الصفائح المثقبة من الفولاذ المقاوم للصدأ: حساب المساحة المفتوحة، ونمط الثقب، وانخفاض الضغط

المنطقة المفتوحة (%)= مساحة الثقب ÷ مساحة النمط المتكرر × 100. بالنسبة للثقوب المستديرة:90.69 × (d ÷ p)²لنمط متداخل 60 درجة،78.54 × (d ÷ p)²لنمط مستقيم 90 درجة (قطر الثقب d =، p=درجة من المركز إلى المركز).

أفضل نمط:يعطي التدرج المتداخل بمقدار 60 درجة حوالي 15% مساحة مفتوحة أكبر من 90 درجة مستقيمة بنفس حجم الثقب ودرجة الميل، ويحافظ على الجسور المعدنية الأوسع في نفس المنطقة المفتوحة.

انخفاض الضغط:بالنسبة للصفائح الرقيقة، Δp=ζ × ½ρu²، حيث ζ=[0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f² و f هي المنطقة المفتوحة ككسر. يؤدي قطع المساحة المفتوحة من 40% إلى 20% إلى مضاعفة انخفاض الضغط بحوالي 6.

قوة:المزيد من المساحة المفتوحة تعني كمية أقل من المعدن بين الثقوب. تحافظ الطبقة ذات المساحة المفتوحة بنسبة 40% على حوالي ثلث قوة الطبقة الصلبة فقط عبر أضيق خط.

درجة:304، 316L، أو 2205 لا يغير المنطقة المفتوحة أو انخفاض الضغط. إنه يغير عمر التآكل وقوته، وبالتالي سمك الورقة التي يمكنك استخدامها.

تبدو الورقة المثقبة بسيطة: لوحة مسطحة مليئة بالثقوب. ومع ذلك، هناك ثلاثة أرقام تحدد ما إذا كان يعمل في مرشح، أو شاشة، أو موزع التدفق، أو الحارس: المنطقة المفتوحة، ونمط الثقب، وانخفاض الضغط عبرها. إنهم مرتبطون. يحدد النمط المنطقة المفتوحة، والمنطقة المفتوحة تحدد انخفاض الضغط، وكل ثقب إضافي يزيل القوة.

يشرح هذا الدليل كل رابط بلغة واضحة، ويقدم الصيغ، ويعمل من خلال الأمثلة التي يمكنك إنتاجها باستخدام الآلة الحاسبة. عندما يأتي الرقم من حساباتنا الخاصة وليس من جدول منشور، فإننا نقول ذلك.

ما هي المساحة المفتوحة في صفائح الفولاذ المقاوم للصدأ المثقبة، وكيف يتم حسابها؟

المنطقة المفتوحة هي النسبة المئوية لوجه الورقة الذي يحتوي على ثقب. اقسم مساحة ثقب واحد على مساحة الخلية المتكررة التي تحتوي عليه، ثم اضربه في 100. بالنسبة للثقوب المستديرة بنمط متدرج بزاوية 60 درجة، يكون الاختصار هو90.69 × (d ÷ p)².

فكر في الورقة كأرضية مبلطة. تحتوي كل بلاطة على ثقب واحد (أو عدد ثابت من الثقوب). المنطقة المفتوحة هي مقدار المساحة الفارغة من كل بلاطة. نظرًا لأن البلاط يتم ضبطه بواسطة درجة الصوت، فلا يلزم سوى ثلاثة مدخلات: حجم الثقب ودرجة الصوت والنمط. استخدم نفس الوحدات لـ d وp، مثل المليمتر.

يأتي الثابت 90.69 من هندسة الشبكة المثلثة، وهي الطريقة الأكثر كثافة لتعبئة الثقوب المستديرة. وهو أيضًا الحد الأعلى: لا يتم الوصول إليه إلا إذا تلامست الثقوب (د=ع)، مما لا يترك أي معدن ليشكل صفيحة. الصفوف المستقيمة تهدر الزوايا بين الثقوب، ولهذا السبب ينخفض ​​الثابت إلى 78.54.

