Rozsdamentes acél perforált lemez: nyitott terület számítása, furatminta és nyomásesés

Nyitott terület (%)= furat területe ÷ az ismétlődő minta területe × 100. Kerek furatok esetén:90.69 × (d ÷ p)²60 fokos lépcsőzetes mintához,78.54 × (d ÷ p)²90 fokos egyenes mintához (d=furatátmérő, p=középponttól középpontig).

Legjobb minta:A 60 fokos eltoltság körülbelül 15%-kal nagyobb nyitott területet biztosít, mint a 90 fokos egyenes azonos lyukméret és osztástávolság mellett, és szélesebb fémhidakat tart ugyanazon a nyitott területen.

Nyomásesés:vékony lap esetén Δp=ζ × ½ρu², ahol ζ=[0,707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f² és f a nyitott terület törtként. A nyitott terület 40%-ról 20%-ra történő levágása körülbelül 6-tal megsokszorozza a nyomásesést.

Erő:a nyitottabb terület kevesebb fémet jelent a furatok között. A 40%-os nyitott felületű lap a tömör lemez szilárdságának csak körülbelül egyharmadát tartja meg a legkeskenyebb vonalon.

Fokozat:A 304, 316L vagy 2205 nem változtatja meg a nyitott területet vagy a nyomásesést. Megváltoztatja a korróziós élettartamot és szilárdságot, és ezáltal a felhasználható lemezvastagságot.

A perforált lap egyszerűnek tűnik: egy lapos lemez tele lyukakkal. Mégis három szám dönti el, hogy szűrőben, szűrőben, áramláselosztóban vagy védőburkolatban működik-e: a nyitott terület, a furatminta és a rajta keresztüli nyomásesés. Össze vannak kapcsolva. A minta beállítja a nyitott területet, a nyitott terület a nyomásesést, és minden extra lyuk elveszi az erőt.

Ez az útmutató minden hivatkozást közérthető nyelven magyaráz el, megadja a képleteket, és számológéppel reprodukálható példákon keresztül dolgozik. Ha egy szám a saját számításunkból származik, nem pedig egy közzétett táblázatból, akkor ezt mondjuk.

Mi az a nyitott terület a rozsdamentes acél perforált lemezben, és hogyan kell kiszámítani?

A nyitott terület a lap felületének lyuk százalékos aránya. Ossza el egy lyuk területét az ismétlődő cella területével, amely tartalmazza, majd szorozza meg 100-zal. A 60 fokos eltolt mintázatú kerek lyukak esetén a parancsikon a következő90.69 × (d ÷ p)².

Gondoljon a lapra, mint egy csempézett padlóra. Minden lapkán van egy lyuk (vagy meghatározott számú lyuk). A nyitott terület azt jelzi, hogy mennyi üres az egyes lapkákból. Mivel a lapkát a lépésköz határozza meg, csak három bevitelre van szükség: furatméretre, osztásra és mintára. Használja ugyanazokat a mértékegységeket d és p értékhez, például millimétert.

A 90,69 konstans egy háromszög alakú rács geometriájából származik, amely a legsűrűbb módja a kerek lyukak betömésének. Ez egyben a felső határ is: csak akkor éri el, ha a lyukak összeérnek (d=p), amitől nem maradna fém lemez. Az egyenes sorok elpazarolják a lyukak közötti sarkokat, ezért az állandó 78,54-re csökken.

Működő példák

• A példa3 mm-es lyukak, 5 mm-es osztás, 60 fokos eltolás. d ÷ p=0.6 és 0,6²=0.36. Nyitott terület=90.69 × 0.36 =32.7%. Ugyanazok a lyukak egyenes mintában 78,54 × 0.36=28.3%-ot adnak.
• B példa.6 mm-es furatok, 9 mm-es osztás (írva: "6 @ 9"), 60 fokos eltolás. d ÷ p=0.667 és 0,667²=0.444. Nyitott terület=90.69 × 0.444 =40.3%.

Három gyakori hiba

• Rossz mintaképlet használata.Ha egy egyenes mintára 90,69-et alkalmazunk, az a nyitott területet körülbelül 15%-kal túlbecsüli.
• A hangmagasság-definíciók összekeverése.A szállítók különböznek abban, hogy a osztást a sor mentén vagy a sorok között mérik-e, és a 45 fokos mintákat többféleképpen határozzák meg. Erősítse meg a definíciót a rajzon.
• A margók figyelmen kívül hagyása.A képletek megadják a perforált mező nyitott területét. A mező körüli tömör szegélyek csökkentik a teljes lap nyitott területét.

