一种基于煤气内压的大型煤气柜活塞气弹模型设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种大型煤气柜活塞气弹模型试验方法，尤其设及一种基于煤气内压 的大型煤气柜活塞气弹模型设计方法。
【背景技术】
[0002] 大型煤气柜属于重要的工业建筑，结构的损坏或者运行不正常都很可能引起重大 的安全事故，造成巨大的生命财产损失。因此，结构安全性十分重要。大型煤气柜为纯钢圆 柱体结构，由于其截面直径比较大，在风荷载作用下会产生较大变形，风荷载是其主要的控 制荷载。为研究大型煤气柜的风致振动特性，湖南大学李正农教授、谢俊军等对其进行了详 细的研究，也根据实际工程做了刚性模型的测压试验。但是为了精确评估该种结构的风致 振动特性，完全气弹模型风洞试验是十分必要的。然而，对于活塞式干式煤气柜，通过活塞 的质量给煤气一定的压力，使得煤气保持一个恒定的压强。在设计气弹模型时，煤气的压力 对于活塞刚度有直接的影响，如果忽略了该个刚度，活塞与柜体只有通过光滑的导轨接触， 显然不合理。因此，活塞刚度的模拟是关键问题。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供了一种为设计煤气柜的完全气 弹模型提供基础的基于煤气内压的大型煤气柜活塞气弹模型设计方法。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
[0005] 一种基于煤气内压的大型煤气柜活塞气弹模型设计方法，该方法包括如下步骤：
[0006] 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，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，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，阻巧比为C ;煤气柜柜体里煤气的体积为Vi、压力为Pi、活塞面积 为A ;
[0007] 2) W活塞为对象，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P 2， 可压缩气体有如下关系式：
[000引 (1);
[0009] 上式中，Ey为煤气体积模量，而V2= Vi-Ax，于是有：
[0010]
【主权项】
1. 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，阻巧比为C ;煤气柜柜体里煤气的体积为Vi、压力为Pi、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P 2,可 压缩气体有如下关系式：
(1)， 上式中，Ey为煤气体积模量，而V 2= V i-Ax，于是有：
(2); 对活塞，在静止状态时有： mg = (PrP〇)A (3)； 式中，g为重力加速度，P。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：
(4) ; 将式似和式做带入式（4)可得：
(5) ; (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，可W忽 略，即k > 0 ;其二是煤气内压对活塞的气动刚度一在使用过程中，煤气内压维持了活 塞的平衡位置； 扣用竖向弹黃来代替煤气内压对活塞的气动刚度，竖向弹黃的弹黃刚度为k^，即：
根据相似比得到气弹模型的弹黃刚度kj% : ksm= S kk巧 上式中，Sk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个弹黃，每个弹 黃的刚度为km;
每个弹黃对应一个设置在煤气柜柜体的内壁上的支撑板，且每个弹黃竖直设置，活塞 设置在弹黃的上方，弹黃的底端压在对应的支撑板上，活塞压在弹黃的顶端上。
【专利摘要】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km：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。
【IPC分类】G01M9-08
【公开号】CN104596728
【申请号】CN201410789950
【发明人】肖正直, 李正良, 汪之松, 刘欣鹏, 朱超, 李应刚, 温航
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年2月5日