Ryðfrítt stál gatað lak: Útreikningur opins svæðis, gatamynstur og þrýstingsfall

Opið svæði (%)= gatasvæði ÷ flatarmál endurtekningarmynstrsins × 100. Fyrir hringlaga holur:90.69 × (d ÷ p)²fyrir 60 gráðu skrúfað mynstur,78.54 × (d ÷ p)²fyrir 90 gráðu beint mynstur (d=holuþvermál, p=miðja til miðju).

Besta mynstur:60 gráðu skjögur gefur um það bil 15% meira opið svæði en 90 gráðu beint við sömu holastærð og halla og það heldur breiðari málmbrýr á sama opna svæði.

Þrýstifall:fyrir þunnt blað, Δp=ζ × ½ρu², þar sem ζ=[0,707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f² og f er opna svæðið sem brot. Að skera opið svæði úr 40% í 20% margfaldar þrýstingsfallið um það bil 6.

Styrkur:opnara svæði þýðir minna málm á milli hola. Blað með 40% opnu flatarmáli heldur aðeins um þriðjungi af styrkleika gegn föstu blaði yfir þrengstu línuna.

Einkunn:304, 316L eða 2205 breytir ekki opnu svæði eða þrýstingsfalli. Það breytir tæringarlífi og styrk, og því lakþykktinni sem þú getur notað.

Gatað lak lítur einfalt út: flat plata full af holum. Samt ákveða þrjár tölur hvort það virkar í síu, skjá, flæðidreifara eða hlíf: opna svæðið, gatamynstrið og þrýstingsfallið yfir það. Þau eru tengd. Mynstrið stillir opna svæðið, opna svæðið stillir þrýstingsfallið og hvert auka gat tekur styrkinn í burtu.

Þessi handbók útskýrir hvern hlekk á einföldu máli, gefur upp formúlurnar og vinnur í gegnum dæmi sem þú getur endurskapað með reiknivél. Þar sem tala kemur frá okkar eigin útreikningi frekar en birtri töflu segjum við það.

Hvað er opið svæði í ryðfríu stáli götuðu laki og hvernig reiknarðu það?

Opið svæði er hlutfallið af yfirborði blaðsins sem er gat. Deilið flatarmáli einnar holu með flatarmáli endurtekinnar hólfs sem inniheldur hana, margfaldaðu síðan með 100. Fyrir kringlótt göt í 60 gráðu sköfugu mynstri er flýtileiðin90.69 × (d ÷ p)².

Hugsaðu um blaðið sem flísalagt gólf. Hver flís inniheldur eina holu (eða fastan fjölda hola). Opna svæðið er hversu mikið af hverri flís er tómur. Vegna þess að flísinn er stilltur af vellinum þarf aðeins þrjú inntak: gatastærð, hæð og mynstur. Notaðu sömu einingar fyrir d og p, eins og millimetra.

Fastinn 90,69 kemur frá rúmfræði þríhyrningslaga rists, sem er þéttasta leiðin til að pakka hringlaga holum. Það er líka efri mörkin: þeim er aðeins náð ef götin snerta (d=p), sem myndi skilja engan málm eftir til að mynda lak. Beinar raðir sóa hornum á milli hola, þess vegna lækkar stöðugt niður í 78,54.

Unnin dæmi

• Dæmi A.3 mm göt, 5 mm halla, 60 gráður á ská. d ÷ p=0.6 og 0,6²=0.36. Opið svæði=90.69 × 0.36 =32.7%. Sömu göt í beinu mynstri gefa 78,54 × 0.36=28.3%.
• Dæmi B.6 mm göt, 9 mm halla (skrifað "6 @ 9"), 60 gráður á ská. d ÷ p=0.667 og 0,667²=0.444. Opið svæði=90.69 × 0.444 =40.3%.

Þrjár algengar mistök

• Notaðu ranga mynsturformúlu.Með því að nota 90,69 á beint mynstur er opið svæði ofmetið um 15%.
• Að blanda saman skilgreiningum á tónhæðum.Birgjar eru mismunandi á því hvort hæð er mæld meðfram röðinni eða á milli raða og 45 gráðu mynstur eru skilgreind á fleiri en einn hátt. Staðfestu skilgreininguna á teikningunni.
• Hunsa spássíur.Formúlurnar gefa upp opið svæði gatasvæðisins. Solid landamæri umhverfis völlinn lækka opið svæði alls blaðsins.

