Lembaran Berlubang Keluli Tahan Karat: Pengiraan Kawasan Terbuka, Corak Lubang dan Penurunan Tekanan

kawasan terbuka (%)= luas lubang ÷ luas corak berulang × 100. Untuk lubang bulat:90.69 × (d ÷ p)²untuk corak berperingkat 60 darjah,78.54 × (d ÷ p)²untuk corak lurus 90 darjah (d=diameter lubang, p=pic tengah-ke-tengah).

Corak terbaik:60 darjah berperingkat memberikan kira-kira 15% lebih banyak kawasan terbuka daripada 90 darjah lurus pada saiz lubang dan padang yang sama, dan ia mengekalkan jambatan logam yang lebih luas di kawasan terbuka yang sama.

Penurunan tekanan:untuk kepingan nipis, Δp=ζ × ½ρu², dengan ζ=[0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f² dan f ialah kawasan terbuka sebagai pecahan. Memotong kawasan terbuka daripada 40% kepada 20% mendarabkan penurunan tekanan sebanyak kira-kira 6.

kekuatan:kawasan yang lebih terbuka bermakna kurang logam antara lubang. Helaian dengan 40% kawasan terbuka hanya mengekalkan kira-kira satu pertiga daripada kekuatan kepingan pepejalnya merentasi garisan paling sempit.

Gred:304, 316L, atau 2205 tidak mengubah kawasan terbuka atau penurunan tekanan. Ia mengubah hayat dan kekuatan kakisan, dan oleh itu ketebalan kepingan yang boleh anda gunakan.

Lembaran berlubang kelihatan ringkas: pinggan rata yang penuh dengan lubang. Namun tiga nombor menentukan sama ada ia berfungsi dalam penapis, skrin, pengedar aliran atau pengawal: kawasan terbuka, corak lubang dan penurunan tekanan di atasnya. Mereka dikaitkan. Corak menetapkan kawasan terbuka, kawasan terbuka menetapkan penurunan tekanan, dan setiap lubang tambahan menghilangkan kekuatan.

Panduan ini menerangkan setiap pautan dalam bahasa biasa, memberikan formula dan berfungsi melalui contoh yang boleh anda hasilkan semula dengan kalkulator. Apabila nombor datang daripada pengiraan kami sendiri dan bukannya jadual yang diterbitkan, kami menyatakan demikian.

Apakah Kawasan Terbuka dalam Lembaran Berlubang Keluli Tahan Karat, dan Bagaimana Anda Mengiranya?

Kawasan terbuka ialah peratusan muka helaian yang berlubang. Bahagikan luas satu lubang dengan luas sel berulang yang mengandunginya, kemudian darab dengan 100. Untuk lubang bulat dalam corak berperingkat 60 darjah, pintasan ialah90.69 × (d ÷ p)².

Fikirkan helaian sebagai lantai berjubin. Setiap jubin memegang satu lubang (atau bilangan lubang tetap). Kawasan terbuka ialah berapa banyak setiap jubin yang kosong. Oleh kerana jubin ditetapkan oleh pic, hanya tiga input diperlukan: saiz lubang, pic dan corak. Gunakan unit yang sama untuk d dan p, seperti milimeter.

Pemalar 90.69 berasal dari geometri grid segi tiga, yang merupakan cara paling padat untuk mengemas lubang bulat. Ia juga merupakan had atas: ia dicapai hanya jika lubang menyentuh (d=p), yang tidak akan meninggalkan logam untuk membentuk kepingan. Baris lurus membuang sudut antara lubang, itulah sebabnya pemalar turun kepada 78.54.

Contoh yang dikerjakan

• Contoh A.Lubang 3 mm, pic 5 mm, 60 darjah berperingkat. d ÷ p=0.6, dan 0.6²=0.36. Kawasan terbuka=90.69 × 0.36 =32.7%. Lubang yang sama dalam corak lurus memberikan 78.54 × 0.36=28.3%.
• Contoh B.Lubang 6 mm, pic 9 mm (ditulis "6 @ 9"), 60 darjah berperingkat. d ÷ p=0.667, dan 0.667²=0.444. Kawasan terbuka=90.69 × 0.444 =40.3%.

