Geperforeerde plaat van roestvrij staal: berekening van open ruimte, gatenpatroon en drukval

Open ruimte (%)= gatoppervlak ÷ oppervlak van het herhalende patroon × 100. Voor ronde gaten:90.69 × (d ÷ p)²voor een verspringend patroon van 60 graden,78.54 × (d ÷ p)²voor een recht patroon van 90 graden (d=gatdiameter, p=hart-op-hart steek).

Beste patroon:60 graden verspringend geeft ongeveer 15% meer open ruimte dan 90 graden recht bij dezelfde gatgrootte en steek, en het houdt bredere metalen bruggen op hetzelfde open gebied.

Drukval:voor een dunne plaat, Δp=ζ × ½ρu², waarbij ζ=[0,707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f² en f het open gebied als breuk is. Door een open gebied van 40% naar 20% te snijden, wordt de drukval met ongeveer 6 vermenigvuldigd.

Kracht:meer open ruimte betekent minder metaal tussen de gaten. Een plaat met een open oppervlak van 40% behoudt slechts ongeveer een derde van de sterkte van de massieve plaat over de smalste lijn.

Cijfer:304, 316L of 2205 veranderen het open gebied of de drukval niet. Het verandert de corrosielevensduur en sterkte, en daarmee de plaatdikte die u kunt gebruiken.

Een geperforeerde plaat ziet er eenvoudig uit: een vlakke plaat vol gaten. Toch bepalen drie cijfers of het werkt in een filter, scherm, stroomverdeler of bewaker: het open gebied, het gatenpatroon en de drukval erover. Ze zijn met elkaar verbonden. Het patroon bepaalt het open gebied, het open gebied bepaalt de drukval en elk extra gat neemt kracht weg.

In deze handleiding wordt elke link in duidelijke taal uitgelegd, worden de formules gegeven en wordt gewerkt met voorbeelden die u met een rekenmachine kunt reproduceren. Als een getal uit onze eigen berekening komt in plaats van uit een gepubliceerde tabel, zeggen we dat.

Wat is de open ruimte in geperforeerde roestvrijstalen platen en hoe bereken je deze?

Open gebied is het percentage van het plaatoppervlak dat gaten bevat. Deel de oppervlakte van één gat door de oppervlakte van de zich herhalende cel die het gat bevat, en vermenigvuldig dit vervolgens met 100. Voor ronde gaten in een verspringend patroon van 60 graden is de kortere weg:90.69 × (d ÷ p)².

Beschouw het laken als een tegelvloer. Elke tegel bevat één gat (of een vast aantal gaten). Het open gebied geeft aan hoeveel van elke tegel leeg is. Omdat de tegel wordt ingesteld op basis van de steek, zijn er slechts drie invoergegevens nodig: gatgrootte, steek en patroon. Gebruik dezelfde eenheden voor d en p, zoals millimeters.

De constante 90,69 komt voort uit de geometrie van een driehoekig rooster, wat de dichtste manier is om ronde gaten te vullen. Het is ook de bovengrens: deze wordt alleen bereikt als de gaten elkaar raken (d=p), waardoor er geen metaal overblijft om een ​​plaat te vormen. Rechte rijen verspillen de hoeken tussen de gaten, waardoor de constante daalt naar 78,54.

Uitgewerkte voorbeelden

• Voorbeeld A.Gaten van 3 mm, steek van 5 mm, 60 graden verspringend. d ÷ p=0.6, en 0,6²=0.36. Open ruimte=90.69 × 0.36 =32.7%. Dezelfde gaten in een recht patroon geven 78,54 × 0.36=28.3%.
• Voorbeeld B.Gaten van 6 mm, steek van 9 mm (geschreven "6 @ 9"), 60 graden verspringend. d ÷ p=0.667, en 0,667²=0.444. Open ruimte=90.69 × 0.444 =40.3%.

Drie veel voorkomende fouten

• Gebruik van de verkeerde patroonformule.Als u 90.69 op een recht patroon toepast, wordt het open gebied met ongeveer 15% overschat.
• Toonhoogtedefinities door elkaar halen.Leveranciers verschillen van mening over de vraag of de steek langs de rij of tussen rijen wordt gemeten, en 45 graden-patronen worden op meer dan één manier gedefinieerd. Bevestig de definitie op de tekening.
• Marges negeren.De formules geven het open gebied van het geperforeerde veld weer. Stevige randen rond het veld verlagen het open gebied van het hele vel.

