Саяно-Шушенский взрыв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

САЯНО-ШУШЕНСКИЙ ВЗРЫВ

Канарёв Ф.М.

Анонс

Все разговоры о причинах аварии на СШГ бессмысленны, при отсутствии информации о величинах сил, выстреливших 2-й энергоблок. Величины этих сил должны подтверждать факт взрыва, который зафиксирован с помощью видео. Представляем это видео, описываем физхимию процесса, сформировавшего взрыв. Рассчитываем ударную силу, выстрелившую энергоблок массой 2530 тонн при суммарной динамической силе сопротивления подъёму энергоблока, равной 72364 тонны. Это эквивалентно весу 723 груженых грузовых железнодорожных вагонов.

Вводная часть

Главные затруднения при анализе причины сформировавшей взрыв в колодце 2-го энергоблока - отсутствие метода расчёта ударной силы, выстрелившей 2-й энергоблок, и знаний по новой теории микромира. Виновниками первого затруднения оказались математики. Они, будучи первопроходцами Теоретической механики, стремились описать математически процессы движения материальных точек и тел и не заботились о проверке соответствия реальности их математических моделей. Механическая суть получаемых математических результатов их мало интересовала. Авторитет математики, как самой точной науки, консервировал точку зрения математиков и закрывал дорогу механикам в разработке метода расчёта ударной силы. Сложившаяся ситуация наиболее ярко проявилась, когда возникла необходимость в анализе причин аварии на СШГ. Представим анализ сути этой ситуации.

Начало теории импульса силы и ударной силы

Когда рассматриваются силы, действующие на тело, то учитывается его масса, а произведение массы на скорость движения называется количеством движения тела или импульсом силы. Когда тело покоится, то его скорость и количество движения раны нулю . Когда тело начинает двигаться и приобретает скорость, то изменение количества движения тела записывается так (рис. 1) [1].

. (1)



Рис. 1. Схема к определению действия силы

Итак, количеством движения материальной точки или тела называется векторная величина , равная произведению массы точки или тела на их скорость . Направлен вектор так же, как и вектор - по касательной к траектории (рис. 1).

Изменение количества движения материальной точки за некоторый промежуток времени - следствие действия силы на материальную точку. Физики назвали это действие импульсом силы и обозначили его символом (рис. 1).

(2)

Теорема об изменении количества движения материальной точки (Фрагмент математической «Симфонии»)

Связь импульса силы с основным уравнением ньютоновской динамики выражает теорема об изменении количества движения материальной точки.

Теорема. Изменение количества движения материальной точки за некоторый промежуток времени равно импульсу силы (), действующей на материальную точку за тот же промежуток времени. Математическое доказательство этой теоремы можно назвать фрагментом математической симфонии. Вот он.

(3)

Дифференциал количества движения материальной точки равен элементарному импульсу силы, действующей на материальную точку. Интегрируя выражение (3) дифференциала количества движения материальной точки, имеем

(4)

Теорема доказана и математики считают свою миссию законченной, а у инженеров, судьба которых - свято верить математикам, возникают вопросы при использовании доказанного уравнения (4). Но их прочно блокирует последовательность и красота математических действий (3 и 4), которые завораживают и побуждают назвать их фрагментом математической симфонии. Сколько поколений инженеров соглашались с математиками и трепетали перед таинственностью их математических символов! Но вот нашёлся инженер, несогласный с математиками, и задаёт им вопросы.

Уважаемые математики! Почему ни в одном из Ваших учебников по теоретической механике не рассматривается процесс применения Вашего симфонического результата (4) на практике, например, при описании процесса разгона автомобиля? Левая часть уравнения (4) предельно понятна. Автомобиль начинает разгон со скорости и завершает его, например, на скорости . Вполне естественно, что уравнение (4) становится таким

(5)

И сразу возникает первый вопрос: как же из уравнения (5) определить силу , под действием которой автомобиль разогнан до скорости 10м/с? Ответа на этот вопрос нет ни в одном из неисчислимых учебников по теоретической механике. Пойдём дальше. После разгона автомобиль начинает равномерное движение с достигнутой скоростью 10м/с. Какая же сила движет автомобиль при этой скорости????????? У меня ничего не остаётся, как краснеть вместе с математиками. Первый закон ньютоновской динамики утверждает, что при равномерном движении автомобиля на него не действуют никакие силы, а автомобиль, образно говоря, чихает на этот закон, расходует бензин и совершает работу, перемещаясь, например, на расстояние 100 км. А где же сила, совершившая работу по перемещению автомобиля на 100км? Симфоническое математическое уравнение (5) молчит, а жизнь продолжается и требует ответа. Начинаем искать его.

