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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 . 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
2、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=2.539m 3 /s 其 中 0.0675m 3 是 装 置 密 闭 腔 容 积 ; 0.0
3、1m 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 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
4、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
5、 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 Q 13014 质 量 流 量 ( kg/h) =体 积 流 量 ( Nm3/h ) * 密 度 ( kg/m3 ) kg/h 气 体 常 数 R 8.314 kJ/(mol. 流 体 分 子 量 M 29 空 气 分 子 量 29 g/mol 阀 前 流 体 的 密 度 190.48 =P1M/RT
6、 kg/m3 阀 后 流 体 的 密 度 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 1 13014kg/h 404.9m 3 /h 2 6507kg/h 202.5m 3 /h 3 4338kg/h 135.0m 3 /h 4 3253kg/h 101.2m 3/h 5 2603kg/h 81.0m
7、 3/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 15mm 2.2-38m 3/h 20mm 4-50m 3/h 25mm 8.8-110m 3 /h 32mm 16-150m 3/h 40mm 27-205m 3/h 50mm 35-380m 3/h 65mm 65-680m 3/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
8、, 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
9、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
10、 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 P1 160 16MPa=160kgf/cm2 kgf/cm2 阀 后 压 力 P2 27 2.7MPa=27kgf/cm2 kgf/cm2 流 体 温 度 T 293 T=
11、摄 氏 温 度 (20)+273 K 流 体 质 量 流 量 Q 13014 质 量 流 量 ( kg/h) =体 积 流 量( Nm3/h )* 密 度( kg/m3 ) kg/h 气 体 常 数 R 8.314 kJ/(mol 流 体 分 子 量 M 29 空 气 分 子 量 29 g/mol 阀 前 流 体 的 密190.48 =P1M/RT kg/m3 阀 后 流 体 的 密32.14 =P2M/RT kg/m3 阀 前 流 体 的 比0.0052 =1/ 1 m3/kg 流 量 系 数 C 0.5 ( 一 般 在 0.45 0.6之 间 ) 减 压 阀 的 理 论 流 量 公 式 如
12、 下 : 由 于P2/P1=27/160=0.2101.2m 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/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
13、.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
14、 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 同 理 求 得 减 压 阀 后 通 径 25mm气 管 壁 厚 应 大 于 min 综 上 所 述 , 16MPa 气 源 管 路 壁 厚 取 4.0mm 合 适 , 减 压 阀 后 通 径 25
15、mm 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 ; 0.01m 3 是 管 路 容 积 ( 管 路 长 度 取 20m) 。 一 次 试 验 的 最 大 气 量 : Vmax=3 4.5+2.5 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 。
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