יריעת נירוסטה מחוררת: חישוב שטח פתוח, תבנית חורים וירידה בלחץ

שטח פתוח (%)= שטח חורים ÷ אזור של הדפוס החוזר × 100. עבור חורים עגולים:90.69 × (d ÷ p)²עבור תבנית מדורגת של 60 מעלות,78.54 × (d ÷ p)²עבור תבנית ישרה של 90 מעלות (ד=קוטר חור, p=גובה ממרכז למרכז).

הדפוס הטוב ביותר:60 מעלות מדורגת נותנת בערך 15% יותר שטח פתוח מאשר 90 מעלות ישר באותו גודל חור וגובה, והוא שומר על גשרי מתכת רחבים יותר באותו שטח פתוח.

ירידת לחץ:עבור גיליון דק, Δp=ζ × ½ρu², כאשר ζ=[0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f² ו-f הוא השטח הפתוח כשבר. חיתוך שטח פתוח מ-40% ל-20% מכפיל את ירידת הלחץ בכ-6.

כּוֹחַ:יותר שטח פתוח פירושו פחות מתכת בין חורים. גיליון עם שטח פתוח של 40% שומר רק על כשליש מחוזק הסדין המוצק שלו על פני הקו הצר ביותר.

צִיוּן:304, 316L או 2205 לא משנה את השטח הפתוח או את ירידת הלחץ. זה משנה את חיי הקורוזיה וחוזק, ולכן את עובי היריעות שאתה יכול להשתמש בו.

סדין מחורר נראה פשוט: צלחת שטוחה מלאה חורים. ובכל זאת שלושה מספרים מחליטים אם זה עובד במסנן, במסך, במפיץ זרימה או בשומר: השטח הפתוח, דפוס החורים וירידת הלחץ על פניו. הם מקושרים. התבנית קובעת את השטח הפתוח, השטח הפתוח קובע את ירידת הלחץ, וכל חור נוסף מוריד כוח.

מדריך זה מסביר כל קישור בשפה פשוטה, נותן את הנוסחאות ועובד באמצעות דוגמאות שניתן לשחזר באמצעות מחשבון. כאשר מספר מגיע מהחישוב שלנו ולא מטבלה שפורסמה, אנו אומרים זאת.

מהו שטח פתוח ביריעה מחוררת מנירוסטה, וכיצד מחשבים אותו?

שטח פתוח הוא האחוז של פני הגיליון שהוא חור. חלקו את השטח של חור אחד בשטח התא החוזר שמכיל אותו, ואז הכפלו ב-100. עבור חורים עגולים בתבנית מדורגת של 60 מעלות, קיצור הדרך הוא90.69 × (d ÷ p)².

חשבו על הסדין כעל רצפת אריחים. כל אריח מכיל חור אחד (או מספר קבוע של חורים). השטח הפתוח הוא כמה מכל אריח ריק. מכיוון שהאריח מוגדר על ידי הגובה, יש צורך בשלוש כניסות בלבד: גודל חור, גובה ודפוס. השתמש באותן יחידות עבור d ו-p, כגון מילימטרים.

הקבוע 90.69 מגיע מהגיאומטריה של רשת משולשת, שהיא הדרך הצפופה ביותר לארוז חורים עגולים. זה גם הגבול העליון: זה מגיע רק אם החורים נוגעים (d=p), מה שלא ישאיר מתכת ליצור יריעה. שורות ישרות מבזבזות את הפינות בין החורים, וזו הסיבה שהקבוע יורד ל-78.54.

דוגמאות עובדות

• דוגמה א'.3 מ"מ חורים, 5 מ"מ גובה, 60 מעלות מדורגת. d ÷ p=0.6, ו-0.6²=0.36. שטח פתוח=90.69 × 0.36 =32.7%. אותם חורים בתבנית ישרה נותנים 78.54 × 0.36=28.3%.
• דוגמה ב'.חורים של 6 מ"מ, גובה 9 מ"מ (כתוב "6 @ 9"), 60 מעלות מדורגת. d ÷ p=0.667, ו-0.667²=0.444. שטח פתוח=90.69 × 0.444 =40.3%.

שלוש טעויות נפוצות

• שימוש בנוסחת התבנית הלא נכונה.החלת 90.69 על דפוס ישר מגביר את השטח הפתוח בכ-15%.
• ערבוב של הגדרות מגרש.הספקים חלוקים בשאלה אם הגובה נמדד לאורך השורה או בין השורות, ודפוסי 45 מעלות מוגדרים ביותר מדרך אחת. אשר את ההגדרה בציור.
• התעלמות משוליים.הנוסחאות נותנות את השטח הפתוח של השדה המחורר. גבולות מוצקים מסביב לשדה מורידים את השטח הפתוח של כל הסדין.

