Perforirana ploča od nehrđajućeg čelika: izračun otvorene površine, uzorak rupa i pad tlaka

Otvoreno područje (%)= površina rupe ÷ površina uzorka koji se ponavlja × 100. Za okrugle rupe:90.69 × (d ÷ p)²za raspoređeni uzorak od 60 stupnjeva,78.54 × (d ÷ p)²za ravni uzorak od 90 stupnjeva (d=promjer rupe, p=razmak od središta do središta).

Najbolji uzorak:Raspoređeno pod kutom od 60 stupnjeva daje oko 15% više otvorene površine nego ravno pod kutom od 90 stupnjeva pri istoj veličini rupe i nagibu i zadržava šire metalne mostove na istom otvorenom području.

Pad tlaka:za tanku ploču, Δp=ζ × ½ρu², gdje je ζ=[0,707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², a f je otvoreno područje kao razlomak. Rezanje otvorene površine s 40% na 20% množi pad tlaka za oko 6.

Snaga:više otvorene površine znači manje metala između rupa. Ploča s 40% otvorene površine zadržava samo oko jednu trećinu čvrstoće čvrstog lima preko najuže linije.

Razred:304, 316L ili 2205 ne mijenja otvorenu površinu ili pad tlaka. Mijenja vijek trajanja i čvrstoću protiv korozije, a time i debljinu ploče koju možete koristiti.

Perforirana ploča izgleda jednostavno: ravna ploča puna rupa. Ipak, tri broja odlučuju hoće li raditi u filtru, rešetki, razdjelniku protoka ili zaštiti: otvoreno područje, uzorak otvora i pad tlaka na njemu. Oni su povezani. Uzorak određuje otvoreno područje, otvoreno područje određuje pad tlaka, a svaka dodatna rupa oduzima snagu.

Ovaj vodič objašnjava svaku vezu jednostavnim jezikom, daje formule i radi kroz primjere koje možete reproducirati pomoću kalkulatora. Kada broj dolazi iz našeg vlastitog izračuna, a ne iz objavljene tablice, mi to kažemo.

Što je otvorena površina u perforiranom limu od nehrđajućeg čelika i kako se to izračunava?

Otvorena površina postotak je površine lista koja ima rupu. Podijelite površinu jedne rupe s površinom ponavljajuće ćelije koja je sadrži, a zatim pomnožite sa 100. Za okrugle rupe raspoređene pod kutom od 60 stupnjeva, prečac je90.69 × (d ÷ p)².

Zamislite plahtu kao popločani pod. Svaka pločica ima jednu rupu (ili fiksni broj rupa). Otvoreno područje je koliko je svaka pločica prazna. Budući da je pločica postavljena korakom, potrebna su samo tri unosa: veličina rupe, korak i uzorak. Koristite iste jedinice za d i p, kao što su milimetri.

Konstanta 90,69 dolazi iz geometrije trokutaste mreže, što je najgušći način pakiranja okruglih rupa. To je ujedno i gornja granica: ona se postiže samo ako se rupe dodiruju (d=p), što ne bi ostavilo metal za formiranje lima. Ravni redovi troše kutove između rupa, zbog čega konstanta pada na 78,54.

Radni primjeri

• Primjer A.Rupe od 3 mm, razmak od 5 mm, pomaknuto pod kutom od 60 stupnjeva. d ÷ p=0.6 i 0,6²=0.36. Otvoreno područje=90.69 × 0.36 =32.7%. Iste rupe u ravnom uzorku daju 78,54 × 0.36=28.3%.
• Primjer B.Rupe od 6 mm, razmak od 9 mm (napisano "6 @ 9"), pomaknuto pod kutom od 60 stupnjeva. d ÷ p=0.667 i 0,667²=0.444. Otvoreno područje=90.69 × 0.444 =40.3%.