Welk gatenpatroon moet u kiezen: 60 graden gespreid, 90 graden recht of 45 graden gespreid?

Kiezen60 graden gespreidtenzij je gaten in rechte rijen nodig hebt. Het geeft het hoogste open gebied voor ronde gaten, laat bredere bruggen achter op hetzelfde open gebied en is het standaardpatroon bij de meeste perforators.

Bij dezelfde gatdiameter en steek geeft een patroon van 60 graden 90,69 ÷ 78.54=1.155 maal de open oppervlakte van een recht patroon van 90 graden, wat gelijk is aan15,5% meer. Je kunt het ook andersom bekijken. Om hetzelfde open gebied met dezelfde gatgrootte te raken, kan het 60 graden patroon een steek gebruiken die ongeveer 7,5% groter is, zodat het metaal tussen de gaten breder is.

Hier is een concreet geval. Een gat van 5 mm met een steek van 8 mm in een patroon van 60 graden geeft een open ruimte van 35,4% met bruggen van 3,0 mm. Om 35,4% in een recht patroon te evenaren, moet de steek krimpen tot ongeveer 7,4 mm, waardoor er bruggen overblijven van slechts ongeveer 2,4 mm. Dat is grofweg 20% ​​minder metaal tussen de gaten voor hetzelfde stroomgebied.

Hoeveel sterkte verliest een geperforeerde plaat naarmate de open ruimte groter wordt?

Meer dan het aantal open ruimtes doet vermoeden. De smalste strook metaal tussen de gaten draagt ​​de last, en zijn aandeel in de massieve plaat is ongeveer(p − d) ÷ p, genaamd de ligamentefficiëntie. Bij een open ruimte van 40% bedraagt ​​dat aandeel slechts ongeveer 33%.

Open gebied en kracht trekken in tegengestelde richtingen. Wanneer u een open gebied vergroot door een groter gat of een kleinere steek te kiezen, worden de bruggen tussen de gaten dunner. Omdat de bruggen de last dragen, neemt de kracht snel af. De tabel laat zien hoe snel.

De laatste rij toont de afweging. Een plaat met een open oppervlak van 63% bevindt zich aan de bovenkant van de 23% tot 64%-band die ISO 7805-1 voorschrijft voor platen van 3 mm en dikker, maar behoudt slechts ongeveer een zesde van zijn sterkte over het smalste gedeelte.

Fabrikanten gebruiken eenvoudige vuistregels om platen ponsbaar en vlak te houden. Velen houden de brug minstens zo breed als de plaatdikte, en velen houden de gatdiameter minstens gelijk aan de dikte voor koolstofstaal en ongeveer 1,5 keer de dikte of meer voor roestvrij staal. Roestvast staal hardt uit en is taaier dan koolstofstaal, waardoor ponsen sneller slijten en kleine gaatjes in dikke platen moeilijker te maken zijn. Dit zijn richtlijnen voor fabrikanten, geen gepubliceerde normen, en de limieten variëren per winkel. Bevestig dit bij uw leverancier.

Hoe bereken je de drukval over een geperforeerde plaat?

Voor een dunne plaat met scherpe randen,Δp = ζ × ½ × ρ × u², waarbij u de naderingssnelheid stroomopwaarts van de plaat is, ρ de vloeistofdichtheid is, enζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², met f het open gebied als breuk. Het resultaat is een eerste schatting die geldig is bij een hoog Reynoldsgetal; zie de onderstaande limieten.

Elk gat fungeert als een kleine opening. De stroom perst zich in de gaten, versnelt tot u ÷ f, zet vervolgens weer uit aan de andere kant, en daarbij gaat energie verloren. Een kleiner open gebied betekent een snellere stroming in de gaten en een veel groter verlies. De bovenstaande formule is het dunneplaatresultaat, samengesteld door Idelchik en veel gebruikt in technische handboeken.