Hvaða holamynstur ættir þú að velja: 60 gráður skjögur, 90 gráður beint eða 45 gráður skjögur?

Veldu60 gráðu skjögurnema þú þurfir göt í beinum röðum. Það gefur hæsta opna svæði fyrir kringlóttar holur, skilur eftir breiðari brýr á sama opna svæði og er staðlað mynstur hjá flestum götum.

Við sömu holuþvermál og hæð gefur 60 gráðu mynstur 90,69 ÷ 78.54=1.155 sinnum opið svæði 90 gráðu beint mynstur, sem er15,5% meira. Þú getur líka litið á það á annan veg. Til að slá á sama opna svæði með sömu holastærð getur 60 gráðu mynstrið notað um það bil 7,5% stærri hæð, þannig að málmurinn á milli holanna er breiðari.

Hér er áþreifanlegt mál. 5 mm gat með 8 mm halla í 60 gráðu mynstri gefur 35,4% opið svæði með 3,0 mm brúm. Til að passa við 35,4% í beinu mynstri verður hæðin að minnka í um það bil 7,4 mm og skilja eftir brýr aðeins um 2,4 mm. Það er um það bil 20% minna málmur á milli hola fyrir sama flæðisvæði.

Hversu miklum styrk tapar götótt lak þegar opið svæði stækkar?

Meira en fjöldi opinna svæða gefur til kynna. Þröngasta málmröndin á milli hola ber álagið og hlutur hennar af föstu plötunni er u.þ.b.(p − d) ÷ p, kallað liðband skilvirkni. Á 40% opnu svæði er það hlutfall aðeins um 33%.

Opið svæði og styrkur toga í gagnstæðar áttir. Þegar þú hækkar opið svæði með því að velja stærri holu eða minni hæð þynnast brýrnar á milli holanna. Vegna þess að brýrnar bera álagið fellur styrkurinn fljótt. Taflan sýnir hversu hratt.

Síðasta röð sýnir skiptinguna. Blað með 63% opnu flatarmáli situr nálægt toppi 23% til 64% bandsins sem ISO 7805-1 mælir fyrir um fyrir plötu sem er 3 mm og þykkari, en samt heldur það aðeins um það bil einum sjötta af styrkleika sínum yfir þrengsta hlutann.

Framleiðendur nota einfaldar þumalfingursreglur til að halda blöðunum stífum og flötum. Margir halda brúnni að minnsta kosti jafn breiðri og plötuþykktin og margir halda holuþvermáli að minnsta kosti jafnri og þykkt fyrir kolefnisstál og um 1,5 sinnum þykkt eða meira fyrir ryðfríu stáli. Ryðfrítt stál herðir og er harðara en kolefnisstál, þannig að kýlingar slitna hraðar og erfiðara er að gera lítil göt á þykkt blað. Þetta eru leiðbeiningar framleiðanda, ekki birtir staðlar, og takmörk eru mismunandi eftir verslun. Staðfestu við birgjann þinn.

Hvernig reiknar þú þrýstingsfall yfir götuð blað?

Fyrir þunnt, skarpbrúnt lak,Δp = ζ × ½ × ρ × u², þar sem u er aðflugshraði framan við blaðið, ρ er vökvaþéttleiki, ogζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f², með f opna svæðið sem brot. Niðurstaðan er fyrsta mat sem gildir við háa Reynolds tölu; sjá mörkin hér að neðan.

Hvert gat virkar eins og lítið op. Flæði þrýstir inn í götin, flýtir upp í u ÷ f, stækkar síðan aftur á fjærhliðinni og orka tapast í því ferli. Minni opið svæði þýðir hraðari flæði í holunum og mun meira tap. Formúlan hér að ofan er þunnlaga niðurstaðan sem Idelchik tók saman og notuð víða í verkfræðihandbókum.

