Ruostumattomasta teräksestä valmistettu rei'itetty levy: avoimen alueen laskenta, reikäkuvio ja painehäviö

Avoin alue (%)= reiän pinta-ala ÷ toistuvan kuvion pinta-ala × 100. Pyöreät reiät:90.69 × (d ÷ p)²60 astetta porrastettuun kuvioon,78.54 × (d ÷ p)²90 asteen suoralle kuviolle (d=reiän halkaisija, p=keskeltä keskustaan).

Paras malli:60 astetta porrastettu antaa noin 15 % enemmän avointa aluetta kuin 90 astetta suoraan samalla reiän koolla ja nousulla, ja se pitää leveämmät metallisillat samalla avoimella alueella.

Painehäviö:ohuelle levylle Δp=ζ × ½ρu², missä ζ=[0,707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f² ja f on avoin alue murto-osana. Avoimen alueen leikkaaminen 40 %:sta 20 %:iin moninkertaistaa painehäviön noin 6:lla.

Vahvuus:avoimempi alue tarkoittaa vähemmän metallia reikien välissä. Arkki, jonka pinta-ala on 40 %, säilyttää kapeimman viivan yli vain noin kolmanneksen kiinteän arkin lujuudestaan.

Luokka:304, 316L tai 2205 ei muuta avointa aluetta tai painehäviötä. Se muuttaa korroosion kestoa ja lujuutta ja siten käytettävän levyn paksuutta.

Rei'itetty levy näyttää yksinkertaiselta: litteä levy täynnä reikiä. Silti kolme numeroa ratkaisee, toimiiko se suodattimessa, sihdissä, virtauksen jakajassa vai suojassa: avoin alue, reikäkuvio ja painehäviö sen yli. Ne on linkitetty. Kuvio asettaa avoimen alueen, avoin alue painehäviön ja jokainen ylimääräinen reikä vie voimaa pois.

Tässä oppaassa selitetään jokainen linkki selkeällä kielellä, annetaan kaavat ja esitetään esimerkkejä, jotka voit toistaa laskimella. Jos luku tulee omasta laskelmastamme julkaistun taulukon sijaan, sanomme niin.

Mikä on avoin alue ruostumattomasta teräksestä valmistetussa rei'itetyssä levyssä ja kuinka lasket sen?

Avoin pinta-ala on prosenttiosuus arkin pinnasta, joka on reikä. Jaa yhden reiän pinta-ala sen sisältävän toistuvan solun alueella ja kerro sitten 100:lla. Pyöreille rei'ille 60 astetta porrastettuun kuvioon pikakuvake on90.69 × (d ÷ p)².

Ajattele levyä laattalattiana. Jokaisessa laatassa on yksi reikä (tai kiinteä määrä reikiä). Avoin alue kertoo kuinka paljon kustakin laattasta on tyhjää. Koska laatta asetetaan jaon mukaan, tarvitaan vain kolme syöttöä: reiän koko, jako ja kuvio. Käytä samoja yksiköitä d:lle ja p:lle, kuten millimetriä.

Vakio 90,69 tulee kolmiomaisen ruudukon geometriasta, joka on tihein tapa tiivistää pyöreitä reikiä. Se on myös yläraja: se saavutetaan vain, jos reiät koskettavat (d=p), mikä ei jätä metallia muodostamaan levyä. Suorat rivit tuhlaavat reikien välisiä kulmia, minkä vuoksi vakio putoaa 78,54:ään.

Toimivia esimerkkejä

• Esimerkki A.3 mm reiät, 5 mm jako, 60 astetta porrastettu. d ÷ p=0.6 ja 0,6²=0.36. Avoin alue=90.69 × 0.36 =32.7%. Samat reiät suorassa kuviossa antavat 78,54 × 0.36=28.3%.
• Esimerkki B.6 mm reiät, 9 mm jako (kirjoitettu "6 @ 9"), 60 astetta porrastettu. d ÷ p=0.667 ja 0,667²=0.444. Avoin alue=90.69 × 0.444 =40.3%.

Kolme yleistä virhettä

• Väärän kaavan käyttäminen.90,69:n levittäminen suoralle kuviolle yliarvioi avoimen alueen noin 15 %.
• Sekoitetaan sävelkorkeuden määritelmiä.Toimittajat eroavat toisistaan ​​sen suhteen, mitataanko nousu riviltä vai rivien välillä, ja 45 asteen kuviot määritellään usealla tavalla. Vahvista määritelmä piirustuksessa.
• Marginaalit huomioimatta.Kaavat antavat rei'itetyn kentän avoimen alueen. Kiinteät reunat pellon ympärillä alentavat koko arkin avointa aluetta.

