แผ่นสเตนเลสเจาะรู: การคำนวณพื้นที่เปิด รูปแบบรู และแรงดันตก

พื้นที่เปิดโล่ง (%)= พื้นที่รู KW พื้นที่ของรูปแบบซ้ำ × 100 สำหรับรูกลม:90.69 × (d ÷ p)²สำหรับรูปแบบเซ 60 องศา78.54 × (d ÷ p)²สำหรับรูปแบบตรง 90 องศา (เส้นผ่านศูนย์กลางรู d =, p=ระยะพิทช์จากศูนย์กลางถึงกึ่งกลาง)

รูปแบบที่ดีที่สุด:การเซ 60 องศาจะให้พื้นที่เปิดมากกว่าประมาณ 15% จากการทำมุมตรง 90 องศาที่ขนาดรูและระยะพิทช์เท่ากัน และช่วยให้สะพานโลหะกว้างขึ้นในพื้นที่เปิดเดียวกัน

แรงดันตก:สำหรับแผ่นบาง Δp=ζ × ½ρu² โดยที่ ζ=[0.707√(1−f) + (1−f)]² τ f² และ f คือพื้นที่เปิดในรูปเศษส่วน การตัดพื้นที่เปิดจาก 40% เป็น 20% จะคูณแรงดันตกคร่อมประมาณ 6

ความแข็งแกร่ง:พื้นที่เปิดโล่งมากขึ้นหมายถึงโลหะน้อยลงระหว่างรู แผ่นงานที่มีพื้นที่เปิด 40% จะรักษาความแข็งแรงของแผ่นทึบได้เพียงประมาณหนึ่งในสามของเส้นที่แคบที่สุด

ระดับ:304, 316L หรือ 2205 ไม่เปลี่ยนพื้นที่เปิดหรือแรงดันตก มันเปลี่ยนอายุและความแข็งแรงของการกัดกร่อน และความหนาของแผ่นที่คุณสามารถใช้ได้

แผ่นที่มีรูพรุนดูเรียบง่าย: แผ่นแบนที่เต็มไปด้วยรู ตัวเลขสามตัวเป็นตัวตัดสินว่าจะใช้งานได้กับตัวกรอง ตัวกรอง ตัวจ่ายการไหล หรือตัวป้องกัน: พื้นที่เปิด รูปแบบของรู และแรงดันตกคร่อม พวกเขาเชื่อมโยงกัน รูปแบบจะกำหนดพื้นที่เปิด พื้นที่เปิดจะกำหนดแรงดันตกคร่อม และทุกๆ หลุมที่เพิ่มเข้ามาจะดึงความแข็งแกร่งออกไป

คู่มือนี้จะอธิบายแต่ละลิงก์ด้วยภาษาธรรมดา ให้สูตร และดำเนินการตามตัวอย่างที่คุณสามารถสร้างด้วยเครื่องคิดเลข ในกรณีที่ตัวเลขมาจากการคำนวณของเราเองแทนที่จะเป็นตารางที่เผยแพร่ เราก็พูดเช่นนั้น

พื้นที่เปิดในแผ่นสแตนเลสเจาะรูคืออะไร และคุณคำนวณได้อย่างไร?

พื้นที่เปิดคือเปอร์เซ็นต์ของหน้าแผ่นที่เป็นรู แบ่งพื้นที่ของหนึ่งหลุมด้วยพื้นที่ของเซลล์ซ้ำที่มีหลุมนั้น แล้วคูณด้วย 100 สำหรับรูกลมที่มีรูปแบบเซ 60 องศา ทางลัดคือ90.69 × (d ÷ p)².