Поскольку автомобиль движется прямолинейно и равномерно, то сила, перемещающая его, постоянна по величине и направлению и уравнение (5) становится таким

(6)

Итак, уравнение (6) в данном случае описывает ускоренное движение тела. Чему же равна сила ? Как выразить её изменение с течением времени? Математики предпочитают обходить этот вопрос и оставляют его инженерам, полагая, что они должны искать ответ на этот вопрос. У инженеров остаётся одна возможность - учесть, что если после завершения ускоренного движения тела, наступает фаза равномерного движения, которое сопровождается под действием постоянной силы , представить уравнение (6) для момента перехода от ускоренного к равномерному движению в таком виде

(7)

Стрелка в этом уравнении означает не результат интегрирования этого уравнения, а процесс перехода от его интегрального вида к упрощённому виду. Сила в этом уравнении эквивалентна усреднённой силе, изменившей количество движения тела от нуля до конечного значения . Итак, уважаемые, математики и физики-теоретики, отсутствие Вашей методики определения величины Вашего импульса вынуждает нас упрощать процедуру определения силы , а отсутствие методики определения времени действия этой силы вообще ставит нас в безвыходное положение и мы вынуждены использовать выражение для анализа процесса изменения количества движения тела. В результате получается, чем дольше будет действовать сила , тем больше её импульс . Это явно противоречит давно сложившимся представлениям о том, что импульс силы тем больше, чем меньше время его действия.

Обратим внимание на то, что изменение количества движения материальной точки (импульса силы) при ускоренном её движении происходит под действием ньютоновской силы и сил сопротивления движению, в виде сил, формируемых механическими сопротивлениями, и силы инерции. Но ньютоновская динамика в абсолютном большинстве задач игнорирует силу инерции, а Механодинамика утверждает, что изменение количества движения тела при его ускоренном движении происходит за счёт превышения величины ньютоновской силы над силами сопротивления движению, в том числе и над силой инерции.

При замедленном движении тела, например, автомобиля с выключенной передачей, ньютоновская сила отсутствует, и изменение количества движения автомобиля происходит за счёт превышения сил сопротивления движению над силой инерции, которая движет автомобиль при его замедленном движении [1].

Как же теперь вернуть результаты отмеченных «симфонических» математических действий (3) в русло причинно-следственных связей? Выход один - найти новое определение понятиям «импульс силы» и «ударная сила». Для этого разделим обе части уравнения (7) на время t. В результате будем иметь

. (8)

Обратим внимание на то, что выражение mV/t - скорость изменения количества движения (mV/t) материальной точки или тела. Если учесть, что V/t - ускорение, то mV/t - сила, изменяющая количество движения тела. Одинаковая размерность слева и с права знака равенства даёт нам право назвать силу F ударной силой и обозначить её символом , а импульс S - ударным импульсом и обозначить его символом . Из этого следует и новое определение ударной силы. Ударная сила , действующая на материальную точку или тело, равна отношению изменения количества движения материальной точки или тела ко времени этого изменения.

. (9)

Обратим особое внимание на то, что в формировании ударного импульса (9) участвует только ньютоновская сила, которая изменила скорость автомобиля от нулевого значения до максимального - , поэтому уравнение (9) всецело принадлежит ньютоновской динамике. Поскольку величину скорости фиксировать экспериментально значительно легче, чем - ускорения, то формула (9) очень удобна для расчётов.

Из уравнения (9) следует такой необычный результат.

. (10)

Чтобы не усложнять изложение, мы оставим пока формулу (10) в покое и воспользуемся формулами, дающими усреднённые значения сил. Обратим внимание на то, что согласно новым законам механодинамики генератором импульса силы при ускоренном движении материальной точки или тела является ньютоновская сила [1]. Она формирует ускорение движения точки или тела, при котором автоматически возникает сила инерции, направленная противоположно ньютоновской силе и ударная ньютоновская сила должна преодолевать действие не только механические силы сопротивления движению, но силы инерции, которая должна быть представлена в балансе сил.

