밸브 유량(Cv) 차트는 밸브의 공개 유량 계수를 밸브 위치, 압력 조건, 모델 크기 또는 특정 포트 간 유로와 연결해 보여 주는 제조업체의 그래프나 표입니다. 수치를 사용하기 전에 제목, 축, 범례, 시험 조건 및 유로를 먼저 읽어야 합니다. “Cv 차트”라는 라벨만으로는 계산 방법을 알 수 없습니다.
이 구분이 중요한 이유는 무엇일까요? 어떤 카탈로그는 모델별 완전 개방 Cv 하나만 제시합니다. 다른 카탈로그는 상류 및 하류 압력에 따른 공기 유량을 그립니다. 공정 제어용 차트는 밸브 개도에 따른 상대 Cv를 보여 줄 수도 있습니다. 모든 페이지가 같은 계수 기호를 사용하더라도 서로 다른 질문에 답합니다.
핵심 요약
- Cv는 60°F의 물과 1 psi 압력 강하를 기준으로 합니다.
- Parker의 Cv 1.0 공기 차트는 전체 압력 강하에서 100 psig일 때 약 56 SCFM을 나타냅니다.
- 모델을 비교하기 전에 정격 유로를 확인하십시오.
- 압축 공기 예측에는 공압 시험 데이터를 사용하십시오.
밸브 Cv 차트를 읽기 전에 무엇을 확인해야 합니까?
3가지 차트 형식 중 1가지를 먼저 구분하십시오. 완전 개방 계수 표, 압력-유량 곡선 또는 밸브 개도 특성 곡선입니다. Parker는 이론적 Cv 1.0 밸브의 압력-유량 곡선을 공개하고, SMC는 Cv·컨덕턴스·임계 압력 데이터를 함께 담은 모델 표를 제공하며, Emerson은 개도 특성을 설명합니다(Parker; SMC; Emerson).
곡선을 읽기 전에 다음 분류를 사용하십시오.
| 데이터 형식 | 일반적인 축 또는 열 | 답할 수 있는 질문 | 단독으로 답할 수 없는 질문 |
|---|---|---|---|
| 완전 개방 Cv 표 | 모델, 포트 경로, Cv | 목록에 있는 어느 유로의 정격 용량이 더 큰가? | 압력 조건이 명시되지 않은 공기 유량 |
| 압력-유량 곡선 | 입구 압력, 출구 압력 또는 압력 강하, SCFM | 차트에 명시된 조건에서 어떤 유량이 나오는가? | 설치된 전체 회로에서의 실린더 속도 |
| 개도 특성 | 밸브 개도 또는 명령, 상대 Cv 또는 유량 | 조절 밸브가 열릴 때 용량이 어떻게 변하는가? | 크기와 압력 데이터가 없는 완전 개방 공압 유량 |
Swagelok은 Cv를 60°F 물이 1 psi 압력 강하에서 밸브를 통과하는 미국 갤런/분으로 정의합니다(Swagelok). 이 기준을 따르는 비압축성 액체에서는 다음과 같이 계산합니다.
Q = C_v \sqrt{\frac{\Delta P}{\mathrm{SG}}}여기서 $Q$는 미국 gpm 단위의 액체 유량, $C_v$는 유량 계수, $\\Delta P$는 psi 단위의 압력 강하, $\\mathrm{SG}$는 물 대비 액체 비중입니다. 이 식은 계수의 정의를 설명하지만 압축 공기 사이징을 위한 완전한 식은 아닙니다.
데이터의 출처와 맥락을 기록하지 않은 채 수치만 복사하지 마십시오.
추적 가능한 차트 판독 기록에는 카탈로그 개정판, 밸브 모델, 스풀 또는 트림 옵션, 포트 간 유로, 밸브 위치, 유체, 상류 압력, 하류 압력, 온도 및 표준 유량의 기준 조건이 포함되어야 합니다. 값이 직접 인쇄된 것인지, 곡선에서 읽은 것인지, 보간한 것인지도 기록하십시오. 축 옆에 표시된 단위와 배율도 보존해야 합니다. 다른 엔지니어가 Cv 표를 ISO 6358 컨덕턴스 표나 견적서의 SCFM 값과 비교할 때 이 기록이 필요합니다. 주변 필드가 없으면 수치를 재현하거나 검증할 수 없습니다. ISA는 유로가 비슷한 밸브라도 공개 유량 계수가 평가 방법에 따라 달라질 수 있다고 설명합니다(ISA).