คิดว่าแผ่นเป็นพื้นกระเบื้อง แต่ละแผ่นมีหนึ่งรู (หรือจำนวนรูคงที่) พื้นที่เปิดคือกระเบื้องแต่ละแผ่นว่างเท่าใด เนื่องจากไทล์ถูกกำหนดโดยระยะพิทช์ จึงจำเป็นต้องมีอินพุตเพียง 3 รายการเท่านั้น: ขนาดรู ระยะพิทช์ และรูปแบบ ใช้หน่วยเดียวกันสำหรับ d และ p เช่น มิลลิเมตร

ค่าคงที่ 90.69 มาจากเรขาคณิตของตารางสามเหลี่ยม ซึ่งเป็นวิธีอัดรูกลมที่หนาแน่นที่สุด นอกจากนี้ยังเป็นขีดจำกัดบนด้วย: จะถึงได้ก็ต่อเมื่อรูสัมผัสกัน (d=p) ซึ่งจะทำให้ไม่มีโลหะเหลืออยู่เป็นแผ่น แถวตรงทำให้เสียมุมระหว่างหลุม ซึ่งเป็นเหตุให้ค่าคงที่ลดลงเหลือ 78.54

ตัวอย่างการทำงาน

• ตัวอย่าง ก.รู 3 มม. ระยะพิทช์ 5 มม. เซ 60 องศา d ۞ p=0.6 และ 0.6²=0.36. พื้นที่เปิด=90.69 × 0.36 =32.7%. รูเดียวกันในรูปแบบตรงให้ 78.54 × 0.36=28.3%
• ตัวอย่าง B.รู 6 มม. ระยะพิทช์ 9 มม. (เขียนว่า "6 @ 9") เซ 60 องศา d ۞ p=0.667 และ 0.667²=0.444. พื้นที่เปิด=90.69 × 0.444 =40.3%.

ข้อผิดพลาดทั่วไปสามประการ

• ใช้สูตรรูปแบบไม่ถูกต้องการใช้ 90.69 กับรูปแบบเส้นตรงจะเกินพื้นที่เปิดประมาณ 15%
• การผสมผสานคำจำกัดความของระดับเสียงซัพพลายเออร์จะต่างกันออกไปว่าจะมีการวัดระดับเสียงตามแถวหรือระหว่างแถว และรูปแบบ 45 องศาถูกกำหนดไว้มากกว่าหนึ่งวิธี ยืนยันคำจำกัดความบนภาพวาด
• ละเว้นระยะขอบสูตรนี้ให้พื้นที่เปิดของสนามที่มีรูพรุน เส้นขอบทึบรอบฟิลด์จะลดพื้นที่เปิดของทั้งแผ่นลง

คุณควรเลือกรูปแบบรูใด: เซ 60 องศา, ตรง 90 องศา หรือ เซ 45 องศา

เลือกเซ 60 องศาเว้นแต่ว่าคุณต้องการรูเป็นแถวตรง ให้พื้นที่เปิดสูงสุดสำหรับรูกลม ปล่อยให้สะพานกว้างขึ้นในพื้นที่เปิดเดียวกัน และเป็นรูปแบบมาตรฐานสำหรับเครื่องเจาะส่วนใหญ่

ที่เส้นผ่านศูนย์กลางรูและระยะพิทช์เท่ากัน รูปแบบ 60 องศาจะให้ 90.69 τ 78.54=1.155 เท่าของพื้นที่เปิดของรูปแบบตรง 90 องศา ซึ่งก็คือเพิ่มขึ้น 15.5%. คุณยังสามารถมองมันด้วยวิธีอื่นได้ หากต้องการตีพื้นที่เปิดเดียวกันโดยมีขนาดรูเท่ากัน รูปแบบ 60 องศาสามารถใช้ระยะพิทช์ที่ใหญ่กว่าประมาณ 7.5% ดังนั้นโลหะระหว่างรูจึงกว้างขึ้น

นี่คือกรณีที่เป็นรูปธรรม รูขนาด 5 มม. ที่ระยะพิทช์ 8 มม. ในรูปแบบ 60 องศา ให้พื้นที่เปิด 35.4% พร้อมสะพาน 3.0 มม. เพื่อให้ตรงกับ 35.4% ในรูปแบบตรง ระยะพิตช์จะต้องลดลงเหลือประมาณ 7.4 มม. เหลือสะพานเพียงประมาณ 2.4 มม. นั่นคือโลหะระหว่างรูน้อยลงประมาณ 20% สำหรับพื้นที่การไหลเดียวกัน

แผ่นที่มีรูพรุนสูญเสียความแข็งแรงเท่าใดเมื่อพื้นที่เปิดเพิ่มขึ้น?

