Perforeret plade i rustfrit stål: Beregning af åbent areal, hulmønster og trykfald

Åbent område (%)= hulområde ÷ område af det gentagne mønster × 100. For runde huller:90.69 × (d ÷ p)²for et 60 graders forskudt mønster,78.54 × (d ÷ p)²for et 90 graders lige mønster (d=huldiameter, p=center-til-center-deling).

Bedste mønster:60 grader forskudt giver omkring 15 % mere åbent område end 90 grader lige ved samme hulstørrelse og stigning, og det holder bredere metalbroer på det samme åbne område.

Trykfald:for et tyndt ark, Δp=ζ × ½ρu², hvor ζ=[0,707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f² og f er det åbne areal som en brøk. Skæring af åbent areal fra 40 % til 20 % multiplicerer trykfaldet med omkring 6.

Styrke:mere åbent område betyder mindre metal mellem hullerne. Et ark med 40 % åbent areal bevarer kun omkring en tredjedel af sin solide arkstyrke på tværs af den smalleste linje.

Grad:304, 316L eller 2205 ændrer ikke åbent område eller trykfald. Det ændrer korrosionslevetid og styrke, og derfor den pladetykkelse du kan bruge.

Et perforeret ark ser enkelt ud: en flad plade fuld af huller. Alligevel afgør tre tal, om det fungerer i et filter, en skærm, en flowfordeler eller en skærm: det åbne område, hulmønsteret og trykfaldet henover det. De er forbundet. Mønsteret sætter det åbne område, det åbne område sætter trykfaldet, og hvert ekstra hul tager styrke væk.

Denne guide forklarer hvert link i almindeligt sprog, giver formlerne og gennemgår eksempler, du kan gengive med en lommeregner. Hvor et tal kommer fra vores egen beregning frem for en offentliggjort tabel, siger vi det.

Hvad er åbent område i rustfrit stål perforeret plade, og hvordan beregner du det?

Åbent område er den procentdel af arkfladen, der er hul. Divider arealet af et hul med arealet af den gentagne celle, der indeholder det, og gang derefter med 100. For runde huller i et 60 graders forskudt mønster er genvejen90.69 × (d ÷ p)².

Tænk på arket som et klinkegulv. Hver flise har et hul (eller et fast antal huller). Det åbne område er, hvor meget af hver flise der er tom. Fordi flisen er sat af pitch, er der kun brug for tre input: hulstørrelse, pitch og mønster. Brug de samme enheder for d og p, såsom millimeter.

Konstanten 90,69 kommer fra geometrien af ​​et trekantet gitter, som er den tætteste måde at pakke runde huller på. Det er også den øvre grænse: den nås kun, hvis hullerne rører hinanden (d=p), hvilket ikke ville efterlade noget metal til at danne et ark. Lige rækker spilder hjørnerne mellem hullerne, hvorfor konstanten falder til 78,54.

Bearbejdede eksempler

• Eksempel A.3 mm huller, 5 mm stigning, 60 grader forskudt. d ÷ p=0.6 og 0,6²=0.36. Åbent område=90.69 × 0.36 =32.7%. De samme huller i et lige mønster giver 78,54 × 0.36=28.3%.
• Eksempel B.6 mm huller, 9 mm stigning (skrevet "6 @ 9"), 60 grader forskudt. d ÷ p=0.667 og 0,667²=0.444. Åbent område=90.69 × 0.444 =40.3%.

Tre almindelige fejl

• Bruger den forkerte mønsterformel.Anvendelse af 90,69 på et lige mønster overvurderer åbent område med omkring 15 %.
• Blanding af tonehøjdedefinitioner.Leverandørerne er forskellige på, om stigningen måles langs rækken eller mellem rækkerne, og 45 graders mønstre er defineret på mere end én måde. Bekræft definitionen på tegningen.
• Ignorerer marginer.Formlerne angiver det åbne areal af det perforerede felt. Faste kanter rundt om feltet sænker det åbne område af hele arket.

Hvilket hulmønster skal du vælge: 60 grader forskudt, 90 grader lige eller 45 grader forskudt?

Vælge60 grader forskudtmedmindre du har brug for huller i lige rækker. Det giver det højeste åbne areal for runde huller, efterlader bredere broer på det samme åbne areal og er standardmønsteret ved de fleste perforatorer.

Ved samme huldiameter og stigning giver et 60 graders mønster 90,69 ÷ 78.54=1.155 gange det åbne areal af et 90 graders lige mønster, hvilket er15,5 % mere. Du kan også se på den anden vej. For at ramme det samme åbne område med samme hulstørrelse kan 60 graders mønsteret bruge en pitch omkring 7,5 % større, så metallet mellem hullerne er bredere.

Her er en konkret sag. Et 5 mm hul med 8 mm stigning i et 60 graders mønster giver 35,4 % åbent areal med 3,0 mm broer. For at matche 35,4 % i et lige mønster, skal stigningen krympe til ca. 7,4 mm, hvilket efterlader broer på kun ca. 2,4 mm. Det er cirka 20 % mindre metal mellem hullerne for det samme flowområde.