באיזה דפוס חור כדאי לבחור: 60 מעלות מבודד, 90 מעלות ישר, או 45 מעלות מבודד?

לִבחוֹר60 מעלות מזוודתאלא אם כן אתה צריך חורים בשורות ישרות. זה נותן את השטח הפתוח הגבוה ביותר עבור חורים עגולים, משאיר גשרים רחבים יותר באותו שטח פתוח, והוא התבנית הסטנדרטית ברוב המחוררים.

באותו קוטר חור וגובה, דפוס של 60 מעלות נותן פי 90.69 ÷ 78.54=1.155 מהשטח הפתוח של דפוס ישר של 90 מעלות, שהוא15.5% יותר. אתה יכול גם להסתכל על זה בצורה אחרת. כדי לפגוע באותו אזור פתוח עם אותו גודל חור, תבנית ה-60 מעלות יכולה להשתמש בפסולת גדולה יותר בכ-7.5%, כך שהמתכת בין החורים רחבה יותר.

הנה מקרה קונקרטי. חור של 5 מ"מ בגובה 8 מ"מ בתבנית של 60 מעלות נותן 35.4% שטח פתוח עם גשרים של 3.0 מ"מ. כדי להתאים ל-35.4% בתבנית ישרה, על המגרש להתכווץ לכ-7.4 מ"מ, ולהשאיר גשרים של כ-2.4 מ"מ בלבד. זה בערך 20% פחות מתכת בין חורים עבור אותו אזור זרימה.

כמה חוזק מאבד יריעה מחוררת ככל שהשטח הפתוח גדל?

יותר ממה שמספר השטח הפתוח מרמז. רצועת המתכת הצרה ביותר בין חורים נושאת את העומס, וחלקה ביריעת המוצקה הוא בערך(p − d) ÷ p, הנקרא יעילות הרצועה. ב-40% שטח פתוח, נתח זה הוא רק כ-33%.

שטח פתוח וכוח משיכה לכיוונים מנוגדים. כאשר אתה מעלה שטח פתוח על ידי בחירת חור גדול יותר או גובה קטן יותר, הגשרים בין החורים הולכים ונעשים דקים יותר. מכיוון שהגשרים נושאים את העומס, הכוח יורד במהירות. הטבלה מראה כמה מהר.

השורה האחרונה מציגה את ההחלפה. גיליון עם שטח פתוח של 63% יושב ליד החלק העליון של רצועת ה-23% עד 64% ש-ISO 7805-1 קובע עבור לוח 3 מ"מ ומעלה, אך הוא שומר רק על שישית מהחוזק שלו על פני הקטע הצר ביותר.

יצרנים משתמשים בכללי אצבע פשוטים כדי לשמור על סדינים ניתנים לניקוב ושטוחים. רבים שומרים על הגשר רחב לפחות כמו עובי היריעות, ורבים שומרים על קוטר החור שווה לפחות לעובי של פלדת פחמן וכפי 1.5 מהעובי או יותר עבור נירוסטה. פלדת אל חלד מתקשה וקשיחה יותר מפלדת פחמן, כך שהאגרופים נשחקים מהר יותר וקשה יותר לעשות חורים קטנים ביריעות עבות. אלו הן הנחיות יצרן, לא תקנים שפורסמו, והמגבלות משתנות בהתאם לחנות. אשר עם הספק שלך.

איך מחשבים ירידת לחץ על פני יריעה מחוררת?

לגיליון דק עם קצוות חדים,Δp = ζ × ½ × ρ × u², כאשר u היא מהירות הגישה במעלה היריעה, ρ היא צפיפות הנוזל, וζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², עם f השטח הפתוח כשבר. התוצאה היא הערכה ראשונה שתקפה במספר ריינולדס גבוה; ראה את המגבלות למטה.

כל חור פועל כמו פתח קטן. הזרימה נדחסת לתוך החורים, מאיץ ל-u ÷ f, ואז מתרחבת שוב בצד הרחוק, ואנרגיה אובדת בתהליך. שטח פתוח קטן יותר פירושו זרימה מהירה יותר בחורים ואובדן גדול בהרבה. הנוסחה שלמעלה היא תוצאת הצלחת הדקה שנאספה על ידי Idelchik ונמצאת בשימוש נרחב בספרי הנדסה.