Tiga kesilapan biasa

• Menggunakan formula corak yang salah.Menggunakan 90.69 pada corak lurus melebihkan kawasan terbuka sebanyak kira-kira 15%.
• Mencampurkan definisi pic.Pembekal berbeza sama ada padang diukur sepanjang baris atau antara baris dan corak 45 darjah ditakrifkan dalam lebih daripada satu cara. Sahkan definisi pada lukisan.
• Mengabaikan margin.Formula memberikan kawasan terbuka medan berlubang. Sempadan pepejal di sekeliling medan merendahkan kawasan terbuka seluruh helaian.

Corak Lubang Yang Harus Anda Pilih: 60 darjah Berperingkat, 90 darjah Lurus, atau 45 darjah Berperingkat?

pilih60 darjah berperingkatmelainkan anda memerlukan lubang dalam barisan lurus. Ia memberikan kawasan terbuka tertinggi untuk lubang bulat, meninggalkan jambatan yang lebih luas di kawasan terbuka yang sama, dan merupakan corak standard pada kebanyakan penebuk.

Pada diameter dan pic lubang yang sama, corak 60 darjah memberikan 90.69 ÷ 78.54=1.155 kali luas terbuka bagi corak lurus 90 darjah, iaitu15.5% lagi. Anda juga boleh melihatnya dengan cara lain. Untuk memukul kawasan terbuka yang sama dengan saiz lubang yang sama, corak 60 darjah boleh menggunakan pic kira-kira 7.5% lebih besar, jadi logam antara lubang adalah lebih lebar.

Berikut adalah kes konkrit. Lubang 5 mm pada pic 8 mm dalam corak 60 darjah memberikan 35.4% kawasan terbuka dengan jambatan 3.0 mm. Untuk memadankan 35.4% dalam corak lurus, pic mesti mengecil kepada kira-kira 7.4 mm, meninggalkan jambatan hanya kira-kira 2.4 mm. Itu kira-kira 20% kurang logam antara lubang untuk kawasan aliran yang sama.

Berapa Banyak Kekuatan Helaian Berlubang Hilang apabila Kawasan Terbuka Bertambah?

Lebih daripada yang dicadangkan oleh nombor kawasan terbuka. Jalur logam yang paling sempit di antara lubang membawa beban, dan bahagiannya daripada kepingan pepejal adalah kira-kira(p − d) ÷ p, dipanggil kecekapan ligamen. Pada 40% kawasan terbuka, bahagian itu hanya kira-kira 33%.

Kawasan terbuka dan kekuatan tarik ke arah yang bertentangan. Apabila anda menaikkan kawasan terbuka dengan memilih lubang yang lebih besar atau padang yang lebih kecil, jambatan antara lubang menjadi lebih nipis. Kerana jambatan membawa beban, kekuatan jatuh dengan cepat. Jadual menunjukkan betapa cepatnya.

Baris terakhir menunjukkan pertukaran. Helaian dengan 63% kawasan terbuka terletak berhampiran bahagian atas jalur 23% hingga 64% yang ditetapkan oleh ISO 7805-1 untuk plat 3 mm dan lebih tebal, namun ia hanya menyimpan kira-kira satu perenam kekuatannya di bahagian paling sempit.

Fabrikasi menggunakan peraturan mudah untuk memastikan helaian boleh ditebuk dan rata. Ramai yang mengekalkan jambatan sekurang-kurangnya selebar ketebalan kepingan, dan ramai yang mengekalkan diameter lubang sekurang-kurangnya sama dengan ketebalan untuk keluli karbon dan kira-kira 1.5 kali ketebalan atau lebih untuk keluli tahan karat. Keluli tahan karat berfungsi mengeras dan lebih keras daripada keluli karbon, jadi penebuk haus lebih cepat dan lubang kecil dalam kepingan tebal lebih sukar dibuat. Ini adalah garis panduan fabrikasi, bukan piawaian yang diterbitkan dan had berbeza mengikut kedai. Sahkan dengan pembekal anda.

Bagaimana Anda Mengira Penurunan Tekanan Merentasi Helaian Berlubang?

Untuk helaian nipis dan bermata tajam,Δp = ζ × ½ × ρ × u², dengan u ialah halaju pendekatan hulu helaian, ρ ialah ketumpatan bendalir, danζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², dengan f kawasan lapang sebagai pecahan. Hasilnya ialah anggaran pertama yang sah pada nombor Reynolds tinggi; lihat had di bawah.

