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1、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 2试验 用气 量计 算 2充气压力计算 2管径及管路数量计算 3根据 流量 计计 算管 径及 管 路数量 3根据 减压 阀计 算管 径及 管 路数量 5管径 及管 路数 确定 6气管壁厚计算 7理论 充气 时间 和一 次试 验 用气量 核算 81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 s（ 标准大 气 压下的气体体积）时，筒内压力充至压力的时间不大于 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：=（）x（
2、 + ） /30）+=s其中是装置密闭腔容积； 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 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m3,即质量流量=XX 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至倍，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倍。本装置需对密闭腔充气至 最大， 即目标值为， 充气压力为 P：P= X =。即减压阀出口压力初步设定为
3、。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RkJ/流体分子量M29空气分子量29g/mol阀前流体的密度PP =PM/RTkg/m3阀后流体的密度PP =p2m/rtkg/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
4、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/hh26507kg/hh34338kg/hh43253kg /hh52603kg/hh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15mmh20mm4-50m 3/h25mmh32mm16-150m 3/h40mm27-205m 3/h50mm35-380m 3/h65mm65-680m 3/h若分为1路气，单路体积流量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 h， 仪表口径需选择 50mm ， 口
5、径 大， 不 符合 精确调 节要求 。若分为 3 路气， 单路体积流量 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 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，量程为h ,最大量程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
6、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 ) “(),其中压缩空气K为，求得。x =。表 7 减压阀核算参数表阀前压力P116016MPa=160kgf/cm2kgf/cm2阀后压力P227=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RkJ/流体分子量M29空气分子量29g/mol阀前流体的密P =P1M/
7、RTkg/m3阀后流体的密P =p2m/rtkg/m3阀前流体的比v =1/ P 1m3/kg流量系数C（一般在之间）减压阀的理论流量公式如下：由于P2/P1=27/160=v o x,通过公式得理论质量流量G=（cm 2*h）实际质量流量q=流量系数C X理论质量流量Gq= X =（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 Q1/4Q1/4=Q /4=13014/4=h阀孔面积f=流体质量流量Q1/4/实际质量流量q=孔径dmin=（阀孔面积f*4/ n ）A=即分四路管路后， 减压阀 阀孔直径须大于。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
8、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，量程为h，最 大 量 程 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 ， 出口压力 调整范围为。四路 气 管每一 路的 质量 流 量为 13014/4=h下每一路的体积流量为Q1/4=减压阀出口密度P =h下每一路的体积流量为Q1/4=减压阀出口密度P = =s。四路气管总体积流量为*4=s。1.4 气管 壁 厚计算选取304
9、（0cr18Ni9T i）不锈钢无缝钢管作为气管路，其许用应力为npdei+ C25 昨-np205MPa （屈服强度），根据计算公式计算通气源管路的壁厚 min。5min 壁厚式中，p为管内气体压力（MPa ） ； n为强度安全系数；申为焊 缝系数，无缝钢管=1,直缝焊接钢管=；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， c5 mm ；当 5 W 6mm 时，c=1mm。求得16MPa气源处通径25mm气管壁厚应大于5min2.5 x16 x 25,5:min=+1 = 3.70mm2 x 205 x1 - 2.5 x16同理求得减压阀后通径25
10、mm气管壁厚应大于5min2.5 x 4.0 x 25v v5二min二+1 = 1.63mm2 x 205 x 1 - 2.5 x 4.0综上所述， 16MPa 气源管路壁厚取合适，减压阀后通径 25mm 气管壁厚取合适。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 /s（标准大气压）V腔内空气体积=（+） X = 3 （标准大气压）充气到的时间 t=式中为筒内 密封腔的容积；是管路容积（管路长 度取 20m ）。一次试验的最大气量：Vmax=3 X+X10= （ 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。