צעד אחר צעד

1. חשב את שבר השטח הפתוח f מהנוסחאות בקטע הראשון (35% שטח פתוח פירושו f=0.35).
2. מצא את מהירות הגישה u=קצב זרימה ÷ שטח הפנים של הגיליון.
3. חשב את ζ עם הנוסחה שלמעלה, או קרא אותה מהטבלה למטה.
4. חשב את Δp=ζ × ½ × ρ × u². עם ρ ב-kg/m³ ו-u ב-m/s, Δp הוא בפסקל.

דוגמה מעובדת: 5 @ 8 מ"מ, 60 מעלות מדורגת

השטח הפתוח הוא 35.4%, אז f=0.354 ו-ζ=11.7. עבוראוויר במהירות של 2 מ"ש, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Pa, עם מהירות חור של 5.6 מ' לשנייה. עֲבוּרמים במהירות 0.5 מ"ש, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPa, עם מהירות חור של 1.4 מ' לשנייה.

מה המספרים אומרים לך

• שטח פתוח שולט.חיתוך שטח פתוח מ-40% ל-20% מעלה את ζ מ-8.2 ל-51.3, בערך6 פעמיםירידת הלחץ באותה זרימה.
• המהירות היא בריבוע.הכפלת הזרימה מכפילה את ירידת הלחץ בארבע.
• סתימה מחמירה את הבעיה.אם פסולת חוסמת חצי מהחורים, השטח הפתוח יקטן וירידה בלחץ עולה בגורם גדול דומה. זו הסיבה שיריעות פילטר ומסננות מותאמות לשטח פתוח נדיב.

גבולות הנוסחה

נוסחת הלוח הדק היא מגבלה של מספר ריינולדס גבוה. בדוגמה המעובדת, מספרי החור ריינולדס הם רק כ-1,900 עבור אוויר ו-7,000 עבור מים (בהנחה של צמיגות קינמטית של 1.5 × 10⁻⁵ ו-1.0 × 10⁻⁶ מ"ר לשנייה). זה מתחת לטווח שבו מקדם ההפסד נעצר בהתאם למספר ריינולדס, אז התייחסו לתוצאות הללו כאומדן והשתמשו בתרשימים תלויי ריינולדס של אידלצ'יק או בנתוני בדיקה כאשר התשובה חשובה.

יריעות נירוסטה אמיתיות הן גם עבות יותר מיחס הקוטר של 0.015 שהנוסחה מניחה. סיכום משני של ניסויים שפורסמו על לוחות משולשים מדווחים כי אובדן הלחץ יורד ככל שהעובי עולה לכיוון של כ-1.5 קוטר של חורים, ואז מתייצב. עבור גיליונות טיפוסיים, מספרי הלוחות הדקים נוטים להיות על הצד הגבוה. לא הצלחנו לאשר את הנתונים הניסויים המקוריים ישירות, אז השתמש בזה כמגמה, לא כגורם תיקון.

האם צורת החורים והתבנית משנים את ירידת הלחץ?

בעיקר דרך שטח פתוח. הדפוס והצורה חשובים כי הם קובעים כמה שטח פתוח מספקים גודל חור נתון וגובה הצליל. נתוני Idelchik שפורסמו מכסים חורים מעגליים; עבור ריבועים וחריצים, המהנדסים בדרך כלל עובדים עם קוטר הידראולי שווה ערך ומאשרים על ידי בדיקה או CFD.

הקוטר ההידראולי הוא d_h=4 × שטח פתוח ÷ היקף רטוב. עבור חור עגול זה שווה לקוטר. עבור ריבוע זה שווה לאורך הצלע. עבור חריץ קצה עגול הוא גדול יותר מרוחב החריץ, כפי שהטבלה מראה.

האם דרגת הנירוסטה משפיעה על שטח פתוח או ירידה בלחץ?

לא. שטח פתוח וירידה בלחץ תלויים בגיאומטריה ובנוזל, לא בסגסוגת. הציון חשוב כי הוא קובע את חיי הקורוזיה וחוזקם, והחוזק משפיע על מידת העובי של הסדין.