Setiap lubang bertindak seperti orifis kecil. Aliran memerah ke dalam lubang, mempercepatkan sehingga u ÷ f, kemudian mengembang lagi pada bahagian jauh, dan tenaga hilang dalam proses. Kawasan terbuka yang lebih kecil bermakna aliran lebih cepat dalam lubang dan kerugian yang lebih besar. Formula di atas ialah hasil plat nipis yang disusun oleh Idelchik dan digunakan secara meluas dalam buku panduan kejuruteraan.

Langkah demi langkah

1. Kira pecahan kawasan terbuka f daripada formula dalam bahagian pertama (35% kawasan terbuka bermakna f=0.35).
2. Cari halaju pendekatan u=kadar alir ÷ luas muka helaian.
3. Kira ζ dengan formula di atas, atau baca daripada jadual di bawah.
4. Kira Δp=ζ × ½ × ρ × u². Dengan ρ dalam kg/m³ dan u dalam m/s, Δp adalah dalam pascal.

Contoh kerja: 5 @ 8 mm, 60 darjah berperingkat

Kawasan terbuka ialah 35.4%, jadi f=0.354 dan ζ=11.7. Untukudara pada 2 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Pa, dengan halaju lubang 5.6 m/s. Untukair pada 0.5 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPa, dengan halaju lubang 1.4 m/s.

Apa yang nombor memberitahu anda

• Kawasan terbuka mendominasi.Memotong kawasan terbuka daripada 40% kepada 20% meningkatkan ζ daripada 8.2 kepada 51.3, kira-kira6 kalipenurunan tekanan pada aliran yang sama.
• Halaju adalah kuasa dua.Menggandakan aliran mendarabkan penurunan tekanan dengan empat.
• Tersumbat menambahkan masalah.Jika serpihan menghalang separuh lubang, kawasan terbuka separuh dan penurunan tekanan meningkat dengan faktor besar yang sama. Inilah sebabnya mengapa helaian penapis dan penapis bersaiz dengan kawasan terbuka yang luas.

Had formula

Formula plat nipis ialah had nombor Reynolds tinggi. Dalam contoh yang dikerjakan, nombor Reynolds lubang hanya kira-kira 1,900 untuk udara dan 7,000 untuk air (dengan mengandaikan kelikatan kinematik 1.5 × 10⁻⁵ dan 1.0 × 10⁻⁶ m²/s). Ia berada di bawah julat di mana pekali kerugian berhenti bergantung pada nombor Reynolds, jadi anggap keputusan ini sebagai anggaran dan gunakan carta atau data ujian yang bergantung kepada Reynolds Idelchik apabila jawapannya penting.

Lembaran tahan karat sebenar juga lebih tebal daripada nisbah diameter 0.015 yang diandaikan oleh formula. Ringkasan kedua bagi eksperimen yang diterbitkan pada plat nada segi tiga melaporkan bahawa kehilangan tekanan berkurangan apabila ketebalan meningkat ke arah kira-kira 1.5 diameter lubang, kemudian mendatar. Untuk helaian biasa, nombor plat nipis cenderung berada di sebelah tinggi. Kami tidak dapat mengesahkan data percubaan asal secara langsung, jadi gunakan ini sebagai arah aliran, bukan faktor pembetulan.

Adakah Bentuk dan Corak Lubang Mengubah Penurunan Tekanan?

Kebanyakannya melalui kawasan lapang. Corak dan bentuk penting kerana mereka menetapkan berapa banyak kawasan terbuka yang diberikan oleh saiz lubang dan padang tertentu. Data Idelchik yang diterbitkan meliputi lubang bulat; untuk segi empat sama dan slot, jurutera biasanya bekerja dengan diameter hidraulik yang setara dan mengesahkan melalui ujian atau CFD.

Diameter hidraulik ialah d_h=4 × kawasan terbuka ÷ perimeter basah. Untuk lubang bulat ia sama dengan diameter. Untuk segi empat sama ia sama dengan panjang sisi. Untuk slot hujung bulat ia lebih besar daripada lebar slot, seperti yang ditunjukkan oleh jadual.

Adakah Gred Keluli Tahan Karat Mempengaruhi Kawasan Terbuka atau Penurunan Tekanan?

Tidak. Kawasan terbuka dan penurunan tekanan bergantung pada geometri dan bendalir, bukan pada aloi. Gred itu penting kerana ia menetapkan hayat dan kekuatan kakisan, dan kekuatan mempengaruhi ketebalan kepingan itu.