Tri uobičajene pogreške

• Korištenje pogrešne formule uzorka.Primjena 90.69 na ravan uzorak prenaglašava otvorenu površinu za oko 15%.
• Miješanje definicija visine tona.Dobavljači se razlikuju po tome mjeri li se nagib uzduž reda ili između redova, a uzorci od 45 stupnjeva definirani su na više načina. Potvrdite definiciju na crtežu.
• Ignoriranje margina.Formule daju otvorenu površinu perforiranog polja. Čvrsti rubovi oko polja spuštaju otvoreno područje cijelog lista.

Koji biste uzorak rupa trebali odabrati: raspoređene pod kutom od 60 stupnjeva, ravne pod kutom od 90 stupnjeva ili raspoređene pod kutom od 45 stupnjeva?

Odaberite60 stupnjeva pomaknutoosim ako ne trebate rupe u ravnim redovima. Daje najveću otvorenu površinu za okrugle rupe, ostavlja šire mostove na istoj otvorenoj površini i standardni je uzorak na većini perforatora.

Pri istom promjeru rupe i koraku, uzorak od 60 stupnjeva daje 90,69 ÷ 78.54=1.155 puta otvoreno područje ravnog uzorka od 90 stupnjeva, što je15,5% više. Možete to pogledati i s druge strane. Da bi se pogodilo isto otvoreno područje s istom veličinom rupe, uzorak od 60 stupnjeva može koristiti korak veći za oko 7,5%, tako da je metal između rupa širi.

Evo konkretnog slučaja. Rupa od 5 mm na koraku od 8 mm u obrascu od 60 stupnjeva daje 35,4% otvorene površine s mostovima od 3,0 mm. Da bi odgovarao 35,4% u ravnom uzorku, korak se mora smanjiti na oko 7,4 mm, ostavljajući mostove od samo oko 2,4 mm. To je otprilike 20% manje metala između rupa za isto područje protoka.

Koliko čvrstoće gubi perforirana ploča s povećanjem otvorene površine?

Više nego što sugerira broj otvorenih površina. Najuža traka metala između rupa nosi opterećenje, a njen udio u čvrstom listu je otprilike(p − d) ÷ p, koja se naziva učinkovitost ligamenta. Na 40% otvorene površine taj udio je tek oko 33%.

Otvoreno područje i snaga povlačenja u suprotnim smjerovima. Kada podignete otvoreno područje odabirom veće rupe ili manjeg koraka, mostovi između rupa postaju tanji. Budući da mostovi nose teret, snaga brzo opada. Tablica pokazuje koliko brzo.

Posljednji redak prikazuje kompromis. Lim sa 63% otvorene površine nalazi se blizu vrha pojasa od 23% do 64% koji ISO 7805-1 propisuje za ploče debljine 3 mm i deblje, ali zadržava samo oko jednu šestinu svoje čvrstoće u najužem dijelu.

Proizvođači koriste jednostavna pravila kako bi listovi bili ravni i probušeni. Mnogi drže most širok barem onoliko koliko je debljina lima, a mnogi drže promjer otvora barem jednak debljini za ugljični čelik i oko 1,5 puta debljini ili više za nehrđajući čelik. Nehrđajući čelik stvrdnjava se i čvršći je od ugljičnog čelika, pa se bušilice brže troše, a male rupe u debelom limu teže je napraviti. Ovo su smjernice proizvođača, a ne objavljeni standardi, a ograničenja se razlikuju ovisno o trgovini. Potvrdite kod svog dobavljača.

Kako izračunati pad tlaka preko perforirane ploče?

Za tanak lim s oštrim rubovima,Δp = ζ × ½ × ρ × u², gdje je u pristupna brzina uzvodno od ploče, ρ je gustoća fluida, iζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², s f otvorenim područjem kao razlomkom. Rezultat je prva procjena važeća pri visokom Reynoldsovom broju; pogledajte ograničenja u nastavku.

