Perforovaný plech z nerezové oceli: Výpočet otevřené plochy, vzor děr a pokles tlaku

Otevřená plocha (%)= plocha otvoru ÷ plocha opakujícího se vzoru × 100. Pro kulaté otvory:90.69 × (d ÷ p)²pro 60 stupňový vzor,78.54 × (d ÷ p)²pro 90stupňový přímý vzor (d=průměr otvoru, p=rozteč od středu ke středu).

Nejlepší vzor:Střídavý úhel 60 stupňů poskytuje asi o 15 % větší otevřenou plochu než 90 stupňů rovně při stejné velikosti a rozteči otvoru a udržuje širší kovové můstky na stejné otevřené ploše.

Pokles tlaku:pro tenký plech Δp=ζ × ½ρu², kde ζ=[0,707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f² af je otevřená plocha jako zlomek. Řezání otevřené plochy ze 40 % na 20 % násobí pokles tlaku asi 6.

Pevnost:více otevřené plochy znamená méně kovu mezi otvory. Plech se 40 % otevřené plochy si zachovává pouze asi jednu třetinu své pevnosti plného plechu přes nejužší čáru.

Stupeň:304, 316L nebo 2205 nemění otevřenou plochu ani tlakovou ztrátu. Mění korozní životnost a pevnost, a tedy i tloušťku plechu, kterou můžete použít.

Děrovaný plech vypadá jednoduše: rovná deska plná děr. Přesto tři čísla rozhodují o tom, zda bude fungovat ve filtru, sítu, rozdělovači průtoku nebo ochranném krytu: otevřená plocha, vzor otvorů a tlaková ztráta v něm. Jsou propojené. Vzor nastavuje otevřenou plochu, otevřená plocha nastavuje tlakovou ztrátu a každá díra navíc ubírá sílu.

Tato příručka vysvětluje každý odkaz srozumitelným jazykem, poskytuje vzorce a pracuje s příklady, které můžete reprodukovat pomocí kalkulačky. Tam, kde číslo pochází z našeho vlastního výpočtu, nikoli z publikované tabulky, říkáme to.

Co je otevřená plocha v děrovaném plechu z nerezové oceli a jak ji vypočítáte?

Otevřená plocha je procento plochy listu, která je dírou. Vydělte plochu jednoho otvoru plochou opakující se buňky, která ho obsahuje, a poté vynásobte 100. Pro kulaté otvory v 60stupňovém vzoru je zkratka90.69 × (d ÷ p)².

Představte si list jako dlážděnou podlahu. Každá dlaždice má jeden otvor (nebo pevný počet otvorů). Otevřená plocha udává, kolik z každé dlaždice je prázdné. Protože je dlaždice nastavena roztečí, jsou potřeba pouze tři vstupy: velikost otvoru, rozteč a vzor. Pro d a p použijte stejné jednotky, například milimetry.

Konstanta 90,69 pochází z geometrie trojúhelníkové mřížky, což je nejhustší způsob balení kulatých otvorů. Je to také horní hranice: je dosaženo pouze tehdy, když se otvory dotýkají (d=p), což by nezůstalo bez kovu k vytvoření plechu. Rovné řady plýtvají rohy mezi otvory, proto konstanta klesá na 78,54.

Zpracované příklady

• Příklad A.Otvory 3 mm, rozteč 5 mm, střídavě o 60 stupňů. d ÷ p=0.6 a 0,6²=0.36. Otevřená plocha=90.69 × 0.36 =32.7%. Stejné otvory v přímém vzoru dávají 78,54 × 0.36=28.3%.
• Příklad B.Otvory 6 mm, rozteč 9 mm (psáno "6 @ 9"), střídavě o 60 stupňů. d ÷ p=0.667 a 0,667²=0.444. Otevřená plocha=90.69 × 0.444 =40.3%.

