Διάτρητο φύλλο από ανοξείδωτο χάλυβα: Υπολογισμός ανοιχτής περιοχής, σχέδιο οπών και πτώση πίεσης

Ανοιχτή περιοχή (%)= περιοχή οπής ÷ περιοχή του επαναλαμβανόμενου σχεδίου × 100. Για στρογγυλές τρύπες:90.69 × (d ÷ p)²για κλιμακωτό μοτίβο 60 μοιρών,78.54 × (d ÷ p)²για ίσιο μοτίβο 90 μοιρών (d=διάμετρος οπής, p=βήμα από κέντρο σε κέντρο).

Καλύτερο μοτίβο:Η κλιμάκωση 60 μοιρών δίνει περίπου 15% περισσότερη ανοιχτή περιοχή από ό, τι 90 μοίρες ευθεία στο ίδιο μέγεθος και βήμα οπής, και διατηρεί φαρδύτερες μεταλλικές γέφυρες στην ίδια ανοιχτή περιοχή.

Πτώση πίεσης:για ένα λεπτό φύλλο, Δp=ζ × ½ρu², όπου ζ=[0,707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f² και f είναι η ανοιχτή περιοχή ως κλάσμα. Η κοπή ανοιχτής περιοχής από 40% σε 20% πολλαπλασιάζει την πτώση πίεσης κατά περίπου 6.

Δύναμη:πιο ανοιχτή περιοχή σημαίνει λιγότερο μέταλλο ανάμεσα στις τρύπες. Ένα φύλλο με 40% ανοιχτή επιφάνεια διατηρεί μόνο περίπου το ένα τρίτο της αντοχής του σε συμπαγές φύλλο κατά μήκος της στενότερης γραμμής.

Βαθμός:304, 316L ή 2205 δεν αλλάζει την ανοιχτή περιοχή ή την πτώση πίεσης. Αλλάζει τη διάρκεια ζωής και την αντοχή διάβρωσης, και επομένως το πάχος του φύλλου που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε.

Ένα διάτρητο φύλλο φαίνεται απλό: μια επίπεδη πλάκα γεμάτη τρύπες. Ωστόσο, τρεις αριθμοί αποφασίζουν εάν λειτουργεί σε φίλτρο, οθόνη, διανομέα ροής ή προστατευτικό: η ανοιχτή περιοχή, το σχέδιο οπών και η πτώση πίεσης σε αυτό. Συνδέονται. Το σχέδιο ορίζει την ανοιχτή περιοχή, η ανοιχτή περιοχή ρυθμίζει την πτώση πίεσης και κάθε επιπλέον τρύπα αφαιρεί τη δύναμη.

Αυτός ο οδηγός εξηγεί κάθε σύνδεσμο σε απλή γλώσσα, δίνει τους τύπους και λειτουργεί μέσα από παραδείγματα που μπορείτε να αναπαράγετε με μια αριθμομηχανή. Όπου ένας αριθμός προέρχεται από τον δικό μας υπολογισμό και όχι από έναν δημοσιευμένο πίνακα, το λέμε.

Τι είναι η ανοιχτή περιοχή σε διάτρητο φύλλο από ανοξείδωτο χάλυβα και πώς την υπολογίζετε;

Η ανοιχτή περιοχή είναι το ποσοστό της επιφάνειας του φύλλου που είναι τρύπα. Διαιρέστε την περιοχή μιας τρύπας με την περιοχή του επαναλαμβανόμενου κελιού που την περιέχει και, στη συνέχεια, πολλαπλασιάστε με το 100. Για στρογγυλές τρύπες σε κλιμακωτό μοτίβο 60 μοιρών, η συντόμευση είναι90.69 × (d ÷ p)².

Σκεφτείτε το σεντόνι σαν δάπεδο με πλακάκια. Κάθε πλακίδιο έχει μία τρύπα (ή έναν σταθερό αριθμό οπών). Η ανοιχτή περιοχή είναι πόσο από κάθε πλακίδιο είναι κενό. Επειδή το πλακίδιο ρυθμίζεται από το βήμα, χρειάζονται μόνο τρεις είσοδοι: μέγεθος οπής, βήμα και σχέδιο. Χρησιμοποιήστε τις ίδιες μονάδες για τα d και p, όπως χιλιοστά.