פרטי ייצור חשובים יותר ממה שרוב הקונים מצפים. חור בגודל של 0.1 מ"מ על חור של 3 מ"מ מעלה את השטח הפתוח בכ-6.8% ((3.1 ÷ 3)²=1.068), מה שמוריד את ירידת הלחץ בכ-12% אם מעריכים את ζ כפרופורציונלי ל-1 ÷ f² (אומדן EETA). לכן סובלנות החורים שייכת לציור. גם כיוון הכתמים, השטיחות וגימור פני השטח חשובים. קצוות חלקים ומלוטשים עמידים בפני התכלות, ומגבלות השטיחות של לוחית הבסיס מכוסות במאמר שלנו בנושא סובלנות ASTM A240.

איך אתה מציין גיליון מחורר כך שהסדר תואם את החישוב שלך?

ציינו את גודל החור, הגובה ואופן מדידתו, זווית הדפוס, עובי, דרג ומפרט, שוליים וסובלנות. כל פריט חסר הוא סיכוי שהגיליון שנמסר יהיה שונה מהחישוב שלך.

אילו תקנים חלים על פלדת אל חלד מחוררת?

אין תקן אחד המכסה יריעת מחוררת אל חלד מקצה לקצה. גיאומטריית החור והפסל נלקחת בדרך כלל מסדרת ISO 7805, והמתכת הבסיסית מ-ASTM A240 ו-A480.

מקורות: ערכי קטלוג ISO 7805-1, ISO 7805-2 ו-ISO 10630 (ISO, CCN/SCC, SFS). מסמכי ISO מותאמים לפלדה דלת פחמן; עבור הזמנות אל חלד, הקונים מתייחסים בדרך כלל לגיאומטריית ISO ומציינים ASTM עבור המתכת הבסיסית. אשר את הגישה עם היצרן שלך.

שאלות נפוצות

ש: מהו שטח פתוח טיפוסי ליריעות מחוררות מנירוסטה?

A: רוב הדפוסים הסטנדרטיים נופלים בין כ-20% ל-65% שטח פתוח. ISO 7805-1 קובע יחסי גובה-חור המעניקים שטחים פתוחים נומינליים של כ-23% עד 64% עבור צלחת בעובי 3 מ"מ ומעלה. עלייה גבוהה יותר משאירה גשרים צרים מאוד בין חורים, כך שכוח ושטיחות סובלים.

ש: מה המשמעות של קוד כמו "5 @ 8"?

A: זה בדרך כלל אומר חורים של 5 מ"מ במרכזי 8 מ"מ. עם דפוס מדורג של 60 מעלות זה נותן 35.4% שטח פתוח; עם דפוס ישר של 90 מעלות זה נותן 30.7%. אשר תמיד את הדפוס וכיצד הספק מודד את הגובה.

ש: האם גיליון מחורר יכול להגיע ל-90% שטח פתוח?

A: לא. התקרה התיאורטית עבור חורים עגולים בתבנית מדורגת של 60 מעלות היא 90.69%, להגיע רק כאשר החורים נוגעים (קוטר החור שווה גובה). בשלב זה לא נשארת מתכת ליצירת יריעה, ולכן מוצרים אמיתיים נשארים הרחק מתחתיה.

ש: האם יריעה עבה יותר מורידה את ירידת הלחץ?

A: לעתים קרובות כן, עד לנקודה מסוימת. נוסחת הלוח הדק במאמר זה מניח יריעה דקה מאוד. ניסויים שפורסמו על לוחות משולשים מדווחים שהאובדן יורד ככל שהעובי עולה לכדי פי 1.5 מקוטר החור, ואז מתיישר. עבור גיליון עבה וחורים קטנים, חיכוך הקיר מתחיל להיות חשוב. השתמש בנתוני בדיקה עבור עיצובים קריטיים.

ש: האם ירידת הלחץ שונה עבור יריעה מחוררת 304 ו-316 ל'?

A: לא. ירידת לחץ תלויה בגיאומטריה (שטח פתוח, גודל חור, עובי) ובנוזל (צפיפות, מהירות, צמיגות). הדרגה משנה עמידות בפני קורוזיה וחוזק, מה שיכול לשנות את העובי שתבחר, והעובי אכן משפיע על ירידת הלחץ.

ש: איך אני ממיר את מהירות הגישה למהירות החור?

A: מחלקים את מהירות הגישה בשבר השטח הפתוח. לדוגמה, 2 מ"ש שמתקרבים ליריעה עם 35% שטח פתוח הופכים לכ-5.7 מ"ש בתוך החורים. ירידת הלחץ מונעת על ידי מהירות חור גבוהה יותר זו.