Svaka rupa djeluje kao mali otvor. Protok se utisne u rupe, ubrzava do u ÷ f, zatim se ponovno širi na suprotnoj strani, a energija se pritom gubi. Manja otvorena površina znači brži protok u rupama i mnogo veći gubitak. Gornja formula rezultat je tanke ploče koju je sastavio Idelchik i široko se koristi u inženjerskim priručnicima.

Korak po korak

1. Izračunajte udio otvorene površine f iz formula u prvom odjeljku (35% otvorene površine znači f=0.35).
2. Nađite pristupnu brzinu u=brzina protoka ÷ površina ploče.
3. Izračunajte ζ gornjom formulom ili je pročitajte iz donje tablice.
4. Izračunajte Δp=ζ × ½ × ρ × u². Uz ρ u kg/m³ i u u m/s, Δp je u paskalima.

Radni primjer: 5 @ 8 mm, pomaknuto pod kutom od 60 stupnjeva

Otvoreno područje je 35,4%, dakle f=0.354 i ζ=11.7. Forzraka pri 2 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Pa, s brzinom otvora od 5,6 m/s. Zavode pri 0,5 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPa, s brzinom otvora od 1,4 m/s.

Što vam brojke govore

• Dominira otvoreni prostor.Rezanje otvorenog područja s 40% na 20% podiže ζ s 8,2 na 51,3, oko6 putapad tlaka pri istom protoku.
• Brzina je na kvadrat.Udvostručenje protoka množi pad tlaka za četiri.
• Začepljenje pogoršava problem.Ako krhotine blokiraju polovicu rupa, otvoreno područje se prepolovljuje i pad tlaka raste za sličan veliki faktor. Zbog toga su listovi filtera i cjedila dimenzionirani s velikim otvorenim prostorom.

Granice formule

Formula tanke ploče je granica visokog Reynoldsovog broja. U obrađenom primjeru, Reynoldsovi brojevi otvora su samo oko 1900 za zrak i 7000 za vodu (pod pretpostavkom kinematičke viskoznosti od 1,5 × 10⁻⁵ i 1,0 × 10⁻⁶ m²/s). To je ispod raspona u kojem koeficijent gubitka prestaje ovisiti o Reynoldsovom broju, stoga tretirajte ove rezultate kao procjenu i koristite Idelchikove grafikone ovisne o Reynoldsu ili testne podatke kada je odgovor važan.

Prave nehrđajuće ploče također su deblje od omjera promjera 0,015 koji pretpostavlja formula. Sekundarni sažetak objavljenih eksperimenata na pločama s trokutastim korakom izvještava da gubitak tlaka pada kako debljina raste prema promjeru otvora od oko 1,5, a zatim se smanjuje. Za tipične listove, brojevi za tanke ploče stoga imaju tendenciju da budu na visokoj strani. Nismo mogli izravno potvrditi izvorne eksperimentalne podatke, stoga ovo koristite kao trend, a ne faktor korekcije.

Mijenjaju li oblik i uzorak rupe pad tlaka?

Uglavnom kroz otvoreni prostor. Uzorak i oblik su važni jer određuju koliko otvorene površine daje određena veličina rupe i korak. Objavljeni Idelchik podaci pokrivaju kružne rupe; za kvadrate i utore, inženjeri obično rade s ekvivalentnim hidrauličkim promjerom i potvrđuju testom ili CFD.

Hidraulički promjer je d_h=4 × otvoreno područje ÷ mokri perimetar. Za okruglu rupu jednak je promjeru. Za kvadrat je jednaka duljini stranice. Za utor s okruglim krajem veći je od širine utora, kao što pokazuje tablica.

Utječe li vrsta nehrđajućeg čelika na otvoreno područje ili pad tlaka?

Otvoreno područje i pad tlaka ovise o geometriji i tekućini, a ne o leguri. Kvaliteta je važna jer određuje vijek trajanja i čvrstoću protiv korozije, a čvrstoća utječe na debljinu lima.