Butiran fabrikasi lebih penting daripada jangkaan kebanyakan pembeli. Lubang yang dibuat lebih besar 0.1 mm pada lubang 3 mm meningkatkan kawasan terbuka sebanyak kira-kira 6.8% ((3.1 ÷ 3)²=1.068), yang mengurangkan penurunan tekanan sebanyak kira-kira 12% jika anda menganggarkan ζ sebagai berkadar dengan 1 ÷ f² (anggaran EETA). Itulah sebabnya toleransi lubang tergolong pada lukisan. Arah burr, kerataan dan kemasan permukaan juga penting. Tepi licin, digilap elektrik menahan kekotoran, dan had kerataan untuk plat asas diliputi dalam artikel kami tentang had terima ASTM A240.

Bagaimana Anda Menentukan Helaian Berlubang Supaya Pesanan Sesuai dengan Pengiraan Anda?

Nyatakan saiz lubang, pic dan cara ia diukur, sudut corak, ketebalan, gred dan spesifikasi, jidar dan toleransi. Setiap item yang hilang adalah peluang untuk helaian yang dihantar berbeza daripada pengiraan anda.

Piawaian manakah yang digunakan pada helaian keluli tahan karat berlubang?

Tiada piawaian tunggal yang meliputi kepingan berlubang tahan karat dari hujung ke hujung. Geometri lubang dan padang biasanya diambil daripada siri ISO 7805, dan logam asas daripada ASTM A240 dan A480.

Sumber: entri katalog ISO 7805-1, ISO 7805-2 dan ISO 10630 (ISO, CCN/SCC, SFS). Dokumen ISO adalah berskop kepada keluli karbon rendah; untuk pesanan tahan karat, pembeli biasanya merujuk geometri ISO dan memetik ASTM untuk logam asas. Sahkan pendekatan dengan fabrikasi anda.

Soalan Lazim

S: Apakah kawasan terbuka biasa untuk kepingan berlubang keluli tahan karat?

A: Kebanyakan corak standard jatuh antara kira-kira 20% dan 65% kawasan terbuka. ISO 7805-1 menetapkan nisbah pitch-to-lubang yang memberikan kawasan terbuka nominal kira-kira 23% hingga 64% untuk plat setebal 3 mm dan ke atas. Melangkah lebih tinggi meninggalkan jambatan yang sangat sempit di antara lubang, jadi kekuatan dan kerataan menderita.

S: Apakah maksud kod seperti "5 @ 8"?

A: Ia biasanya bermaksud lubang 5 mm pada pusat 8 mm. Dengan corak berperingkat 60 darjah ini memberikan 35.4% kawasan terbuka; dengan corak lurus 90 darjah ia memberikan 30.7%. Sentiasa sahkan corak dan cara pembekal mengukur padang.

S: Bolehkah kepingan berlubang mencapai 90% kawasan terbuka?

A: Tidak. Siling teori untuk lubang bulat dalam corak berperingkat 60 darjah ialah 90.69%, dicapai hanya apabila lubang bersentuhan (diameter lubang sama dengan pic). Pada ketika itu tiada logam yang tersisa untuk membentuk kepingan, jadi produk sebenar kekal jauh di bawahnya.

S: Adakah helaian yang lebih tebal mengurangkan penurunan tekanan?

A: Selalunya ya, sehingga satu tahap. Formula plat nipis dalam artikel ini menganggap helaian yang sangat nipis. Eksperimen yang diterbitkan pada plat nada segi tiga melaporkan bahawa kehilangan berkurangan apabila ketebalan meningkat ke arah kira-kira 1.5 kali diameter lubang, kemudian mendatar. Untuk kepingan tebal dan lubang kecil, geseran dinding mula penting. Gunakan data ujian untuk reka bentuk kritikal.

S: Adakah penurunan tekanan berbeza untuk kepingan berlubang 304 dan 316L?

A: Tidak. Penurunan tekanan bergantung pada geometri (kawasan terbuka, saiz lubang, ketebalan) dan pada bendalir (ketumpatan, halaju, kelikatan). Gred mengubah rintangan dan kekuatan kakisan, yang boleh mengubah ketebalan yang anda pilih, dan ketebalan mempengaruhi penurunan tekanan.

S: Bagaimanakah saya menukar halaju pendekatan kepada halaju lubang?

A: Bahagikan halaju pendekatan dengan pecahan kawasan terbuka. Sebagai contoh, 2 m/s menghampiri helaian dengan 35% kawasan terbuka menjadi kira-kira 5.7 m/s di dalam lubang. Penurunan tekanan didorong oleh halaju lubang yang lebih tinggi ini.