной трещины (многоочаговое) происходило от внешнего концентратора - кольцевой резьбовой канавки. На поверхности усталостного разрушения выделяется ряд макрообластей, границы которых идентифицируются как следы продвижения фронта усталостной трещины.

 

 

Основные результаты экспертизы и выводы:

1. Химический состав металла шпилек соответствует стали 35
по ГОСТ 1050-88 и требованиям ТУ 0300.056 "Сталь конструкционная сортовая термически обработанная". Микроструктура металла шпилек характерна для углеродистой стали с содержанием углерода 0,3 - 0,4% и браковочных признаков не имеет.

2. Механические свойства металла шпилек соответствуют требованиям технических условий 0300.056 "Сталь конструкционная сортовая термически обработанная".

3. По результатам неразрушающего контроля обнаружены многочисленные дефекты в виде усталостных трещин на поверхности резьбовых канавок шпилек. Обнаруженные трещиноподобные дефекты характеризуются как недопустимые, поскольку являются очагами развития разрушения шпилек, ограничивают прочность и несущую способность этих деталей, а также конструкции разъемного соединения в целом.

4. По результатам комплексных исследований основной причиной разрушения шпилек является развитие усталостных трещин, зарождение которых происходило с внутренней поверхности резьбовой канавки. Размер области развития усталостных трещин до момента статического долома для исследованных шпилек изменяется в широком диапазоне вплоть до 95% от общей площади поверхности разрушения, т.е. практически до полной потери несущей способности шпилек.

Одним из факторов, способствующих развитию дефекта в шпильках крепления крышки турбины на ГА-2, является значительное количество переходных режимов работы гидроагрегата в не рекомендуемых
для эксплуатации зонах с повышенными динамическими характеристиками (вибрациями), в зависимости от мощности при участии гидроэлектростанции (и гидроагрегатов) в системном регулировании активной мощности
и частоты. Установленный заводом-изготовителем срок службы крепежа (шпилек) совпадает со сроком службы самого оборудования (30 лет).