一种基于煤气内压的大型煤气柜活塞气弹模型设计方法

摘要

本发明公开了一种基于煤气内压的大型煤气柜活塞气弹模型设计方法，包括如下步骤：建立煤气内压的气动刚度下活塞的自由振动方程；用竖向弹簧来代替煤气内压对活塞的气动刚度，在煤气柜柜体的内壁沿着圆周方向均布设置n个弹簧，每个弹簧的刚度为k_m：该方法首先实现了内压对活塞刚度的模拟，为设计煤气柜的完全气弹模型提供了基础。

主权项

一种基于煤气内压的大型煤气柜活塞气弹模型设计方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)制作大型活塞式煤气柜：制作圆筒并将圆筒作为煤气柜柜体；在煤气柜柜体的内壁竖直方向设置光滑的导轨，将活塞安装在煤气柜柜体内，活塞通过导轨在竖直方向上与煤气柜柜体的内壁滑动配合，且活塞与煤气柜柜体的内壁形成气密封；活塞的质量为m，活塞与导轨之间竖向的刚度为k，阻尼比为c；煤气柜柜体里煤气的体积为V₁、压力为P₁、活塞面积为A；2)在风荷载作用下，活塞运动x后，煤气柜柜体内煤气的体积和压力分别为V₂和P₂，可压缩气体有如下关系式：$\frac{V_2-V_1}{V_1}\approx -\frac{P_2-P_1}{E_v}---\left(1\right);$上式中，E_v为煤气体积模量，而V₂＝V₁‑Ax，于是有：$P_2=P_1+\frac{{\mathrm{AE}}_v}{V_1}x---\left(2\right);$对活塞，在静止状态时有：mg＝(P₁‑p₀)A                                            (3)；式中，g为重力加速度，p₀为活塞外侧大气压；活塞运动到x位置时，对其建立运动方程有：$m\stackrel{··}{x}+c\stackrel{·}{x}+kx=mg-(P_2-p_0)A---\left(4\right);$将式(2)和式(3)带入式(4)可得：$m\stackrel{··}{x}+c\stackrel{·}{x}+(k+\frac{A^2{E}_v}{V_1})x=0---\left(5\right);$(5)式即为考虑煤气内压的气动刚度下活塞的自由振动方程，该方程中活塞的刚度由两部份构成，其一是活塞与导轨之间的竖向刚度k，由于导轨是光滑的，其刚度较小，忽略，即k≈0；其二是煤气内压对活塞的气动刚度在使用过程中，煤气内压维持了活塞的平衡位置；3)用竖向弹簧来代替煤气内压对活塞的气动刚度，竖向弹簧的弹簧刚度为k_sp，即:$k_{sp}=k+\frac{A^2{E}_v}{V_1}\approx \frac{A^2{E}_v}{V_1}$根据相似比得到气弹模型的弹簧刚度k_sm为:k_sm＝s_kk_sp上式中，s_k为刚度相似比；4)制作活塞气弹模型：在煤气柜柜体的内壁沿着圆周方向均布设置n个弹簧，每个弹簧的刚度为k_m：$k_m=\frac{k_{sm}}{n}=s_k\frac{A^2{E}_v}{{\mathrm{nV}}_1};$每个弹簧对应一个设置在煤气柜柜体的内壁上的支撑板，且每个弹簧竖直设置，活塞设置在弹簧的上方，弹簧的底端压在对应的支撑板上，活塞压在弹簧的顶端上。