Mikä reikäkuvio sinun pitäisi valita: 60 astetta porrastettu, 90 astetta suora tai 45 astetta porrastettu?

Valita60 astetta porrastettunaellet tarvitse reikiä suoriin riveihin. Se antaa suurimman avoimen alueen pyöreille rei'ille, jättää leveämmät sillat samalle avoimelle alueelle ja on vakiokuvio useimmissa rei'ittäjissä.

Samalla reiän halkaisijalla ja jakovälillä 60 asteen kuvio antaa 90,69 ÷ 78.54=1.155 kertaa 90 asteen suoran kuvion avoimen alueen, joka on15,5 % enemmän. Asiaa voi katsoa myös toisin päin. Saman avoimen alueen osumiseksi samalla reiällä 60 asteen kuviossa voidaan käyttää noin 7,5 % suurempaa jakoväliä, jolloin reikien välinen metalli on leveämpi.

Tässä on konkreettinen tapaus. 5 mm:n reikä 8 mm:n jakovälillä 60 asteen kuviossa antaa 35,4 % avoimen alueen 3,0 mm:n silloilla. Vastatakseen 35,4 %:iin suorassa kuviossa, jakovälin täytyy kutistua noin 7,4 mm:iin, jolloin siltoja jää vain noin 2,4 mm. Tämä on noin 20 % vähemmän metallia reikien välillä samalla virtausalueella.

Kuinka paljon lujuus rei'itetty arkki menettää avoimen alueen kasvaessa?

Enemmän kuin avoimen alueen numero antaa ymmärtää. Kapein metallinauha reikien välissä kantaa kuorman ja sen osuus kiinteästä levystä on karkeasti(p − d) ÷ p, jota kutsutaan nivelsiteiden tehokkuudelle. 40 % avoimella alueella tämä osuus on vain noin 33 %.

Avoin alue ja voimaveto vastakkaisiin suuntiin. Kun nostat avointa aluetta valitsemalla suuremman reiän tai pienemmän nousun, reikien väliset sillat ohenevat. Koska sillat kantavat kuorman, voima putoaa nopeasti. Taulukko näyttää kuinka nopeasti.

Viimeisellä rivillä näkyy kompromissi. Arkki, jonka avoin pinta-ala on 63 %, on lähellä 23–64 %:n kaistan yläosaa, jonka ISO 7805-1 määrää 3 mm:n ja paksummille levyille, mutta se säilyttää kuitenkin vain noin kuudesosan lujuudestaan ​​kapeimman osan poikki.

Valmistajat käyttävät yksinkertaisia ​​nyrkkisääntöjä pitääkseen arkit lävistettävinä ja litteinä. Monet pitävät sillan vähintään levyn paksuuden leveänä, ja monet pitävät reiän halkaisijan vähintään yhtä suurena kuin hiiliteräksen paksuus ja noin 1,5-kertaisena ruostumattoman teräksen paksuuden kanssa. Ruostumaton teräs kovettuu ja on sitkeämpää kuin hiiliteräs, joten lävistykset kuluvat nopeammin ja pieniä reikiä paksuun levyyn on vaikeampi tehdä. Nämä ovat valmistajan ohjeita, ei julkaistuja standardeja, ja rajat vaihtelevat myymälöittäin. Varmista toimittajaltasi.

Kuinka lasket painehäviön rei'itetyn arkin poikki?

Ohut, teräväreunainen arkkiΔp = ζ × ½ × ρ × u², jossa u on lähestymisnopeus arkin ylävirtaan, ρ on nesteen tiheys jaζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², jossa f avoin alue murtolukuna. Tuloksena on ensimmäinen arvio, joka on voimassa korkealla Reynolds-luvulla; katso rajat alla.

Jokainen reikä toimii kuin pieni aukko. Virtaus puristuu reikiin, kiihtyy arvoon u ÷ f, sitten laajenee jälleen toiselle puolelle ja energiaa menetetään prosessissa. Pienempi avoin alue tarkoittaa nopeampaa virtausta rei'issä ja paljon suurempaa häviötä. Yllä oleva kaava on ohutlevytulos, jonka Idelchik on koonnut ja jota käytetään laajasti suunnittelukäsikirjoissa.