Stap voor stap

1. Bereken de open-oppervlakfractie f uit de formules in het eerste deel (35% open-oppervlak betekent f=0.35).
2. Zoek de naderingssnelheid u=stroomsnelheid ÷ oppervlakte van de plaat.
3. Bereken ζ met de bovenstaande formule, of lees deze af uit de onderstaande tabel.
4. Bereken Δp=ζ × ½ × ρ × u². Met ρ in kg/m³ en u in m/s is Δp in pascal.

Uitgewerkt voorbeeld: 5 @ 8 mm, 60 graden verspringend

Open gebied is 35,4%, dus f=0.354 en ζ=11.7. Forlucht met een snelheid van 2 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Pa, met een gatsnelheid van 5,6 m/s. Voorwater met een snelheid van 0,5 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPa, met een gatsnelheid van 1,4 m/s.

Wat de cijfers je vertellen

• Open ruimte domineert.Het opensnijden van het open gebied van 40% naar 20% verhoogt ζ van 8,2 naar 51,3, ongeveer6 keerde drukval bij hetzelfde debiet.
• De snelheid is in het kwadraat.Een verdubbeling van de stroom vermenigvuldigt de drukval met vier.
• Verstopping verergert het probleem.Als puin de helft van de gaten blokkeert, halveert het open gebied en stijgt de drukval met een vergelijkbare grote factor. Dit is de reden waarom de filter- en zeefplaten een royale open ruimte hebben.

Grenzen van de formule

De dunneplaatformule is de limiet met het hoge Reynoldsgetal. In het uitgewerkte voorbeeld bedragen de Reynolds-getallen van het gat slechts ongeveer 1.900 voor lucht en 7.000 voor water (uitgaande van kinematische viscositeiten van 1,5 × 10⁻⁵ en 1,0 × 10⁻⁶ m²/s). Dat ligt onder het bereik waar de verliescoëfficiënt stopt afhankelijk van het Reynoldsgetal. Beschouw deze resultaten dus als een schatting en gebruik de Reynolds-afhankelijke grafieken of testgegevens van Idelchik als het antwoord ertoe doet.

Echte roestvrijstalen platen zijn ook dikker dan de diameterverhouding van 0,015 die de formule aanneemt. Een secundaire samenvatting van gepubliceerde experimenten met platen met driehoekige steek meldt dat het drukverlies afneemt naarmate de dikte toeneemt naar een diameter van ongeveer 1,5 gat, en vervolgens afvlakt. Voor typische platen zijn de aantallen voor dunne platen daarom vaak aan de hoge kant. We konden de oorspronkelijke experimentele gegevens niet rechtstreeks bevestigen, dus gebruik dit als een trend en niet als correctiefactor.

Veranderen de vorm en het patroon van het gat de drukval?

Meestal door open gebied. Patroon en vorm zijn belangrijk omdat ze bepalen hoeveel open ruimte een bepaalde gatgrootte en steek oplevert. Gepubliceerde Idelchik-gegevens bestrijken ronde gaten; voor vierkanten en sleuven werken ingenieurs meestal met een gelijkwaardige hydraulische diameter en bevestigen ze door middel van een test of CFD.

De hydraulische diameter is d_h=4 × open ruimte ÷ bevochtigde omtrek. Voor een rond gat is dit gelijk aan de diameter. Voor een vierkant is dit gelijk aan de lengte van de zijde. Bij een sleuf met rond uiteinde is deze groter dan de sleufbreedte, zoals uit de tabel blijkt.

Heeft de roestvrijstalen kwaliteit invloed op het open gebied of de drukval?

Nee. Open ruimte en drukval zijn afhankelijk van de geometrie en de vloeistof, niet van de legering. De kwaliteit is van belang omdat deze de corrosielevensduur en sterkte bepaalt, en sterkte beïnvloedt hoe dik de plaat moet zijn.

