Blacha perforowana ze stali nierdzewnej: obliczanie powierzchni otwartej, wzór otworów i spadek ciśnienia

Otwarta powierzchnia (%)= powierzchnia otworu ÷ powierzchnia powtarzającego się wzoru × 100. Dla otworów okrągłych:90.69 × (d ÷ p)²dla wzoru naprzemiennego o kącie 60 stopni,78.54 × (d ÷ p)²dla układu prostego pod kątem 90 stopni (d=średnica otworu, p=odstęp od środka do środka).

Najlepszy wzór:Naprzemienne 60 stopni daje około 15% więcej otwartej przestrzeni niż 90 stopni proste przy tym samym rozmiarze otworów i nachyleniu, a także utrzymuje szersze metalowe mosty na tej samej otwartej przestrzeni.

Spadek ciśnienia:dla cienkiej blachy Δp=ζ × ½ρu², gdzie ζ=[0,707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f² i f to otwarta powierzchnia wyrażona ułamkiem. Wycięcie otwartej powierzchni z 40% do 20% zwielokrotnia spadek ciśnienia o około 6.

Wytrzymałość:bardziej otwarta przestrzeń oznacza mniej metalu pomiędzy otworami. Arkusz z 40% otwartą powierzchnią zachowuje tylko około jednej trzeciej wytrzymałości pełnego arkusza w najwęższej linii.

Stopień:304, 316L lub 2205 nie zmieniają otwartej przestrzeni ani spadku ciśnienia. Zmienia trwałość i wytrzymałość korozji, a co za tym idzie, grubość blachy, którą można zastosować.

Perforowany arkusz wygląda prosto: płaska płyta pełna dziur. Jednak o tym, czy będzie działać w filtrze, sicie, rozdzielaczu przepływu czy osłonie, decydują trzy liczby: otwarta przestrzeń, układ otworów i spadek ciśnienia na niej. Są powiązane. Wzór określa otwarty obszar, otwarty obszar określa spadek ciśnienia, a każdy dodatkowy otwór odbiera siłę.

W tym przewodniku objaśniono każde łącze prostym językiem, podano wzory i przedstawiono przykłady, które można odtworzyć za pomocą kalkulatora. Jeżeli liczba pochodzi z naszych własnych obliczeń, a nie z opublikowanej tabeli, mówimy o tym.

Co to jest otwarta powierzchnia w perforowanej płycie ze stali nierdzewnej i jak ją obliczyć?

Otwarty obszar to procent powierzchni arkusza stanowiący otwór. Podziel obszar jednego otworu przez obszar powtarzającej się komórki, która go zawiera, a następnie pomnóż przez 100. W przypadku okrągłych otworów w układzie przesuniętym o 60 stopni skrót to90.69 × (d ÷ p)².

Pomyśl o prześcieradle jak o podłodze wyłożonej kafelkami. Każda płytka posiada jeden otwór (lub stałą liczbę otworów). Otwarty obszar określa, jaka część każdej płytki jest pusta. Ponieważ płytka jest ustawiana na podstawie nachylenia, potrzebne są tylko trzy dane wejściowe: rozmiar otworu, skok i wzór. Użyj tych samych jednostek dla d i p, np. milimetrów.

Stała 90,69 pochodzi z geometrii siatki trójkątnej, która jest najgęstszym sposobem upakowania okrągłych otworów. Jest to również górna granica: osiągana jest tylko wtedy, gdy otwory stykają się (d=p), co nie pozostawia metalu, który mógłby utworzyć arkusz. Proste rzędy marnują rogi między otworami, dlatego stała spada do 78,54.

Przepracowane przykłady

• Przykład A.Otwory 3 mm, odstęp 5 mm, przesunięcie 60 stopni. d ÷ p=0.6 i 0,6²=0.36. Otwarta przestrzeń=90.69 × 0.36 =32.7%. Te same otwory w układzie prostym dają 78,54 × 0.36=28.3%.
• Przykład B.Otwory 6 mm, podziałka 9 mm (napisane „6 @ 9”), przesunięcie 60 stopni. d ÷ p=0.667 i 0,667²=0.444. Otwarta powierzchnia=90.69 × 0.444 =40.3%.

