バルブの流量係数Kvとは?
流量係数Kvは、コントロールバルブの容量を表すメートル法の指標です。具体的には、5〜40℃の水を、バルブを全開にして前後差圧1barの条件で流したときに通過する水量(m³/h)として定義されます。Kvの値が大きいほど、同じ圧力損失でより多くの流量を通せることを意味します。Kvはヨーロッパをはじめ世界の大部分で使われる標準的なサイズ選定パラメータで、ヤード・ポンド法(インペリアル単位)での相当値がCvにあたります。
この計算ツールの使い方
必要な体積流量Q(m³/h)、水を基準とした流体の比重SG(水=1)、バルブ前後で利用できる差圧ΔP(bar)を入力してください。計算ツールが必要なKvと、その換算値であるCvを返します。あとは、定格Kvがこの値を十分に上回る市販バルブを選定すればOKです。
計算式の解説
非圧縮性流体(液体)の流れを支配する基本式は次のとおりです。
$$K_v = \text{Q} \cdot \sqrt{\dfrac{\text{SG}}{\Delta P}}$$
Qは流量(m³/h)、SGは相対密度(無次元)、ΔPは差圧(bar)です。ΔPが1barで流体が水(SG=1)のとき、Kvは数値的に流量と一致します。これは前述の定義どおりの結果です。
計算例
たとえば、水(SG=1)を差圧ΔP=4barで、Q=20 m³/hの流量で流したいとします。このとき $$K_v = 20 \times \sqrt{\dfrac{1}{4}} = 20 \times 0.5 = \mathbf{10\ \text{m}^3/\text{h}}$$ となります。換算したCvは \(10 \div 0.865 \approx 11.56\) です。実際には余裕(ヘッドルーム)を確保するため、たとえば定格Kv 16のバルブを選ぶとよいでしょう。
よくある質問
KvとCvの違いは? Kvはメートル法(m³/h、bar)、Cvはヤード・ポンド法(米国gpm、psi)に基づく指標です。両者の関係は \(C_v \approx K_v \div 0.865\)、または \(K_v \approx 0.865 \times C_v\) で換算できます。
ガスや蒸気にも使えますか? 使えません。この式は非圧縮性の液体の流れを対象としています。圧縮性のガスや蒸気のサイズ選定には、密度変化やチョーク流れ(音速流れ)を考慮した別の式が必要です。
バルブは大きめに選ぶべき? 計算値より定格Kvが大きいバルブを選びますが、過度に大きくするのは避けましょう。閉位置付近での制御性が悪くなる原因になります。