Fabricagedetails zijn belangrijker dan de meeste kopers verwachten. Een gat dat 0,1 mm te groot is gemaakt op een gat van 3 mm vergroot het open gebied met ongeveer 6,8% ((3,1 ÷ 3)²=1.068), wat de drukval met ongeveer 12% verlaagt als je ζ benadert als evenredig met 1 ÷ f² (EETA-schatting). Daarom hoort de gattolerantie op de tekening. Braamrichting, vlakheid en oppervlakteafwerking zijn ook van belang. Gladde, elektrolytisch gepolijste randen zijn bestand tegen vervuiling en de vlakheidslimieten voor de basisplaat worden besproken in ons artikel over ASTM A240-toleranties.

Hoe specificeert u een geperforeerde plaat zodat de bestelling overeenkomt met uw berekening?

Vermeld de gatgrootte, steek en hoe deze wordt gemeten, de patroonhoek, dikte, kwaliteit en specificatie, marges en toleranties. Elk ontbrekend item is een kans dat het geleverde blad afwijkt van uw berekening.

Welke normen zijn van toepassing op geperforeerde roestvrijstalen platen?

Geen enkele standaard dekt roestvrijstalen geperforeerde platen van begin tot eind. De geometrie van gaten en steek is meestal afkomstig uit de ISO 7805-serie en het basismetaal uit ASTM A240 en A480.

Bronnen: ISO 7805-1, ISO 7805-2 en ISO 10630 catalogusgegevens (ISO, CCN/SCC, SFS). De ISO-documenten hebben betrekking op koolstofarm staal; voor bestellingen van roestvrij staal verwijzen kopers doorgaans naar de ISO-geometrie en halen ze ASTM aan voor het basismetaal. Bevestig de aanpak met uw fabrikant.

Veelgestelde vragen

Vraag: Wat is een typische open ruimte voor geperforeerde roestvrijstalen platen?

A: De meeste standaardpatronen hebben een open ruimte tussen ongeveer 20% en 65%. ISO 7805-1 schrijft pitch-to-hole-verhoudingen voor die nominale open oppervlakken opleveren van ongeveer 23% tot 64% voor platen met een dikte van 3 mm en meer. Als je hoger gaat, blijven er zeer smalle bruggen tussen de gaten achter, waardoor kracht en vlakheid afnemen.

Vraag: Wat betekent een code als "5 @ 8"?

A: Het betekent meestal gaten van 5 mm op een hartafstand van 8 mm. Met een 60 graden verspringend patroon geeft dit 35,4% open ruimte; met een recht patroon van 90 graden geeft dit 30,7%. Bevestig altijd het patroon en hoe de leverancier de toonhoogte meet.

Vraag: Kan geperforeerde plaat een open ruimte van 90% bereiken?

A: Nee. Het theoretische plafond voor ronde gaten in een verspringend patroon van 60 graden is 90,69% en wordt alleen bereikt als de gaten elkaar raken (de diameter van het gat is gelijk aan de steek). Op dat moment is er geen metaal meer om een ​​plaat te vormen, dus echte producten blijven daar ver onder.

Vraag: Verlaagt een dikkere plaat de drukval?

A: Vaak wel, tot op zekere hoogte. Bij de dunneplaatformule in dit artikel wordt uitgegaan van een zeer dunne plaat. Gepubliceerde experimenten met platen met driehoekige steek melden dat het verlies afneemt naarmate de dikte toeneemt tot ongeveer 1,5 maal de gatdiameter, en vervolgens afvlakt. Voor dikke platen en kleine gaten begint de wandwrijving ertoe te doen. Gebruik testgegevens voor kritische ontwerpen.

Vraag: Is de drukval verschillend voor 304 en 316L geperforeerde platen?

A: Nee. De drukval is afhankelijk van de geometrie (open oppervlak, gatgrootte, dikte) en van de vloeistof (dichtheid, snelheid, viscositeit). De kwaliteit verandert de corrosieweerstand en sterkte, waardoor de door u gekozen dikte kan veranderen, en de dikte heeft invloed op de drukval.

Vraag: Hoe converteer ik de naderingssnelheid naar de gatsnelheid?

A: Verdeel de naderingssnelheid door de fractie van het open gebied. De snelheid waarmee 2 m/s een plaat nadert met een open oppervlak van 35% wordt bijvoorbeeld ongeveer 5,7 m/s binnen de gaten. De drukval wordt veroorzaakt door deze hogere gatsnelheid.