Trzy typowe błędy

• Użycie niewłaściwej formuły wzoru.Zastosowanie wartości 90,69 do wzoru prostego zawyża otwartą powierzchnię o około 15%.
• Mieszanie definicji wysokości tonu.Dostawcy różnią się pod względem tego, czy nachylenie jest mierzone wzdłuż rzędów, czy pomiędzy rzędami, a wzorce 45 stopni są definiowane na więcej niż jeden sposób. Potwierdź definicję na rysunku.
• Ignorowanie marginesów.Wzory podają otwartą powierzchnię perforowanego pola. Pełne obramowania wokół pola obniżają otwartą powierzchnię całego arkusza.

Który wzór otworów wybrać: naprzemienny 60 stopni, prosty 90 stopni czy naprzemienny 45 stopni?

Wybierać60 stopni przesuniętychyba że potrzebujesz otworów w prostych rzędach. Zapewnia najwyższą otwartą przestrzeń dla otworów okrągłych, pozostawia szersze mostki na tej samej otwartej przestrzeni i jest standardowym wzorem w większości perforatorów.

Przy tej samej średnicy i nachyleniu otworu wzór 60 stopni daje 90,69 ÷ 78.54=1.155 razy większą powierzchnię otwartego obszaru wzoru prostego 90 stopni, czyli15,5% więcej. Można na to spojrzeć także z drugiej strony. Aby trafić w ten sam otwarty obszar przy tym samym rozmiarze otworu, w przypadku wzoru 60 stopni można zastosować skok o około 7,5% większy, dzięki czemu metal pomiędzy otworami jest szerszy.

Oto konkretny przypadek. Otwór o średnicy 5 mm w odstępie 8 mm w układzie 60 stopni daje 35,4% otwartej powierzchni przy mostkach 3,0 mm. Aby dopasować 35,4% w układzie prostym, podziałka musi zmniejszyć się do około 7,4 mm, pozostawiając mostki o wielkości zaledwie około 2,4 mm. Oznacza to około 20% mniej metalu pomiędzy otworami przy tej samej powierzchni przepływu.

Ile wytrzymałości traci blacha perforowana wraz ze wzrostem otwartej powierzchni?

Więcej, niż sugeruje liczba otwartych przestrzeni. Najwęższy pasek metalu pomiędzy otworami przenosi obciążenie, a jego udział w litej blachy jest z grubsza(p − d) ÷ p, zwaną wydajnością więzadeł. Przy 40% powierzchni otwartej udział ten wynosi tylko około 33%.

Otwarta przestrzeń i siła przyciągają w przeciwnych kierunkach. Kiedy podnosisz otwartą przestrzeń, wybierając większy otwór lub mniejszy odstęp, mostki między otworami stają się cieńsze. Ponieważ mosty przenoszą obciążenie, wytrzymałość szybko spada. Tabela pokazuje, jak szybko.

Ostatni wiersz pokazuje kompromis. Arkusz o otwartej powierzchni wynoszącej 63% znajduje się w pobliżu górnej części pasma od 23% do 64% zalecanego przez normę ISO 7805-1 dla blach o grubości 3 mm i grubszych, a mimo to zachowuje tylko około jednej szóstej swojej wytrzymałości w najwęższym przekroju.

Producenci stosują proste zasady, aby arkusze były podatne na dziurkowanie i płaskie. Wiele z nich utrzymuje mostek co najmniej tak szeroki jak grubość blachy, a wiele z nich utrzymuje średnicę otworu co najmniej równą grubości w przypadku stali węglowej i około 1,5-krotności lub większej grubości w przypadku stali nierdzewnej. Stal nierdzewna twardnieje i jest twardsza niż stal węglowa, więc stemple zużywają się szybciej, a małe otwory w grubej blasze są trudniejsze do wykonania. Są to wytyczne producenta, a nie opublikowane standardy, a limity różnią się w zależności od sklepu. Potwierdź u swojego dostawcy.

Jak obliczyć spadek ciśnienia na arkuszu perforowanym?

W przypadku cienkiego arkusza o ostrych krawędziach,Δp = ζ × ½ × ρ × u², gdzie u jest prędkością zbliżania się przed arkuszem, ρ jest gęstością płynu, orazζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², gdzie f jest otwartym obszarem jako ułamek. Rezultatem jest pierwsze oszacowanie ważne przy wysokiej liczbie Reynoldsa; zobacz limity poniżej.

Każdy otwór działa jak mały otwór. Strumień wciska się w otwory, osiąga prędkość u ÷ f, po czym ponownie się rozszerza po dalszej stronie, powodując utratę energii. Mniejsza otwarta powierzchnia oznacza szybszy przepływ w otworach i znacznie większe straty. Powyższy wzór to wynik dla cienkiej płyty opracowany przez Idelchika i szeroko stosowany w podręcznikach inżynierskich.