Melyik lyukmintát válassza: 60 fokos lépcsőzetes, 90 fokos egyenes vagy 45 fokos lépcsős?

Válasszon60 fokban eltolthacsak nincs szükséged lyukakra az egyenes sorokban. Ez adja a legnagyobb nyitott területet a kerek lyukak számára, szélesebb hidakat hagy ugyanazon a nyitott területen, és a legtöbb perforátornál a standard minta.

Ugyanazon furatátmérőnél és osztásnál a 60 fokos minta 90,69 ÷ 78.54=1.155-szorosa a 90 fokos egyenes minta nyitott területének, ami15,5%-kal több. Meg lehet nézni másfelé is. Ahhoz, hogy ugyanazt a nyitott területet azonos furatmérettel érje el, a 60 fokos minta körülbelül 7,5%-kal nagyobb osztást használhat, így a furatok közötti fém szélesebb.

Itt van egy konkrét eset. Egy 5 mm-es furat 8 mm-es osztásközzel 60 fokos mintázatban 35,4%-os nyitott területet biztosít 3,0 mm-es hidakkal. Ahhoz, hogy egy egyenes mintában 35,4%-os legyen, a menetemelkedésnek körülbelül 7,4 mm-re kell zsugorodnia, így a hidak csak körülbelül 2,4 mm-esek maradnak. Ez nagyjából 20%-kal kevesebb fémet jelent a furatok között ugyanazon áramlási területen.

Mennyit veszít szilárdságából a perforált lap, ha a nyitott terület növekszik?

Több, mint amennyit a szabad terület száma sugall. A lyukak közötti legkeskenyebb fémcsík hordozza a terhelést, és ennek aránya a tömör lemezből nagyjából(p − d) ÷ p, az úgynevezett ínszalag hatékonyságát. 40%-os nyitott területen ez az arány csak körülbelül 33%.

Nyitott terület és erőhúzás ellentétes irányban. Ha nagyobb lyukat vagy kisebb emelkedést választva megemeli a nyitott területet, a lyukak közötti hidak elvékonyodnak. Mivel a hidak hordozzák a terhelést, az erő gyorsan csökken. A táblázat mutatja, milyen gyorsan.

Az utolsó sor a kompromisszumot mutatja. A 63%-os nyitott felülettel rendelkező lap az ISO 7805-1 szabvány 3 mm-es és vastagabb lemezekre előírt 23-64%-os sávjának teteje közelében helyezkedik el, de a legkeskenyebb szakaszon csak a szilárdságának körülbelül egyhatodát tartja meg.

A gyártók egyszerű hüvelykujjszabályokat alkalmaznak, hogy a lapokat kilyukaszthatók és laposak legyenek. Sokan legalább olyan szélesnek tartják a hidat, mint a lemezvastagság, és sokan a furat átmérőjét legalább a vastagsággal egyenlőnek tartják a szénacél esetében, és a vastagság 1,5-szeresét vagy nagyobbat a rozsdamentes acél esetében. A rozsdamentes acél megkeményedik és szívósabb, mint a szénacél, így a lyukasztók gyorsabban kopnak, és a vastag lemezeken nehezebb kis lyukakat készíteni. Ezek gyártói irányelvek, nem publikált szabványok, és a határértékek üzletenként változnak. Erősítse meg szállítójával.

Hogyan számítható ki a nyomásesés a perforált lapon?

Vékony, éles szélű laphozΔp = ζ × ½ × ρ × u², ahol u a megközelítési sebesség a lemez előtt, ρ a folyadék sűrűsége, ésζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², f a nyitott terület törtként. Az eredmény egy első becslés, amely magas Reynolds-számra érvényes; lásd lent a határértékeket.

Minden lyuk kis nyílásként működik. Az áramlás benyomódik a lyukakba, felgyorsul u ÷ f-ig, majd a túloldalon ismét kitágul, és a folyamat során energia veszít. A kisebb nyitott terület gyorsabb áramlást jelent a lyukakban és sokkal nagyobb veszteséget. A fenti képlet az Idelchik által összeállított vékonylemez eredmény, amelyet széles körben használnak a mérnöki kézikönyvekben.