Η σταθερά 90,69 προέρχεται από τη γεωμετρία ενός τριγωνικού πλέγματος, που είναι ο πιο πυκνός τρόπος για να γεμίσετε στρογγυλές τρύπες. Είναι επίσης το ανώτερο όριο: επιτυγχάνεται μόνο εάν οι τρύπες αγγίξουν (d=p), το οποίο δεν θα άφηνε μέταλλο για να σχηματίσει ένα φύλλο. Οι ευθείες σειρές σπαταλούν τις γωνίες ανάμεσα στις τρύπες, γι' αυτό και η σταθερά πέφτει στο 78,54.

Δουλευμένα παραδείγματα

• Παράδειγμα Α.Τρύπες 3 mm, βήμα 5 mm, κλιμάκωση 60 μοιρών. d ÷ p=0.6 και 0,6²=0.36. Ανοιχτή περιοχή=90.69 × 0.36 =32.7%. Οι ίδιες τρύπες σε ένα ίσιο σχέδιο δίνουν 78,54 × 0.36=28.3%.
• Παράδειγμα Β.Τρύπες 6 mm, βήμα 9 mm (γραμμένο "6 @ 9"), κλιμάκωση 60 μοιρών. d ÷ p=0.667 και 0,667²=0.444. Ανοιχτή περιοχή=90.69 × 0.444 =40.3%.

Τρία κοινά λάθη

• Χρησιμοποιώντας λάθος τύπο μοτίβου.Η εφαρμογή του 90,69 σε ένα ίσιο μοτίβο υπερεκτιμά την ανοιχτή περιοχή κατά περίπου 15%.
• Ανάμειξη ορισμών πίσσας.Οι προμηθευτές διαφέρουν ως προς το αν το βήμα μετριέται κατά μήκος της σειράς ή μεταξύ των σειρών και τα μοτίβα 45 μοιρών ορίζονται με περισσότερους από έναν τρόπους. Επιβεβαιώστε τον ορισμό στο σχέδιο.
• Αγνοώντας τα περιθώρια.Οι τύποι δίνουν την ανοιχτή περιοχή του διάτρητου πεδίου. Τα συμπαγή περιγράμματα γύρω από το πεδίο χαμηλώνουν την ανοιχτή περιοχή ολόκληρου του φύλλου.

Ποιο μοτίβο οπών θα πρέπει να επιλέξετε: 60 μοίρες με κλιμάκωση, 90 μοίρες ευθεία ή 45 μοίρες με κλιμάκωση;

Επιλέγω60 μοιρών κλιμακωτόεκτός αν χρειάζεστε τρύπες σε ευθείες σειρές. Δίνει την υψηλότερη ανοιχτή περιοχή για στρογγυλές τρύπες, αφήνει ευρύτερες γέφυρες στην ίδια ανοιχτή περιοχή και είναι το τυπικό σχέδιο στα περισσότερα διατρητικά.

Στην ίδια διάμετρο και βήμα οπής, ένα σχέδιο 60 μοιρών δίνει 90,69 ÷ 78.54=1.155 φορές την ανοιχτή περιοχή ενός ευθύγραμμου σχεδίου 90 μοιρών, που είναι15,5% περισσότερο. Μπορείτε επίσης να το δείτε από την άλλη πλευρά. Για να χτυπήσετε την ίδια ανοιχτή περιοχή με το ίδιο μέγεθος τρύπας, το σχέδιο 60 μοιρών μπορεί να χρησιμοποιήσει βήμα περίπου 7,5% μεγαλύτερο, έτσι ώστε το μέταλλο μεταξύ των οπών να είναι ευρύτερο.