Krok po kroku

1. Oblicz ułamek powierzchni otwartej f ze wzorów z pierwszej części (35% powierzchni otwartej oznacza f=0.35).
2. Znajdź prędkość zbliżania u=natężenie przepływu ÷ powierzchnię czołową arkusza.
3. Oblicz ζ za pomocą powyższego wzoru lub odczytaj go z poniższej tabeli.
4. Oblicz Δp=ζ × ½ × ρ × u². Przy ρ w kg/m3 i u w m/s, Δp wyraża się w paskalach.

Przykład praktyczny: 5 @ 8 mm, przesunięcie o 60 stopni

Otwarta powierzchnia wynosi 35,4%, więc f=0.354 i ζ=11.7. Forpowietrze z szybkością 2 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Pa, z prędkością otworu 5,6 m/s. Dlawoda z prędkością 0,5 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPa, z prędkością otworu 1,4 m/s.

Co mówią liczby

• Dominuje otwarta przestrzeń.Wycięcie otwartej powierzchni z 40% do 20% podnosi ζ z 8,2 do 51,3, o około6 razyspadek ciśnienia przy tym samym przepływie.
• Prędkość jest kwadratowa.Podwojenie przepływu zwiększa spadek ciśnienia czterokrotnie.
• Zatykanie pogłębia problem.Jeśli gruz zablokuje połowę otworów, otwarta przestrzeń zmniejszy się o połowę, a spadek ciśnienia wzrośnie o podobny duży współczynnik. Dlatego też arkusze filtrów i filtrów mają dużą otwartą przestrzeń.

Granice wzoru

Formuła cienkopłytkowa to górna granica liczby Reynoldsa. W opracowanym przykładzie liczba Reynoldsa otworu wynosi tylko około 1900 dla powietrza i 7000 dla wody (przy założeniu lepkości kinematycznych 1,5 × 10⁻⁵ i 1,0 × 10⁻⁶ m²/s). Jest to poniżej zakresu, w którym współczynnik strat zatrzymuje się w zależności od liczby Reynoldsa, więc traktuj te wyniki jako szacunkowe i korzystaj z wykresów zależnych od Reynoldsa Idelchika lub danych testowych, gdy odpowiedź ma znaczenie.

Prawdziwe blachy ze stali nierdzewnej są również grubsze niż stosunek średnicy 0,015, jaki zakłada formuła. Wtórne podsumowanie opublikowanych eksperymentów na płytach o podziałce trójkątnej podaje, że utrata ciśnienia spada wraz ze wzrostem grubości w kierunku około 1,5 średnicy otworu, a następnie się stabilizuje. Dlatego też w przypadku typowych arkuszy numeracja cienkich blach jest zazwyczaj zawyżona. Nie mogliśmy bezpośrednio potwierdzić oryginalnych danych eksperymentalnych, więc użyj tego jako trendu, a nie współczynnika korygującego.

Czy kształt i wzór otworu zmieniają spadek ciśnienia?

Głównie przez otwartą przestrzeń. Wzór i kształt mają znaczenie, ponieważ określają, ile otwartej przestrzeni zapewnia dany rozmiar otworu i skok. Opublikowane dane Idelchika obejmują okrągłe dziury; w przypadku kwadratów i szczelin inżynierowie zwykle pracują z równoważną średnicą hydrauliczną i potwierdzają to testem lub CFD.

Średnica hydrauliczna wynosi d_h=4 × otwarta powierzchnia ÷ obwód zwilżony. W przypadku otworu okrągłego jest to średnica. W przypadku kwadratu jest to długość boku. W przypadku szczeliny o zaokrąglonym końcu jest ona większa niż szerokość szczeliny, jak pokazano w tabeli.

Czy gatunek stali nierdzewnej wpływa na otwartą przestrzeń lub spadek ciśnienia?

Nie. Otwarta powierzchnia i spadek ciśnienia zależą od geometrii i płynu, a nie od stopu. Gatunek ma znaczenie, ponieważ określa trwałość i wytrzymałość na korozję, a wytrzymałość wpływa na grubość blachy.