มากกว่าตัวเลขพื้นที่เปิดที่แนะนำ แถบโลหะที่แคบที่สุดระหว่างรูจะรับน้ำหนัก และส่วนแบ่งของแผ่นแข็งอยู่ที่ประมาณ(p − d) ÷ pเรียกว่าประสิทธิภาพของเอ็น ที่พื้นที่เปิดโล่ง 40% ส่วนแบ่งนั้นมีเพียงประมาณ 33% เท่านั้น

พื้นที่เปิดโล่งและแรงดึงไปในทิศทางตรงกันข้าม เมื่อคุณเพิ่มพื้นที่เปิดโดยเลือกรูที่ใหญ่กว่าหรือระยะห่างที่เล็กลง สะพานระหว่างรูจะบางลง เนื่องจากสะพานรับน้ำหนัก ความแรงจึงลดลงอย่างรวดเร็ว ตารางแสดงว่าเร็วแค่ไหน

แถวสุดท้ายแสดงการแลกเปลี่ยน แผ่นที่มีพื้นที่เปิด 63% ตั้งอยู่ใกล้ด้านบนของแถบ 23% ถึง 64% ที่ ISO 7805-1 กำหนดสำหรับแผ่นที่มีความหนาตั้งแต่ 3 มม. ขึ้นไป แต่ยังคงความแข็งแรงไว้ได้เพียงหนึ่งในหกของความแข็งแรงตลอดส่วนที่แคบที่สุด

ผู้ผลิตใช้กฎง่ายๆ เพื่อให้แผ่นเจาะได้และเรียบ หลายๆ คนคงไว้ซึ่งสะพานให้กว้างอย่างน้อยเท่ากับความหนาของแผ่น และหลายๆ คนคงไว้ซึ่งเส้นผ่านศูนย์กลางของรูอย่างน้อยเท่ากับความหนาของเหล็กกล้าคาร์บอน และประมาณ 1.5 เท่าของความหนาหรือมากกว่าสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม เหล็กกล้าไร้สนิมจะแข็งตัวและแข็งกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน ดังนั้นการเจาะจึงสึกหรอเร็วกว่าและรูเล็กๆ ในแผ่นหนาจึงทำได้ยากกว่า นี่เป็นแนวทางปฏิบัติของผู้ผลิต ไม่ใช่มาตรฐานที่เผยแพร่ และข้อจำกัดจะแตกต่างกันไปตามร้านค้า ยืนยันกับซัพพลายเออร์ของคุณ

คุณจะคำนวณแรงดันตกคร่อมแผ่นที่มีรูพรุนได้อย่างไร?

สำหรับแผ่นบางและมีขอบคมΔp = ζ × ½ × ρ × u²โดยที่ u คือความเร็วเข้าใกล้ต้นน้ำของแผ่น ρ คือความหนาแน่นของของไหล และζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f²โดยให้ f พื้นที่เปิดเป็นเศษส่วน ผลลัพธ์คือการประมาณค่าครั้งแรกที่ถูกต้องที่เลขเรย์โนลด์สสูง ดูขีดจำกัดด้านล่าง

แต่ละหลุมทำหน้าที่เหมือนรูเล็กๆ โฟลว์บีบตัวเข้าไปในรู ด้วยความเร็วสูงถึง u ۞ f จากนั้นขยายตัวอีกครั้งที่ด้านไกล และพลังงานจะสูญเสียไปในกระบวนการ พื้นที่เปิดโล่งที่เล็กลงหมายถึงการไหลในหลุมเร็วขึ้นและการสูญเสียที่มากขึ้น สูตรข้างต้นเป็นผลจากแผ่นบางที่รวบรวมโดย Idelchik และใช้กันอย่างแพร่หลายในหนังสือคู่มือทางวิศวกรรม