Εδώ είναι μια συγκεκριμένη περίπτωση. Μια οπή 5 mm σε βήμα 8 mm σε μοτίβο 60 μοιρών δίνει 35,4% ανοιχτή επιφάνεια με γέφυρες 3,0 mm. Για να ταιριάζει 35,4% σε ευθεία μοτίβο, το βήμα πρέπει να συρρικνωθεί σε περίπου 7,4 mm, αφήνοντας γέφυρες μόνο περίπου 2,4 mm. Αυτό είναι περίπου 20% λιγότερο μέταλλο μεταξύ των οπών για την ίδια περιοχή ροής.

Πόση αντοχή χάνει ένα διάτρητο φύλλο καθώς αυξάνεται η ανοιχτή περιοχή;

Περισσότερο από ό,τι υποδηλώνει ο αριθμός ανοιχτής περιοχής. Η στενότερη λωρίδα μετάλλου μεταξύ των οπών φέρει το φορτίο και το μερίδιό της στο συμπαγές φύλλο είναι περίπου(p − d) ÷ p, που ονομάζεται απόδοση συνδέσμου. Στο 40% ανοιχτή περιοχή, αυτό το μερίδιο είναι μόνο περίπου 33%.

Ανοιχτή περιοχή και δύναμη έλξης προς αντίθετες κατευθύνσεις. Όταν σηκώνετε ανοιχτό χώρο επιλέγοντας μεγαλύτερη τρύπα ή μικρότερο βήμα, οι γέφυρες μεταξύ των οπών γίνονται πιο λεπτές. Επειδή οι γέφυρες φέρουν το φορτίο, η αντοχή πέφτει γρήγορα. Ο πίνακας δείχνει πόσο γρήγορα.

Η τελευταία σειρά δείχνει τον συμβιβασμό. Ένα φύλλο με 63% ανοιχτή επιφάνεια βρίσκεται κοντά στην κορυφή της ζώνης 23% έως 64% που ορίζει το ISO 7805-1 για πλάκα 3 mm και παχύτερο, ωστόσο διατηρεί μόνο περίπου το ένα έκτο της αντοχής του στο στενότερο τμήμα.

Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν απλούς εμπειρικούς κανόνες για να διατηρούν τα φύλλα τρυπημένα και επίπεδα. Πολλοί διατηρούν τη γέφυρα τουλάχιστον τόσο πλάτος όσο το πάχος του φύλλου και πολλοί διατηρούν τη διάμετρο της οπής τουλάχιστον ίση με το πάχος για τον ανθρακούχο χάλυβα και περίπου 1,5 φορές το πάχος ή περισσότερο για τον ανοξείδωτο χάλυβα. Ο ανοξείδωτος χάλυβας σκληραίνει και είναι πιο σκληρός από τον ανθρακούχο χάλυβα, επομένως οι γροθιές φθείρονται πιο γρήγορα και οι μικρές τρύπες σε παχύ φύλλο είναι πιο δύσκολο να γίνουν. Αυτές είναι οδηγίες κατασκευαστή, δεν δημοσιεύονται πρότυπα και τα όρια διαφέρουν ανάλογα με το κατάστημα. Επιβεβαιώστε με τον προμηθευτή σας.

Πώς υπολογίζετε την πτώση πίεσης σε ένα διάτρητο φύλλο;

Για ένα λεπτό φύλλο με αιχμηρές άκρες,Δp = ζ × ½ × ρ × u², όπου u είναι η ταχύτητα προσέγγισης ανάντη του φύλλου, ρ είναι η πυκνότητα του ρευστού καιζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², με f το ανοιχτό εμβαδόν ως κλάσμα. Το αποτέλεσμα είναι μια πρώτη εκτίμηση που ισχύει σε υψηλό αριθμό Reynolds. δείτε τα όρια παρακάτω.

