[发明专利]一种基于煤气内压的大型煤气柜活塞气弹模型设计方法

权利要求书

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：

V2-V1V1≈-P2-P1Ev---(1);]]>

上式中，E_v为煤气体积模量，而V₂＝V₁-Ax，于是有：

p2=p1+AEvV1x---(2);]]>

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：

mx··+cx··+kx=mg-(p2-p0)A---(4);]]>

将式(2)和式(3)带入式(4)可得：

mx··+cx·+(k+A2EvV1)x=0---(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，可以忽略，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:

ksp=k+A2EvV1≈A2EvV1]]>

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：

km=ksmn=skA2EvnV1;]]>

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。