ทีละขั้นตอน

1. คำนวณเศษส่วนของพื้นที่เปิด f จากสูตรในส่วนแรก (พื้นที่เปิด 35% หมายถึง f=0.35)
2. ค้นหาความเร็วเข้าใกล้ u=อัตราการไหล ۞ พื้นที่หน้าของแผ่นงาน
3. คำนวณ ζ ด้วยสูตรด้านบน หรืออ่านจากตารางด้านล่าง
4. คำนวณ Δp=ζ × ½ × ρ × u² เมื่อ ρ มีหน่วยเป็น kg/m³ และ u เป็น m/s Δp อยู่ในหน่วยปาสคาล

ตัวอย่างการทำงาน: 5 @ 8 มม. เซ 60 องศา

พื้นที่เปิดคือ 35.4% ดังนั้น f=0.354 และ ζ=11.7. สำหรับอากาศที่ 2 เมตร/วินาที, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Paด้วยความเร็วรู 5.6 m/s สำหรับน้ำที่ 0.5 เมตร/วินาที, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPaด้วยความเร็วรู 1.4 m/s

ตัวเลขบอกอะไรคุณ.

• พื้นที่เปิดโล่งครอบงำการตัดพื้นที่เปิดจาก 40% เป็น 20% เพิ่ม ζ จาก 8.2 เป็น 51.3 ประมาณ6 ครั้งแรงดันตกคร่อมที่กระแสเดียวกัน
• ความเร็วเป็นกำลังสองการเพิ่มการไหลเป็นสองเท่าจะทำให้ความดันลดลงเป็นสี่เท่า
• การอุดตันทำให้เกิดปัญหามากขึ้นหากเศษวัสดุกีดขวางครึ่งรู พื้นที่เปิดจะลดลงครึ่งหนึ่งและแรงดันตกคร่อมจะเพิ่มขึ้นเป็นปัจจัยขนาดใหญ่ที่คล้ายคลึงกัน นี่คือเหตุผลว่าทำไมแผ่นกรองและแผ่นกรองจึงมีขนาดพร้อมพื้นที่เปิดโล่งที่กว้างขวาง

ขีดจำกัดของสูตร

สูตรแผ่นบางคือขีดจำกัดจำนวน Reynolds สูง ในตัวอย่างการทำงาน เลขเรย์โนลด์สของหลุมมีค่าประมาณ 1,900 สำหรับอากาศและ 7,000 สำหรับน้ำ (โดยสมมติว่าความหนืดจลนศาสตร์อยู่ที่ 1.5 × 10⁻⁵ และ 1.0 × 10⁻⁶ m²/s) ซึ่งอยู่ต่ำกว่าช่วงที่ค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียหยุดขึ้นอยู่กับจำนวนเรย์โนลด์ส ดังนั้น ให้ถือว่าผลลัพธ์เหล่านี้เป็นค่าประมาณ และใช้แผนภูมิหรือข้อมูลทดสอบที่ขึ้นกับเรย์โนลด์สของ Idelchik เมื่อคำตอบมีความสำคัญ

แผ่นสเตนเลสแท้ยังมีความหนามากกว่าอัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.015 ตามที่สูตรกำหนด บทสรุปรองของการทดลองที่เผยแพร่เกี่ยวกับเพลตระยะพิตช์สามเหลี่ยมรายงานว่าการสูญเสียแรงดันลดลงเมื่อความหนาเพิ่มขึ้นจนถึงเส้นผ่านศูนย์กลางรูประมาณ 1.5 จากนั้นจึงปรับระดับลง สำหรับแผ่นทั่วไป หมายเลขแผ่นบางจึงมักจะอยู่ด้านสูง เราไม่สามารถยืนยันข้อมูลการทดลองดั้งเดิมได้โดยตรง ดังนั้นให้ใช้ข้อมูลนี้เป็นแนวโน้ม ไม่ใช่ปัจจัยในการแก้ไข

รูปร่างและรูปแบบของรูเปลี่ยนแรงดันตกคร่อมหรือไม่?