Hvor meget styrke mister et perforeret ark, når det åbne område øges?

Mere end antallet af åbent område antyder. Den smalleste metalstrimmel mellem hullerne bærer belastningen, og dens andel af den massive plade er ca.(p − d) ÷ p, kaldet ligamenteffektiviteten. Ved 40 % åbent areal er andelen kun omkring 33 %.

Åbent område og styrke trækker i modsatte retninger. Når du hæver åbent område ved at vælge et større hul eller en mindre pitch, bliver broerne mellem hullerne tyndere. Fordi broerne bærer byrden, falder styrken hurtigt. Tabellen viser hvor hurtigt.

Den sidste række viser afvejningen. Et ark med 63 % åbent areal sidder nær toppen af ​​det 23 % til 64 % bånd, som ISO 7805-1 foreskriver for plade 3 mm og tykkere, men alligevel bevarer det kun omkring en sjettedel af sin styrke på tværs af den smalleste sektion.

Fremstillere bruger enkle tommelfingerregler for at holde arkene stansbare og flade. Mange holder broen mindst lige så bred som pladetykkelsen, og mange holder huldiameteren mindst lig med tykkelsen for kulstofstål og omkring 1,5 gange tykkelsen eller mere for rustfrit stål. Rustfrit stål hærder og er hårdere end kulstofstål, så stanser slides hurtigere, og små huller i tykke plader er sværere at lave. Disse er producentens retningslinjer, ikke offentliggjorte standarder, og grænserne varierer fra butik til butik. Bekræft med din leverandør.

Hvordan beregner du trykfald over et perforeret ark?

For et tyndt ark med skarpe kanter,Δp = ζ × ½ × ρ × u², hvor u er tilgangshastigheden opstrøms for arket, ρ er væskedensiteten, ogζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², med f det åbne areal som en brøk. Resultatet er et første estimat, der er gyldigt ved et højt Reynolds-tal; se begrænsningerne nedenfor.

Hvert hul fungerer som en lille åbning. Flow klemmer sig ind i hullerne, hastigheder op til u ÷ f, udvider sig derefter igen på den anden side, og energi går tabt i processen. Mindre åbent område betyder hurtigere flow i hullerne og et meget større tab. Formlen ovenfor er tyndpladeresultatet, der er udarbejdet af Idelchik og brugt meget i ingeniørhåndbøger.

Trin for skridt

1. Beregn den åbne arealbrøk f ud fra formlerne i det første afsnit (35 % åbent areal betyder f=0.35).
2. Find indflyvningshastigheden u=flowhastighed ÷ overfladeareal af arket.
3. Beregn ζ med formlen ovenfor, eller læs den fra tabellen nedenfor.
4. Beregn Δp=ζ × ½ × ρ × u². Med ρ i kg/m³ og u i m/s er Δp i pascal.

Bearbejdet eksempel: 5 @ 8 mm, 60 grader forskudt

Det åbne areal er 35,4 %, så f=0.354 og ζ=11.7. Forluft ved 2 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Pa, med en hulhastighed på 5,6 m/s. Forvand ved 0,5 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPa, med en hulhastighed på 1,4 m/s.

Hvad tallene fortæller dig

• Det åbne område dominerer.Skæring af åbent areal fra 40 % til 20 % hæver ζ fra 8,2 til 51,3, ca.6 gangetrykfaldet ved samme flow.
• Hastigheden er kvadratisk.Ved at fordoble flowet ganges trykfaldet med fire.
• Tilstopning forstærker problemet.Hvis affald blokerer halvdelen af ​​hullerne, halveres det åbne område, og trykfaldet stiger med en tilsvarende stor faktor. Dette er grunden til, at filter- og siplader er dimensioneret med et stort åbent areal.

Formlens grænser

Tyndpladeformlen er grænsen for det høje Reynolds-tal. I det bearbejdede eksempel er hullets Reynolds tal kun omkring 1.900 for luft og 7.000 for vand (forudsat kinematiske viskositeter på 1,5 × 10⁻⁵ og 1,0 × 10⁻⁶ m²/s). Det er under det område, hvor tabskoefficienten stopper afhængigt af Reynolds tal, så behandl disse resultater som et estimat og brug Idelchiks Reynolds-afhængige diagrammer eller testdata, når svaret er vigtigt.

Ægte rustfrie plader er også tykkere end det 0,015 diameterforhold, formlen antager. Et sekundært resumé af offentliggjorte eksperimenter på plader med trekantede stigninger rapporterer, at tryktabet falder, når tykkelsen stiger mod omkring 1,5 huldiametre og derefter udjævnes. For typiske plader har tyndpladetallene derfor en tendens til at være i overkanten. Vi kunne ikke bekræfte de oprindelige eksperimentelle data direkte, så brug dette som en tendens, ikke en korrektionsfaktor.

