Kv-Wert

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Dieser Artikel behandelt den Kv-Wert in der Hydraulik. Zum Kv-Faktor im Maschinenbau siehe Kv-Faktor

Der Kv-Wert wird auch als Durchflussfaktor oder als Durchflusskoeffizient bezeichnet. Er ist ein Maß für den erzielbaren Durchsatz einer Flüssigkeit oder eines Gases durch ein Ventil und dient zur Auswahl und Dimensionierung von Ventilen. Der Kv-Wert wird in der Einheit m³/h angegeben[1] und ist als effektiver Querschnitt interpretierbar.

Definition[Bearbeiten]

Der Kv-Wert entspricht dem Wasserdurchfluss durch ein Ventil (in m³/h) bei einer Druckdifferenz von 1 bar (genau 0,98 bar) und einer Wassertemperatur von 5 °C - 30 °C. Je nach Ventilgröße wird er häufig auch in l/min angegeben.

Ein Kv-Wert gilt nur für den zugehörigen Hub (Öffnungsgrad) eines Ventils. Der Kv-Wert eines Ventils bei Nennhub (100 % Öffnungsgrad) wird als Kvs-Wert bezeichnet. Anhand des Kvs-Wertes kann bei einem Ventil der maximal mögliche Durchsatz ermittelt werden.

Beispiel: Ein fest einstellbares Regulierventil mit fünf Einstellstufen hat für jede einzelne Stufe einen unterschiedlichen Kv-Wert, aber nur einen Kvs-Wert, nämlich den Durchfluss bei größter Stufe.

Das heißt z.B. bei Ventilen, dass der Kvs – Wert verwendet wird um den maximal möglichen Durchsatz eines beliebigen Ventils auszudrücken. Er kennzeichnet und unterscheidet somit Ventile anhand ihrer Kapazität und beträgt nach DIN IEC 534: den Wert bei maximal geöffnetem ventil K100 mit einer Toleranz von ± 10 %.

Die Ermittlung des Kv-Wertes ist geregelt in der Technischen Regel VDI/VDE 2173, Strömungstechnische Kenngrößen von Stellventilen und deren Bestimmung.[2][3]

Für Flüssigkeiten wird der mindestens erforderliche Kv-Wert für ein Ventil aus den geforderten Betriebsdaten der Anwendung nach folgender Gleichung ermittelt, wenn der Druckverlust zwischen 0,35 und 1 bar liegt:[4][5][6]

  K_\mathrm{v} = Q \cdot \sqrt{ \frac {1\ \mathrm{bar}} {\Delta p} \cdot \frac {\rho} {1000\ \frac{\mathrm{kg}} {\mathrm{m}^3} } }
Dichte des Wassers in Abhängigkeit von der Temperatur

mit:

  • Kv = Durchflusskoeffizient
  • Q = Volumendurchfluss
  • Δp = Druckdifferenz (Eintrittsdruck - Austrittsdruck)
  • ρ = Dichte des Fluids

Für Wasser als Medium (ρ = 1000 kg/m³) vereinfacht sich die Formel zu:

  K_\mathrm{v} = Q \cdot  \sqrt{\frac{1\ \mathrm{bar}}{\Delta p}}

Genau genommen gilt dieser Zusammenhang nur für kaltes Wasser, da die Dichte mit steigender Temperatur abnimmt. Wasser von 100 °C hat eine ca. 4 % geringere Dichte.

Bei bekanntem Kv-Wert lässt sich der Durchsatz für beliebige Dichten und Druckdifferenzen bestimmen. Dabei gilt allgemein (unter Annahme der Inkompressibilität)

\text{Volumenstrom} \sim  \sqrt{\frac{\text{Druckdifferenz}}{\text{Dichte}}} .

Das bedeutet beispielsweise:

  • bei 4-facher Druckdifferenz verdoppelt sich der Volumenstrom.
  • bei 4-facher Dichte halbiert sich der Volumenstrom bzw. verdoppelt sich der Massenstrom.