차트 제목이 지배적인 정보는 아닙니다. 축 변수와 시험 조건 주석이 차트의 의미를 결정합니다. 이 요소들이 없으면 해당 그림을 사이징 데이터가 아니라 설명용 도해로 취급하십시오.
축, 범례 및 유로는 어떻게 읽습니까?
Parker의 수동 밸브 차트는 Cv 1.0 기준 곡선을 사용하며 전체 압력 강하에서 100 psig일 때 약 56 SCFM을 제시합니다. 지침은 차트의 유량에 선택한 밸브 형식과 유로의 Cv를 곱하도록 요구합니다(Parker Valvair 매뉴얼).
압력-유량 곡선은 선언된 기준 조건에서 상류 및 하류 압력 조건과 그에 대응하는 유량을 연결한 그래프입니다. 독립적인 최대 유량 라벨이 아니라 좌표 관계로 읽어야 합니다.
압력-유량 차트는 다음 순서로 읽으십시오.
- 두 축과 단위를 확인합니다. 가로축은 하류 압력, 압력 강하, 압력비, 밸브 개도 또는 명령 신호일 수 있습니다. 세로축은 SCFM, L/min, Cv 또는 상대 용량일 수 있습니다.
- 올바른 곡선군을 선택합니다. 40, 60, 80, 100 psig로 표시된 곡선군은 보통 서로 다른 입구 압력을 나타냅니다. 범례에 밸브 크기라고 명시되지 않았다면 그 라벨을 밸브 크기로 읽지 마십시오.
- 좌표 한 쌍을 추적합니다. 알려진 하류 조건에서 시작해 선택한 상류 압력 곡선으로 이동한 다음 유량 축으로 이동합니다. 차트 배열이 다르면 제조업체가 제시한 방향을 따르십시오.
- 배율을 적용합니다. Parker의 기준 곡선은 Cv 1.0으로 정규화되어 있으므로 차트 판독값에 실제 유로 Cv를 곱해야 합니다.
- 명시된 기준 조건을 확인합니다. Parker는 해당 공기 차트에 68°F, 14.7 psia 및 상대습도 36%를 사용합니다. 다른 카탈로그는 다른 기준 조건을 사용할 수 있습니다.
선을 따라가기 전에 범례를 읽으십시오.
방향 제어 밸브 표는 공급-작동 포트와 작동 포트-배기처럼 포트 번호나 문자를 사용해 유로를 표시하는 경우가 많습니다. 각 명령 상태의 밸브 회로도에서 그 기호를 맞춰 보십시오. 그런 다음 매니폴드, 씰 또는 정격을 바꾸는 옵션 주석을 포함해 정확한 행의 계수를 옮겨 적습니다. 표가 여러 시리즈를 합쳐 놓았다면 가장 가까운 숫자가 선택 모델에 해당한다고 가정하지 마십시오. 예를 들어 SMC는 정격 SYJ 유로를 2→3 (A→R)로 표시하는 반면, 다른 밸브 제품군은 공급 및 배기 경로에 별도 값을 공개할 수 있습니다(SMC SYJ). 유로 표기는 각주가 아니라 데이터의 일부입니다.
유로 자체가 정격의 일부입니다. Parker는 방향 제어 밸브를 통과하는 각 경로가 고유한 Cv를 가질 수 있다고 명시합니다(Parker 엔지니어링 데이터). 카탈로그가 양쪽을 제공한다면 입구-작동 포트와 작동 포트-배기 데이터를 따로 확인하십시오.
하나의 모델 번호에 여러 용량 답이 들어 있을 수 있습니다. 예를 들어 5포트 방향 제어 밸브의 공급 유로는 목표를 충족하지만 한쪽 배기 유로는 제한적일 수 있습니다. 가장 큰 Cv만 기록하면 느린 스트로크를 결정하는 유로를 놓칠 수 있습니다.
지금 보고 있는 곡선 형상은 무엇입니까?