أمثلة عملت

• مثال أ.فتحات 3 مم، مسافة 5 مم، 60 درجة متداخلة. d ÷ p=0.6، و 0.6²=0.36. المساحة المفتوحة=90.69 × 0.36 =32.7%. نفس الثقوب في النمط المستقيم تعطي 78.54 × 0.36=28.3%.
• مثال ب.فتحات 6 مم، مسافة 9 مم (مكتوبة "6 @ 9")، متداخلة 60 درجة. d ÷ p=0.667، و 0.667²=0.444. المساحة المفتوحة=90.69 × 0.444 =40.3%.

ثلاثة أخطاء شائعة

• استخدام صيغة النمط الخاطئة.إن تطبيق 90.69 على النموذج المستقيم يؤدي إلى المبالغة في تقدير المساحة المفتوحة بحوالي 15%.
• خلط تعريفات الملعب.يختلف الموردون حول ما إذا كان يتم قياس درجة الصوت على طول الصف أو بين الصفوف، ويتم تحديد أنماط 45 درجة بأكثر من طريقة. تأكيد التعريف على الرسم.
• تجاهل الهوامش.تعطي الصيغ المساحة المفتوحة للحقل المثقب. تعمل الحدود الصلبة حول الحقل على خفض المساحة المفتوحة للورقة بأكملها.

ما هو نمط الثقب الذي يجب عليك اختياره: 60 درجة متداخلة، 90 درجة مستقيمة، أو 45 درجة متداخلة؟

يختار60 درجة متداخلةإلا إذا كنت بحاجة إلى ثقوب في صفوف مستقيمة. إنه يوفر أعلى مساحة مفتوحة للثقوب المستديرة، ويترك جسورًا أوسع في نفس المنطقة المفتوحة، وهو النمط القياسي في معظم أدوات التثقيب.

عند نفس قطر الثقب ودرجة الميل، يعطي النمط 60 درجة 90.69 ÷ 78.54=1.155 أضعاف المساحة المفتوحة للنمط المستقيم 90 درجة، وهو15.5% أكثر. يمكنك أيضًا النظر إلى الأمر بطريقة أخرى. لضرب نفس المنطقة المفتوحة بنفس حجم الثقب، يمكن لنمط 60 درجة استخدام خطوة أكبر بحوالي 7.5%، وبالتالي يكون المعدن بين الثقوب أوسع.

هنا حالة ملموسة. فتحة مقاس 5 مم بمسافة 8 مم بنمط 60 درجة تعطي مساحة مفتوحة بنسبة 35.4% مع جسور 3.0 مم. لمطابقة 35.4% في نمط مستقيم، يجب أن تتقلص المسافة إلى حوالي 7.4 ملم، مما يترك الجسور حوالي 2.4 ملم فقط. وهذا يعني تقليل المعدن بنسبة 20% تقريبًا بين الثقوب لنفس منطقة التدفق.

ما مقدار القوة التي تفقدها الصفيحة المثقبة مع زيادة المساحة المفتوحة؟

أكثر مما يوحي به رقم المنطقة المفتوحة. أضيق شريط معدني بين الثقوب يحمل الحمل، وحصته من الصفائح الصلبة تقريبية(p − d) ÷ p، وتسمى كفاءة الرباط. في منطقة مفتوحة بنسبة 40%، تبلغ هذه الحصة حوالي 33% فقط.

المنطقة المفتوحة والقوة تسحبان في اتجاهين متعاكسين. عندما تقوم برفع المنطقة المفتوحة عن طريق اختيار فتحة أكبر أو خطوة أصغر، تصبح الجسور بين الثقوب أرق. ولأن الجسور تحمل الحمولة، فإن قوتها تنخفض بسرعة. ويبين الجدول مدى السرعة.

