밸브의 유량계수는 밸브의 유체 통과 능력을 나타내는 중요한 설계 및 성능 지표입니다. 주로 Cv (Flow Coefficient) 또는 Kv (Flow Factor) 값으로 표현되며, 특정 조건에서 밸브를 통해 흐를 수 있는 유체의 양을 정량화합니다. 유량계수가 클수록 동일한 압력 강하 조건에서 더 많은 유체가 밸브를 통과할 수 있음을 의미하며, 이는 밸브의 유량 용량이 크다는 것을 나타냅니다.
Cv (Flow Coefficient)
Cv는 미국 단위계에서 사용되는 유량계수로, **60°F (약 15.6°C)의 물이 밸브 양단에 1 psi (pound per square inch)의 압력 강하가 발생했을 때, 1분 동안 밸브를 통과하는 유량(US 갤런/분, GPM)**으로 정의됩니다. 즉, Cv 값이 12인 밸브는 완전히 열렸을 때 1 psi의 압력 강하 조건에서 분당 12 US 갤런의 물을 흘려보낼 수 있습니다.
Kv (Flow Factor)
Kv는 국제 단위계(SI)에서 사용되는 유량계수로, **5°C ~ 40°C 범위의 물이 밸브 양단에 1 bar (약 100 kPa)의 압력 강하가 발생했을 때, 1시간 동안 밸브를 통과하는 유량(세제곱미터/시간, m³/h)**으로 정의됩니다.
Cv와 Kv의 관계
Cv와 Kv는 서로 다른 단위계를 사용하지만, 밸브의 동일한 유량 용량을 나타내므로 상호 변환이 가능합니다. 근사적인 관계는 다음과 같습니다.
또는
유량계수의 계산 및 활용
밸브의 유량계수는 실험을 통해 측정되거나, 밸브의 크기, 형식, 내부 구조 및 유체의 특성(밀도, 점도 등)을 고려한 계산을 통해 얻어집니다. 제조업체는 일반적으로 밸브 사양에 유량계수 값을 제공합니다.
유량계수는 유체 시스템 설계 및 밸브 선정에 매우 중요하게 활용됩니다. 특정 시스템 요구 사항(필요 유량 및 허용 압력 강하)을 만족하는 밸브를 선정하기 위해 유량계수 값이 사용됩니다. 유량, 압력 강하 및 유량계수 사이의 기본적인 관계는 다음과 같은 공식을 통해 나타낼 수 있습니다.
- 액체의 경우: (미국 단위계) (국제 단위계)
- 여기서: : 유량 : 밸브 양단의 압력 강하 : 유체의 비중 (물 기준) : 유체의 밀도 : 표준 상태 물의 밀도
- 기체 및 증기의 경우: 유체와 조건에 따라 더 복잡한 계산식이 사용됩니다.
유량계수에 영향을 미치는 요인
밸브의 유량계수는 여러 요인에 의해 영향을 받습니다.
- 밸브의 크기: 일반적으로 밸브 크기가 클수록 유량계수 값은 커집니다.
- 밸브의 형식: 게이트 밸브나 볼 밸브와 같이 유체가 직선으로 흐르는 밸브는 글로브 밸브와 같이 유체 흐름 방향이 바뀌는 밸브보다 일반적으로 유량계수 값이 높습니다.
- 밸브 내부 구조 (형상): 유체가 통과하는 밸브 내부의 유로 형상, 디스크나 플러그의 모양 등이 유량 저항에 영향을 미쳐 유량계수 값을 변경시킵니다.
- 밸브 개도율: 제어 밸브의 경우, 밸브가 열린 정도(개도율)에 따라 유량계수 값이 달라집니다. 제조사는 보통 밸브 개도율에 따른 유량계수 특성 곡선을 제공합니다.
- 유체의 특성: 유체의 밀도와 점도 또한 유량계수 계산에 영향을 미칩니다.
결론적으로, 밸브의 유량계수는 밸브의 유량 성능을 나타내는 핵심 지표이며, 시스템의 요구 유량을 만족시키고 적절한 압력 강하를 유지하는 밸브를 선정하는 데 필수적인 정보로 활용됩니다.