Перфорований лист з нержавіючої сталі: розрахунок відкритої площі, шаблон отворів і перепад тиску

Відкрита площа (%)= площа отвору ÷ площа повторюваного малюнка × 100. Для круглих отворів:90.69 × (d ÷ p)²для візерунка в шаховому порядку на 60 градусів,78.54 × (d ÷ p)²для прямої схеми під кутом 90 градусів (d=діаметр отвору, p=крок між центрами).

Кращий візерунок:60 градусів у шаховому порядку дає приблизно на 15% більше відкритої площі, ніж 90 градусів по прямій при тому самому розмірі отвору та кроку, і він утримує ширші металеві мости на тій самій відкритій площі.

Падіння тиску:для тонкого листа Δp=ζ × ½ρu², де ζ=[0,707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², а f — це відкрита площа у дробі. Зменшення відкритої площі з 40% до 20% збільшує падіння тиску приблизно в 6 разів.

Міцність:більше відкритої площі означає менше металу між отворами. Лист із 40% відкритої площі зберігає лише приблизно одну третину міцності суцільного листа по найвужчій лінії.

клас:304, 316L або 2205 не змінює відкриту площу або падіння тиску. Це змінює стійкість до корозії та міцність, а отже, товщину листа, який ви можете використовувати.

Перфорований лист виглядає просто: плоска пластина, повна дірок. Проте три числа вирішують, чи працює він у фільтрі, сітці, розподільнику потоку чи захисті: відкрита зона, схема отвору та перепад тиску на ньому. Вони пов'язані. Шаблон визначає відкриту область, відкрита область встановлює перепад тиску, а кожен додатковий отвір забирає силу.

У цьому посібнику пояснюється кожне посилання простою мовою, наводяться формули та працюють приклади, які можна відтворити за допомогою калькулятора. Коли число походить із наших власних розрахунків, а не з опублікованої таблиці, ми так говоримо.

Що таке відкрита площа перфорованого листа з нержавіючої сталі та як її обчислити?

Відкрита площа – це відсоток лицьової сторони аркуша з отворами. Поділіть площу одного отвору на площу повторюваної комірки, яка його містить, а потім помножте на 100. Для круглих отворів у шаховому порядку на 60 градусів ярлик:90.69 × (d ÷ p)².

Думайте про простирадло як про плиткову підлогу. Кожна плитка містить один отвір (або фіксовану кількість отворів). Відкрита площа - це кількість порожніх плиток. Оскільки плитка встановлюється за кроком, потрібні лише три вхідні дані: розмір отвору, крок і візерунок. Використовуйте ті самі одиниці для d і p, наприклад міліметри.

Константа 90,69 походить від геометрії трикутної сітки, яка є найщільнішим способом упаковки круглих отворів. Це також верхня межа: вона досягається, лише якщо отвори торкаються (d=p), що не залишає металу для формування листа. Прямі ряди втрачають кути між отворами, через що константа падає до 78,54.

Відпрацьовані приклади

• Приклад А.Отвори 3 мм, крок 5 мм, 60 градусів у шаховому порядку. d ÷ p=0.6 і 0,6²=0.36. Відкрита область=90.69 × 0.36 =32.7%. Ті самі отвори в прямій схемі дають 78,54 × 0.36=28.3%.
• Приклад Б.Отвори 6 мм, крок 9 мм (написано «6 @ 9»), 60 градусів у шаховому порядку. d ÷ p=0.667 і 0,667²=0.444. Відкрита область=90.69 × 0.444 =40.3%.

Три поширені помилки

• Використання неправильної формули шаблону.Застосування 90.69 до прямолінійного малюнка завищує відкриту площу приблизно на 15%.
• Змішування визначень висоти.Постачальники розходяться в тому, чи крок вимірюється вздовж ряду чи між рядами, і шаблони 45 градусів визначаються кількома способами. Закріпіть визначення за кресленням.
• Ігнорування полів.Формули дають відкриту площу перфорованого поля. Суцільні рамки навколо поля опускають відкриту область усього аркуша.

Який шаблон отворів вибрати: 60 градусів у шаховому порядку, 90 градусів прямий чи 45 градусів у шаховому порядку?

Виберіть60 градусів у шаховому порядкуякщо вам не потрібні отвори в прямих рядах. Це дає найбільшу відкриту площу для круглих отворів, залишає ширші перемички на тій самій відкритій площі та є стандартною схемою для більшості перфораторів.

За однакового діаметра отвору та кроку 60-градусний візерунок дає 90,69 ÷ 78.54=1.155 разів більшу відкриту площу 90-градусного прямолінійного шаблону, тобтона 15,5% більше. Ви також можете подивитися на це з іншого боку. Щоб потрапити на ту саму відкриту ділянку з однаковим розміром отвору, шаблон 60 градусів може використовувати крок приблизно на 7,5% більший, тому метал між отворами ширший.