يظهر الصف الأخير المقايضة. تقع الطبقة ذات المساحة المفتوحة بنسبة 63% بالقرب من الجزء العلوي من النطاق الذي يتراوح من 23% إلى 64% الذي تنص عليه المواصفة القياسية ISO 7805-1 للوحة التي يبلغ سمكها 3 مم أو أكثر، ومع ذلك فإنها تحافظ على حوالي سدس قوتها فقط عبر القسم الأضيق.

يستخدم المصنعون قواعد أساسية بسيطة للحفاظ على الصفائح قابلة للثقب ومسطحة. العديد منهم يحافظون على عرض الجسر على الأقل مثل سمك الصفيحة، والعديد منهم يحافظون على قطر الثقب مساويًا على الأقل لسمك الفولاذ الكربوني وحوالي 1.5 مرة سمك أو أكثر للفولاذ المقاوم للصدأ. يعمل الفولاذ المقاوم للصدأ على صلابة وهو أقوى من الفولاذ الكربوني، لذلك تتآكل اللكمات بشكل أسرع ويصعب عمل الثقوب الصغيرة في الصفائح السميكة. هذه هي إرشادات الشركة المصنّعة، وليست معايير منشورة، وتختلف الحدود حسب المتجر. قم بالتأكيد مع المورد الخاص بك.

كيف يمكنك حساب انخفاض الضغط عبر ورقة مثقوبة؟

للحصول على ورقة رفيعة ذات حواف حادة،Δp = ζ × ½ × ρ × u²، حيث u هي سرعة الاقتراب من المنبع للورقة، ρ هي كثافة السائل، وζ = [0.707√(1−f) + (1−f)]² ÷ f²، مع f المنطقة المفتوحة ككسر. والنتيجة هي تقدير أولي صالح عند رقم رينولدز المرتفع؛ انظر الحدود أدناه.

كل ثقب يعمل بمثابة فتحة صغيرة. يضغط التدفق في الثقوب، ويتسارع حتى u ÷ f، ثم يتوسع مرة أخرى على الجانب البعيد، ويتم فقدان الطاقة في هذه العملية. تعني المساحة المفتوحة الأصغر تدفقًا أسرع في الثقوب وخسارة أكبر بكثير. الصيغة المذكورة أعلاه هي نتيجة الصفائح الرقيقة التي جمعها إيدلشيك واستخدمت على نطاق واسع في الكتيبات الهندسية.

خطوة بخطوة

1. احسب كسر المساحة المفتوحة f من الصيغ الموجودة في القسم الأول (تعني المساحة المفتوحة 35% f=0.35).
2. أوجد سرعة الاقتراب u=معدل التدفق ÷ مساحة وجه الورقة.
3. احسب ζ باستخدام الصيغة أعلاه، أو اقرأها من الجدول أدناه.
4. احسب Δp=ζ × ½ × ρ × u². مع ρ بالكيلو جرام/م³ وu بالمتر/الثانية، Δp بالباسكال.

مثال عملي: 5 @ 8 مم، 60 درجة متداخلة

المساحة المفتوحة هي 35.4%، لذا f=0.354 و ζ=11.7. Forالهواء بسرعة 2 م/ث, Δp = 11.7 × 0.5 × 1.2 × 2² = 28 Pa، بسرعة ثقب قدرها 5.6 ​​م/ث. لالماء بسرعة 0.5 م/ث, Δp = 11.7 × 0.5 × 998 × 0.5² = 1.46 kPa، بسرعة ثقب 1.4 م/ث.

ماذا تخبرك الأرقام

• المنطقة المفتوحة تهيمن.قطع المساحة المفتوحة من 40% إلى 20% يرفع ζ من 8.2 إلى 51.3، حوالي6 مراتانخفاض الضغط في نفس التدفق.
• السرعة مربعة.مضاعفة التدفق تؤدي إلى مضاعفة انخفاض الضغط بمقدار أربعة.
• الانسداد يفاقم المشكلة.إذا سد الحطام نصف الثقوب، تنخفض المساحة المفتوحة إلى النصف ويرتفع انخفاض الضغط بعامل كبير مماثل. هذا هو السبب في أن حجم أوراق الفلتر والمصفاة يكون بمساحة مفتوحة واسعة.