Detalji izrade važniji su nego što većina kupaca očekuje. Rupa veća od 0,1 mm na rupi od 3 mm podiže otvorenu površinu za oko 6,8% ((3,1 ÷ 3)²=1.068), što smanjuje pad tlaka za otprilike 12% ako aproksimirate ζ proporcionalno 1 ÷ f² (EETA procjena). Zato tolerancija rupa pripada crtežu. Također su važni smjer neravnina, ravnost i završna obrada površine. Glatki, elektropolirani rubovi otporni su na prljanje, a ograničenja ravnosti za osnovnu ploču obrađena su u našem članku o tolerancijama ASTM A240.

Kako odrediti perforirani lim tako da narudžba odgovara vašem izračunu?

Navedite veličinu rupe, korak i način na koji se mjeri, kut uzorka, debljinu, stupanj i specifikaciju, margine i tolerancije. Svaka stavka koja nedostaje je šansa da se isporučeni list razlikuje od vaše kalkulacije.

Koji se standardi primjenjuju na perforirani lim od nehrđajućeg čelika?

Niti jedan standard ne pokriva nehrđajući perforirani lim od kraja do kraja. Geometrija otvora i koraka obično se preuzima iz serije ISO 7805, a osnovni metal iz ASTM A240 i A480.

Izvori: ISO 7805-1, ISO 7805-2 i ISO 10630 kataloški unosi (ISO, CCN/SCC, SFS). ISO dokumenti odnose se na niskougljični čelik; za narudžbe od nehrđajućeg čelika, kupci se obično pozivaju na ISO geometriju i navode ASTM kao osnovni metal. Potvrdite pristup sa svojim proizvođačem.

Često postavljana pitanja

P: Što je tipično otvoreno područje za perforirane ploče od nehrđajućeg čelika?

A: Većina standardnih uzoraka nalazi se između 20% i 65% otvorene površine. ISO 7805-1 propisuje omjere nagiba i otvora koji daju nominalne otvorene površine od otprilike 23% do 64% za ploču debljine 3 mm i više. Kad se ide više, ostavljaju vrlo uske mostove između rupa, pa trpe čvrstoća i ravnost.

P: Što znači kod poput "5 @ 8"?

A: To obično znači rupe od 5 mm na središtima od 8 mm. S raspoređenim uzorkom od 60 stupnjeva to daje 35,4% otvorene površine; s ravnim uzorkom od 90 stupnjeva daje 30,7%. Uvijek potvrdite uzorak i kako dobavljač mjeri visinu.

P: Može li perforirana ploča doseći 90% otvorene površine?

A: Ne. Teoretska gornja granica za okrugle rupe u raspoređenom uzorku od 60 stupnjeva je 90,69%, postignuta samo kada se rupe dodiruju (promjer rupe jednak je koraku). U tom trenutku više nema metala koji bi formirao lim, tako da pravi proizvodi ostaju daleko ispod njega.

P: Smanjuje li deblji lim pad tlaka?

A: Često da, do određene točke. Formula za tanke ploče u ovom članku pretpostavlja vrlo tanke ploče. Objavljeni eksperimenti na pločama s trokutastim korakom izvješćuju da gubitak opada kako debljina raste prema otprilike 1,5 puta promjeru otvora, a zatim se smanjuje. Za debeli lim i male rupe, trenje zida počinje biti važno. Koristite testne podatke za kritične dizajne.

P: Razlikuje li se pad tlaka za perforirani lim 304 i 316L?

A: Ne. Pad tlaka ovisi o geometriji (otvoreno područje, veličina otvora, debljina) i tekućini (gustoća, brzina, viskoznost). Kvaliteta mijenja otpornost na koroziju i čvrstoću, što može promijeniti debljinu koju odaberete, a debljina utječe na pad tlaka.

P: Kako mogu pretvoriti prilaznu brzinu u brzinu otvora?

A: Podijelite prilaznu brzinu s udjelom otvorene površine. Na primjer, 2 m/s pri približavanju listu s 35% otvorene površine postaje oko 5,7 m/s unutar rupa. Pad tlaka je uzrokovan ovom većom brzinom otvora.