Tři běžné chyby

• Použití nesprávného vzorce.Použití 90,69 na rovný vzor nadhodnocuje otevřenou plochu asi o 15 %.
• Míchání definic výšky tónu.Dodavatelé se liší v tom, zda se rozteč měří podél řady nebo mezi řadami, a 45stupňové vzory jsou definovány více než jedním způsobem. Potvrďte definici na výkresu.
• Ignorování okrajů.Vzorce udávají volnou plochu děrovaného pole. Plné okraje kolem pole snižují otevřenou plochu celého listu.

Jaký vzor otvoru byste si měli vybrat: 60 stupňů stupňovitě, 90 stupňů rovně nebo 45 stupňů stupňovitě?

Vybrat60 stupňů střídavěpokud nepotřebujete otvory v rovných řadách. Poskytuje nejvyšší otevřenou plochu pro kulaté otvory, ponechává širší můstky na stejné otevřené ploše a je standardním vzorem u většiny perforátorů.

Při stejném průměru a rozteči otvoru dává 60stupňový vzor 90,69 ÷ 78.54=1.155 násobek otevřené plochy 90stupňového přímého vzoru, což jeo 15,5 % více. Dá se na to podívat i jinak. Chcete-li zasáhnout stejnou otevřenou oblast se stejnou velikostí otvoru, může 60stupňový vzor použít rozteč asi o 7,5% větší, takže kov mezi otvory je širší.

Zde je konkrétní případ. Otvor 5 mm s roztečí 8 mm v 60stupňovém vzoru poskytuje 35,4 % otevřené plochy s 3,0 mm můstky. Aby odpovídalo 35,4 % v přímém vzoru, musí se rozteč zmenšit na asi 7,4 mm, přičemž zůstanou můstky pouze asi 2,4 mm. To je zhruba o 20 % méně kovu mezi otvory pro stejnou průtokovou plochu.

Jak velkou pevnost ztrácí děrovaný plech, když se zvětšuje otevřená plocha?

Více, než naznačuje počet volných ploch. Nejužší pás kovu mezi otvory nese zátěž a jeho podíl na pevném plechu je zhruba(p − d) ÷ p, nazývaná efektivita vazů. Při 40 % otevřené plochy je tento podíl jen asi 33 %.

Otevřená plocha a síla tahu v opačných směrech. Když zvednete otevřenou plochu výběrem větší díry nebo menší rozteče, můstky mezi dírami se ztenčí. Protože mosty přenášejí zátěž, síla rychle klesá. Tabulka ukazuje, jak rychle.

Poslední řádek ukazuje kompromis. Plech s 63 % otevřené plochy se nachází v horní části pásma 23 % až 64 %, které ISO 7805-1 předepisuje pro plech 3 mm a silnější, přesto si zachovává pouze asi šestinu své pevnosti v nejužší části.

Výrobci používají jednoduchá pravidla, aby listy byly děrovatelné a ploché. Mnozí udržují můstek alespoň tak široký, jako je tloušťka plechu, a mnozí udržují průměr otvoru alespoň rovný tloušťce uhlíkové oceli a asi 1,5násobku tloušťky nebo více u nerezové oceli. Nerezová ocel mechanicky ztvrdne a je houževnatější než uhlíková ocel, takže razníky se rychleji opotřebovávají a malé otvory v tlustém plechu se hůře vyrábějí. Toto jsou pokyny výrobce, nepublikované normy a limity se liší podle obchodu. Potvrďte u svého dodavatele.

Jak vypočítáte pokles tlaku na děrovaném plechu?

Pro tenký plech s ostrými hranami,Δp = ζ × ½ × ρ × u², kde u je rychlost přiblížení proti proudu listu, ρ je hustota tekutiny aζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², přičemž f je otevřená plocha jako zlomek. Výsledkem je první odhad platný pro vysoké Reynoldsovo číslo; viz limity níže.

Každý otvor funguje jako malý otvor. Proudění se vtlačí do otvorů, zrychlí se na u ÷ f, pak se na vzdálené straně opět roztáhne a energie se přitom ztrácí. Menší otevřená plocha znamená rychlejší proudění v otvorech a mnohem větší ztráty. Výše uvedený vzorec je výsledkem tenkých desek sestavených Idelčikem a široce používaným v technických příručkách.