ส่วนใหญ่ผ่านพื้นที่เปิดโล่ง รูปแบบและรูปร่างมีความสำคัญเนื่องจากเป็นตัวกำหนดพื้นที่เปิดของขนาดรูและระยะพิทช์ที่กำหนด ข้อมูล Idelchik ที่เผยแพร่ครอบคลุมถึงรูวงกลม สำหรับช่องสี่เหลี่ยมและร่อง วิศวกรมักจะทำงานกับเส้นผ่านศูนย์กลางไฮดรอลิกที่เท่ากันและยืนยันโดยการทดสอบหรือ CFD

เส้นผ่านศูนย์กลางไฮดรอลิกคือ d_h=4 × พื้นที่เปิด KW เส้นรอบวงเปียก สำหรับรูกลมจะมีขนาดเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลาง สำหรับสี่เหลี่ยมจัตุรัสจะเท่ากับความยาวด้าน สำหรับช่องปลายกลม จะมีขนาดใหญ่กว่าความกว้างของช่อง ดังที่แสดงในตาราง

เกรดสเตนเลสสตีลส่งผลต่อพื้นที่เปิดหรือแรงดันตกคร่อมหรือไม่?

ไม่ พื้นที่เปิดและแรงดันตกขึ้นอยู่กับรูปทรงและของไหล ไม่ใช่อัลลอยด์ เกรดมีความสำคัญเนื่องจากจะกำหนดอายุและความแข็งแรงของการกัดกร่อน และความแข็งแรงจะส่งผลต่อความหนาของแผ่นงาน

รายละเอียดการประดิษฐ์มีความสำคัญมากกว่าที่ผู้ซื้อส่วนใหญ่คาดหวัง รูที่สร้างขนาดใหญ่กว่าปกติ 0.1 มม. บนรูขนาด 3 มม. จะทำให้พื้นที่เปิดเพิ่มขึ้นประมาณ 6.8% ((3.1 ÷ 3)²=1.068) ซึ่งจะช่วยลดแรงดันตกคร่อมได้ประมาณ 12% หากคุณประมาณ ζ ตามสัดส่วนกับ 1 ÷ f² (ค่าประมาณของ EETA) นั่นคือเหตุผลว่าทำไมค่าความคลาดเคลื่อนของรูจึงอยู่ในภาพวาด ทิศทางของเสี้ยน ความเรียบ และผิวสำเร็จก็มีความสำคัญเช่นกัน ขอบขัดเงาด้วยไฟฟ้าที่เรียบลื่นต้านทานการเปรอะเปื้อน และขีดจำกัดความเรียบของแผ่นฐานมีกล่าวถึงในบทความของเราเกี่ยวกับความคลาดเคลื่อน ASTM A240

คุณจะระบุแผ่นที่มีรูพรุนอย่างไรเพื่อให้ลำดับตรงกับการคำนวณของคุณ?

ระบุขนาดรู ระยะห่างและวิธีการวัด มุมของรูปแบบ ความหนา เกรดและข้อกำหนด ระยะขอบ และพิกัดความเผื่อ รายการที่ขาดหายไปแต่ละรายการมีโอกาสที่ชีตที่จัดส่งจะแตกต่างไปจากการคำนวณของคุณ

มาตรฐานใดที่ใช้กับแผ่นสแตนเลสแบบเจาะรู?

ไม่มีมาตรฐานเดียวครอบคลุมแผ่นสเตนเลสเจาะรูตั้งแต่ต้นจนจบ โดยทั่วไป รูปทรงของรูและระยะพิทช์จะมาจากซีรีส์ ISO 7805 และโลหะฐานจาก ASTM A240 และ A480

แหล่งที่มา: รายการแค็ตตาล็อก ISO 7805-1, ISO 7805-2 และ ISO 10630 (ISO, CCN/SCC, SFS) เอกสาร ISO กำหนดขอบเขตไว้เฉพาะเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ สำหรับการสั่งซื้อสเตนเลส โดยทั่วไปผู้ซื้อจะอ้างอิงรูปทรง ISO และอ้างอิง ASTM สำหรับโลหะฐาน ยืนยันแนวทางกับผู้สร้างของคุณ

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: พื้นที่เปิดโล่งทั่วไปสำหรับแผ่นสเตนเลสเจาะรูคืออะไร?

