從驗算驗證到創新09反應堆壓力容器及O型密封環的研究歷程
發布時間: 2023-04-13 點擊數量:19961961-1966年文革前,在中國科學院土木建筑研究所(期間更名為工程力學研究所)一室一組,由大組長蘭貴祿負責組織我們從事核反應堆工程中的結構力學研究。研究項目“09反應堆壓力容器及O型密封環”獲1978年全國科學大會獎。
1、查歐美文獻 解蘇聯設計
國家需要,讓我們從土木建筑中的工程力學轉到核工程中來,蘇聯專家留下的工程設計要解讀驗算驗證其受力的狀態以確保其安全性。對我們來說,工程對象是生疏的,而其力學原理是相通的。沒有蘇聯資料,從歐美公開發表的文獻中查閱,英文資料當年也很少,我們真是全身心敬業加班加點學習,解答二機部提出的有關部件中的受力變形。
2、用手搖計算器 得力學精確數
7-9位的數值計算,現在看來是輕而易舉的,當年在土建工程中我們常用計算尺,甚至算盤、手算,好不容易才有了手搖的和電動的計算器,如楊玉成用交叉梁的原理來解聯立方程,得9位數精度的變形值。負責理論分析計算的蘭貴祿、沈乃杰更是反復計算來求解壓力容器的微分方程。
3、建實驗裝置,證高壓反應
為驗證高壓下的結構反應,建101實驗室,采用電測、光彈性、脆性應力涂層三種試驗方法。對壓力容器、彎管、孔板等結構構件進行了試驗。實驗室的建設是艱辛的,由原有廠房、辦公室改建的,負責各項試驗裝置和方法的人員主要有:高壓裝置孫敬人,電測龐士榮、李文生,光彈性張志芳、楊榮富,應力涂層楊玉成、高云學。實驗室是在工廠、器材等部門大力合作協同下建成的,油壓裝置可達300大氣壓力。
4、配制脆性涂層材料 呈顯應力分布圖象
脆性應力涂層的材料,國內是沒有的,文獻所見國外的配方中所用的化學試劑有較強的毒性。我們買了數十種化學試劑,采用多種配方,失敗了再配再試,終于調制成了毒性極小的脆性應力涂層配方。并在孔板模型材料的高壓試驗中獲得了應力分布的涂層裂縫,顯示其隨壓力增大的應力分布圖。該配方與其試驗結果,在解密后1983年才公開發表(力學與實踐,5卷3期)。
5、重復實驗測試 改進計算方法
核反應堆的壓力容器采用三心筒底,其應力分布的求解不同于一般半球形和橢圓形,理論計算結果,要由試驗驗證。在同質縮尺模型的壁內外貼電阻計片,用電測法測得其縱橫向的應力分布。試驗結果在三心筒底的應力分布與理論計算不符。是試驗的誤差、內壓作用下應變計的不穩定,還是理論計算的方法不當?為此,將模型上的應變計全部刮掉,重新布設,重新試驗。測試結果兩次相同。從而使理論計算方法得以改進,求解結果與試驗相符,將其計算方法推薦為實際工程的復核計算所用。
6、關鍵技術設施 創新高壓密封
在高壓容器中,筒體與頂蓋的密封,這小小的部件卻是其關鍵設施。在原設計中密封裝置是高度保密的,在探索分析高壓容器的多種密封裝置中,蘭貴祿創造性的發現,O型環的密封作用既簡便又有效。于是先對其材料、選型作單體試驗,分析計算其有效性,確定圓管壓扁呈O型的最佳形態,裝置到壓力容器上。
7、密封試驗成功 爆破事故隱瞞
容器的高壓試驗,是在101實驗室進行的,起先是數十個大氣壓到一百多個,是在毫無保護裝置下進行的。為達到300大氣壓下的可靠密封,必須升壓,反復分析其油壓設備是可以達到的,壓力容器也能承載的,估計一旦泄漏,油壓即刻會下降,不象氣體會有爆破聲和沖擊波。但當試驗超過300個大氣壓時,未料的事故發生了,容器頂蓋中央焊接的園盤飛射出去了,似炮彈,擊穿天棚、屋蓋,當時我們挺緊張的,害怕砸壞什么了,在百米外的莊稼地里找到的。高壓密封試驗成功了!
爆破事故也未驚動地方,有驚無險,我們也就這樣無聲無息隱瞞了下來,有關部門也未追查過。
8、周密策劃 協同奮力
五年的努力,在祖國最艱難的年代,我們這個小集體為祖國的尖端事業盡了一份力,得到文革后全國科學大會的獎勵,回首往事已過半個世紀,現我們都是八十上下的老人,足矣。
復興中華,實現國強民富的中國夢,殷切希望工力所的同仁,為祖國為民眾作出新貢獻,周密策劃協同奮力取得新成就。
原老一室一組
于滬閩蘇浙 賀建所六十周年
2013年7月1日