Ось конкретний випадок. Отвір діаметром 5 мм із кроком 8 мм під кутом 60 градусів дає 35,4% відкритої площі з містками 3,0 мм. Щоб відповідати 35,4% у прямій структурі, крок повинен зменшитися приблизно до 7,4 мм, залишаючи містки лише приблизно 2,4 мм. Це приблизно на 20% менше металу між отворами для тієї самої площі потоку.

Скільки міцності втрачає перфорований лист із збільшенням відкритої площі?

Більше, ніж свідчить кількість відкритих майданчиків. Найвужча смужка металу між отворами несе навантаження, і її частка в суцільному листі становить приблизно(p − d) ÷ p, називається ефективністю зв'язки. При 40% відкритої площі ця частка становить лише близько 33%.

Відкрита площа і сила тяги в протилежних напрямках. Коли ви піднімаєте відкриту область, вибираючи більший отвір або менший крок, перемички між отворами стають тоншими. Через те, що мости несуть навантаження, міцність швидко падає. У таблиці показано, як швидко.

Останній рядок показує компроміс. Лист із відкритою площею 63% розташований у верхній частині діапазону від 23% до 64%, який ISO 7805-1 передбачає для пластини товщиною 3 мм і товщі, але він зберігає лише приблизно одну шосту своєї міцності в найвужчому розділі.

Виробники користуються простими емпіричними правилами, щоб листи залишалися перфорованими та плоскими. Багато зберігають перемичку принаймні такою ж шириною, як товщина листа, а багато зберігають діаметр отвору, щонайменше, дорівнює товщині вуглецевої сталі та приблизно в 1,5 рази або більше за товщину нержавіючої сталі. Нержавіюча сталь зміцнюється та є міцнішою, ніж вуглецева сталь, тому пуансони зношуються швидше, а невеликі отвори в товстому листі важче зробити. Це рекомендації виробника, а не опубліковані стандарти, і обмеження залежать від магазину. Підтвердьте у свого постачальника.

Як розрахувати перепад тиску на перфорованому листі?

Для тонкого аркуша з гострими краями,Δp = ζ × ½ × ρ × u², де u — швидкість наближення до листа, ρ — густина рідини, іζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², де f – відкрита площа як частка. Результатом є перша оцінка, дійсна при високому числі Рейнольдса; дивіться обмеження нижче.

Кожен отвір діє як маленький отвір. Потік стискається в отвори, прискорюється до u ÷ f, потім знову розширюється на дальній стороні, і при цьому енергія втрачається. Менша відкрита площа означає швидший потік в отворах і набагато більші втрати. Наведена вище формула є результатом тонкої пластини, зібраний Ідельчиком і широко використовується в інженерних довідниках.

Крок за кроком

1. Обчисліть частку відкритої площі f за формулами в першому розділі (35% відкритої площі означає f=0.35).
2. Знайти швидкість наближення u=витрата ÷ площа лицьової сторони листа.
3. Обчисліть ζ за наведеною вище формулою або прочитайте її з таблиці нижче.
4. Обчисліть Δp=ζ × ½ × ρ × u². З ρ у кг/м³ та u у м/с, Δp у паскалях.

Приклад роботи: 5 @ 8 мм, 60 градусів у шаховому порядку

Відкрита площа становить 35,4%, тому f=0.354 і ζ=11.7. Forповітря зі швидкістю 2 м/с, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Pa, зі швидкістю отвору 5,6 м/с. длявода 0,5 м/с, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPa, зі швидкістю отвору 1,4 м/с.

Що вам говорять цифри

• Домінує відкрита місцевість.Зрізання відкритої площі від 40% до 20% підвищує ζ з 8,2 до 51,3, приблизно6 разівпадіння тиску при тій же витраті.
• Швидкість у квадраті.Подвоєння потоку збільшує падіння тиску вчетверо.
• Засмічення посилює проблему.Якщо сміття блокує половину отворів, відкрита площа зменшується вдвічі, а падіння тиску зростає у такий же великий коефіцієнт. Ось чому фільтри та сітчасті листи мають великий розмір відкритої площі.

Межі формули

Формула тонкої пластини є межею високого числа Рейнольдса. У обробленому прикладі діркові числа Рейнольдса становлять лише близько 1900 для повітря та 7000 для води (припускаючи, що кінематична в’язкість становить 1,5 × 10⁻⁵ та 1,0 × 10⁻⁶ м²/с). Це нижче діапазону, де коефіцієнт втрат припиняється залежати від числа Рейнольдса, тому розглядайте ці результати як оцінку та використовуйте залежні від Рейнольдса діаграми Ідельчика або дані тесту, коли відповідь має значення.

Справжні листи з нержавіючої сталі також товщі, ніж коефіцієнт діаметра 0,015, який передбачає формула. Вторинний підсумок опублікованих експериментів на пластинах з трикутним кроком повідомляє, що втрата тиску падає, коли товщина збільшується приблизно до 1,5 діаметра отвору, а потім вирівнюється. Тому для типових аркушів цифри для тонких пластин мають тенденцію бути вище. Ми не змогли безпосередньо підтвердити вихідні експериментальні дані, тому використовуйте це як тенденцію, а не як коригувальний коефіцієнт.

