Was ist der Durchflusskoeffizient?
Der Durchflusskoeffizient, auch Cv (US/EU-Standard), Kv (Internationaler Standard) oder C-Wert genannt, ist ein wichtiger technischer Parameter zur Bestimmung der Durchflusskapazität von Industriearmaturen wie Regelventilen und Reglern.
Definition des CV-Wertes
Der Cv-Wert eines Ventils gibt dessen Durchflusskapazität unter bestimmten Bedingungen an. Er quantifiziert den Volumenstrom von Flüssigkeit oder Gas durch ein Ventil bei einem gegebenen Druckabfall. Höhere Cv-Werte bedeuten eine höhere Durchflusskapazität.
Was ist der Cv-Wert (Kapazitätswert)?
Der Cv-Wert (Kapazitätswert) eines Ventils misst die Durchflusskapazität und wird unter standardisierten Testbedingungen berechnet:
• Ventil vollständig geöffnet
• Druckabfall (ΔP) von 1 psi über das Ventil
• Flüssigkeit: Wasser bei 60°F (15,5°C)
• Durchflussrate: US-Gallonen pro Minute (GPM)
Ventilöffnung vs. Cv-Wert
Cv/Kv und Ventilöffnung (%) sind unterschiedliche Konzepte:
• Kv-Definition (chinesischer Standard):Durchflussrate in m³/h bei ΔP = 100 kPa, Fluiddichte = 1 g/cm³ (Wasser bei Raumtemperatur).
*Beispiel:Kv=50 bedeutet einen Durchfluss von 50 m³/h bei einem Druckunterschied von 100 kPa.*
• Eröffnungsquote:Position des Ventilkegels/Ventilscheibe (0% = geschlossen, 100% = vollständig geöffnet).
Berechnung des Lebenslaufs und wichtige Anwendungsbereiche
Der Cv-Wert wird durch Ventildesign, Größe, Material, Strömungsregime und Fluideigenschaften (Temperatur, Druck, Viskosität) beeinflusst.
Die Kernformel lautet:
Cv = Q / (√ΔP × √ρ)
Wo:
• Q= Volumenstrom
•ΔP= Druckdifferenz
•ρ= Fluiddichte
Umrechnung: Cv = 1,167 kV
Rolle bei der Ventilauswahl und -konstruktion
Der Cv-Wert hat direkten Einfluss auf die Effizienz von Fluidsteuerungssystemen:
•Ermittelt die optimale Ventilgröße und den optimalen Ventiltyp für die angestrebten Durchflussraten
•Gewährleistet die Systemstabilität (z. B. verhindert das ständige Ein- und Ausschalten der Pumpe in der Gebäudewasserversorgung).
•Entscheidend für die Energieoptimierung
Variationen des Variationskoeffizienten (Cv) bei verschiedenen Ventiltypen
Die Durchflusskapazität variiert je nach Ventilkonstruktion (Datenquelle:ASME/API/ISO-Standards):
| Ventiltyp | Hauptmerkmale | Beispiel-Cv (FCI-Standard) |
|---|---|---|
Absperrschieber | Mittlerer Cv-Wert (DN100 ≈ 400); schlechte Regelung; Öffnungsgrad <30 % vermeiden (Turbulenzrisiko gemäß ASME B16.34) | DN50: ~120 |
Kugelventil | Hoher Cv-Wert (1,8× Schieberventile); lineare Durchflussregelung; API 6D für Rohrleitungen empfohlen | DN80 V-Ball: ≈375 |
Absperrklappe | Kostengünstig für große Abmessungen; ±5 % Präzision (dreifacher Offset); begrenzter Durchflussgewinn >70 % geöffnet | DN150-Wafer: ~2000 |
Kugelventil | Hoher Widerstand (Cv ≈ 1/3 von Kugelhähnen); präzise Steuerung (medizinische/Laboranwendungen) | DN50: ~40 |
Kernströmungsparameter und Einflussfaktoren
Die Ventilleistung wird durch drei Parameter definiert (gemäß Fluid Controls Institute):
1. Cv-Wert:Durchflussmenge in GPM bei 1 psi ΔP (z. B. DN50 Kugelhahn ≈ 210 vs. Schieberhahn ≈ 120).
2. Strömungswiderstandskoeffizient (ξ):
•Absperrklappe: ξ = 0,2–0,6
•Kugelventil: ξ = 3–5
Auswahlrichtlinien und wichtige Überlegungen
Viskositätskorrektur:
Multiplikatoren auf Cv anwenden (z. B. Rohöl: 0,7–0,9 gemäß ISO 5208).
Intelligente Ventile:
Echtzeit-Cv-Optimierung (z. B. Emerson DVC6200 Positionierer).
Durchflusskoeffizienten-Prüfsysteme
Aufgrund der Messempfindlichkeit sind für die Tests kontrollierte Bedingungen erforderlich:
•Aufbau (gemäß Abb. 1):
Durchflussmesser, Thermometer, Drosselventile, Prüfventil, ΔP-Manometer.
1. Durchflussmesser 2. Thermometer 3. Drosselklappe stromaufwärts 4 und 7. Druckmessbohrungen 5. Prüfventil 6. Differenzdruckmessgerät 8. Drosselklappe stromabwärts
4. Der Abstand zwischen der Druckanschlussbohrung und dem Ventil beträgt das Zweifache des Rohrdurchmessers.
7. Der Abstand zwischen der Druckanschlussbohrung und dem Ventil beträgt das Sechsfache des Rohrdurchmessers.
•Hauptsteuerungselemente:
- Das vorgelagerte Ventil regelt den Einlassdruck.
- Das nachgeschaltete Ventil hält den Druck stabil (Nenngröße > Prüfventil, um sicherzustellen, dass ein gedrosselter Durchfluss auftritt).inPrüfventil).
•Normen:
JB/T 5296-91 (China) vs. BS EN1267-1999 (EU).
•Kritische Faktoren:
Zapfstellenposition, Rohrleitungskonfiguration, Reynolds-Zahl (Flüssigkeiten), Mach-Zahl (Gase).
Testbeschränkungen und Lösungsansätze:
•Aktuelle Systeme prüfen Ventile ≤DN600.
•Größere Ventile:Führen Sie eine Luftstromprüfung durch (wird hier nicht näher beschrieben).
Einfluss der Reynolds-Zahl: Experimentelle Daten bestätigen, dass die Reynolds-Zahl die Testergebnisse signifikant beeinflusst.
Wichtigste Erkenntnisse
•Cv/Kv definiert die Durchflusskapazität eines Ventils unter standardisierten Bedingungen.
•Ventiltyp, Größe und Fluideigenschaften haben einen entscheidenden Einfluss auf den Cv-Wert.
•Für die Genauigkeit der Tests ist die strikte Einhaltung der Protokolle (JB/T 5296-91/BS EN1267) erforderlich.
•Korrekturen sind für Viskosität, Temperatur und Druck erforderlich.
(Alle Daten stammen aus ASME/API/ISO-Normen und Whitepapers von Ventilherstellern.)
Veröffentlichungsdatum: 06.01.2025