消防水炮自适应炮头动力学研究

发布时间：2020-06-29 20:02

【摘要】：炮头是消防水炮的重要组成部分,直接决定消防水炮的灭火方式与性能。由于传统直流或导流式消防水炮的炮口开度固定,其适用流量范围小,射程近,灭火效率低。对于引入自适应机构的新型导流式炮头,其炮口开度可与系统流量和压力的变化相匹配,提高了水炮的射程和射高等水力学性能,具有适用流量范围广,射程远,灭火效率高等优点,已经得到了制造厂家与研发人员的广泛重视。实际射流过程中,消防泵不可避免地产生流量与压力脉动,影响消防水炮的射流稳定性。当脉动激励频率接近消防水炮射流系统固有频率,将引起消防水炮或消防车高大臂架的剧烈震荡,导致水射流发散,从而无法及时完成灭火救援工作,造成不必要的人身和财产损失。因此,开展消防水炮自适应炮头动力学研究,揭示各设计参数对其射流系统固有频率与振动幅值的影响规律,对提高自适应炮头射流系统工作稳定性具有重要意义。气液混合流体体积弹性模量分析。在亨利定律的基础上,考虑实际流体中气体的析出与溶解过程,利用五次多项式建立气液混合流体气相组份变化模型,并推导气液混合流体体积弹性模量的计算公式。采用样本实验数据及其他流体体积模量理论模型对所提出的理论模型进行验证,分析流体初始含气量与流体压力对流体刚度与密度的影响规律,为计算流体等效刚度与射流系统动力学分析提供理论依据。消防水炮自适应炮头射流系统自由振动分析。建立自适应炮头射流系统的动力学理论模型和数学方程。计算不同初始气体含量和流体压力条件下射流系统固有频率和主振型。推导不同设计参数下固有频率的灵敏度公式,并分析固有频率对质量与刚度等设计参数的灵敏度变化规律。消防水炮自适应炮头射流系统强迫振动分析。建立自适应炮头射流系统的强迫振动方程,将流体压力脉动等效为余弦激励,对射流系统进行模态分析。利用正则变换与傅氏变换分别求解自适应炮头射流系统的时域与频域响应,并分析设计参数对系统幅频特性的影响规律。消防水炮自适应炮头射流系统参数振动分析。考虑消防泵输出流体的压力脉动,建立脉动流体的等效刚度模型,并推导自适应炮头射流系统的参数振动动力学方程。分析激励频率接近模态固有频率时系统主共振响应规律以及激励频率接近模态固有频率与流体刚度脉动频率的组合频率时系统组合共振响应规律。消防水炮自适应炮头射流系统动力学实验研究。搭建消防水炮自适应炮头射流系统模态实验平台,测试射流系统固有频率,解析射流系统的频率成分。通过射流系统的真实物理实验与理论模型计算结果的对比,验证射流系统动力学模型的准确性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU998.13
【图文】：

消防水炮,安装方式

且通常设计成 U 型或 S 型，可通过回转装置实现射流的大范围覆盖。压力水的势能转化为动能的重要部件，是流体输送过程中的关键。a) 前视图 b) 俯视图图 1-1 消防水炮结构示意图根据安装方法，消防水炮可分为固定式消防水炮和移动式消防水炮，如图 1固定式消防水炮由底座固定，主要安装在消防车、油罐区、机场等场所，具，射程远，可靠性高等优点[8]。移动式消防水炮配备支架，其机动性更高，消防车无法进入的空间，可高效灭火。稳流器俯仰回转装置水平回转装置炮头底座炮身

消防水炮,操作方式,直流式

a) PSY 型手动式消防水炮 b) PSKYY 型液动式消防水炮 c) PSKDY 型电动式消防水图 1-3 不同操作方式的消防水炮炮头是消防水炮的末端执行装备，将水流压力势能转化为射流动能的关键决定了水炮的射流形式，且对消防水炮射流射程与射高均有重要影响。如图 1示，根据结构形式不同，炮头主要有直流式炮头与导流式炮头等结构形式。a) 直流式炮头 b) 导流式炮头图 1-4 不同结构形式的消防水炮炮头直流式炮头结构简单、加工容易、成本低廉，常与水带搭配用于室内消防栓改进式的直流式炮头可通过拆卸或连接炮管以实现相同流量与压力下不同射程

【参考文献】