Теперь проверим новую теорию определения ударного импульса , который равен ударной силе , выстрелившей 2-й энергоблок СШГ (рис. 2). Начнём с динамики Ньютона. Эксперты установили, что 2-й энергоблок поднялся на высоту 14м. Поскольку он поднимался в поле силы тяжести, то на высоте h=14м его потенциальная энергия оказалась равной

, (11)

а средняя кинетическая энергия была равна

(12)



Рис. 2. Фото машинного зала до катастрофы [4]

Рис. 3. Фотон машинного зала после катастрофы [4]

взрыв гидроэлектростанция микромир

Из равенства кинетической (12) и потенциальной (11) энергий следует средняя скорость подъёма энергоблока (рис. 4)

. (13)

Рис. 4. Закономерность изменения скорости V полёта энергоблока

Рис. 5. Фото колонны, стёсанной вращавшимся энергоблоком (справа вверху)

Согласно новым законам механодинамики подъём энергоблока состоял из двух фаз (рис. 4): первая фаза ОА - ускоренный подъём и вторая фаза АВ - замедленный подъём [1], [2], [3].

Время и расстояния их действия, примерно, равны (). Тогда кинематическое уравнение ускоренной фазы подъёма энергоблока запишется так

. (14)

Закон изменения скорости подъёма энергоблока в первой фазе имеет вид

. (15)

Подставляя время из уравнения (14) в уравнение (15), имеем ускорение подъёма энергоблока

. (16)

Время подъёма блока в первой фазе определится из формулы (14)

. (17)

Тогда общее время подъёма энергоблока на высоту 14м будет равно . Масса энергоблока и крышки равна 2580 тонн. Согласно динамике Ньютона сила , поднимавшая энергоблок, равна

. (18)

Уважаемые математики! Следуем Вашим «симфоническим» математическим результатам и записываем Вашу формулу (6), следующую из динамики Ньютона, для определения ударного импульса, выстрелившего 2-й энергоблок

(19)

и задаём элементарный вопрос: как определить время действия ударного импульса, выстрелившего 2-й энергоблок?

Уважаемые! Вспомните, сколько мела исписали на учебных досках поколения Ваших коллег, заумно уча студентов, как определять импульс силы и никто не пояснил, как определять время действия этого импульса в каждом конкретном случае. Вы скажите время действия импульса силы равно интервалу времени изменения скорости энергоблока от нуля до, будем считать, максимального значения 16,75 м/с (13). Оно в формуле (17) и равно 0,84 с. Соглашаемся пока с Вами и определяем усреднённую величину импульса силы

. (20)

Сразу возникает вопрос: а почему величина импульса силы (20) меньше ньютоновской силы 50600тонн (18)? Ответа, у Вас, уважаемые математики, нет [3]. Пойдём дальше. Согласно динамике Ньютона, главная сила, которая сопротивлялась подъёму энергоблока, - сила тяжести . Так как эта сила направлена против движения энергоблока, то она генерирует замедление, которое равно ускорению свободного падения . Тогда сила гравитации, действующая на летящий вверх энергоблок, равна

. (21)

Других сил, препятствовавших действию ньютоновской силы 50600 тонн (18), динамика Ньютона не учитывает, а механодинамика утверждает, что подъёму энергоблока сопротивлялась и сила инерции, равная [3]

. (22)

Сразу возникает вопрос: как найти величину замедления движению энергоблока, формируемого силой инерции при его ускоренном движении? Динамика Ньютона молчит, а механодинамика отвечает: в момент действия ньютоновской силы, поднимавшей энергоблок, ей сопротивлялись: сила тяжести и сила инерции, поэтому уравнение сил, действовавших на энергоблок в этот момент, записывается так [3]:

. (23)

Отсюда находим замедление

. (24)

Величина, силы инерции, замедлявшей движение энергоблока в первой фазе его движения, будет равна

. (25)

Итак, сумма сил, сопротивлявшихся действию ньютоновской силы, равна самой ньютоновской силе (18)

. (26)

Не удивляйтесь, этот результат - следствие нового главного принципа механодинамики, который Вы ещё не знаете [3]. Он заменил аналогичный, давно используемый, ошибочный принцип Даламбера. Красивый баланс (26), но в нём нет сил сопротивления разрыву 80 шпилек, которые крепили крышку энергоблока (рис. 6).

