Kv для газа и пара: как считать
Для газа и пара расход через клапан зависит не только от перепада, но и от плотности на входе и сжимаемости: по мере роста Δp/p₁ газ расширяется, и с некоторого критического отношения расход перестаёт расти — наступает критическое (звуковое) течение. IEC 60534-2-1 записывает это через коэффициент расширения Y и относительный перепад x = Δp/p₁: Kv = W / (31,6·Y·√(x·p₁·ρ₁)), где W — массовый расход в кг/ч, p₁ — абсолютное давление на входе в бар, ρ₁ — плотность на входе в кг/м³, Y = 1 − x/(3·Fγ·xT); x ограничен сверху величиной Fγ·xT (Fγ = γ/1,4 — поправка на показатель адиабаты, xT — паспортный коэффициент клапана, около 0,7 для седельных и 0,3 для шаровых), и при x ≥ Fγ·xT Y = 2/3.
Пример с природным газом: 100 нм³/ч (ρн = 0,717 кг/нм³ → W = 71,7 кг/ч) при p₁ = 4 бар абс., 20 °C и Δp = 1 бар: плотность на входе ρ₁ = 2,64 кг/м³, x = 0,25 при пределе Fγ·xT = 0,67, Y = 0,876, Kv = 1,59 → Kvs 1,6 (на пределе — при малейшем запасе лучше 2,5). Если поднять перепад до 3 бар, течение станет критическим: x упрётся в 0,67 (Δp = 2,69 бар), Y = 0,667, и Kv составит 1,28 — дальнейший рост перепада расход уже не увеличит. Для насыщенного пара 500 кг/ч при 6 бар абс. (159 °C, ρ₁ = 3,17 кг/м³) и Δp 2 бар: Y = 0,838, Kv = 7,5 → Kvs 10.
На что смотреть: давление обязательно абсолютное (манометровое + 1,013), расход газа — нормальный (0 °C, 1,013 бар) или рабочий с пересчётом плотности по p и T, для пара — массовый; xT берите из паспорта клапана — у шаровых и дисковых он в два-три раза ниже седельных, поэтому они раньше уходят в критический режим. Шум и эрозия при критическом течении — отдельная тема (IEC 60534-8). Калькулятор считает Kv для семи газов и насыщенного пара, показывает x, предел, Y, режим, плотность на входе и подбирает Kvs.
Kv для газов: 100 нм³/ч при 4 бар абс. и Δp 1 бар (седельный клапан)
Плотность на входе по ρн, p₁ и 20 °C; Fγ·xT — предел относительного перепада для каждого газа.
Насыщенный пар: плотность, Kv для 500 кг/ч и критический перепад
Плотность и температура насыщения по таблицам IAPWS (округлённо); Kv при Δp 1 бар (или p₁/2 для низких давлений).
Kv — объёмный расход воды с температурой от 5 до 30 °C в кубометрах в час, проходящий через арматуру при перепаде давления на ней 1 бар (100 кПа); Kvs — то же значение при номинальном, полностью открытом положении затвора. Cv определён аналогично для галлонов США в минуту и перепада 1 psi.— Определение пропускной способности (VDI/VDE 2173, ГОСТ 12893-2005)
Как считать и что проверить
- Kv = W/(31,6·Y·√(x·p₁·ρ₁)): давление абсолютное, W в кг/ч (для газа W = Qн·ρн), ρ₁ — на входе.
- x = Δp/p₁ не больше Fγ·xT: газ 100 нм³/ч при 4 бар, Δp 1 — x 0,25 против предела 0,67, Kv 1,59.
- При критическом течении (Δp ≥ 2,69 бар в примере) Y = 2/3, расход от перепада уже не зависит — Kv 1,28.
- Для пара берите плотность насыщенного пара по p₁ (3,17 кг/м³ при 6 бар) и массовый расход: Kv 7,5 → Kvs 10.
Остальные режимы — на страницах серии ниже и в полном калькуляторе Kv; расход и потери контура отопления — в гидравлике системы отопления, потери напора в трубах — в гидравлическом расчёте трубопровода.
- IEC 60534-2-1:2011 (ГОСТ Р МЭК 60534-2-1) «Регулирующие клапаны для промышленных процессов. Пропускная способность. Уравнения расчёта расхода в условиях установки» — уравнения для жидкостей и сжимаемых сред, коэффициенты FL, xT, Y, FF. IEC / Росстандарт. 2011.
- ГОСТ 12893-2005 «Клапаны регулирующие односедельные, двухседельные и клеточные. Общие технические условия» — пропускная способность Kv и условная Kvу, пропускная характеристика, кавитационный коэффициент. Росстандарт. 2005.
- IAPWS-IF97 / таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара (Вукалович М. П. и др.) — плотность насыщенного пара, давление насыщенных паров воды. IAPWS. 1997.
- ГОСТ Р 55508-2013 «Арматура трубопроводная. Методика экспериментального определения гидравлических и кавитационных характеристик» — Kv, коэффициент сопротивления ζ, кавитационные коэффициенты. Росстандарт. 2013.