Askel askeleelta

1. Laske avoimen alueen murto-osa f ensimmäisen osan kaavoista (35 % avointa pinta-alaa tarkoittaa f=0.35).
2. Etsi lähestymisnopeus u=virtausnopeus ÷ arkin pinta-ala.
3. Laske ζ yllä olevalla kaavalla tai lue se alla olevasta taulukosta.
4. Laske Δp=ζ × ½ × ρ × u². Kun ρ on kg/m³ ja u m/s, Δp on pascaleina.

Toimiva esimerkki: 5 @ 8 mm, 60 astetta porrastettu

Avoin alue on 35,4 %, joten f=0.354 ja ζ=11.7. Forilmaa nopeudella 2 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Pa, jonka reiän nopeus on 5,6 m/s. vartenvettä 0,5 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPa, jonka reiän nopeus on 1,4 m/s.

Mitä numerot kertovat

• Avoin alue hallitsee.Avoimen alueen leikkaaminen 40 %:sta 20 %:iin nostaa ζ:n arvosta 8,2 arvoon 51,3, noin6 kertaapainehäviö samalla virtauksella.
• Nopeus on neliöity.Virtauksen kaksinkertaistaminen kertoo painehäviön neljällä.
• Tukkeutuminen lisää ongelmaa.Jos roskat tukkivat puolet rei'istä, avoin alue puolittuu ja painehäviö kasvaa yhtä suurella kertoimella. Tästä syystä suodatin- ja siivilälevyt on mitoitettu siten, että niissä on runsaasti avointa aluetta.

Kaavan rajat

Ohutlevykaava on korkea Reynolds-luvun raja. Työstetyssä esimerkissä reiän Reynoldsin luvut ovat vain noin 1900 ilmalle ja 7000 vedelle (olettaen kinemaattisiksi viskositeetteiksi 1,5 × 10-⁻- ja 1,0 × 10-6 m²/s). Se on sen alueen alapuolella, jossa häviökerroin pysähtyy Reynoldsin luvusta riippuen, joten käsittele näitä tuloksia arviona ja käytä Idelchikin Reynolds-riippuvaisia ​​kaavioita tai testitietoja, kun vastauksella on merkitystä.

Aidot ruostumattomat levyt ovat myös paksumpia kuin kaavan olettaa halkaisijasuhde 0,015. Toissijainen yhteenveto julkaistuista kolmiovälilevyillä tehdyistä kokeista kertoo, että painehäviö laskee paksuuden kasvaessa kohti noin 1,5 reiän halkaisijaa ja tasaantuu sitten. Tyypillisissä arkeissa ohuiden levyjen numerot ovat siksi yleensä korkealla puolella. Emme voineet vahvistaa alkuperäisiä kokeellisia tietoja suoraan, joten käytä tätä trendinä, älä korjaustekijänä.

Muuttavatko reiän muoto ja kuvio paineen laskua?

Useimmiten avoimen alueen kautta. Kuviolla ja muodolla on merkitystä, koska ne määrittävät, kuinka paljon avointa aluetta tietyn reiän koko ja jako muodostavat. Julkaistut Idelchikin tiedot kattavat pyöreät reiät; neliöiden ja urien kohdalla insinöörit työskentelevät yleensä vastaavalla hydraulisella halkaisijalla ja vahvistavat testillä tai CFD:llä.

Hydraulinen halkaisija on d_h=4 × avoin alue ÷ märkä ympärysmitta. Pyöreällä reiällä se on halkaisijaltaan yhtä suuri. Neliön kohdalla se on yhtä suuri kuin sivun pituus. Pyöreäpäisellä uralla se on suurempi kuin uran leveys, kuten taulukosta näkyy.

Vaikuttaako ruostumattoman teräksen laatu avoimeen alueeseen tai paineen laskuun?

Ei. Avoin alue ja painehäviö riippuvat geometriasta ja nesteestä, ei seoksesta. Laaduksella on väliä, koska se asettaa korroosion keston ja lujuuden, ja lujuus vaikuttaa siihen, kuinka paksu levyn tulee olla.

