Ventil-Cv/Kv-Rechner

Die Ventilauslegung ermittelt den Durchflusskoeffizienten, der erforderlich ist, damit ein Ventil den geforderten Volumenstrom bei einem gegebenen Druckverlust passieren lässt. Ein zu klein dimensioniertes Ventil liefert nicht genug Durchfluss; ein zu groß dimensioniertes arbeitet nahe dem Ventilsitz und führt zu schlechter Regelung, Geräuschen und beschleunigtem Verschleiß.

Cv und Kv — Durchflusskoeffizienten

Der Durchflusskoeffizient beschreibt, wie viel Durchfluss ein Ventil zulässt. Es gibt zwei Konventionen:

• Cv (US) — US-Gallonen pro Minute Wasser bei 60 °F mit 1 psi Druckverlust
• Cv (UK) — imperial (UK) gallons per minute of water with a 1 psi pressure drop. Because a UK gallon is larger than a US gallon, Cv (UK) is about 17% smaller than Cv (US) for the same valve (Kv = 1.039 × Cv UK)
• Kv — Kubikmeter pro Stunde Wasser mit 1 bar Druckverlust

Throughout this page, “Cv” means Cv (US) — the most common convention — unless stated otherwise.

Die Umrechnung lautet: $C_v = 1.156 \times K_v$. Daneben existiert Cv (UK) mit imperialen Gallonen: $K_v = 1.039 \times C_v\text{(UK)}$.

Cv-zu-Kv-Umrechner

Cv in Kv umrechnen: mit 0,865 multiplizieren (Kv = 0,865 × Cv US); Kv in Cv: mit 1,156 multiplizieren. Für imperiale Gallonen gilt Kv = 1,039 × Cv (UK). Der Reiter „Cv/Kv-Umrechner“ oben wendet alle drei sofort an, sodass dieser Cv-Rechner für Regelventile auch als eigenständiges Cv-zu-Kv-Umrechnungswerkzeug für ein bereits installiertes Ventil dient.

Auslegung für Flüssigkeitsventile

Für inkompressible (flüssige) Strömung verknüpft die Grundgleichung den Volumenstrom mit Kv und Druckverlust:

• $Q$ — Volumenstrom
• $K_v$ — Durchflusskoeffizient des Ventils
• $\Delta P$ — Druckdifferenz über dem Ventil
• $SG$ — spezifisches Gewicht des Fluids relativ zu Wasser

Auslegung für Gasventile (IEC 60534)

Die kompressible Strömung durch Ventile ist komplexer. Die Norm IEC 60534 führt den Expansionsfaktor $Y$ ein, der die Änderung der Gasdichte bei Druckverlust über dem Ventil berücksichtigt:

• $x$ — Druckverhältnis ($\Delta P / P_1$)
• $F_k$ — Faktor des Verhältnisses der spezifischen Wärmen
• $x_T$ — kritischer Druckverhältnisfaktor (typischerweise 0,5–0,8)

Gesperrte Strömung

Gesperrte Strömung tritt auf, wenn das Druckverhältnis $x$ den kritischen Wert $x_{choked} = F_k \cdot x_T$ erreicht. Darüber hinaus erhöht ein weiterer Druckabfall den Volumenstrom nicht mehr — der Expansionsfaktor $Y$ wird auf 1/3 begrenzt. Dieser Rechner erkennt die Sperrung automatisch und zeigt eine Warnung an, sobald das Ventil seine Kapazitätsgrenze erreicht.

Kavitation in Flüssigkeitsventilen

Kavitation tritt auf, wenn der lokale Druck innerhalb eines Ventils unter den Dampfdruck der Flüssigkeit fällt. Es bilden sich Dampfblasen, die stromabwärts schlagartig kollabieren. Die Folgen sind Geräuschentwicklung, Vibrationen und schnelle Erosion der Ventilinnenteile. Der Druckrückgewinnungsfaktor F_L bestimmt, wie anfällig ein Ventil ist — niedrige Werte (z. B. Absperrklappen mit 0,55) kavitieren leichter als hohe Werte (z. B. Schrägsitzventile mit 0,9).