Krok za krokem

1. Vypočítejte zlomek volné plochy f ze vzorců v první části (35 % otevřené plochy znamená f=0.35).
2. Najděte rychlost přiblížení u=průtok ÷ čelní plocha listu.
3. Vypočítejte ζ pomocí výše uvedeného vzorce nebo jej přečtěte z tabulky níže.
4. Vypočítejte Δp=ζ × ½ × ρ × u². Při ρ v kg/m³ a u v m/s je Δp v pascalech.

Zpracovaný příklad: 5 @ 8 mm, 60 stupňů střídavě

Otevřená plocha je 35,4 %, takže f=0.354 a ζ=11.7. provzduchu rychlostí 2 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Pa, s rychlostí otvoru 5,6 m/s. Provody rychlostí 0,5 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPa, s rychlostí otvoru 1,4 m/s.

Co vám říkají čísla

• Dominuje otevřená plocha.Zkrácení otevřené plochy ze 40 % na 20 % zvýší ζ z 8,2 na 51,3, přibližně6krátpokles tlaku při stejném průtoku.
• Rychlost je na druhou.Zdvojnásobení průtoku vynásobí pokles tlaku čtyřmi.
• Zanášení problém zhoršuje.Pokud úlomky zablokují polovinu otvorů, otevřená plocha se zmenší na polovinu a pokles tlaku se zvýší podobně velkým faktorem. Proto jsou filtrační a filtrační desky dimenzovány s velkorysou otevřenou plochou.

Meze vzorce

Vzorec pro tenké desky je limitem vysokého Reynoldsova čísla. Ve zpracovaném příkladu jsou čísla Reynoldsových děr pouze asi 1 900 pro vzduch a 7 000 pro vodu (za předpokladu kinematických viskozit 1,5 × 10⁻⁵ a 1,0 × 10⁻⁶ m²/s). To je pod rozsahem, kde se ztrátový koeficient zastaví v závislosti na Reynoldsově čísle, takže tyto výsledky považujte za odhad a použijte Idelchikovy Reynoldsovy závislé grafy nebo testovací data, když na odpovědi záleží.

Skutečné nerezové plechy jsou také tlustší než poměr průměrů 0,015, který vzorec předpokládá. Sekundární shrnutí publikovaných experimentů na deskách s trojúhelníkovou roztečí uvádí, že tlaková ztráta klesá, když tloušťka stoupá směrem k přibližně 1,5 průměru otvoru, a pak se vyrovnává. U typických plechů mají proto čísla tenkých desek tendenci být na vyšší straně. Původní experimentální data jsme nemohli potvrdit přímo, takže je použijte jako trend, nikoli korekční faktor.

Změní tvar otvoru a vzor pokles tlaku?

Většinou přes volnou plochu. Na vzoru a tvaru záleží, protože nastavují, jak velkou otevřenou plochu daná velikost otvoru a rozteč poskytuje. Publikovaná data Idelchik pokrývají kruhové otvory; u čtverců a štěrbin inženýři obvykle pracují s ekvivalentním hydraulickým průměrem a potvrzují testem nebo CFD.

Hydraulický průměr je d_h=4 × otevřená plocha ÷ smáčený obvod. U kulatého otvoru se rovná průměru. U čtverce se rovná délce strany. U drážky s kulatým koncem je větší než šířka drážky, jak ukazuje tabulka.

Ovlivňuje třída nerezové oceli otevřenou plochu nebo pokles tlaku?

Ne. Otevřená plocha a pokles tlaku závisí na geometrii a kapalině, nikoli na slitině. Na jakosti záleží, protože určuje korozní životnost a pevnost a pevnost ovlivňuje, jak silný musí být plech.