Skref fyrir skref

1. Reiknaðu opið svæðisbrot f út frá formúlunum í fyrsta hlutanum (35% opið flatarmál þýðir f=0.35).
2. Finndu aðflugshraðann u=flæðihraða ÷ flatarmál blaðsins.
3. Reiknaðu ζ með formúlunni hér að ofan, eða lestu hana úr töflunni hér að neðan.
4. Reiknaðu Δp=ζ × ½ × ρ × u². Með ρ í kg/m³ og u í m/s er Δp í pascals.

Unnið dæmi: 5 @ 8 mm, 60 gráðu skjögur

Opið svæði er 35,4%, þannig að f=0.354 og ζ=11.7. Fyrirloft við 2 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Pa, með holuhraða 5,6 m/s. Fyrirvatn á 0,5 m/s, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPa, með holuhraða 1,4 m/s.

Það sem tölurnar segja þér

• Opið svæði ræður ríkjum.Að skera opið svæði úr 40% í 20% hækkar ζ úr 8,2 í 51,3, u.þ.b.6 sinnumþrýstingsfallið við sama rennsli.
• Hraði er í veldi.Tvöföldun flæðisins margfaldar þrýstingsfallið með fjórum.
• Stífla eykur vandamálið.Ef rusl stíflar hálfar holurnar helmingast opna svæðið og þrýstingsfallið hækkar um svipað stóran þátt. Þetta er ástæðan fyrir því að síu- og síunarblöð eru að stærð með rausnarlegu opnu svæði.

Takmörk formúlunnar

Þunnt plötuformúla er há Reynolds-tölumörk. Í unnið dæminu eru Reynolds-tölurnar aðeins um 1.900 fyrir loft og 7.000 fyrir vatn (miðað við hreyfiseigjuna 1,5 × 10⁻⁵ og 1,0 × 10⁻⁶ m²/s). Það er fyrir neðan það bil þar sem tapstuðullinn hættir eftir Reynolds númeri, svo meðhöndlaðu þessar niðurstöður sem mat og notaðu Reynolds háð töflur Idelchik eða prófunargögn þegar svarið skiptir máli.

Raunveruleg ryðfrí blöð eru líka þykkari en 0,015 þvermálshlutfallið sem formúlan gerir ráð fyrir. Önnur samantekt birtra tilrauna á þríhyrningslaga plötum greinir frá því að þrýstingstap minnkar þegar þykktin eykst í átt að um 1,5 holuþvermáli og jafnast síðan. Fyrir dæmigerð blöð hafa þunnt plötunúmerin því tilhneigingu til að vera í hærri kantinum. Við gátum ekki staðfest upprunalegu tilraunagögnin beint, svo notaðu þetta sem stefna, ekki leiðréttingarstuðul.

Breyta holuform og -mynstur þrýstingsfallinu?

Aðallega í gegnum opið svæði. Mynstur og lögun skipta máli vegna þess að þau ákvarða hversu mikið opið svæði tiltekin holastærð og hæð skilar. Birt Idelchik gögn ná yfir hringlaga holur; fyrir ferninga og rifa, vinna verkfræðingar venjulega með samsvarandi vökvaþvermál og staðfesta með prófun eða CFD.

Þvermál vökva er d_h=4 × opið svæði ÷ blautt jaðar. Fyrir hringlaga holu jafngildir það þvermálinu. Fyrir ferning er það jöfn hliðarlengd. Fyrir hringlaga rifa er hún stærri en raufbreiddin, eins og taflan sýnir.

Hefur ryðfríu stálið áhrif á opið svæði eða þrýstingsfall?

Nei. Opið svæði og þrýstingsfall fer eftir rúmfræði og vökva, ekki málmblöndunni. Einkunnin skiptir máli vegna þess að hún setur tæringarlíf og styrkleika og styrkur hefur áhrif á hversu þykk blaðið verður að vera.