Физика Саяно-Шушенской аварии

Как видно (рис. 6), целая шпилька (слева) не имеет ни малейшего изгиба и это в условиях, когда она крепила крышку, которая прикрывала вращающийся объект весом 1780 тонн. На остальных разорванных шпильках (справа) нет и намёка на то, что они были срезаны. Их вид убедительно доказывает, что на них действовали только силы разрыва и никаких срезающих усилий, так как, если бы они были, то независимо от наличия или отсутствия гаек, уцелевшие шпильки также были бы срезаны. Отсутствие у разорванных шпилек зон постепенного уменьшения диаметра по направлению к поверхности разрыва указывает на мгновенный характер действия вертикальной силы, разрывавшей их (рис. 6, справа) [4]. Мгновенное изменение силы формирует только взрыв.

Рис. 6. Фото шпилек, крепивших крышку энергоблока

Среднее удельное напряжение разрыва стержней из стали марки СТ-35 составляет . Шпильки имели диаметры . Сечение шпильки равно . В результате усилие разрыва одной шпильки составляет . Если учесть, что резьба гаек шести целых шпилек была срезана, то усилие этого среза незначительно отличалось от усилия разрыва шпильки и можно брать в расчёт все 80 шпилек. Тогда общее усилие, разорвавшее 80 шпилек, будет равно .

Уважаемые математики! Ну, что будем делать с Вашей математикой в ньютоновской динамике??? Ведь в самом начале подъёма энергоблока на него действовали три главные силы сопротивления его подъёму: сила гравитации, сила инерции и сила сопротивления разрыву шпилек. Их суммарная величина равна [4]

, (27)

а результаты Ваших симфонических математических действий дают величину импульса силы, равную 42504 тонны (20). Поскольку я тоже более 20 лет писал на учебной доске Ваш симфонический вывод импульса силы и силы удара, то чувствую вину перед своими многочисленными учениками и прошу их извинения за то, что слепо верил, как теперь выясняется, не всегда обоснованному авторитету математиков, не способных к элементарному анализу физической сути описываемых явлений или процессов.

Итак, чтобы определить ударный импульс и ударную силу, надо, прежде всего, знать время, в течение которого скорость энергоблока изменилась от нуля до максимального значения 16,57м/с (14). Оно равно 0,84с (18). Тогда будем иметь

(28)

Ну, что, уважаемые математики, будем делать? Протестовать против кавычек, закрывающих слово «СИМФОНИЯ» в 3-м параграфе этой статьи?

Есть ещё один вариант решения этой задачи. В качестве примера возьмём пулю, вылетевшую из патрона. Главным критерием определения расстояния действия ударной силы будет момент, когда по понятиям ортодоксальной физики газы, формирующие давление и движущие пулю, выходят из закрытого пространства. Тогда длину ствола оружия можно принять за расстояние, на котором действует ударная сила, перемещающая пулю. Поскольку скорость вылета пули из ствола известна, то время действия ударной силы можно определять, как частное от деления длины ствола, по которому движется пуля, на скорость её движения.

В рассматриваемой нами задаче указанные функции принадлежат верхней части колодца энергоблока (рис. 7), где он крепится к фундаменту. Расстояние L действия ударной силы равно расстоянию от места установки шпилек, крепивших крышку энергоблока, до уровня, открывающего замкнутое пространство колодца энергоблока (рис. 7). Мы пока не знаем природу сил, выстреливших энергоблок, но после срыва крышки энергоблока, закрытое пространство энергоблока стало открытым, как и закрытое пространство движения пули в стволе, становится открытым, когда пуля выходит из ствола. В этот момент формируется звук взрыва. Он обязательно должен сопровождать взрыв в колодце энергоблока. Любители зафиксировали в видео звук этого взрыва [5].