Emerson은 3가지 고유 유량 특성인 선형, 등백분율 및 급속 개방을 설명합니다. 선형 특성은 일정한 압력 강하에서 유량을 개도에 비례하게 만들고, 등백분율 트림은 같은 개도 증분마다 기존 유량에 비례하는 변화를 만듭니다. 이 정의는 조절 제어 동작에 관한 것입니다(Emerson 제어 밸브 핸드북).
고유 유량 특성은 밸브 양단의 압력 강하를 일정하게 유지해 측정한 밸브 개도와 유량의 관계입니다. 설치된 특성은 시스템의 나머지 부분이 사용 가능한 압력 강하를 변화하는 비율로 소비하기 때문에 달라질 수 있습니다.
밸브가 열릴수록 곡선은 상승해야 합니다.
- 선형: 명시된 일정 압력 강하 시험에서 같은 개도 증분은 대략 같은 용량 증분을 만듭니다.
- 등백분율: 같은 개도 증분은 증분 전 유량에 비례하는 변화를 만들어, 사용 가능한 용량이 커질수록 곡선이 처음에는 완만하고 나중에는 더 가파르게 상승합니다.
- 급속 개방: 용량의 큰 부분이 스트로크 초기에 나타나고, 이후 상단 영역은 더 평평해집니다.
곡선 형상은 밸브 종류와 같은 뜻이 아닙니다.
모든 공압 방향 제어 밸브가 이 조절 특성 중 하나를 가진다고 가정하지 마십시오. 많은 솔레노이드 밸브 카탈로그는 이산적인 스풀 상태의 완전 개방 용량만 공개합니다. 비례 공압 밸브는 명령-유량 곡선을 제공할 수 있지만, 그 곡선을 읽는 방법은 축, 압력 조건, 히스테리시스, 데드밴드 및 부하에 따라 달라집니다. 세로축이 실제 유량, 정규화 유량, Cv 또는 정격 유량의 백분율인지 확인하십시오. 가로축이 기계적 개도, 코일 전류, 전압 또는 디지털 명령인지도 확인하십시오. 한 가지 입구 및 출구 압력에서 측정한 그래프는 제조업체의 방법 없이 다른 압력 조건을 예측할 수 없습니다. Emerson의 고유 특성은 밸브 압력 강하가 일정하다고 가정하므로 설치된 시스템에서는 다른 응답이 나타날 수 있습니다(Emerson).
“고유” 특성과 “설치된” 특성도 서로 다릅니다. 고유 곡선은 밸브 양단에 정의된 압력 강하를 두고 측정합니다. 기계에서는 배관과 기타 제한 요소 때문에 유량이 변할 때 전체 압력 강하가 분배되는 방식이 달라집니다. Emerson은 적절한 시스템에서 등백분율 고유 특성을 선택하면 설치된 응답을 보다 선형에 가깝게 만들 수 있다고 설명합니다.
밸브 기능을 이해하려면 공정 제어 용어를 온/오프 방향 제어 밸브에 적용하기 전에 공압 유량 제어 밸브 종류를 비교하십시오.
공압 밸브 차트는 액체 Cv 차트와 어떻게 다릅니까?
ISO 6358-1은 압축성 유체를 운반하는 공압 부품의 정상 상태 시험을 규정합니다. SMC는 SYJ 밸브 제품군에 음속 컨덕턴스 $C$, 임계 압력비 $b$ 및 Cv라는 3가지 값을 함께 제시합니다. 이는 수계 Cv 정의만으로는 압축 공기 예측이 불완전한 이유를 보여 줍니다(ISO 6358-1; SMC SYJ).
SMC 표는 관련 값을 서로 바꿔 쓰지 않고 읽는 방법을 보여 줍니다.
| 시리즈 | 정격 유로 | $C$ [dm³/(s·bar)] | $b$ | Cv |
|---|---|---|---|---|
| SYJ300 | 2→3 (A→R) | 0.36 | 0.31 | 0.089 |
| SYJ500 | 2→3 (A→R) | 1.2 | 0.48 | 0.34 |
| SYJ700 | 2→3 (A→R) | 2.7 | 0.34 | 0.69 |
열을 분리해서 사용하지 마십시오.