Framleiðsluupplýsingar skipta meira máli en flestir kaupendur búast við. Gat sem er gert 0,1 mm yfirstærð á 3 mm gat hækkar opið svæði um 6,8% ((3,1 ÷ 3)²=1.068), sem lækkar þrýstingsfall um u.þ.b. 12% ef þú metur ζ í réttu hlutfalli við 1 ÷ f² (EETA mat). Þess vegna á holuþolið heima á teikningunni. Burrstefna, flatleiki og yfirborðsáferð skipta líka máli. Sléttar, rafpússaðar brúnir standast óhreinindi og fjallað er um flatleikamörk fyrir grunnplötuna í grein okkar um ASTM A240 vikmörk.

Hvernig tilgreinir þú gatað blað svo röðin passi við útreikning þinn?

Tilgreindu holastærð, halla og hvernig hún er mæld, mynsturhorn, þykkt, einkunn og forskrift, jaðar og frávik. Hver hlutur sem vantar er möguleiki fyrir afhenta blaðið að vera frábrugðið útreikningi þínum.

Hvaða staðlar eiga við um gataðar ryðfríu stálplötur?

Enginn einn staðall hylur ryðfríu götuðu plöturnar frá enda til enda. Rúmfræði hola og halla er venjulega tekin úr ISO 7805 röðinni og grunnmálmur frá ASTM A240 og A480.

Heimildir: ISO 7805-1, ISO 7805-2 og ISO 10630 vörulistafærslur (ISO, CCN/SCC, SFS). ISO skjölin ná til lágkolefnisstáls; fyrir ryðfríu pantanir vísa kaupendur venjulega til ISO rúmfræðinnar og vitna í ASTM fyrir grunnmálminn. Staðfestu nálgunina með framleiðanda þínum.

Algengar spurningar

Sp.: Hvað er dæmigert opið svæði fyrir ryðfríu stáli götótt lak?

A: Flest staðlað mynstur falla á milli um 20% og 65% opið svæði. ISO 7805-1 mælir fyrir um hlutföll milli hæða og hola sem gefa nafnlaus svæði á bilinu 23% til 64% fyrir plötu 3 mm þykka og hærri. Ef hærra er farið, verða mjög þröngar brýr á milli hola, þannig að styrkur og flatleiki líða fyrir.

Sp.: Hvað þýðir kóði eins og "5 @ 8"?

A: Það þýðir venjulega 5 mm göt á 8 mm miðjum. Með 60 gráðu sköfugu mynstri gefur þetta 35,4% opið svæði; með 90 gráðu beinu mynstri gefur það 30,7%. Staðfestu alltaf mynstrið og hvernig birgir mælir halla.

Sp.: Getur gatað lak náð 90% opnu svæði?

A: Nei. Fræðilegt þak fyrir kringlóttar holur í 60 gráðu sköfugu mynstri er 90,69%, næst aðeins þegar götin snerta (þvermál hola jafngildir halla). Á þeim tímapunkti er enginn málmur skilinn eftir til að mynda lak, svo alvöru vörur haldast langt fyrir neðan það.

Sp.: Lækkar þykkari lak þrýstingsfallið?

A: Oft já, upp að vissu marki. Þunnt plötuformúlan í þessari grein gerir ráð fyrir mjög þunnu laki. Útgefnar tilraunir á þríhyrningslaga plötum greina frá því að tapið minnkar þegar þykktin eykst í átt að um það bil 1,5 sinnum þvermál holunnar og jafnast síðan. Fyrir þykkt lak og lítil göt byrjar núningur á vegg að skipta máli. Notaðu prófunargögn fyrir mikilvæga hönnun.

Sp.: Er þrýstingsfallið mismunandi fyrir 304 og 316L götótt lak?

A: Nei. Þrýstifall fer eftir rúmfræði (opnu svæði, holastærð, þykkt) og vökvanum (þéttleika, hraða, seigju). Einkunnin breytir tæringarþol og styrk, sem getur breytt þykktinni sem þú velur, og þykktin hefur áhrif á þrýstingsfall.

Sp.: Hvernig umbreyti ég aðflugshraða í holuhraða?

A: Deilið aðflugshraðanum með opnu svæðisbrotinu. Sem dæmi má nefna að 2 m/s sem nálgast blað með 35% opnu svæði verða um 5,7 m/s inni í holunum. Þrýstifall er knúið áfram af þessum hærri holuhraða.