Нам неизвестно точно это расстояние, поэтому принимаем для расчёта его примерную величину, равную L=0,80м (рис. 7). Тогда время действия ударной силы на энергоблок будет равно той части общего времени подъёма энергоблока 1,68с, которая была затрачена на его перемещение в интервале 0,00….0,80м, то есть

. (29)

Вполне естественно, что начальная величина ударного импульса, а значит и ударной силы, будет равна суммарной силе сопротивления движению энергоблока 25300+2530+21764=72364тонны, делённой на время удара

(30)

Рис. 7. Схема к определению времени действия ударной силы на энергоблок

Уважаемые математики! Что будем делать? Учитывать время (29) действия ударной силы или среднюю скорость (13) полёта энергоблока? Ни в одном из Ваших новейших учебников по теоретической механике нет ответа на этот вопрос, поэтому мы приводим результаты расчёта, учитывающие и среднюю скорость (13).

Тогда ударный импульс (30), равный ударной силе , будет равен

(31)

Какая же величина ударной силы ближе к реальности?

Уважаемые математики! Где Ваши рекомендации по этому поводу? Ответ на поставленный вопрос следует из той математической модели, которая учитывает все силы сопротивления движению. Это формула (27), из которой следует величина ударной силы, наиболее близкая к реальности

(30).

Попытаемся сформулировать гипотезу, которая позволяла бы установить физическую суть процесса, который сгенерировал ударную силу, равную 723640 тонн. Прежде всего, такая сила - следствие взрыва, звук которого зафиксирован в видео [5]. Поскольку фотоны - главные участники формирования давления при любых взрывах, то не исключено их участие и в этом процессе.

Известно, что грамм-молекула воды равна 18 граммам. В одном литре воды содержится 1000/18=55,56 грамм-молекул воды. Известно также, что количество молекул воды в одной её грамм-молекуле равно числу Авагадро . Из этого следует, что в одном литре воды содержится молекул воды.

Аппаратура Саяно-Шушенской ГЭС зафиксировала общее сечение между лопатками гидротурбины перед началом взрыва, равное при скорости течения воды через это сечение, равной [4]. Общий объём воды, проходящей в секунду через это сечение, равен . Приборы СШГ зафиксировали, что от начала разгона электрогенератора до его выстрела прошло около 5 с [4]. За это время в турбинный колодец поступило 254х5=1270тонн воды.

Поздравляем голословных сторонников гидроудара! У них есть возможность покраснеть. Масса воды, сформировавшей их гидроудар, в 50600/1270= 40 раз меньше ньютоновской силы и в 723640/1270=570 раз меньше ударной силы, выстрелившей энергоблок. К этому надо добавить, что лопатки, прикрывавшие воду к лопастям турбины энергоблока, в момент взрыва полетели не к лопастям турбины, а навстречу воде, течение которой они прикрывали (рис. 8). Так что нет никаких оснований привлекать явление гидроудара для анализа причин этой аварии.

Рис. 8. Схема энергоблока и турбинного колодца

Химия Саяно-Шушенской аварии

В объёме воды было воды. На рис. 9, а представлена молекула воды, а на рис. 9, b кластер из двух молекул. Фактически количество молекул в кластере воды значительно больше.

При сходе воды с лопаток, её скорость, равная 38,3 м/с =137,90км/ч, разрывала кластеры и они, достигнув лопастей турбины, вновь синтезировались, излучая при этом фотоны. Длины волн фотонов равны их радиусам, величины которых зависят от температуры воды. Принимаем её равной . Эту температуру формирует максимальное количество фотонов в среде, имеющей такую температуру, а в водной среде эти фотоны определяют энергии связи электронов в молекулах и кластерах воды. Величина радиуса r фотонов определяется по формуле Вина

. (32)

Рис. 9. Схемы и фото кластеров воды

Энергии этих фотонов равны

. (33)

Это - инфракрасные, невидимые фотоны. Вполне естественно, что вода в зазоре между лопатками двигалась в виде линейных кластеров (рис. 9, b), которые разрывались на выходе из зазора между лопатками, а в зоне лопастей турбины вновь синтезировались, излучая фотоны. Объём одного фотона, примерно, равен

. (34)

Для сравнения приведём величину объёма электрона, излучившего этот фотон. Он равен

. (35)

Это центральный момент анализируемой проблемы. Объём фотона, излучаемого электроном в данном случае, на 20 порядков больше объёма электрона:

Таким образом, почти во всех процессах формирования давления главную роль играют фотоны, а не газы, как считалось до сих пор.