Szczegóły wykonania mają większe znaczenie, niż większość kupujących się spodziewa. Otwór wykonany nadwymiarowo o 0,1 mm w otworze o średnicy 3 mm zwiększa otwartą powierzchnię o około 6,8% ((3,1 ÷ 3)²=1.068), co zmniejsza spadek ciśnienia o około 12%, jeśli przybliżymy ζ jako proporcjonalne do 1 ÷ f² (szacunki EETA). Dlatego tolerancja otworu znajduje się na rysunku. Kierunek zadziorów, płaskość i wykończenie powierzchni również mają znaczenie. Gładkie, elektropolerowane krawędzie są odporne na zabrudzenie, a granice płaskości płyty podstawy omówiono w naszym artykule na temat tolerancji ASTM A240.

Jak określić arkusz perforowany, aby kolejność odpowiadała Twoim obliczeniom?

Podaj rozmiar otworu, podziałkę i sposób jej pomiaru, kąt wzoru, grubość, gatunek i specyfikację, marginesy i tolerancje. Każdy brakujący element to szansa, że ​​dostarczony arkusz będzie się różnić od Twoich obliczeń.

Jakie normy mają zastosowanie do perforowanej blachy ze stali nierdzewnej?

Żaden pojedynczy standard nie obejmuje blachy perforowanej ze stali nierdzewnej od końca do końca. Geometria otworów i podziałek jest zwykle pobierana z serii ISO 7805, a metal nieszlachetny z ASTM A240 i A480.

Źródła: wpisy katalogowe ISO 7805-1, ISO 7805-2 i ISO 10630 (ISO, CCN/SCC, SFS). Dokumenty ISO dotyczą stali niskowęglowej; w przypadku zamówień na stal nierdzewną kupujący zazwyczaj odwołują się do geometrii ISO i podają ASTM w przypadku metalu nieszlachetnego. Potwierdź podejście u swojego producenta.

Często zadawane pytania

P: Jaka jest typowa otwarta przestrzeń dla blachy perforowanej ze stali nierdzewnej?

A: Większość standardowych wzorów mieści się w przedziale od około 20% do 65% otwartej powierzchni. ISO 7805-1 określa stosunki podziałki do otworu, które dają nominalne otwarte obszary od około 23% do 64% dla płyty o grubości 3 mm i większej. Wejście wyżej pozostawia bardzo wąskie mosty między dziurami, przez co cierpi na tym siła i płaskość.

P: Co oznacza kod taki jak „5 @ 8”?

A: Zwykle oznacza to otwory o średnicy 5 mm i środkach co 8 mm. Przy układzie schodkowym o kącie 60 stopni daje to 35,4% otwartej powierzchni; przy układzie prostym pod kątem 90 stopni daje to 30,7%. Zawsze potwierdzaj wzór i sposób, w jaki dostawca mierzy wysokość tonu.

P: Czy blacha perforowana może osiągnąć 90% otwartej przestrzeni?

A: Nie. Teoretyczny pułap dla otworów okrągłych w układzie naprzemiennym pod kątem 60 stopni wynosi 90,69% i jest osiągany tylko wtedy, gdy otwory się stykają (średnica otworu równa się podziałce). W tym momencie nie pozostaje już żaden metal tworzący arkusz, więc prawdziwe produkty pozostają znacznie poniżej niego.

P: Czy grubszy arkusz zmniejsza spadek ciśnienia?

A: Często tak, do pewnego momentu. Formuła cienkiej płyty w tym artykule zakłada bardzo cienki arkusz. Opublikowane eksperymenty na płytkach o podziałce trójkątnej donoszą, że straty maleją wraz ze wzrostem grubości w kierunku około 1,5 średnicy otworu, a następnie wyrównują się. W przypadku grubych blach i małych otworów tarcie o ścianę zaczyna mieć znaczenie. Użyj danych testowych w przypadku projektów krytycznych.

P: Czy spadek ciśnienia jest inny w przypadku blachy perforowanej 304 i 316L?

A: Nie. Spadek ciśnienia zależy od geometrii (otwarta powierzchnia, wielkość otworu, grubość) i płynu (gęstość, prędkość, lepkość). Gatunek zmienia odporność na korozję i wytrzymałość, co może zmienić wybraną grubość, a grubość wpływa na spadek ciśnienia.

P: Jak przeliczyć prędkość podejścia na prędkość w otworze?

A: Podziel prędkość podejścia przez frakcję otwartej przestrzeni. Na przykład, prędkość 2 m/s przy zbliżaniu się do arkusza z 35% prześwitem wynosi około 5,7 m/s wewnątrz otworów. Spadek ciśnienia wynika z większej prędkości otworu.