Inherent Flow Characteristic

The inherent flow characteristic describes how flow changes with valve travel (stem position) at a constant pressure drop. Published Cv/Kv is the fully open value; the characteristic governs how capacity builds between closed and open. Three are common:

• Linear — flow is proportional to valve opening — suited to systems where most of the pressure drop stays across the valve and is roughly constant.
• Equal-percentage — each equal increment of travel changes flow by an equal percentage of the current flow. It is the most common throttling characteristic because, as the valve's own share of pressure drop falls when it opens, the installed characteristic ends up close to linear.
• Quick-opening — most of the flow capacity is reached early in the travel — used for on/off and relief service rather than throttling.

Eine ausführlichere Erläuterung der Ventilauslegung nach IEC 60534 finden Sie in unserem Blogbeitrag: Regelventilauslegung nach IEC 60534 verstehen. New to flow coefficients? Start with Cv vs Kv explained.

Related calculators & references

• Cv to Kv conversion reference
• Relief valve sizing calculator (API 520)
• Orifice plate sizing calculator
• Pipe friction loss calculator

Die Auslegungsbeispiele der Norm selbst, mit den obigen Gleichungen gerechnet. Beispiel 1: 360 m³/h Wasser bei 363 K (ρ 965,4 kg/m³) durch ein Durchgangsventil von 680 kPa auf 220 kPa abs. Beispiele 3 und 4: 3.800 Nm³/h CO₂ (M 44,01, γ 1.297 aus der CO₂-Vorauswahl — die Norm rundet auf 1,30) bei 433 K durch ein Drehventil mit xT = 0,60 von 680 kPa abs auf 450 kPa abs, dann auf 250 kPa abs.

1. Flüssigkeit (Bsp. 1): SG = 965,4/998,2 = 0.9671, ΔP = 4.60 bar. Kv = 360 · √(0.9671 / 4.60) = 165.1 m³/h, also Cv (US) = 190.8. Die Norm legt Kv = 165 aus — die 0,1 stammt aus ihrer Bezugsdichte von 999 kg/m³.
2. Gas, unterkritisch (Bsp. 3): x = (680 − 450)/680 = 0.338; Fk = 1.297/1,40 = 0.926, die Drosselgrenze ist also Fk·xT = 0.926 × 0,60 = 0.556. x liegt darunter — die Strömung ist unterkritisch.
3. Expansionsfaktor Y = 1 − x/(3·Fk·xT) = 0.797; Realgasfaktor am Eintritt Z = 0.990 (Peng-Robinson). Kv = Q / (N9 · Y · P1 · √(x / (M·T·Z))) mit N9 = 24,6 für Nm³/h, kPa und K: Kv = 67.3 m³/h. Die Norm legt Kv = 67,2 aus (mit Z = 0,991).
4. Gas, kritisch (Bsp. 4): mit 250 kPa abs am Austritt überschreitet x = 0.632 den Wert 0.556 — das Ventil ist kritisch durchströmt, Y wird auf 2/3 begrenzt und x an der Grenze gehalten. Kv = 62.8 m³/h; die Norm legt Kv = 62,6 aus. Der Rest bei beiden Gasbeispielen ist allein die γ-Rundung und die Z-Berechnung; die Gleichungen sind die der Norm. Der Gas-Reiter zeigt für diese Eingaben den Hinweis auf kritische Strömung.
5. Tiefe kritische Strömung, US-Einheiten (Fisher Control Valve Handbook, Auslegungsaufgabe 1 für kompressible Medien): 6,0 × 10⁶ SCFH Erdgas (M 17,38, γ 1,31, ideales Z) von 200 psig auf 50 psig bei 60 °F durch einen 8″-Kugelhahn mit xT = 0,137. x = 0.70 gegenüber einer Drosselgrenze von 0.128 — etwa 5,4-fach kritisch — Y liegt also auf dem Boden 2/3: Cv = 1514. Das Ergebnis des Handbuchs beim Nenn-xT ist Cv = 1515 (anschließend verfeinert es xT beim tatsächlichen Hub).

Diese Zahlen werden von denselben Funktionen berechnet, die die Reiter oben ausführen. Beispiel 1 im Flüssigkeits-Reiter bzw. Beispiel 3 / 4 im Gas-Reiter (Vorauswahl Carbon Dioxide, 160 °C, xT 0,60, Drücke als Überdruck: 578,68 und 348,68 / 148,68 kPa) reproduziert sie; für die Fisher-Aufgabe SCFH (60 °F), psi und °F wählen und in den Feldern für benutzerdefiniertes Gas γ 1,31, M 17,38 eintragen.