이 값들은 모델 및 유로에 고유한 카탈로그 값이지 $C$, $b$, $C_v$ 사이의 보편적인 변환식이 아닙니다. 음속 컨덕턴스 $C$는 ISO 방법의 초크 영역에서 용량을 설명하고, $b$는 유동 영역 전환에 사용하는 임계 압력비 매개변수입니다. Cv는 별도의 계수 규약으로 남습니다. 변환식을 만들기 위해 열을 임의로 곱하거나 나누지 마십시오. 하나의 완전한 방법을 선택하고 계산 과정 전체에 단위, 절대 압력, 온도 및 기체 조건을 유지하십시오. ISO 6358-1은 부품의 정상 상태 시험 체계를 정의하고 ISO 6358-3은 특성이 알려진 부품과 배관으로 구성된 시스템을 다룹니다(ISO 6358-1; ISO 6358-3). 카탈로그 옵션이나 매니폴드 구성이 공개 데이터를 바꿀 때는 제조업체 소프트웨어가 더 적합합니다.
Cv와 Kv는 서로 다른 기준 단위로 표현되는 수계 계수입니다. Bürkert는 솔레노이드 밸브 안내에서 일반적인 카탈로그 변환 $K_v \approx 0.865C_v$를 제시합니다(Bürkert). Cv/Kv 변환기로 계수를 비교할 수는 있지만, 변환만으로 어느 계수도 완전한 압축 공기 유량 예측값이 되지는 않습니다.
완전한 사이징 절차는 공압 유량 제어 밸브 사이징 가이드를 사용하십시오. 이 가이드는 액추에이터 수요에서 시작해 밸브, 튜브, 피팅 및 배기를 하나의 유로로 확인합니다.
Cv 차트 판독 예제
Parker의 Cv 1.0 기준 차트는 완전한 압력 강하에서 입구 압력 100 psig일 때 약 56 SCFM을 제시합니다. 차트는 68°F, 14.7 psia 및 상대습도 36%를 기준으로 하므로 예제에서도 이 기준 조건을 그대로 유지해야 합니다(Parker Valvair 매뉴얼).
예를 들어 선택한 밸브 표에 필요한 포트 간 유로의 Cv가 0.80으로 표시되어 있다고 가정해 보겠습니다. Parker의 방법은 정규화된 차트 판독값에 해당 유로 계수를 곱합니다.
Q_{\mathrm{path}} = Q_{\mathrm{chart}} \cdot C_{v,\mathrm{path}}차트 예제를 적용하면 다음과 같습니다.
Q_{\mathrm{path}} = 56\ \mathrm{SCFM} \cdot 0.80 = 44.8\ \mathrm{SCFM}$Q_{\\mathrm{chart}}$는 제조업체의 Cv 1.0 차트에서 읽은 유량이고 $C_{v,\\mathrm{path}}$는 선택한 밸브 유로의 계수입니다. 결과는 차트에 명시된 기준 및 압력 조건에서 약 44.8 SCFM입니다. 설치된 실린더 유량을 보장하는 값은 아닙니다.
하류 압력을 게이지 기준 0보다 높게 유지해야 한다면 전체 압력 강하 끝점을 사용하지 마십시오. 차트에서 필요한 하류 압력을 찾고 100 psig 입구 곡선과 교차시킨 뒤 더 낮은 정규화 유량을 읽고 Cv 0.80을 적용하십시오. 이렇게 해야 액추에이터에 필요한 압력 조건이 유지됩니다.
밸브 적용을 검토할 때 가장 유용한 결과는 “밸브가 44.8 SCFM을 유량으로 낸다”가 아닙니다. 먼저 해당 유로가 차트에 선언된 조건에서 약 44.8 SCFM으로 추정된다고 명시합니다. 그런 다음 이 한정 조건을 선정 과정 전체에 유지해 기준 조건의 결과가 근거 없는 기계 성능 약속으로 바뀌지 않게 합니다.
무엇을 보간할 수 있으며 언제 중단해야 합니까?
Parker의 아임계 공압식은 출구 절대 압력이 입구 절대 압력의 0.53배보다 높아야 합니다. 이 경계 아래에서는 같은 관계를 단순히 연장할 수 없으므로 카탈로그의 임계 유동 영역이나 다른 명시된 압축성 유동 방법을 사용하십시오(Parker 엔지니어링 데이터).
