气动系统压力、流量、气管壁厚、用气量计算VIP

以气压系统压力、流量、气管壁厚、气体量计算1关于气动系统的计算11.1试验用空气量计算11.2充气压力计算21.3管径和管道数的计算21.3.1从流量计计算管径和管路数21.3.2减压阀的管径和管路数的计算41.3.3管径和管路数的确定51.4气管壁厚计算61.5理论充填时间和一次试验用气量计算61关于气动系统的计算1.1试验用空气量计算根据系统的要求，最大大气流量的需求在气体泄漏量为2.5m3/s (标准大气压下的气体体积)时，缸内压力达到1.35MPa的压力为止的时间为30s以下，保证持续10s以上。根据式P1V1=P2V2 (1)求出单位最小流量： vmin-0.1 MPa=(1. 35/0.1 ) (0. 06750.01 )/30 )2.5=2. 539 m3/s其中，0.0675m3是装置密闭腔容积0.01m3为管路容积(管路长20m )。气源供给的流量在10MPa的压力下为2.6m3/s以上(标准大气压)，系统输入压力最大为16MPa，因此气源满足系统流量的要求。 以输入流量2.6m3/s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=2.61.2053600=13014kg/h .1.2充气压力的计算一般的密闭室的空气压力设定为目标值的1.05倍到1.1倍，由于系统所要求的空气泄漏量大，因此初始设定的空气压力设定为目标值的2.0倍。 本装置最大密闭室为1.35MPa，即目标值为1.35MPa，膨胀压力为p :P=2.01.35=2.70MPa。即，减压阀出口压力设定为2.70MPa。1.3管径和管道数的计算1.3.1从流量计计算管径和管路数流量计一般有量程限制，流量过大时，要保证单向输送流量符合流量计量程，从流量计量程计算分支数。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阀前流体密度1190.48=P1M/RTkg/m3阀后流体密度232.14=P2M/RTkg/m3将管路分为一、二、三、四、五路，计算各路的质量流量和体积流量(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析数单程质量流量单向体积流量113014公斤/小时404.9m3/h26507公斤/小时202.5m3/h34338公斤/小时135.0m3/h432553公斤/h101.2m3/h52603公斤/小时81.0m3/h根据体积流量选择流量计，选择表如表6所示。表6流量计型号参数表流量计口径气体流量范围15毫米2.2-38m3/h20毫米4-50m3/h25毫米8.8-110m3/h32毫米16-150m3/h40毫米27-205m3/h50毫米35-380m3/h65毫米65-680m3/h一路气分，单向体积流量应选择404.9m3/h，仪表口径应选择65mm，口径过大，不符合精密调节要求。分两路气，单向体积流量202.5m3/h，仪表口径应选择50mm，口径大，不符合精密调节要求。分为3路气，单向体积流量135.0m3/h，仪表口径需要选择32mm，分录数量适当，但口径稍大，用电磁阀正确控制流量有些困难。分为4路气，单向体积流量101.2m3/h，仪表口径应选择25mm，分录数适当，适合流量精密控制。分为5路气，单向体积流量81.0m3/h，设计口径需要选择25mm，分数过多，系统变得复杂。综上所述，气管分四路选用DN25流量计，流量计型号为LUGB-DN25涡街流量计，最大压力为4.0MPa，范围为8.8-110m3/h，最大范围为101.2m3/h，满足使用要求。1.3.2用减压阀计算管径和管道数流体被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、阀前的压力比有关，但阀后、阀前的压力比达到临界压力比x时，流量与出口压力无关。 减压阀的理论流量公式如下所示(2)(3)在通常气体临界压力比x=2/(1 k)k/(k-1)中，压缩空气k为1.4，求出x=0.5283 .表7减压阀计算参数表阀前压力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阀前流体密度1190.48=P1M/RTkg/m3阀后流体密度232.14=P2M/RTkg/m3阀前流体比容积0.00525=1/1m3/kg流量系数c0.5(通常在0.450.6之间)减压阀的理论流量公式如下所示由于P2/P1=27/160=0.2x，因此理论质量流量G=8419.7kg/(cm2*h )由式(2)求出实际质量流量q=流量系数c理论质量流量gq=8419.70.5=4209.9公斤/(cm2* h )通过流量计的选择，将气体通道分为4根管道，每根管道的质量流量Q1/4q1/4=q/4=13014/4=32553.5kg/h阀孔面积f=流体质量流量Q1/4/实际质量流量q=2553.5/4209.9=0.773cm2口径dmin=(阀孔面积f*4/)0.5=0.989cm=9.92mm即，分成四通管路后，减压阀的阀孔径必须大于9.92mm。1.3.3管径和管路数的确定流量计的选择计算表明，四通管路的DN25满足使用要求，25mm口径大于减压阀要求的最小值，满足减压阀要求。流量计型号为LUGB-DN25涡流流量计，最大压力为4.0MPa，量程为8.8-110m3/h，最大量程为101.2m3/h，满足使用要求。调节器也选择DN25。 选择减压阀，选择减压阀型号YK43X-25-16、减压阀口径DN25、公称压力16.0MPa、出口压力调整范围0.5-4.5(MPa )。每条四通气管的质量流量为13014/4=3253.5kg/h2.7MPa下的每条通道的体积流量为Q1/4=3253.5/减压阀出口密度2.7MPa=101.2m3/h在0.1Mpa下的每条通道的体积流量为Q1/4=3253.5/减压阀出口密度0.1MPa=0.759m3/s。四通气管总体积流量为0.759*4=3.036m3/s .1.4气管壁厚计算以304(0cr18Ni9Ti )不锈钢无缝钢管为气管，容许应力为205MPa (屈服强度)，通过计算式计算出通气源管路的壁厚。壁厚式中，p为管内气体压力(MPa) n为强度安全系数1.52.5； 焊接系数中，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、腐蚀馀量、加工减薄量)，为了简便，通常6mm时，为c0.18mm； 6mm时，c=1mm。为了求出16MPa气源下通径25mm的管壁厚同样求出减压阀后通径25mm的管壁厚由以上可知，16MPa的气源管道的壁厚以4.0mm为宜，减压阀后通径25mm的气管道的壁厚以2.0mm为宜。1.5理论充填时间和一次试验用气量的计算计算膨胀时间和使用空气量：q腔室填充量=Q吸入空气量-Q气体泄漏量=3-2.5=0.5m/s (标准大气压)v腔室内空气体积=(0.0675 0.01)1.35/0.1=2.26m (标准大气压)膨胀至1.35MPa时间t=2.26/0.5=4.5s式中0.0675m3是缸内密封室的容积0.01m3为管路容积(管路长