Κάθε τρύπα λειτουργεί σαν ένα μικρό στόμιο. Η ροή συμπιέζεται στις οπές, επιταχύνεται μέχρι το u ÷ f, μετά επεκτείνεται ξανά στην μακρινή πλευρά και η ενέργεια χάνεται στη διαδικασία. Μικρότερη ανοιχτή περιοχή σημαίνει ταχύτερη ροή στις τρύπες και πολύ μεγαλύτερη απώλεια. Ο παραπάνω τύπος είναι το αποτέλεσμα λεπτής πλάκας που συντάχθηκε από την Idelchik και χρησιμοποιείται ευρέως σε εγχειρίδια μηχανικής.

Βήμα βήμα

1. Υπολογίστε το κλάσμα ανοιχτής περιοχής f από τους τύπους της πρώτης ενότητας (το 35% ανοιχτό εμβαδόν σημαίνει f=0.35).
2. Βρείτε την ταχύτητα προσέγγισης u=ρυθμός ροής ÷ επιφάνεια του φύλλου.
3. Υπολογίστε το ζ με τον παραπάνω τύπο ή διαβάστε τον από τον παρακάτω πίνακα.
4. Υπολογίστε Δp=ζ × ½ × ρ × u². Με ρ σε kg/m³ και u σε m/s, το Δp είναι σε πασκάλ.

Παράδειγμα εργασίας: 5 @ 8 mm, κλιμάκωση 60 μοιρών

Η ανοιχτή περιοχή είναι 35,4%, οπότε τα f=0.354 και ζ=11.7. Γιααέρα στα 2 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Pa, με ταχύτητα οπής 5,6 m/s. Γιανερό στα 0,5 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPa, με ταχύτητα οπής 1,4 m/s.

Τι σας λένε οι αριθμοί

• Ο ανοιχτός χώρος κυριαρχεί.Η κοπή ανοιχτής περιοχής από 40% σε 20% αυξάνει το ζ από 8,2 σε 51,3, περίπου6 φορέςη πτώση πίεσης στην ίδια ροή.
• Η ταχύτητα είναι στο τετράγωνο.Ο διπλασιασμός της ροής πολλαπλασιάζει την πτώση πίεσης επί τέσσερα.
• Η απόφραξη επιτείνει το πρόβλημα.Εάν τα συντρίμμια φράζουν τις μισές οπές, η ανοιχτή περιοχή μειώνεται στο μισό και η πτώση πίεσης αυξάνεται κατά έναν παρόμοιο μεγάλο παράγοντα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα φύλλα φίλτρου και φίλτρου έχουν μέγεθος με μεγάλη ανοιχτή επιφάνεια.

Όρια του τύπου

Η φόρμουλα λεπτής πλάκας είναι το όριο υψηλού αριθμού Reynolds. Στο παράδειγμα εργασίας, οι αριθμοί της οπής Reynolds είναι μόνο περίπου 1.900 για τον αέρα και 7.000 για το νερό (υποθέτοντας κινηματικά ιξώδη 1,5 × 10-5 και 1,0 × 10-6 m2/s). Αυτό είναι κάτω από το εύρος όπου ο συντελεστής απώλειας σταματά ανάλογα με τον αριθμό Reynolds, επομένως αντιμετωπίστε αυτά τα αποτελέσματα ως εκτίμηση και χρησιμοποιήστε γραφήματα που εξαρτώνται από τον Reynolds ή δεδομένα δοκιμής του Idelchik όταν η απάντηση έχει σημασία.

Τα πραγματικά ανοξείδωτα φύλλα είναι επίσης παχύτερα από την αναλογία διαμέτρου 0,015 που υποθέτει ο τύπος. Μια δευτερεύουσα σύνοψη δημοσιευμένων πειραμάτων σε πλάκες τριγωνικού βήματος αναφέρει ότι η απώλεια πίεσης μειώνεται καθώς το πάχος αυξάνεται σε περίπου 1,5 διαμέτρους οπών και στη συνέχεια μειώνεται. Για τα τυπικά φύλλα, οι αριθμοί λεπτής πλάκας τείνουν επομένως να είναι στην υψηλή πλευρά. Δεν μπορέσαμε να επιβεβαιώσουμε απευθείας τα αρχικά πειραματικά δεδομένα, επομένως χρησιμοποιήστε το ως τάση και όχι ως παράγοντα διόρθωσης.

