バルブ流量係数（CV）とは

バルブ流量係数 (CV) は、流体システムにおけるバルブの流量容量を決定する重要な要素です。この包括的な記事では、バルブ流量係数の概念、その計算、およびバルブのサイズ設定と選択におけるその重要性について説明します。

バルブ流量係数（CV）とは

バルブ流量係数 (CV) は、特定の条件下でバルブが流体を流す能力の尺度です。これは、バルブ全体で 1 psi の圧力降下がある状態で完全に開いたバルブを通過する水の量を、1 分あたりのガロン数 (GPM) で表したものです。CV は、さまざまなバルブ タイプとサイズの流量容量を比較できる標準化された値です。

バルブ流量係数（CV）の計算式

CV を計算する式

CV を計算するための基本式は次のとおりです。

CV = Q ÷ √(ΔP ÷ SG)

どこ：

• Q = 流量 (GPM)
• ΔP = バルブ全体の圧力降下 (psi)
• SG = 流体の比重（水 = 1）

液体の流れ

液体の流れの場合、CV 式は基本方程式と同じです。ただし、流体の比重を考慮し、流量と圧力降下が正しい単位 (それぞれ GPM と psi) で表現されていることを確認することが重要です。

ガスフロー

ガス流量の CV を計算する場合、ガスの圧縮性を考慮して式が変更されます。

CV = Q ÷ (22.67 × √((P1 – P2) ÷ (SG × T)))

どこ：

• Q = ガス流量 (SCFM)
• P1 = 入口圧力 (psia)
• P2 = 出口圧力 (psia)
• SG = ガスの比重（空気 = 1）
• T = 絶対温度 (°R)

蒸気の流れ

蒸気流量の場合、CV 式はガス流量方程式に似ていますが、定数が異なります。

CV = W ÷ (2.1 × √(ΔP ÷ (SG × P1)))

どこ：

• W = 蒸気流量（lb/hr）
• ΔP = バルブ全体の圧力降下 (psi)
• SG = 蒸気の比重（飽和蒸気 = 0.6）
• P1 = 入口圧力 (psia)

粘性流体

粘性流体を扱う場合、流れに対する抵抗の増加を考慮して CV 値を調整する必要がある場合があります。メーカーは粘性流体の適切な CV を決定するための補正係数またはチャートを提供することがよくあります。

コントロールバルブのサイズの決め方

制御バルブのサイズを決定するには、適切な CV を持つバルブを選択して、必要な流量と圧力降下を達成する必要があります。このプロセスには通常、次の手順が含まれます。

1. システムに必要な流量と許容圧力降下を決定します。
2. 流体の種類 (液体、ガス、蒸気) に基づいて適切な式を使用して必要な CV を計算します。
3. 計算値以上の CV を持つバルブを選択します。
4. 選択したバルブが、圧力定格、温度適合性、材料適合性などの他のシステム要件を満たしていることを確認します。

バルブCVに影響を与える要因

バルブのサイズ、タイプ、内部形状

バルブのサイズは CV に直接影響し、一般的にバルブが大きいほど CV 値が高くなります。バルブの種類 (グローブ、ボール、バタフライなど) や、流路の形状やサイズなどの内部形状も CV に影響します。

バルブの材質とトリム

バルブ構造に使用される材料とトリムの種類 (ステライト、ステンレス鋼など) は、バルブの流量特性、ひいては CV に影響を与える可能性があります。材料によっては、流量が制限され、CV が低くなる場合があります。

流体特性（粘度、密度、温度）

粘度、密度、温度などの流体の特性は、バルブの流量容量に影響を与える可能性があります。粘度の高い流体では、必要な流量を維持するために、より大きな CV が必要になる場合があります。流体の密度と温度の変化も CV に影響を与える可能性があります。

流れのプロファイル（層流と乱流）

流れのプロファイルは、層流か乱流かに関わらず、バルブの性能と CV に影響を与える可能性があります。層流では CV がより安定して予測可能になる傾向がありますが、乱流ではバルブの流量が変動する可能性があります。

圧力定格と差圧

バルブの圧力定格とバルブ全体の差圧は CV に影響を与える可能性があります。圧力降下が大きい場合、必要な流量を維持するために CV を大きくする必要がある可能性があります。

一般的なバルブタイプのCV特性

よくある質問

コントロールバルブの CV を変更できますか?

ほとんどの場合、コントロール バルブの CV は固定されており、変更できません。ただし、一部のバルブでは、CV を特定の範囲内で変更できる交換可能なトリム オプションが提供される場合があります。CV 調整機能に関する具体的な情報については、バルブの製造元に問い合わせることが重要です。

フローにとって、CV は高いほうが良いですか、低いほうが良いですか?

CV が高いほど流量容量が大きいことを示し、高流量を必要とする用途では望ましい場合があります。ただし、CV が高すぎるとバルブが大きくなり、制御が不十分になり、不安定になる可能性があります。正確な制御と最小限の圧力降下を必要とする用途では、CV が低い方が望ましい場合があります。

CV 対 流量係数 (Kv)

CV と Kv はどちらもバルブの流量の測定値ですが、異なる単位を使用します。CV は 1 psi の圧力降下における毎分ガロン (GPM) で表され、Kv は 1 bar の圧力降下における毎時立方メートル (m³/h) で表されます。CV と Kv の関係は、Kv ≈ 0.86 × CV です。

CV 対 圧力損失係数 (K)

CV と圧力損失係数 (K) は関連していますが、異なる概念です。CV はバルブの流量を表し、K はバルブによって生じる流れの抵抗を表します。CV と K の関係は、K = (29.9 ÷ CV)² です。ここで、29.9 は CV 定義で使用される単位から導出された定数です。

CV、Kv、その他の単位間の変換

CV、Kv、およびその他の流量係数単位間の変換は、変換係数を使用して行うことができます。一般的な変換には次のものがあります。

• CV から Kv: Kv ≈ 0.86 × CV
• Kv から CV: CV ≈ 1.16 × Kv
• CV to Av (流量係数): Av ≈ 0.38 × CV
• AvからCV: CV ≈ 2.63 × Av

計算を実行する際には、適切な変換係数を使用し、単位が一貫していることを確認することが重要です。

結論

バルブの流量係数 (CV) を理解することは、適切なバルブ サイズを選択し、システム パフォーマンスを最適化するために不可欠です。バルブの種類、流体の特性、流量要件などの要素を考慮することで、エンジニアや設計者は流体システム用のバルブを指定する際に十分な情報に基づいた決定を下すことができます。適切な CV 式とサイズ設定方法を利用することで、信頼性の高い流量制御と効率的な操作が保証されます。