Na detailech výroby záleží více, než většina kupujících očekává. Otvor vyrobený o 0,1 mm na 3 mm otvoru zvětší otevřenou plochu asi o 6,8 % ((3,1 ÷ 3)²=1.068), což sníží tlakovou ztrátu zhruba o 12 %, pokud přiblížíte ζ jako úměrné 1 ÷ f² (odhad EETA). To je důvod, proč tolerance díry patří na výkres. Důležitý je také směr otřepů, rovinnost a povrchová úprava. Hladké, elektrolyticky leštěné hrany odolávají znečištění a limity rovinnosti pro základní desku jsou popsány v našem článku o tolerancích ASTM A240.

Jak určíte děrovaný plech, aby objednávka odpovídala vašemu výpočtu?

Uveďte velikost otvoru, rozteč a způsob měření, úhel vzoru, tloušťku, jakost a specifikace, okraje a tolerance. Každá chybějící položka je šance, že se dodaný list bude lišit od vaší kalkulace.

Jaké normy platí pro děrovaný plech z nerezové oceli?

Žádná norma nepokrývá nerezový děrovaný plech od konce ke konci. Geometrie děr a rozteče je obvykle převzata ze série ISO 7805 a základní kov z ASTM A240 a A480.

Zdroje: ISO 7805-1, ISO 7805-2 a ISO 10630 katalogové položky (ISO, CCN/SCC, SFS). Dokumenty ISO se vztahují na nízkouhlíkovou ocel; u nerezových objednávek kupující obvykle odkazují na geometrii ISO a jako základní kov citují ASTM. Potvrďte přístup u svého výrobce.

Často kladené otázky

Otázka: Jaká je typická otevřená plocha pro děrovaný plech z nerezové oceli?

A: Většina standardních vzorů spadá mezi 20 % a 65 % otevřené plochy. ISO 7805-1 předepisuje poměry rozteče k otvoru, které dávají nominální otevřené plochy zhruba 23 % až 64 % pro plech o tloušťce 3 mm a více. Jít výš zanechává velmi úzké můstky mezi otvory, takže trpí pevnost a plochost.

Otázka: Co znamená kód jako "5 @ 8"?

A: Obvykle to znamená 5 mm otvory na 8 mm středech. Při 60 stupňovém rozložení to dává 35,4 % otevřené plochy; s 90° přímým vzorem dává 30,7 %. Vždy ověřte vzor a způsob, jakým dodavatel měří rozteč.

Otázka: Může perforovaný plech dosáhnout 90% otevřené plochy?

A: Ne. Teoretický strop pro kulaté díry v 60 stupňovém vzoru je 90,69 %, dosažen pouze tehdy, když se díry dotýkají (průměr díry se rovná rozteči). V tomto okamžiku nezůstane žádný kov, aby vytvořil plát, takže skutečné produkty zůstávají hluboko pod ním.

Otázka: Snižuje silnější plech pokles tlaku?

A: Často ano, do určité míry. Vzorec pro tenké desky v tomto článku předpokládá velmi tenký plech. Publikované experimenty na deskách s trojúhelníkovou roztečí uvádějí, že ztráta klesá, když tloušťka stoupá přibližně k 1,5násobku průměru otvoru, a pak se vyrovnává. U tlustých plechů a malých otvorů začíná vadit tření o stěnu. Použijte testovací data pro kritické návrhy.

Otázka: Liší se pokles tlaku u děrovaného plechu 304 a 316L?

A: Ne. Pokles tlaku závisí na geometrii (otevřená plocha, velikost otvoru, tloušťka) a na kapalině (hustota, rychlost, viskozita). Třída mění odolnost proti korozi a pevnost, což může změnit tloušťku, kterou si vyberete, a tloušťka ovlivňuje pokles tlaku.

Otázka: Jak převedu rychlost přiblížení na rychlost otvoru?

A: Vydělte rychlost přiblížení zlomkem otevřené plochy. Například 2 m/s přiblížení k plechu s 35 % otevřené plochy se stanou asi 5,7 m/s uvnitř otvorů. Pokles tlaku je řízen touto vyšší rychlostí otvoru.