보간은 차트가 공개한 영역 안에서만 합리적입니다. 필요한 입구 압력이 두 곡선 사이에 있을 때 제조업체가 곡선을 연속적인 곡선군으로 제시하고 경계나 불연속이 없다면 그 사이에서만 추정하십시오. 결과가 근사값임을 분명히 표시하십시오.
다음과 같은 경우에는 중단하고 더 나은 데이터를 확보하십시오.
- 작동 압력, 온도 또는 유체가 차트의 주석 범위를 벗어난 경우
- 필요한 점이 최종 축을 벗어나거나 명시된 임계 압력비보다 아래에 있는 경우
- 유량이 표준 유량인지 실제 체적 유량인지 차트가 식별하지 않는 경우
- 선택한 스풀 유로가 계수 표에 없는 경우
- 매니폴드 작동 또는 여러 밸브의 동시 사용으로 공개된 단일 밸브 정격이 달라질 수 있는 경우
- 그림이 단위, 시험 조건, 출처, 명시된 유체, 압력 경계, 재현 가능한 방법, 모델 식별, 축 정의 또는 개정 관리가 없는 마케팅 도해인 경우. 사용하기 전에 시험 곡선을 요청하십시오.
곡선형 압축성 유동 차트에서 편리한 두 점을 직선으로 연결해 외삽하지 마십시오. 마찬가지로 완전 개방 Cv 표에서 최소 제어 유량을 추정하지 마십시오. 안정적인 최소 유량에는 제어 밸브의 레인지어빌리티, 액추에이터 분해능, 마찰, 히스테리시스 및 설치 시스템 정보가 필요하며 표에는 이 정보가 없습니다.
공압 시스템의 초크 유동에 관한 별도 가이드는 하류 압력이 어느 지점부터 질량 유량을 같은 방식으로 바꾸지 못하는 이유를 설명합니다.
어떤 실수가 잘못된 밸브 선택을 만듭니까?
대부분의 차트 판독 오류는 5가지 확인으로 막을 수 있습니다. 차트 종류를 식별하고, 단위를 보존하고, 올바른 유로를 선택하고, 압력 한계 안에 머물며, 카탈로그 용량과 설치 성능을 분리하는 것입니다. ISO 6358-3은 공압 시스템을 하나의 밸브 계수가 아니라 특성이 알려진 연결 부품의 집합으로 다룹니다(ISO 6358-3).
| 실수 | 실패하는 이유 | 더 나은 확인 |
|---|---|---|
| 포트 크기를 용량으로 취급 | 설계에 따라 내부 통로가 다름 | 실제 유로의 Cv 또는 ISO 6358 데이터를 비교 |
| 공기에 액체 식을 사용 | 압축성과 임계 유동 거동을 반영하지 않음 | 제조업체의 공압 방법 사용 |
| 표에서 가장 큰 Cv를 읽음 | 다른 공급 또는 배기 유로가 동작을 결정할 수 있음 | 활성 스풀 상태와 포트 쌍을 추적 |
| 밸브 개도와 압력비를 혼동 | 둘 다 가로축에 나타날 수 있음 | 곡선 전에 축 제목과 단위를 읽음 |
| 고정 안전계수를 더함 | 불확실성을 정의하지 않고 숨김 | 최소 공급, 부하, 타이밍 및 허용 압력 손실을 확인 |
| 차트 유량이 실린더 유량과 같다고 가정 | 튜브, 피팅, 제어기 및 소음기가 제한을 더함 | 선정 후 동적 압력과 시간 기반 동작을 검증 |
같은 최종 챔버 압력에서 과대 선정한 온/오프 밸브가 완료된 실린더 한 사이클당 공기를 자동으로 더 많이 소비하는 것은 아닙니다. 다만 가속, 충격, 소음, 비용 및 패키징이 달라질 수 있습니다. 유로가 너무 작으면 동적 압력 손실이 생길 수 있습니다. 보편적인 20% 또는 30% 배율을 붙이기보다 이런 결과를 직접 평가하십시오.
동적 압력 시험에는 밸브 Cv와 시스템 성능 가이드를 사용하고, 밸브 용량을 비교하기 전에 액추에이터 요구량을 정하려면 공압 유량 계산 가이드를 사용하십시오.