Αλλάζουν το σχήμα και το σχέδιο της οπής την πτώση πίεσης;

Κυρίως μέσω ανοιχτού χώρου. Το μοτίβο και το σχήμα έχουν σημασία επειδή καθορίζουν την ανοιχτή περιοχή που δίνει ένα δεδομένο μέγεθος και βήμα τρύπας. Τα δημοσιευμένα δεδομένα Idelchik καλύπτουν κυκλικές τρύπες. για τετράγωνα και υποδοχές, οι μηχανικοί συνήθως εργάζονται με ισοδύναμη υδραυλική διάμετρο και επιβεβαιώνουν με δοκιμή ή CFD.

Η υδραυλική διάμετρος είναι d_h=4 × ανοικτή περιοχή ÷ βρεγμένη περίμετρος. Για μια στρογγυλή τρύπα ισούται με τη διάμετρο. Για ένα τετράγωνο ισούται με το μήκος της πλευράς. Για μια σχισμή με στρογγυλό άκρο είναι μεγαλύτερη από το πλάτος της υποδοχής, όπως δείχνει ο πίνακας.

Ο βαθμός ανοξείδωτου χάλυβα επηρεάζει την ανοιχτή περιοχή ή την πτώση της πίεσης;

Όχι. Η ανοιχτή περιοχή και η πτώση πίεσης εξαρτώνται από τη γεωμετρία και το ρευστό, όχι από το κράμα. Ο βαθμός έχει σημασία επειδή καθορίζει τη διάρκεια ζωής και την αντοχή στη διάβρωση και η αντοχή επηρεάζει το πάχος του φύλλου.

Οι λεπτομέρειες κατασκευής έχουν μεγαλύτερη σημασία από ό,τι αναμένουν οι περισσότεροι αγοραστές. Μια τρύπα που δημιουργείται υπερμεγέθη 0,1 mm σε μια τρύπα 3 mm αυξάνει την ανοιχτή περιοχή κατά περίπου 6,8% ((3,1 ÷ 3)²=1.068), γεγονός που μειώνει την πτώση πίεσης κατά περίπου 12% αν προσεγγίσετε το ζ ως αναλογικό με 1 ÷ f² (εκτίμηση ΕΕΤΑ). Γι' αυτό η ανοχή οπής ανήκει στο σχέδιο. Η κατεύθυνση του αυλακιού, η επιπεδότητα και το φινίρισμα της επιφάνειας έχουν επίσης σημασία. Οι λείες, ηλεκτρογυαλισμένες άκρες αντέχουν στη ρύπανση και τα όρια επιπεδότητας για την πλάκα βάσης καλύπτονται στο άρθρο μας σχετικά με τις ανοχές ASTM A240.

Πώς καθορίζετε ένα διάτρητο φύλλο ώστε η παραγγελία να ταιριάζει με τον υπολογισμό σας;

Δηλώστε το μέγεθος της οπής, το βήμα και τον τρόπο μέτρησής της, τη γωνία του σχεδίου, το πάχος, τον βαθμό και τις προδιαγραφές, τα περιθώρια και τις ανοχές. Κάθε στοιχείο που λείπει είναι μια ευκαιρία για το φύλλο που παραδόθηκε να διαφέρει από τον υπολογισμό σας.

Ποια πρότυπα ισχύουν για το διάτρητο φύλλο ανοξείδωτου χάλυβα;

Κανένα πρότυπο δεν καλύπτει το ανοξείδωτο διάτρητο φύλλο από άκρη σε άκρη. Η γεωμετρία οπών και βήματος συνήθως λαμβάνεται από τη σειρά ISO 7805 και το βασικό μέταλλο από τα ASTM A240 και A480.

