Ventil-Dimensionierungs-Rechner

Die Größe eines Ventils kann sich auf die physischen Abmessungen des Ventils beziehen, wie z. B. seinen Öffnungsdurchmesser, aber auch auf die Durchflussmenge, die das Ventil bewältigen kann. Durch die korrekte Berechnung und Messung des Durchflusskoeffizienten des Ventils wird sichergestellt, dass das Medium mit dem gewünschten Druck fließen kann.

Um die Durchflussmenge durch ein Ventil zu berechnen, müssen Parameter wie Druckabfall, Flüssigkeitsdichte und Durchflussmenge bestimmt werden. Dieser Artikel konzentriert sich auf die praktischen Methoden zur Berechnung der einzelnen Parameter und bietet einen umfassenden Leitfaden für die Berechnung von Ventilkoeffizienten.

Kv- und Cv-Rechner

Zur Berechnung der Kv- und Cv-Werte sowohl für Gas- als auch für Flüssigkeitsanwendungen können die nachstehenden Rechner verwendet werden. Um mehr darüber zu erfahren, was in diesen Rechnern steckt, lesen Sie den Artikel weiter.

Inhaltsübersicht

• Was ist der Durchflusskoeffizient eines Ventils?
• Durchflussmenge
• Druckverlust
• Spezifische Schwerkraft

Was ist der Durchflusskoeffizient eines Ventils?

Der Durchflusskoeffizient eines Ventils misst die Geschwindigkeit, mit der ein Fluid (Flüssigkeit oder Gas) durch ein Ventil fließen kann. Die Bestimmung des korrekten Durchflusskoeffizienten hilft bei der Auswahl der richtigen Ventilgröße für eine Anwendung und stellt sicher, dass alle Fluide mit dem gewünschten Druck durchfließen können. Ein falscher Durchflusskoeffizient kann eine schlechte Ventilleistung zur Folge haben und zu Leckagen, unbeständigem Durchfluss, Kavitation und der Unfähigkeit, sich vollständig zu öffnen oder zu schließen, führen. Die Werte Cv und Kv sind die Durchflusskoeffizienten im zölligen bzw. metrischen System.

Die für die Berechnung der Durchflussmenge erforderlichen Parameter sind:

• Q Gewünschte Durchflussmenge
• dp: Druckunterschied
• SG: Spezifische Schwerkraft

Die Ausdrücke für Kv und Cv sind für Flüssigkeiten und Gase unterschiedlich. Der Grund dafür ist, dass die physikalischen Eigenschaften und das Verhalten von Flüssigkeiten und Gasen unterschiedlich sind.

• Flüssigkeiten sind nahezu inkompressibel, während Gase stark kompressibel sind. Der Druckabfall in einem Rohr, das eine Flüssigkeit transportiert, unterscheidet sich von dem eines Gases aufgrund der unterschiedlichen Kompressibilität.
• Flüssigkeiten haben eine höhere Viskosität als Gase, was sich auf ihre Durchflussrate auswirkt.

Sobald der Durchflusskoeffizient berechnet ist, wird empfohlen, ein Ventil mit einem Durchflusskoeffizienten zu wählen, der etwas höher ist als der berechnete Wert, um sicherzustellen, dass die gewünschte Durchflussmenge erreicht wird, und um eine Sicherheitsspanne für potenzielle Änderungen des Drucks oder der Durchflussmenge zu schaffen. In einigen Fällen ist das Ventil vorgegeben, und Sie können die für dieses Ventil geeignete Durchflussmenge berechnen, indem Sie die Formel aufgrund des bekannten Cv/Kv-Wertes rückwärts anwenden. In den folgenden Abschnitten wird erläutert, wie die einzelnen Parameter für die Berechnung des Durchflusskoeffizienten zu schätzen sind.

Durchflusskoeffizient Cv

Der Cv-Wert ist die Durchflussmenge von Wasser in US-Gallonen pro Minute (GPM) bei einer Temperatur von 60 𐩑F und einem Druckabfall von 1 psi über dem Ventil. Ein Ventil mit einem Cv-Wert von 10 lässt beispielsweise 10 GPM Flüssigkeit bei 60 𐩑F und einem Druckabfall von 1 psi über das Ventil durch. Der Cv-Wert ist in der Produktbeschreibung oder auf dem Typenschild des Ventils angegeben. Lesen Sie unseren Artikel über den Ventil-Cv-Rechner, um mehr über die Berechnung der Cv-Werte von Flüssigkeiten und Gasen zu erfahren.

Durchflusskoeffizient Kv

Kv ist die Wassermenge in Kubikmetern, die pro Stunde bei einem Druckabfall von 1 bar und voll geöffnetem Ventil durch ein Ventil fließt. Ein Kv von 20 bedeutet zum Beispiel, dass das Ventil eine Durchflusskapazität von 20 Kubikmetern pro Stunde (m³/h) hat, wenn ein Druckabfall von 1 bar über das Ventil herrscht. Der Kv-Wert ist in der Produktbeschreibung oder auf dem Typenschild des Ventils angegeben. In unserem Artikel über den Kv-Rechner finden Sie weitere Einzelheiten zur Berechnung der Kv-Werte von Flüssigkeiten und Gasen.