Чи змінюють форму та малюнок отвору перепад тиску?

Переважно через відкриту місцевість. Візерунок і форма мають значення, тому що вони встановлюють, скільки відкритої площі забезпечує заданий розмір отвору та крок. Опубліковані дані Idelchik охоплюють круглі отвори; для квадратів і пазів інженери зазвичай працюють з еквівалентним гідравлічним діаметром і підтверджують випробуванням або CFD.

Гідравлічний діаметр становить d_h=4 × відкрита площа ÷ зволожений периметр. Для круглого отвору він дорівнює діаметру. Для квадрата він дорівнює довжині сторони. Для щілини з круглим кінцем вона більша за ширину щілини, як показано в таблиці.

Чи впливає сорт нержавіючої сталі на відкриту площу чи падіння тиску?

Ні. Відкрита площа та падіння тиску залежать від геометрії та рідини, а не від сплаву. Клас має значення, оскільки він визначає корозійний термін і міцність, а міцність впливає на те, наскільки товщиною повинен бути лист.

Деталі виготовлення важливіші, ніж очікує більшість покупців. Отвір, зроблений на 0,1 мм більшим за розмір отвору 3 мм, збільшує відкриту площу приблизно на 6,8% ((3,1 ÷ 3)²=1.068), що знижує падіння тиску приблизно на 12%, якщо ви наближаєте ζ як пропорційне 1 ÷ f² (оцінка EETA). Тому допуск на отвір належить до креслення. Напрямок задирок, рівність і якість поверхні також мають значення. Гладкі, електрополіровані краї стійкі до забруднення, а межі площинності для базової плити розглядаються в нашій статті про допуски ASTM A240.

Як вибрати перфорований лист, щоб замовлення відповідало вашим розрахункам?

Вкажіть розмір отвору, крок і спосіб його вимірювання, кут малюнка, товщину, клас і специфікацію, межі та допуски. Кожен відсутній елемент - шанс, що доставлений аркуш буде відрізнятися від вашого розрахунку.

Які стандарти застосовуються до перфорованого листа з нержавіючої сталі?

Жоден стандарт не покриває нержавіючий перфорований лист від кінця до кінця. Геометрія отворів і кроків зазвичай береться з серії ISO 7805, а основний метал - з ASTM A240 і A480.

Джерела: записи каталогу ISO 7805-1, ISO 7805-2 та ISO 10630 (ISO, CCN/SCC, SFS). Документи ISO стосуються низьковуглецевої сталі; для замовлень із нержавіючої сталі покупці зазвичай посилаються на геометрію ISO та цитують ASTM як основний метал. Підтвердьте підхід у свого виробника.

Часті запитання

Q: Яка типова відкрита зона для перфорованого листа з нержавіючої сталі?

A: Більшість стандартних візерунків займає приблизно від 20% до 65% відкритої площі. ISO 7805-1 визначає співвідношення кроку до отвору, які дають номінальні відкриті площі приблизно від 23% до 64% ​​для пластини товщиною 3 мм і більше. Підйом вище залишає дуже вузькі містки між отворами, тому міцність і площинність страждають.

З: Що означає такий код, як "5 @ 8"?

A: Зазвичай це означає отвори діаметром 5 мм на центрах 8 мм. З шаховою структурою 60 градусів це дає 35,4% відкритої площі; з прямою схемою 90 градусів це дає 30,7%. Завжди перевіряйте шаблон і те, як постачальник вимірює крок.

Q: Чи може перфорований лист досягати 90% відкритої площі?

A: Ні. Теоретична межа для круглих отворів у шаховому порядку на 60 градусів становить 90,69%, що досягається лише тоді, коли отвори торкаються (діаметр отвору дорівнює кроку). У цей момент не залишається металу для формування листа, тому справжні вироби залишаються набагато нижче нього.

Питання: Чи знижує перепад тиску товщий лист?

A: Часто так, до певного моменту. Формула тонкої пластини в цій статті передбачає дуже тонкий лист. Опубліковані експерименти на пластинах із трикутним кроком повідомляють, що втрати зменшуються, коли товщина збільшується приблизно в 1,5 рази більше діаметра отвору, а потім вирівнюється. Для товстого листа та невеликих отворів тертя стінок починає мати значення. Використовуйте тестові дані для критичних проектів.

З: Чи відрізняється перепад тиску для перфорованого листа 304 і 316L?

A: Ні. Падіння тиску залежить від геометрії (відкрита площа, розмір отвору, товщина) і рідини (щільність, швидкість, в’язкість). Сорт змінює стійкість до корозії та міцність, що може змінити товщину, яку ви вибираєте, а товщина впливає на падіння тиску.

З: Як перетворити швидкість наближення до швидкості свердловини?

A: Поділіть швидкість наближення на частку відкритої площі. Наприклад, 2 м/с при наближенні до аркуша з 35% відкритої площі стає приблизно 5,7 м/с всередині отворів. Падіння тиску зумовлене цією високою швидкістю отвору.