气动系统压力、流量、气管壁厚、用气量计算

气动系统压力 流量 气管壁厚 用气量计算 1 气动系统相关计算 1 1 1 试验用气量计算 1 1 2 充气压力计算 2 1 3 管径及管路数量计算 2 1 3 1 根据流量计计算管径及管路数量 2 1 3 2 根据减压阀计算管径及管路数量 4 1 3 3 管径及管路数确定 5 1 4 气管壁厚计算 6 1 5 理论充气时间和一次试验用气量核算 6 1气动系统相关计算 1 1 试验用气量计算 根据系统要求 最大气流量需求发生于 漏气量为2 5m3 s 标 准大气压下的气体体积 时 筒内压力充至1 35MPa 压力的时间不大 于 30s 并能保证持续不少于10s 根据公式 P1V1 P2V2 1 求得单位最小流量 Vmin 0 1MPa 1 35 0 1 0 0675 0 01 30 2 5 2 539m3 s 其中 0 0675m3是装置密闭腔容积 0 01m3是管路容积 管路长度取20m 因为气源提供的流量在10MPa 压力下不小于2 6m3 s 标准大气 压 而系统输入压力最大为16MPa 所以气源满足系统流量要求 后 文中按照输入流量为2 6m3 s 进行计算 质量流量 Kg h 体积流量 密度 20 时 标准大气压下气体 密度为 1 205kg m3 即质量流量 2 6 1 205 3600 13014kg h 1 2 充气压力计算 一般密闭腔充气压力设置为目标值的1 05 至 1 1 倍 由于系统 要求的漏气量较大 初步设定充气压力为目标值的2 0 倍 本装置需 对密闭腔充气至最大1 35MPa 即目标值为1 35MPa 充气压力为 P P 2 0 1 35 2 70MPa 即减压阀出口压力初步设定为2 70MPa 1 3 管径及管路数量计算 1 3 1 根据流量计计算管径及管路数量 流量计一般都有量程限制 如果流量过大 就必须将总气量分几路进 行输送 以保证单路的输送流量符合流量计量程 根据流量计的量程计 算分路数 表 4 流量计计算参数表 流体质量流量Q13014 质量流量 kg h 体积流量 Nm3 h 密度 kg m3 kg h 气体常数 R8 314kJ mol K 流体分子量M29空气分子量29g mol 阀前流体的密度 1 190 48 P1M RT kg m3 阀后流体的密度 2 32 14 P2M RT kg m3 假设管路分为一 二 三 四 五路分别计算每路的质量流量及体积 流量 体积流量 质量流量 减压阀出口密度 表 5 流量计计算参数表 分路数单路质量流量单路体积流量 113014kg h404 9m3 h 26507kg h202 5m3 h 34338kg h135 0m3 h 4 43 32 25 53 3kg h1 10 01 1 2 2m m3 3 h h 52603kg h81 0m3 h 再根据体积流量选择流量计 选型表如表6 表 6 流量计型号参数表 流量计口径气体流量量程 15mm2 2 38m3 h 20mm4 50m3 h 2 25 5m mm m8 8 8 8 1 11 10 0m m3 3 h h 32mm16 150m3 h 40mm27 205m3 h 50mm35 380m3 h 65mm65 680m3 h 若分为 1 路气 单路体积流量404 9m3 h 仪表口径需选择 65mm 口径太大 不符合精确调节要求 若分为 2 路气 单路体积流量202 5m3 h 仪表口径需选择 50mm 口径大 不符合精确调节要求 若分为 3 路气 单路体积流量135 0m3 h 仪表口径需选择 32mm 分录数合适 但口径略大 用电磁阀做流量精确控制稍显困难 若若分分为为 4 路路气气 单单路路体体积积流流量量101 2m3 h 仪仪表表口口径径需需选选择择 25mm 分分录录数数合合适适 且且适适合合进进行行流流量量精精确确控控制制 若分为 5 路气 单路体积流量81 0m3 h 仪表口径需选择 25mm 分路数太多 使系统更复杂 综合考虑 气管分为四路 选择DN25 流量计 流量计型号为 LUGB DN25 涡街流量计 最大压力4 0MPa 量程为 8 8 110m3 h 最大量程 101 2m3 h 满足使用要求 1 3 2 根据减压阀计算管径及管路数量 流体经过减压阀节流排出的流量与流体的性质和状态有关 也与阀后 阀前的压力比值有关 但当阀后 阀前压力比值达到临界压力比 x 时 流量不再与出口压力相关 减压阀的理论流量公式如下 2 3 一般气体临界压力比 x 2 1 k k k 1 其中压缩空气 K 为 1 4 求得 x 0 5283 表 7 减压阀核算参数表 阀前压力 P116016MPa 160kgf cm2kgf cm2 阀后压力 P2272 7MPa 27kgf cm2kgf cm2 流体温度 T293T 摄氏温度 20 273K 流体质量流量Q13014 质量流量 kg h 体积流量 Nm3 h 密度 kg m3 kg h 气体常数 R8 314kJ mol K 流体分子量M29空气分子量29g mol 阀前流体的密度 1 190 48 P1M RT kg m3 阀后流体的密度 2 32 14 P2M RT kg m3 阀前流体的比容 0 00525 1 1 m3 kg 流量系数 C0 5 一般在 0 45 0 6 之间 减压阀的理论流量公式如下 由于 P2 P1 27 160 0 2101 2m3 h 满足使用要求 减压阀也选择DN25 对减压阀进行选型 选取减压阀型号为 YK43X 25 16 该减压阀通径为DN25 公称压力 16 0MPa 出口压力 调整范围为 0 5 4 5 MPa 四路气管每一路的质量流量为13014 4 3253 5kg h 2 7MPa 下每一路的体积流量为Q1 4 3253 5 减压阀出口密度 2 7MPa 101 2m3 h 0 1Mpa 下每一路的体积流量为Q1 4 3253 5 减压阀出口密度 0 1MPa 0 759m3 s 四路气管总体积流量为0 759 4 3 036m3 s 1 4 气管壁厚计算 选取 304 0cr18Ni9Ti 不锈钢无缝钢管作为气管路 其许用应力为 205MPa 屈服强度 根据计算公式计算通气源管路的壁厚 min 壁厚 c np npdi 2 min 式中 p 为管内气体压力 MPa n 为强度安全系数 1 5 2 5 为焊缝系数 无缝钢管 1 直缝焊接钢管 0 8 c 为附加 壁厚 包括 壁厚偏差 腐蚀裕度 加工减薄量 为简便起见 通常 当 6mm 时 c 0 18 mm 当 6mm 时 c 1mm 求得 16MPa 气源处通径 25mm 气管壁厚应大于 min mm70 31 165 212052 25165 2 min 同理求得减压阀后通径25mm 气管壁厚应大于 min mm63 11 0 45 212052 250 45 2 min 综上所述 16MPa 气源管路壁厚取4 0mm 合适 减压阀后通径 25mm 气管壁厚取 2 0mm 合适 1 5 理论充气时间和一次试验用气量核算 计算充气时间和用气量 Q 腔体充气量 Q 进气量 Q 漏气量 3 2 5 0 5m s 标准大气压 V 腔内空气体积 0 0675 0 01 1 35 0 1 2 26m 标准大气压 充气到 1 35MPa 的时间 t 2 26 0 5 4 5s 式中 0 0675m3 为筒内密封腔的容积 0 01m3是管路容积