作者:张双虎 来源:中国科学报 发布时间:2024/2/7 15:32:03
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欧维姆:技术创新助力“天眼”灵眸察秋毫

 

“在‘中国天眼’(简称FAST)建设过程中,南(仁东)老师不止一次说过,‘索网疲劳是最让我睡不好觉的问题’。”近日,新春走基层(广西行)活动采访团一行来到柳州,在和记者的交谈中,柳州欧维姆机械股份有限公司(简称欧维姆)缆索技术研究所所长、高级工程师雷欢回忆起参与FAST索网建设的经历仍面带虔敬,“在与南老师、东南大学郭(郭正兴)教授接触过程中,我们学习到作为一名工程师,对科学研究要有严谨、执着、求实的精神。”

欧维姆缆索应用于国内首座车行碳纤维拉索斜拉桥(徒骇河大桥)。受访者供图

FAST开创了多项自主创新技术,其中一项重要创新是反射面主动变位,即要求反射面在观测过程中可以实现由球面到抛物面的连续变位。反射面主动变位技术不仅可以大幅提升望远镜的天空覆盖范围,接收到更多射电信号,还能通过改变指向,实现对天体的跟踪观测。

“主动变位可以简单理解为望远镜反射面在促动器作用下,使索网变形为不同方向的抛物面,即抛物面焦点可移动。这对缆索的要求一下高了很多。”雷欢说。

FAST的索网结构由6670根主索和2225个节点及下拉索组成。变位导致拉索的疲劳应力幅(缆索最大应力值与最小应力值之差)达到500兆帕,而当时桥梁缆索的最高疲劳应力幅是250兆帕。

在此之前,FAST团队先后在全国各地的钢索厂寻找材料,并进行了两年实验研究,但缆索技术指标和目标值相差巨大,无法满足索网要求。

在一次学术会议上,时任FAST工程总工艺师兼主动反射面系统总工王启明偶然了解到,欧维姆在缆索方面有深厚的积淀,很多锚固技术由欧维姆率先研制出来,并主编和参与相关的国标、行业标准。于是他慕名而来,希望能试试欧维姆的技术水平。

除疲劳应力幅外,FAST拉索的应力循环也要求达到30万次。应力循环次数是拉索使用寿命的关键影响因素,提高应力循环次数能节省FAST运行后更换缆索和维护成本。

刚开始,欧维姆用成熟的产品进行改进实验,应力循环就达到18万次,远远高出同行的指标,让天眼团队看到了成功的可能。

“这就引起FAST团队很大兴趣,邀请我们一起研发缆索。”雷欢补充说,“通过近一年时间的联合攻关,我们达到30万次的要求。”

尽管应力循环已达到30万次,但合作双方判断,可以努努力,将应力循环次数提升到200万次。合作团队又经过两年多研发,终于达到疲劳应力幅500兆帕,应力循环200万次的理想目标。 

“很多创新‘天眼’团队心里有底,他们知道通过什么渠道、用什么方法去攻关解决,但索网的要求太高了,远超当时全行业的技术能力,所以让南老师睡不好觉。”雷欢补充说,“‘天眼’的技术指标到目前为止仍然是全球最高的。”

据了解,柳州欧维姆机械股份有限公司是预应力行业同时拥有“国家企业技术中心”“院士工作站”“博士后科研工作站”“广西预应力机具工程技术研究中心”等研发平台的国有企业。近两年授权专利188项,发布国家标准1项,团体标准1项。共获省部级奖励17项,中国专利优秀奖2项。2022年获第七批国家级制造业单项冠军示范企业,2023 年入选“世界一流专精特新示范企业”。目前,在预应力相关产品领域,该公司销售规模已居于全球前列。

春节前夕,在缆索领域“孤独求败”的欧维姆团队又开始了新征程,目前正在进行新能源光伏领域和碳纤维缆索攻关。

“我们的特点是面向重大工程,针对工程项目中出现的难题进行技术攻关。”雷欢说,“进军新能源领域可以为‘双碳’目标的尽早实现贡献力量。”

当前的刚性光伏结构体系对土地、生态存在一定影响,并且适应性不强,欧维姆正尝试开发大跨度柔性光伏体系来解决这些问题。但柔性光伏体系跨度增加后,需要解决风稳定性问题。

“明天我们要和同济大学的专家进行视频讨论,因为我们在光伏方面有个新设想,想请专家讨论完善一下。”雷欢说,“本该去同济拜访的,因为春运买不到票,我们只好视频讨论了。”

 
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