Lépésről lépésre

1. Számítsa ki az f nyitott terület törtét az első szakasz képleteiből (35% nyitott terület azt jelenti, hogy f=0.35).
2. Határozza meg a megközelítési sebességet u=áramlási sebesség ÷ a lap felülete.
3. Számítsa ki a ζ-t a fenti képlettel, vagy olvassa le az alábbi táblázatból.
4. Számítsa ki Δp=ζ × ½ × ρ × u². Ha ρ kg/m³-ban és u m/s-ban van, Δp pascalban van megadva.

Működő példa: 5 @ 8 mm, 60 fokos eltolás

A nyitott terület 35,4%, tehát f=0.354 és ζ=11.7. Forlevegő 2 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Pa, 5,6 m/s lyuksebességgel. Mertvíz 0,5 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPa, 1,4 m/s lyuksebességgel.

Amit a számok mondanak

• A nyitott terület dominál.A nyitott terület 40%-ról 20%-ra történő vágása a ζ-t 8,2-ről 51,3-ra emeli, kb.6 alkalommala nyomásesés azonos áramlásnál.
• A sebesség négyzetes.Az áramlás megkétszerezése a nyomásesést néggyel megszorozza.
• Az eltömődés súlyosbítja a problémát.Ha a törmelék eltömi a lyukak felét, a nyitott terület feleződik, és a nyomásesés hasonló nagy tényezővel nő. Ez az oka annak, hogy a szűrő- és szűrőlapok mérete nagy, nyitott felülettel rendelkezik.

A képlet korlátai

A vékonylemez képlet a magas Reynolds-szám határértéke. A kidolgozott példában a lyuk Reynolds-számai csak körülbelül 1900 a levegőnél és 7000 a víznél (1,5 × 10–5 és 1,0 × 10–6 m²/s kinematikai viszkozitást feltételezve). Ez alatta van annak a tartománynak, ahol a veszteségi együttható a Reynolds-számtól függően megáll, ezért kezelje ezeket az eredményeket becslésként, és használja Idelchik Reynolds-függő diagramjait vagy tesztadatait, ha a válasz számít.

A valódi rozsdamentes lemezek vastagabbak is, mint a képletben feltételezett 0,015 átmérőarány. A háromszög-osztású lemezeken végzett kísérletek másodlagos összefoglalása arról számol be, hogy a nyomásveszteség csökken, ha a vastagság körülbelül 1,5 lyukátmérő felé emelkedik, majd kiegyenlít. A tipikus lapok esetében ezért a vékony táblaszámok általában a magas oldalon vannak. Az eredeti kísérleti adatokat közvetlenül nem tudtuk megerősíteni, ezért használja ezt trendként, ne korrekciós tényezőként.

A lyuk alakja és mintája megváltoztatja a nyomásesést?

Leginkább nyílt területen. A minta és a forma számít, mert ezek határozzák meg, hogy egy adott furatméret és -emelkedés mekkora nyitott területet biztosít. A közzétett Idelchik adatok kör alakú lyukakat fednek le; négyzetek és rések esetében a mérnökök általában egyenértékű hidraulikus átmérővel dolgoznak, és teszttel vagy CFD-vel erősítik meg.

A hidraulikus átmérő d_h=4 × nyitott terület ÷ nedvesített kerület. Kerek lyuk esetén megegyezik az átmérővel. Négyzet esetén ez megegyezik az oldalhosszúsággal. Kerek végű hornyoknál nagyobb, mint a nyílás szélessége, amint a táblázat mutatja.

A rozsdamentes acél minőség befolyásolja a nyitott területet vagy a nyomásesést?

Nem. A nyitott terület és a nyomásesés a geometriától és a folyadéktól függ, nem az ötvözettől. A minőség számít, mert ez határozza meg a korróziós élettartamot és a szilárdságot, a szilárdság pedig befolyásolja a lemez vastagságát.