Πηγές: καταχωρήσεις καταλόγου ISO 7805-1, ISO 7805-2 και ISO 10630 (ISO, CCN/SCC, SFS). Τα έγγραφα ISO αφορούν χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα. για παραγγελίες ανοξείδωτου, οι αγοραστές αναφέρονται συνήθως στη γεωμετρία ISO και αναφέρουν ASTM για το βασικό μέταλλο. Επιβεβαιώστε την προσέγγιση με τον κατασκευαστή σας.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε: Τι είναι μια τυπική ανοιχτή περιοχή για διάτρητο φύλλο από ανοξείδωτο χάλυβα;

A: Τα περισσότερα τυπικά μοτίβα πέφτουν μεταξύ περίπου 20% και 65% ανοιχτής περιοχής. Το ISO 7805-1 ορίζει αναλογίες βήματος προς οπή που δίνουν ονομαστικές ανοιχτές περιοχές περίπου 23% έως 64% για πλάκες πάχους 3 mm και άνω. Πηγαίνοντας ψηλότερα αφήνει πολύ στενές γέφυρες μεταξύ των οπών, έτσι η αντοχή και η επιπεδότητα υποφέρουν.

Ε: Τι σημαίνει ένας κωδικός όπως "5 @ 8";

A: Συνήθως σημαίνει τρύπες 5 mm σε κέντρα 8 mm. Με ένα κλιμακωτό μοτίβο 60 μοιρών δίνει 35,4% ανοιχτή περιοχή. με ίσιο σχέδιο 90 μοιρών δίνει 30,7%. Πάντα να επιβεβαιώνετε το μοτίβο και τον τρόπο με τον οποίο ο προμηθευτής μετρά τον τόνο.

Ε: Μπορεί το διάτρητο φύλλο να φτάσει το 90% της ανοιχτής επιφάνειας;

A: Όχι. Το θεωρητικό ανώτατο όριο για στρογγυλές τρύπες σε κλιμακωτό μοτίβο 60 μοιρών είναι 90,69%, το οποίο επιτυγχάνεται μόνο όταν οι οπές έρχονται σε επαφή (διάμετρος οπής ισούται με βήμα). Σε εκείνο το σημείο δεν μένει μέταλλο για να σχηματίσει ένα φύλλο, έτσι τα πραγματικά προϊόντα παραμένουν πολύ κάτω από αυτό.

Ε: Ένα παχύτερο φύλλο μειώνει την πτώση πίεσης;

A: Συχνά ναι, μέχρι ένα σημείο. Ο τύπος λεπτής πλάκας σε αυτό το άρθρο προϋποθέτει ένα πολύ λεπτό φύλλο. Δημοσιευμένα πειράματα σε πλάκες τριγωνικού βήματος αναφέρουν ότι η απώλεια μειώνεται καθώς το πάχος αυξάνεται περίπου 1,5 φορές τη διάμετρο της οπής και στη συνέχεια μειώνεται. Για παχύ φύλλο και μικρές τρύπες, η τριβή στον τοίχο αρχίζει να έχει σημασία. Χρησιμοποιήστε δεδομένα δοκιμής για κρίσιμα σχέδια.

Ε: Είναι διαφορετική η πτώση πίεσης για διάτρητο φύλλο 304 και 316L;

A: Όχι. Η πτώση πίεσης εξαρτάται από τη γεωμετρία (ανοιχτή περιοχή, μέγεθος οπής, πάχος) και από το ρευστό (πυκνότητα, ταχύτητα, ιξώδες). Ο βαθμός αλλάζει την αντίσταση στη διάβρωση και την αντοχή, γεγονός που μπορεί να αλλάξει το πάχος που επιλέγετε και το πάχος επηρεάζει την πτώση πίεσης.

Ε: Πώς μπορώ να μετατρέψω την ταχύτητα προσέγγισης σε ταχύτητα οπής;

A: Διαιρέστε την ταχύτητα προσέγγισης με το κλάσμα ανοιχτής επιφάνειας. Για παράδειγμα, τα 2 m/s που πλησιάζουν ένα φύλλο με 35% ανοιχτή επιφάνεια γίνονται περίπου 5,7 m/s μέσα στις τρύπες. Η πτώση πίεσης οφείλεται σε αυτή την υψηλότερη ταχύτητα οπής.