In nicht metrischen Systemen wird oft ein Cv-Wert angegeben (flow coefficient value). Umgerechnet ist der Cv-Wert ungefähr das 1.16-fache des Kv-Wertes. (Kv = Cv x 0,86 ).

Im Erdgasfach wird häufig statt mit dem Kv- Wert, mit dem KG- Wert gerechnet. Der KG- Wert bezieht sich auf Erdgas mit einem Dichteverhältnis von d = 0,64 entsprechend einer Normdichte von \rho_{n} = 0,82752 (ca. 0,83) kg/m3 bei p1 = 2 bar (absolut), p2 = 1 bar (absolut) und einer Gaseintrittstemperarur von tu = 15 °C bzw. Tu = 288,15 K, gemäß der europäischen Normen EN 334 für Gas- Druckregelgeräte und EN 14382 für Sicherheitsabsperreinrichtungen. Der KG- Wert wird in der Einheit (m³/h)/bar angegeben.

Als Umrechnung ergibt sich KG = 33,62 x Kv.

Allgemeine strömungstechnische Darstellung und Nutzung des kv-Wertes[Bearbeiten]

Der 1953 von der Firma Mason-Neilan Regulator Co., Boston eingeführte Ventilkoeffizient Cv hat sich im Bereich der Regelungstechnik mit metrischen Maßeinheiten als Kv-Wert rasch durchgesetzt und fand Eingang in den oben genannten Normen. In der allgemeinen Strömungslehre ist er dagegen nicht gebräuchlich. Dies dürfte hauptsächlich an der obigen Definition als zugeschnittene Größengleichung liegen. Allgemeingültiger ist die Darstellung des kv-Wertes als Durchflussbeiwert wie folgt:

  k_\mathrm{v} = Q \cdot  \sqrt{\frac{\rho }{\Delta p}}

Setzt man die Größen in SI-Einheiten ein, so hat der kv-Wert die Dimension einer Fläche. Physikalisch ist darunter eine korrigierte Durchströmfläche zu verstehen, die durch Strahleinschnürung, Wirbelbildung usw. kleiner als der geometrisch engste Querschnitt ist. Jedoch hat sich auch mit Einführung der SI-Einheiten diese allgemeingültige, wissenschaftlich korrekte Darstellung nicht durchgesetzt.

Zwischen dem oben definierten Kv-Wert in m³/h und dem allgemeingültigen kv-Wert in mm² gilt die Umrechnung:

  k_\mathrm{v} = 28 \cdot  \ K_\mathrm{v}

Der kv-Wert ermöglicht eine einfache Berechnung von Reihen- und Parallelschaltungen von Strömungswiderständen bzw. Ventilen zu einem resultierenden kv-Gesamtwert und die Umrechnung zum Druckverlustbeiwert[7].

siehe auch[Bearbeiten]

Einzelbelege[Bearbeiten]

  1. Roos, Hans: Hydraulik der Wasserheizung; 5. Aufl.; Oldenbourg-Industrieverl.; 2002; Zitat S.14 oben: „Nach der VDI/VDE-Richtlinie 2173 ist der Kv-Wert eines Ventils als Durchlaßstrom in m³/h Wasser definiert, der das Ventil ... durchströmt“
  2. http://www.buerkert.de/DEU/737.html
  3. http://www.fas.ch/info_tech_kv.asp?sectionID=t&Langue=deutsch
  4. VDI/VDE 2173
  5. Burkhardt, Wolfgang; Kraus, Roland: Projektierung von Warmwasserheizungen; 7. Auflage; Oldenbourg-Industrieverl.; 2005; S. 311f
  6. Roos, Hans: Hydraulik der Wasserheizung; 5. Aufl.; Oldenbourg-Industrieverl.; 2002; S. 15, Formel 1.20
  7. Bernd Glück: "Hydrodynamische und gasdynamische Rohrströmung, Druckverluste". Download, Seite 61 ff.

Weblinks[Bearbeiten]