Durchflussmenge

Die Durchflussmenge ist gegeben durch:

• Q Durchflussmenge
• A: Die Querschnittsfläche an einem Punkt des Strömungsweges
• v: Strömungsgeschwindigkeit an der Stelle

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Durchflussmenge eines Systems zu messen. Um die Durchflussmenge durch eine Öffnung (z. B. eine Ventilöffnung oder einen Zapfen) zu berechnen, lässt man ein bestimmtes Volumen in einem Behälter auflaufen und misst, wie lange es dauert. Beispielsweise kann die Durchflussmenge an einem Zapfhahn gemessen werden, indem man die Flüssigkeit einen 7-Gallonen-Eimer füllen lässt und die Zeit aufzeichnet. Teilen Sie 7 durch die benötigte Zeit, um die Anzahl der Gallonen pro Zeiteinheit zu erhalten. Um die Durchflussmenge einer winzigen Öffnung, wie z. B. eines Tropfers, zu bestimmen, verwenden Sie einen kleineren Behälter, z. B. ein Quartglas, und ein längeres Zeitintervall. Das Grundkonzept bleibt jedoch unverändert.

Durchflussmesser

Die Durchflussmenge kann durch Anbringen eines Durchflussmessers im Flüssigkeitssystem gemessen werden. Es gibt verschiedene Durchflussmesser, darunter Venturi-Messgeräte, Messblenden und Turbinenmessgeräte, die den Durchfluss einer Flüssigkeit messen. Der Durchflussmesser sollte kalibriert werden, um genaue Messungen zu gewährleisten.

Mit der Formel für die Durchflussmenge

Die Strömungsgeschwindigkeit und die von der Flüssigkeit durchflossene Querschnittsfläche geben Aufschluss über die Durchflussmenge.

Blende/klares Rohr

• Wenn die Flüssigkeit durch eine Öffnung oder ein durchsichtiges Rohr fließt, verwenden Sie Farbstoff als Marker und berechnen Sie, wie lange der Farbstoff braucht, um zwei Punkte zu passieren. Berechnen Sie dann die Geschwindigkeit, indem Sie die Entfernung zwischen den beiden Punkten durch die dafür benötigte Zeit teilen.
• Messen Sie den Radius der Öffnung oder des Rohrs mit einem Maßband und verwenden Sie den Ausdruck ^πr2, um die Querschnittsfläche zu berechnen.
• Multiplizieren Sie die Fläche mit der Geschwindigkeit, um die Durchflussmenge zu berechnen.

Mit Druck

Fließt die Flüssigkeit durch ein geschlossenes Rohr, ist es schwierig, ihre Geschwindigkeit zu messen. Messen Sie in diesem Fall den Flüssigkeitsdruck mit einem Manometer und berechnen Sie die Durchflussmenge mit Hilfe des Poiseuille'schen Gesetzes (siehe unten).

• Δp: Druckunterschied zwischen den Enden der Rohrleitung
• R: Radius des Rohres
• L: Länge des Rohrs
• μ: Viskosität der Flüssigkeit

Druckverlust

Der Druckabfall über das Ventil kann mit Manometern gemessen werden, die auf beiden Seiten des Ventils angebracht sind. Der Druckunterschied zwischen den beiden Enden ergibt den Druckabfall über das Ventil.

Der Druckabfall über ein Ventil kann auch mit der folgenden Formel berechnet werden:

• ΔP: Druckabfall über dem Ventil in Pfund pro Quadratzoll (psi)
• f: Reibungsfaktor, der die Reibungsverluste berücksichtigt, die beim Durchfluss der Flüssigkeit durch das Ventil auftreten
• L: Länge des Ventils in Fuß
• v: Geschwindigkeit der Flüssigkeit in Fuß pro Sekunde
• g: Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft, die etwa 9,8 ^m/s2 beträgt

Der Reibungsfaktor f ist eine Funktion der Flüssigkeitseigenschaften, der Ventilgeometrie und der Reynoldszahl, einem dimensionslosen Wert, der das Strömungsverhalten der Flüssigkeit beschreibt. Der Reibungsfaktor kann anhand veröffentlichter Tabellen geschätzt oder mit Hilfe von CFD-Software (Computational Fluid Dynamics) berechnet werden.

Spezifische Schwerkraft

Das spezifische Gewicht ist definiert als das Verhältnis zwischen der Dichte der Flüssigkeit und der Dichte von Wasser bei einer bestimmten Temperatur. Das spezifische Gewicht einer Flüssigkeit kann experimentell bestimmt werden, indem man ihre Dichte misst und sie mit der Dichte von Wasser vergleicht. Das spezifische Gewicht einer Flüssigkeit kann auch aus ihrer Zusammensetzung berechnet werden, indem man eine Datenbank mit den Dichten der einzelnen Komponenten verwendet, wenn die Zusammensetzung der Flüssigkeit bekannt ist. Es ist wichtig zu beachten, dass das spezifische Gewicht einer Flüssigkeit durch die Temperatur beeinflusst werden kann. Daher ist es wichtig, die Dichte und das spezifische Gewicht der Flüssigkeit bei einer bestimmten Temperatur zu messen, um genaue Ergebnisse sicherzustellen. In der Regel kann der Wert anhand von Standardtabellen für das spezifische Gewicht geschätzt werden, vorausgesetzt, die Flüssigkeit wird bei derselben Temperatur gehalten, die in der Tabelle angegeben ist.