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

量（体积流量=质量流量/减压阀出口密度ρ）。

表5 流量计计算参数表

再根

表6 流量计型号参数表

若分为1路气需选择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。

若分为4路气，单路体积流量101.2m3/h，仪表口径需选择25mm，分录数合适，且适合进行流量精确控制。

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σx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σx＝[2/（1+k）][k/(k-1)]，其中压缩空气K 为1.4，求得σx＝0.5283。

表7 减压阀核算参数表

由于P2/P1=27/160=0.2<σx，通过公式(2)得理论质量流量

G=8419.7kg/(cm2*h)

实际质量流量q=流量系数C×理论质量流量G

q=8419.7×0.5=4209.9kg/(cm2*h)

根据流量计的选型将气路分为四路气管，每一路的质量流量Q1/4

Q1/4=Q/4=13014/4=3253.5kg/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

孔径d m i n=(阀孔面积f*4/π)^0.5=0.989cm=9.92mm

即分四路管路后，减压阀阀孔直径须大于9.92mm。

1.3.3管径及管路数确定

根据流量计的选型计算，四路管路为DN25满足使用要求，25mm口径大

于减压阀要求的最小值，也符合减压阀要求。

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。

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=325

3.5/减压阀出口密度ρ2.7MPa=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ρ0.1MPa= =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

δ。

壁厚

c

np

npd i

+

-

=

ϕ

δ

δ

]

[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；ϕ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δ＞6mm时，c≈0.18×δmm；当δ≤6mm时，c=1mm。

求得16MPa气源处通径25mm气管壁厚应大于min

δ

同理求得减压阀后通径25mm气管壁厚应大于min

δ

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=0.5m³/s(标准大气压)

V腔内空气体积=（0.0675+0.01）×1.35/0.1=2.26m³(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（管路长度取20m）。

一次试验的最大气量：