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 11.1 试验用气量计算 11.2 充气压力计算 21.3 管径及管路数量计算 21.3.1 根据流量计计算管径及管路数量 21.3.2 根据减压阀计算管径及管路数量 41.3.3 管径及管路数确定 51.4 气管壁厚计算 61.5 理 论 充 气 时 间 和 一 次 试 验 用 气 量 核 算 61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 PV=P V （ 1）1 1 2 2求得单位最小流量：Vmin-0.1MPa= （ （ 1.35/0.1 ） X （ 0.0675+0.01 ）/30）+2.5=2.539m 3/s其中 0.0675m 3 是装置密闭腔容积；0.01m 3 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X密度，20 °C时，标准大气压下气体密度为 1.205kg/m3, 即质量流量=2.6 X 1.205 X 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 X 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R& 314kj/(mol.流体分子量M29空气分子量29g/mol阀前流体的密度p190.48p =P M/RT厂 1kg/m3阀后流体的密度p32.14p =P M/RTL 2kg/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p ）。
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/h404.9m 3/h26507kg/h202.5m 3/h34338kg/h135.0m 3/h43253kg/h101.2m 3/h52603kg/h81.0m 3/h流量计口径气体流量量程15mm2.2-38m 3/h20mm4-50m 3/h25mm& 8-110m 3/h32mm16T50m 3/h40mm27-205m 3/h50mm35-380m 3/h65mm65-680m 3/h表 6 流量计型 号参数表404.9m3/h若分为 1 路气，单路 体积流量，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 ，分录再根据体积流量选择 流量计，选型表如 表 6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& 8-110m3/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O 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O X = [2/ （ 1+k）][k/（k-i）],其中压缩空气K为 1.4 ,求得 O x = 0.5283表 7 减压阀核 算参数表kgf/cm2阀前压力P116016MPa=160kgf/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R& 314kj/(mol流体分子量M29空气分子量29g/mol阀前流体的密190.48p =P M/RT厂 1kg/m3阀后流体的密32.14p =P M/RT厂 2kg/m3阀前流体的比0.0052V =1/ p 1m3/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/Pl=27/160=0.2〈 o x ,通过公式(2)得理论质量流量G=8419.7kg/(cm 2*h)实际质量流量q=流量系数C X理论质量流量Gq=8419.7 X 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 1/4Q =Q/4=13014/4=3253.5kg/h阀孔面积f=流体质量流量Q z /实际质量流量q=2553.5/4209.9=0.773cm 21/4孔径 d =(阀孔面积 f*4/ n 厂0.5=0.989cm=9.92mmmin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& 8-110m 3/h，最大量程〉101.2m 3/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/h2.7MPa 下每一路的体积流量为Ql/4=3253.5/ 减压阀出口密度p2.7MPa=101.2m3/h0.1Mpa 下 每 一 路 的 体 积 流 量 为 Q1/4=3253.5/ 减 压 阀 出 口 密 度 p 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npdi + C2[5 ](p - np205MPa （屈服强度），根据计算公式计算通气源管路的壁厚5min。
5min壁厚式中，p为管内气体压力（MPa ） ； n为强度安全系数1.5〜2.5 ；申为焊缝系数，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5 > 6mm 时，c 心 0.18 X 5 mm ；当 5 W 6mm 时，c=1mm求得16MPa气源处通径25mm气管壁厚应大于5min同理求得减压阀后通径25mm气管壁厚应大于5 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 3 /s（标准大气压）V腔内空气体积=(0.0675+0.01 ) X 1.35/0.1=2.26m 3 (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；0.01m 3是管路容积（ 管路长度取 20m）一次试验的最大气量：Vmax=3 X 4.5+2.5 X 10=38.50m 3（标准大气压）根据上述计算可知，管通径选取是合适的，由于充气时间较短，可能实 际漏气量较小，因此要在其中一个管路上设置节流阀，在实际使用时，在腔 内充气至 1.35MPa 后，关闭其它三路，只开启这一路进行补充漏气量，以提 高控制精度和测量精度。