حدود الصيغة

صيغة اللوحة الرقيقة هي الحد الأقصى لعدد رينولدز. في المثال العملي، تبلغ أرقام رينولدز للثقب حوالي 1900 فقط للهواء و7000 للماء (بافتراض اللزوجة الحركية البالغة 1.5 × 10⁻⁵ و1.0 × 10⁻⁶ م²/ث). وهذا أقل من النطاق الذي يتوقف فيه معامل الخسارة اعتمادًا على رقم رينولدز، لذا تعامل مع هذه النتائج كتقدير واستخدم مخططات إيدلشيك المعتمدة على رينولدز أو بيانات الاختبار عندما تكون الإجابة مهمة.

تكون الصفائح المقاومة للصدأ الحقيقية أيضًا أكثر سمكًا من نسبة القطر 0.015 التي تفترضها الصيغة. يشير ملخص ثانوي للتجارب المنشورة على الصفائح المثلثة إلى أن فقدان الضغط ينخفض ​​مع ارتفاع السُمك نحو قطر ثقب يبلغ 1.5 تقريبًا، ثم ينخفض ​​مستواه. بالنسبة للصفائح النموذجية، تميل أرقام الصفائح الرقيقة إلى أن تكون في الجانب العلوي. لم نتمكن من تأكيد البيانات التجريبية الأصلية مباشرة، لذا استخدم هذا كاتجاه، وليس كعامل تصحيح.

هل يغير شكل الثقب ونمطه انخفاض الضغط؟

في الغالب من خلال المنطقة المفتوحة. النمط والشكل مهمان لأنهما يحددان مقدار المساحة المفتوحة التي يوفرها حجم الثقب ودرجة الصوت المحددة. تغطي بيانات Idelchik المنشورة الثقوب الدائرية؛ بالنسبة للمربعات والفتحات، يعمل المهندسون عادةً بقطر هيدروليكي مكافئ ويتم تأكيده عن طريق الاختبار أو CFD.

القطر الهيدروليكي هو d_h=4 × المنطقة المفتوحة ÷ المحيط المبلل. بالنسبة للثقب المستدير فإنه يساوي القطر. بالنسبة للمربع فهو يساوي طول ضلعه. بالنسبة للفتحة ذات النهاية المستديرة، فهي أكبر من عرض الفتحة، كما يوضح الجدول.

هل تؤثر درجة الفولاذ المقاوم للصدأ على المنطقة المفتوحة أو انخفاض الضغط؟

لا، المنطقة المفتوحة وانخفاض الضغط يعتمدان على الهندسة والمائع، وليس على السبيكة. الدرجة مهمة لأنها تحدد عمر التآكل وقوته، وتؤثر القوة على مدى سماكة الورقة.

تفاصيل التصنيع مهمة أكثر مما يتوقعه معظم المشترين. يؤدي الثقب الذي يبلغ حجمه 0.1 مم على ثقب 3 مم إلى رفع المساحة المفتوحة بحوالي 6.8% ((3.1 ÷ 3)²=1.068)، مما يقلل من انخفاض الضغط بنسبة 12% تقريبًا إذا قمت بتقريب ζ بما يتناسب مع 1 ÷ f² (تقدير EETA). هذا هو السبب في أن تسامح الثقب ينتمي إلى الرسم. اتجاه الأزيز، والتسطيح، والانتهاء من السطح مهم أيضًا. حواف ناعمة مصقولة كهربائيًا تقاوم الأوساخ، وتم تناول حدود التسطيح للوحة القاعدة في مقالتنا حول تفاوتات ASTM A240.

كيف يمكنك تحديد ورقة مثقوبة بحيث يتطابق الترتيب مع حساباتك؟

اذكر حجم الثقب ودرجة ميله وكيفية قياسه وزاوية النمط والسمك والدرجة والمواصفات والهوامش والتفاوتات. يمثل كل عنصر مفقود فرصة لاختلاف الورقة التي تم تسليمها عن حسابك.