Ændrer hulform og mønster trykfaldet?

Mest gennem åbent område. Mønster og form betyder noget, fordi de bestemmer, hvor meget åbent areal en given hulstørrelse og pitch leverer. Udgivet Idelchik data dækker cirkulære huller; for firkanter og spalter arbejder ingeniører normalt med en tilsvarende hydraulisk diameter og bekræfter ved test eller CFD.

Den hydrauliske diameter er d_h=4 × åbent område ÷ fugtet omkreds. For et rundt hul er det lig med diameteren. For et kvadrat er det lig med sidelængden. For en spalte med rund ende er den større end spaltebredden, som tabellen viser.

Påvirker rustfri stålkvalitet åbent område eller trykfald?

Nej. Åbent område og trykfald afhænger af geometrien og væsken, ikke af legeringen. Karakteren har betydning, fordi den sætter korrosionslevetid og styrke, og styrken har indflydelse på, hvor tyk pladen skal være.

Fremstillingsdetaljer betyder mere, end de fleste købere forventer. Et hul lavet 0,1 mm overdimensioneret på et 3 mm hul hæver det åbne område med ca. 6,8 % ((3,1 ÷ 3)²=1.068), hvilket sænker trykfaldet med ca. 12 %, hvis du tilnærmer ζ som proportionalt med 1 ÷ f² (EETA-estimat). Derfor hører hultolerancen til på tegningen. Gratretning, fladhed og overfladefinish har også betydning. Glatte, elektropolerede kanter modstår tilsmudsning, og planhedsgrænser for bundpladen er dækket af vores artikel om ASTM A240-tolerancer.

Hvordan specificerer du et perforeret ark, så rækkefølgen matcher din beregning?

Angiv hulstørrelsen, stigningen og hvordan det måles, mønstervinklen, tykkelsen, grad og specifikation, margener og tolerancer. Hver manglende vare er en chance for, at det leverede ark afviger fra din beregning.

Hvilke standarder gælder for perforeret rustfrit stålplade?

Ingen enkelt standard dækker rustfri perforeret plade fra ende til anden. Hul- og pitchgeometri er normalt taget fra ISO 7805-serien, og basismetallet fra ASTM A240 og A480.

Kilder: ISO 7805-1, ISO 7805-2 og ISO 10630 katalogindgange (ISO, CCN/SCC, SFS). ISO-dokumenterne omfatter stål med lavt kulstofindhold; for ordrer i rustfrit stål henviser købere typisk til ISO-geometrien og citerer ASTM for basismetallet. Bekræft tilgangen med din fabrikant.

Ofte stillede spørgsmål

Q: Hvad er et typisk åbent område for perforerede rustfrit stålplader?

A: De fleste standardmønstre falder mellem omkring 20% ​​og 65% åbent område. ISO 7805-1 foreskriver pitch-to-hole-forhold, der giver nominelle åbne arealer på ca. 23% til 64% for plade 3 mm tyk og derover. At gå højere efterlader meget smalle broer mellem hullerne, så styrke og fladhed lider.

Q: Hvad betyder en kode som "5 @ 8"?

A: Det betyder normalt 5 mm huller på 8 mm centre. Med et 60 graders forskudt mønster giver dette 35,4 % åbent areal; med et 90 graders lige mønster giver det 30,7%. Bekræft altid mønsteret og hvordan leverandøren måler stigningen.

Q: Kan perforeret plade nå 90% åbent areal?

A: Nej. Det teoretiske loft for runde huller i et 60 graders forskudt mønster er 90,69 %, nået kun når hullerne rører hinanden (huldiameter er lig med stigning). På det tidspunkt er der intet metal tilbage til at danne et ark, så rigtige produkter forbliver langt under det.

Spørgsmål: Sænker en tykkere plade trykfaldet?

A: Ofte ja, op til et punkt. Tyndpladeformlen i denne artikel forudsætter et meget tyndt ark. Publicerede eksperimenter på plader med trekantede stigninger rapporterer, at tabet falder, når tykkelsen stiger til omkring 1,5 gange huldiameteren, og derefter udjævnes. For tykke plader og små huller begynder vægfriktion at have betydning. Brug testdata til kritiske designs.

Q: Er trykfaldet forskelligt for 304 og 316L perforeret plade?

A: Nej. Trykfald afhænger af geometri (åbent areal, hulstørrelse, tykkelse) og af væsken (densitet, hastighed, viskositet). Karakteren ændrer korrosionsbestandighed og styrke, hvilket kan ændre den tykkelse, du vælger, og tykkelsen påvirker trykfaldet.

Q: Hvordan konverterer jeg tilgangshastighed til hulhastighed?

A: Divider indflyvningshastigheden med brøkdelen af ​​det åbne areal. For eksempel bliver 2 m/s, der nærmer sig et ark med 35 % åbent areal, omkring 5,7 m/s inde i hullerne. Trykfaldet drives af denne højere hulhastighed.