Площадь крышки энергоблока равна

. (36)

Тогда величина удельной силы удара будет равна

. (37)

У нас нет информации о глубине турбинного колодца от уровня пола машинного зала до его дна (рис. 8), поэтому мы принимаем эту величину, равной, примерно, 20м. Тогда объём турбинного колодца будет равен

. (38)

Рис. 10. Профиль фонтана воды в момент взрыва

Теперь обозначим суммарный объём всех фотонов, которые сформировали давление, через Ww, и определим коэффициент кратности К превышения давления внутри колодца, сформированного фотонами, над атмосферным давлением.

. (39)

Учитывая, что общее давление на нижнюю плоскость колодца энергоблока складывалось из атмосферного давления и давления, формировавшегося, излучаемыми фотонами, а на верхнюю плоскость крышки действовало только атмосферное давление Ра, имеем такую зависимость

(40)

В результате, объём всех фотонов, сформировавших давление на нижнюю плоскость крышки энергоблока, будет равен

. (41)

Учитывая объём одного фотона (34), получим количество фотонов, формировавших давление.

. (42)

Приборы СШГ зафиксировали, что от начала разгона электрогенератора до его выстрела прошло около 5 с [4]. За это время повторный синтез кластеров воды излучил инфракрасных фотонов, которые сформировали удельное давление на крышку энергоблока, равное . Это лишь 2/3 из их общего количества .

Рис. 11. Лопаток и сервоприводов нет, и лопасти турбины не повреждены

Конечно, процесс генерации силы, выстрелившей энергоблок, комплексный. Сочетание увеличенной вибрации 2-го энергоблока с разными углами закрытия лопаток, подававших воду на лопасти турбины, формировали условия, при которых процесс генерации фотонов шёл лишь в зонах оптимальных скоростей воды. В результате формировались импульсы фотонов лишь в зонах части лопастей турбины. Это явилось причиной увеличения оборотов ротора. Когда концентрация фотонов в колодце энергоблока достигла предела, то, сформированное ими огромное давление сорвало его со шпилек и, когда блок поднялся на величину, открывшую полость его колодца в верхней части, то выход фотонов в открытое пространство сформировал в нём зону резкого повышения давления, которая распространилась, как звук взрыва, аналогичного тому, который слышится после выхода снаряда из ствола орудия. Надо понимать, что вода прозрачна для фотонов, поэтому их импульсы направлялись и на дно колодца, отражались от дна и вновь возвращались к энергоблоку. Эта гипотеза наиболее близка к реальности и ясно показывает возможность для лабораторного моделирования этого процесса.

Заключение

Доказательством достоверности нашей гипотезы является видеофильм, зафиксировавший звук взрыва [5] и фотографии о поведении лопаток, прикрывавших поступление воды на лопасти турбины. На фото (рис. 8) показаны лопатки, закрывающие подачу воды на лопасти турбины. Если бы причиной аварии был гидроудар, то он должен был сорвать лопатки и направить их на лопасти турбины. Но на лопастях турбины нет следов действия лопаток (рис. 5, 11). Это значит, что ударная сила сорвала лопатки и направила их навстречу воде, которую они прикрывали, то есть в направление обратное гидроудару. Результатом такого действия могло быть лишь колоссальное мгновенно сформировавшееся давление в зоне турбины. Оно сформировалось инфракрасными фотонами, излучёнными электронами при синтезе кластеров воды, после их разрыва в момент движения в узких щелях, сформированных лопатками, прикрывавшими каналы подачи воды на лопасти турбины.

Литература

1. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. Монография. Издание 15. Том I. http://www.micro-world.su/

2. Канарёв Ф.М. Начала физхимии микромира. Монография. Издание 15. Том II. Импульсная энергетика. http://www.micro-world.su/

3. Канарёв Ф.М. Теоретическая механика. Часть III. Механодинамика. Учебное пособие. http://www.micro-world.su/ Папка «Учебные пособия».

4. Лобановский Ю.И. Технические причины катастрофы на СШГ. (Итоги расследования)

5. Видео: Саяно-Шушенский взрыв. http://www.micro-world.su/ Папка «Видео» http://www.micro-world.su/index.php/2010-12-22-11-39-37/343-2011-06-01-10-30-32

Размещено на Allbest.ru

...