Valmistuksen yksityiskohdilla on enemmän merkitystä kuin useimmat ostajat odottavat. 0,1 mm:n ylimitoitettu reikä 3 mm:n reikään nostaa avointa pinta-alaa noin 6,8 % ((3,1 ÷ 3)²=1.068), mikä alentaa painehäviötä noin 12 %, jos arviot ζ:n verrannollisesti arvoon 1 ÷ f² (EETA-arvio). Siksi reikätoleranssi kuuluu piirustukseen. Pursesuunta, tasaisuus ja pinnan viimeistely ovat myös tärkeitä. Sileät, sähkökiillotetut reunat estävät likaantumista, ja pohjalevyn tasaisuusrajat käsitellään ASTM A240 -toleransseja käsittelevässä artikkelissamme.

Kuinka määrität rei'itetyn arkin, jotta tilaus vastaa laskelmaasi?

Ilmoita reiän koko, nousu ja kuinka se mitataan, kuvion kulma, paksuus, taso ja erittely, marginaalit ja toleranssit. Jokainen puuttuva tuote on mahdollisuus, että toimitettu arkki poikkeaa laskelmastasi.

Mitkä standardit koskevat rei'itettyä ruostumatonta teräslevyä?

Mikään yksittäinen standardi ei kata ruostumatonta rei'itettyä levyä päästä päähän. Rei'itys- ja jakogeometria on yleensä otettu ISO 7805 -sarjasta ja perusmetalli ASTM A240:stä ja A480:sta.

Lähteet: ISO 7805-1, ISO 7805-2 ja ISO 10630 -luettelomerkinnät (ISO, CCN/SCC, SFS). ISO-asiakirjat koskevat vähähiilistä terästä; ruostumattoman teräksen tilauksissa ostajat viittaavat tyypillisesti ISO-geometriaan ja mainitsevat ASTM:n perusmetallin osalta. Vahvista lähestymistapa valmistajan kanssa.

Usein kysytyt kysymykset

K: Mikä on tyypillinen avoin alue ruostumattomasta teräksestä rei'itetylle levylle?

A: Useimmat standardikuviot ovat noin 20–65 % avoimella alueella. ISO 7805-1 määrää jako-reikäsuhteet, jotka antavat nimellisiksi avoimeksi alueeksi noin 23–64 % levylle, jonka paksuus on vähintään 3 mm. Korkeammalle meneminen jättää hyvin kapeita siltoja reikien väliin, joten lujuus ja tasaisuus kärsivät.

K: Mitä koodi, kuten "5 @ 8" tarkoittaa?

A: Se tarkoittaa yleensä 5 mm reikiä 8 mm:n keskuksissa. 60 astetta porrastettu kuvio antaa 35,4 % avoimen alueen; 90 asteen suoralla kuviolla se antaa 30,7 %. Vahvista aina kuvio ja se, miten toimittaja mittaa sävelkorkeuden.

K: Voiko rei'itetty levy saavuttaa 90 % avoimen alueen?

A: Ei. Pyöreiden reikien teoreettinen katto 60 astetta porrastettuna kuviossa on 90,69 %, joka saavutetaan vain, kun reiät koskettavat (reiän halkaisija on jako). Siinä vaiheessa metallia ei jää muodostamaan levyä, joten aidot tuotteet jäävät paljon sen alle.

K: Pienentääkö paksumpi levy painehäviötä?

A: Usein kyllä, tiettyyn pisteeseen asti. Tämän artikkelin ohutlevykaava olettaa erittäin ohutta levyä. Julkaistut kokeet kolmiovälilevyillä raportoivat, että häviö pienenee paksuuden kasvaessa kohti noin 1,5-kertaista reiän halkaisijaa, minkä jälkeen se tasoittuu. Paksujen levyjen ja pienten reikien kohdalla seinän kitka alkaa olla tärkeä. Käytä testitietoja kriittisiin suunnitelmiin.

K: Onko painehäviö erilainen 304 ja 316 litran rei'itetyille levyille?

A: Ei. Painehäviö riippuu geometriasta (avoin alue, reiän koko, paksuus) ja nesteestä (tiheys, nopeus, viskositeetti). Laji muuttaa korroosionkestävyyttä ja lujuutta, mikä voi muuttaa valitsemaasi paksuutta, ja paksuus vaikuttaa painehäviöön.

K: Kuinka voin muuntaa lähestymisnopeuden reiän nopeudeksi?

A: Jaa lähestymisnopeus avoimen alueen murto-osalla. Esimerkiksi 2 m/s lähestyessä levyä, jonka avoin pinta-ala on 35 %, tulee reikien sisällä noin 5,7 m/s. Painehäviö johtuu tästä suuremmasta reiän nopeudesta.