ما هي المعايير المطبقة على صفائح الفولاذ المقاوم للصدأ المثقبة؟

لا يوجد معيار واحد يغطي الصفائح المثقبة غير القابل للصدأ من النهاية إلى النهاية. عادة ما يتم أخذ هندسة الفتحات والميل من سلسلة ISO 7805، والمعدن الأساسي من ASTM A240 وA480.

المصادر: إدخالات كتالوج ISO 7805-1 وISO 7805-2 وISO 10630 (ISO وCCN/SCC وSFS). وثائق ISO مخصصة للفولاذ منخفض الكربون؛ بالنسبة لطلبات الفولاذ المقاوم للصدأ، يشير المشترون عادةً إلى هندسة ISO ويستشهدون بـ ASTM للمعدن الأساسي. تأكيد النهج مع الشركة المصنعة الخاصة بك.

الأسئلة المتداولة

س: ما هي المنطقة المفتوحة النموذجية للصفائح المثقبة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ؟

A: تقع معظم الأنماط القياسية بين حوالي 20% و65% من المساحة المفتوحة. يصف المعيار ISO 7805-1 نسب المسافة إلى الفتحة التي تعطي مساحات مفتوحة اسمية تتراوح ما بين 23% إلى 64% تقريبًا للوحة التي يبلغ سمكها 3 مم وما فوق. يؤدي الارتفاع إلى الأعلى إلى ترك جسور ضيقة جدًا بين الثقوب، وبالتالي تتأثر القوة والتسطيح.

س: ماذا يعني رمز مثل "5 @ 8"؟

A: ويعني عادةً فتحات مقاس 5 مم في مراكز مقاس 8 مم. مع نمط متداخل 60 درجة، يعطي هذا مساحة مفتوحة بنسبة 35.4%؛ بنمط مستقيم 90 درجة يعطي 30.7%. تأكد دائمًا من النمط وكيفية قيام المورد بقياس درجة الصوت.

س: هل يمكن للورقة المثقبة أن تصل إلى 90٪ من المساحة المفتوحة؟

A: لا، الحد الأقصى النظري للثقوب المستديرة في نمط متدرج 60 درجة هو 90.69%، ويتم الوصول إليه فقط عندما تتلامس الثقوب (قطر الثقب يساوي درجة الصوت). عند تلك النقطة، لا يتبقى أي معدن ليشكل صفائح، لذا تبقى المنتجات الحقيقية تحتها بكثير.

س: هل الطبقة السميكة تقلل من انخفاض الضغط؟

A: في كثير من الأحيان نعم، إلى حد ما. تفترض صيغة اللوحة الرفيعة في هذه المقالة وجود ورقة رقيقة جدًا. تشير التجارب المنشورة على الصفائح ذات الميل المثلثي إلى أن الفقد ينخفض ​​مع ارتفاع السُمك إلى نحو 1.5 مرة قطر الثقب، ثم انخفاضه. بالنسبة للصفائح السميكة والثقوب الصغيرة، يبدأ احتكاك الجدار بالأهمية. استخدم بيانات الاختبار للتصميمات المهمة.

س: هل يختلف انخفاض الضغط بالنسبة للصفائح المثقبة 304 و316L؟

A: لا. يعتمد انخفاض الضغط على الشكل الهندسي (المنطقة المفتوحة، وحجم الثقب، والسمك) وعلى السائل (الكثافة، والسرعة، واللزوجة). يغير الصف مقاومة التآكل والقوة، مما يمكن أن يغير السُمك الذي تختاره، ويؤثر السُمك على انخفاض الضغط.

س: كيف يمكنني تحويل سرعة الاقتراب إلى سرعة الثقب؟

A: اقسم سرعة الاقتراب على كسر المنطقة المفتوحة. على سبيل المثال، اقتراب 2 م/ث من لوح بمساحة مفتوحة بنسبة 35% يصبح حوالي 5.7 م/ث داخل الثقوب. انخفاض الضغط مدفوع بهذه السرعة العالية للفتحة.