A: รูปแบบมาตรฐานส่วนใหญ่จะอยู่ระหว่างพื้นที่เปิดประมาณ 20% ถึง 65% ISO 7805-1 กำหนดอัตราส่วนระหว่างพิทช์ต่อรูที่ให้พื้นที่เปิดโดยประมาณประมาณ 23% ถึง 64% สำหรับเพลตที่มีความหนา 3 มม. ขึ้นไป การขึ้นที่สูงจะทำให้สะพานระหว่างหลุมแคบมาก ส่งผลให้มีความแข็งแรงและความเรียบ

ถาม: รหัสเช่น "5 @ 8" หมายถึงอะไร

A: โดยปกติจะหมายถึงรูขนาด 5 มม. บนศูนย์กลางขนาด 8 มม. ด้วยรูปแบบเซ 60 องศา ทำให้มีพื้นที่เปิดโล่ง 35.4%; ด้วยรูปแบบเส้นตรง 90 องศา ให้ 30.7% ยืนยันรูปแบบและวิธีที่ซัพพลายเออร์วัดระดับเสียงเสมอ

ถาม: แผ่นพรุนสามารถเข้าถึงพื้นที่เปิดถึง 90% ได้หรือไม่

A: ไม่ เพดานตามทฤษฎีสำหรับรูกลมที่มีรูปแบบเซ 60 องศาคือ 90.69% ซึ่งจะเข้าถึงได้เมื่อรูสัมผัสกันเท่านั้น (เส้นผ่านศูนย์กลางรูเท่ากับระยะพิทช์) เมื่อถึงจุดนั้น ไม่มีโลหะเหลืออยู่จนกลายเป็นแผ่น ดังนั้นผลิตภัณฑ์จริงจึงอยู่ต่ำกว่าแผ่นนั้นมาก

ถาม: แผ่นที่หนาขึ้นจะช่วยลดแรงดันตกคร่อมหรือไม่

A: มักจะใช่จนถึงจุดหนึ่ง สูตรแผ่นบางในบทความนี้ถือว่าแผ่นบางมาก การทดลองที่เผยแพร่บนเพลตระยะพิตช์สามเหลี่ยมรายงานว่าการสูญเสียลดลงเมื่อความหนาเพิ่มขึ้นจนเป็นประมาณ 1.5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางรู จากนั้นจึงปรับระดับลง สำหรับแผ่นหนาและรูเล็กๆ การเสียดสีของผนังเริ่มมีความสำคัญ ใช้ข้อมูลทดสอบสำหรับการออกแบบที่สำคัญ

ถาม: แรงดันตกคร่อมแผ่นเจาะรู 304 และ 316L แตกต่างกันหรือไม่

A: ไม่ แรงดันตกคร่อมขึ้นอยู่กับรูปทรง (พื้นที่เปิด ขนาดรู ความหนา) และของเหลว (ความหนาแน่น ความเร็ว ความหนืด) เกรดจะเปลี่ยนความต้านทานการกัดกร่อนและความแข็งแรง ซึ่งสามารถเปลี่ยนความหนาที่คุณเลือกได้ และความหนาจะส่งผลต่อแรงดันตกคร่อม

ถาม: ฉันจะแปลงความเร็วเข้าใกล้เป็นความเร็วของรูได้อย่างไร

A: หารความเร็วเข้าใกล้ด้วยเศษส่วนของพื้นที่เปิด ตัวอย่างเช่น 2 m/s เข้าใกล้แผ่นงานที่มีพื้นที่เปิด 35% จะกลายเป็นประมาณ 5.7 m/s ภายในรู แรงดันตกคร่อมเกิดจากความเร็วของรูที่สูงกว่านี้