2024 年 06 月 17 日
所友情怀
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从验算验证到创新09反应堆压力容器及O型密封环的研究历程
发布时间:2023/04/13

杨玉成

1961-1966年文革前,在中国科学院土木建筑研究所(期间更名为工程力学研究所)一室一组,由大组长兰贵禄负责组织我们从事核反应堆工程中的结构力学研究。研究项目“09反应堆压力容器及O型密封环”获1978年全国科学大会奖。

1、查欧美文献  解苏联设计

国家需要,让我们从土木建筑中的工程力学转到核工程中来,苏联专家留下的工程设计要解读验算验证其受力的状态以确保其安全性。对我们来说,工程对象是生疏的,而其力学原理是相通的。没有苏联资料,从欧美公开发表的文献中查阅,英文资料当年也很少,我们真是全身心敬业加班加点学习,解答二机部提出的有关部件中的受力变形。

2、用手摇计算器  得力学精确数

7-9位的数值计算,现在看来是轻而易举的,当年在土建工程中我们常用计算尺,甚至算盘、手算,好不容易才有了手摇的和电动的计算器,如杨玉成用交叉梁的原理来解联立方程,得9位数精度的变形值。负责理论分析计算的兰贵禄、沈乃杰更是反复计算来求解压力容器的微分方程。

3、建实验装置,证高压反应

为验证高压下的结构反应,建101实验室,采用电测、光弹性、脆性应力涂层三种试验方法。对压力容器、弯管、孔板等结构构件进行了试验。实验室的建设是艰辛的,由原有厂房、办公室改建的,负责各项试验装置和方法的人员主要有:高压装置孙敬人,电测庞士荣、李文生,光弹性张志芳、杨荣富,应力涂层杨玉成、高云学。实验室是在工厂、器材等部门大力合作协同下建成的,油压装置可达300大气压力。

4、配制脆性涂层材料  呈显应力分布图象

脆性应力涂层的材料,国内是没有的,文献所见国外的配方中所用的化学试剂有较强的毒性。我们买了数十种化学试剂,采用多种配方,失败了再配再试,终于调制成了毒性极小的脆性应力涂层配方。并在孔板模型材料的高压试验中获得了应力分布的涂层裂缝,显示其随压力增大的应力分布图。该配方与其试验结果,在解密后1983年才公开发表(力学与实践,5卷3期)。

5、重复实验测试  改进计算方法

核反应堆的压力容器采用三心筒底,其应力分布的求解不同于一般半球形和椭圆形,理论计算结果,要由试验验证。在同质缩尺模型的壁内外贴电阻计片,用电测法测得其纵横向的应力分布。试验结果在三心筒底的应力分布与理论计算不符。是试验的误差、内压作用下应变计的不稳定,还是理论计算的方法不当?为此,将模型上的应变计全部刮掉,重新布设,重新试验。测试结果两次相同。从而使理论计算方法得以改进,求解结果与试验相符,将其计算方法推荐为实际工程的复核计算所用。

6、关键技术设施  创新高压密封

在高压容器中,筒体与顶盖的密封,这小小的部件却是其关键设施。在原设计中密封装置是高度保密的,在探索分析高压容器的多种密封装置中,兰贵禄创造性的发现,O型环的密封作用既简便又有效。于是先对其材料、选型作单体试验,分析计算其有效性,确定圆管压扁呈O型的最佳形态,装置到压力容器上。

7、密封试验成功  爆破事故隐瞒

容器的高压试验,是在101实验室进行的,起先是数十个大气压到一百多个,是在毫无保护装置下进行的。为达到300大气压下的可靠密封,必须升压,反复分析其油压设备是可以达到的,压力容器也能承载的,估计一旦泄漏,油压即刻会下降,不象气体会有爆破声和冲击波。但当试验超过300个大气压时,未料的事故发生了,容器顶盖中央焊接的园盘飞射出去了,似炮弹,击穿天棚、屋盖,当时我们挺紧张的,害怕砸坏什么了,在百米外的庄稼地里找到的。高压密封试验成功了!

爆破事故也未惊动地方,有惊无险,我们也就这样无声无息隐瞒了下来,有关部门也未追查过。

8、周密策划  协同奋力

五年的努力,在祖国最艰难的年代,我们这个小集体为祖国的尖端事业尽了一份力,得到文革后全国科学大会的奖励,回首往事已过半个世纪,现我们都是八十上下的老人,足矣。

复兴中华,实现国强民富的中国梦,殷切希望工力所的同仁,为祖国为民众作出新贡献,周密策划协同奋力取得新成就。



原老一室一组

于沪闽苏浙   贺建所六十周年

2013年7月1日