A gyártás részletei fontosabbak, mint azt a legtöbb vásárló elvárja. A 0,1 mm-rel túlméretezett furat egy 3 mm-es furaton körülbelül 6,8%-kal megemeli a nyitott területet ((3,1 ÷ 3)²=1.068), ami nagyjából 12%-kal csökkenti a nyomásesést, ha a ζ-t 1 ÷ f²-hez közelíti (EETA becslés). Ezért a furattűrés hozzátartozik a rajzhoz. A sorja iránya, síksága és felületi minősége is számít. A sima, elektropolírozott élek ellenállnak a szennyeződésnek, és az alaplemez síksági határait az ASTM A240 tűréshatárairól szóló cikkünk tárgyalja.

Hogyan adja meg a perforált lapot, hogy a rendelés megfeleljen a számításának?

Adja meg a furat méretét, állását és mérési módját, a minta szögét, vastagságát, fokozatát és specifikációját, a margókat és a tűréseket. Minden hiányzó tétel esélye van annak, hogy a szállított lap eltér az Ön számításától.

Mely szabványok vonatkoznak a perforált rozsdamentes acéllemezekre?

Egyetlen szabvány sem fedi le a rozsdamentes perforált lemezeket a végétől a végéig. A furat- és osztásgeometriát általában az ISO 7805 sorozatból, az alapfémet pedig az ASTM A240 és A480 szabványból veszik át.

Források: ISO 7805-1, ISO 7805-2 és ISO 10630 katalógus bejegyzései (ISO, CCN/SCC, SFS). Az ISO dokumentumok alacsony szén-dioxid-kibocsátású acélra vonatkoznak; a rozsdamentes acél megrendeléseknél a vevők általában az ISO geometriára hivatkoznak, és az ASTM-et hivatkoznak az alapfémre. Erősítse meg a megközelítést a gyártóval.

Gyakran Ismételt Kérdések

K: Mi a tipikus nyitott terület a rozsdamentes acél perforált lemezeknél?

A: A legtöbb szabványos minta körülbelül 20% és 65% közötti nyitott terület közé esik. Az ISO 7805-1 szabvány előírja a osztás/furat arányokat, amelyek nagyjából 23–64%-os névleges nyitott területeket adnak a 3 mm-es és annál vastagabb lemezeknél. Magasabbra haladva nagyon szűk hidak keletkeznek a lyukak között, így az erő és a síkság szenved.

K: Mit jelent egy olyan kód, mint az „5 @ 8”?

A: Általában 5 mm-es lyukakat jelent a 8 mm-es középpontokon. A 60 fokos lépcsőzetes mintával ez 35,4%-os nyitott területet biztosít; 90 fokos egyenes mintázattal 30,7%-ot ad. Mindig ellenőrizze a mintát és azt, hogy a szállító hogyan méri a hangmagasságot.

K: A perforált lap elérheti a nyitott terület 90%-át?

A: Nem. A kerek furatok elméleti mennyezete 60 fokos eltolt mintázatban 90,69%, csak akkor érhető el, ha a lyukak érintkeznek (a furat átmérője megegyezik a dőlésszöggel). Ezen a ponton nem marad fém, amely lemezt alkotna, így a valódi termékek messze alatta maradnak.

K: Egy vastagabb lap csökkenti a nyomásesést?

A: Gyakran igen, egy bizonyos pontig. A cikkben szereplő vékonylemez képlet nagyon vékony lapot feltételez. A háromszög-osztású lemezeken publikált kísérletek arról számolnak be, hogy a veszteség csökken, ha a vastagság a furat átmérőjének körülbelül 1,5-szeresére nő, majd kiegyenlítődik. Vastag lemezek és kis lyukak esetén a falsúrlódás kezd számítani. Használjon tesztadatokat a kritikus tervekhez.

K: Különböző a nyomásesés a 304 és 316 literes perforált lemezeknél?

A: Nem. A nyomásesés függ a geometriától (nyitott terület, furat mérete, vastagsága) és a folyadéktól (sűrűség, sebesség, viszkozitás). A minőség megváltoztatja a korrózióállóságot és a szilárdságot, ami megváltoztathatja a választott vastagságot, és a vastagság befolyásolja a nyomásesést.

K: Hogyan konvertálhatom át a megközelítési sebességet furatsebességre?

A: Ossza el a megközelítési sebességet a nyitott terület törtével. Például 2 m/s sebességgel megközelítve egy 35%-os nyitott területű laphoz körülbelül 5,7 m/s a lyukak belsejében. A nyomásesést ez a nagyobb furatsebesség hajtja végre.