밸브 Cv 차트 FAQ
이 5가지 답변은 Cv 정의, 차트 유형, 공압 시험 데이터, 계수 변환 및 설치 검증을 구분합니다. Swagelok은 Cv를 60°F와 물의 1 psi 압력 강하에서 정의하고, ISO 6358-1은 압축성 유체를 운반하는 공압 부품의 정상 상태 시험을 규정합니다(Swagelok; ISO 6358-1).
밸브 차트에서 더 높은 Cv는 무엇을 의미합니까?
더 높은 Cv는 계수의 기준 방법에서 더 큰 정격 용량을 의미합니다. 그 자체로 설치된 공기 유량을 말하지는 않습니다. 예상 기계 결과를 비교하기 전에 시험한 밸브 유로, 입구 및 출구 압력, 온도, 기체 기준 조건, 그리고 값이 완전 개방인지 위치 의존적인지 확인하십시오.
서로 다른 제조업체의 Cv 값을 비교할 수 있습니까?
두 값이 같은 유체 규약, 밸브 위치 및 포트 간 유로를 나타낸다면 1차 비교는 할 수 있습니다. 그런 다음 각 공급업체의 시험 방법과 공압 유량 데이터를 비교하십시오. 서로 다른 매니폴드, 배기 유로, 피팅, 기준 조건 또는 반올림 방식 때문에 비슷한 Cv 라벨 두 개만으로는 조달 근거가 불완전할 수 있습니다.
밸브 개도 차트는 공기 유량 차트와 같은 것입니까?
아닙니다. 밸브 개도 차트는 일반적으로 개도 또는 명령에 따라 상대 용량이 어떻게 변하는지 보여 줍니다. 공기 유량 차트는 보통 명시된 Cv에서 유량과 압력 조건을 연결합니다. 상대 개도 특성을 공압 유량 추정값으로 바꾸려면 밸브 크기, 압력 데이터 및 시험 조건이 필요합니다.
압축 공기에 액체 Cv 식을 사용할 수 있습니까?
완전한 공기 유량 방법으로는 사용할 수 없습니다. 물 식은 Cv를 정의하고 비교하지만 압축 공기 예측에는 상류 및 하류 절대 압력, 온도, 기체 물성 및 임계 유동 거동도 필요합니다. 대신 밸브 제조업체의 공압 곡선, 식, 소프트웨어 또는 ISO 6358 컨덕턴스 데이터를 사용하십시오.
공압 밸브에는 Cv 데이터와 ISO 6358 데이터 중 무엇을 사용해야 합니까?
정확한 밸브에 제공된 데이터와 계산 방법을 사용하십시오. Cv는 카탈로그 비교에 유용하고 ISO 6358 컨덕턴스 및 임계 압력 데이터는 압축성 유동 시험을 직접 설명합니다. 한 유로의 Cv, 다른 모델의 임계비, 제3 카탈로그의 기준 조건을 조합하지 마십시오.
엔지니어링 결론
모든 Cv 차트는 4가지 질문으로 읽으십시오. 각 축에 무엇이 있는가, 어느 밸브 유로가 정격 대상인가, 어떤 시험 조건이 적용되는가, 방법은 어디에서 멈추는가입니다. Parker의 압력-유량 곡선, SMC의 $C$/$b$/Cv 표 및 Emerson의 개도 특성은 모든 차트에 맞는 하나의 판독 절차가 없음을 보여 줍니다(Parker; SMC; Emerson).
기억해 둔 공식이 아니라 차트 자체의 라벨에서 시작하십시오. 유량 방향을 보존하고, 올바른 곡선을 선택하고, 모든 기준 조건을 유지하며, 가정과 함께 결과를 기록하십시오. 이 중 하나라도 없으면 제조업체의 원본 공압 유량 데이터를 요청하십시오.
마지막으로 판독과 선정을 분리하십시오. 차트는 한 밸브 유로의 용량을 추정할 수 있습니다. 그러나 실제 기계는 FRL, 매니폴드, 튜브, 피팅, 속도 제어기, 액추에이터 포트 및 배기를 통과하는 충분한 동적 압력이 필요합니다. 최소 공급 압력과 최대 생산 부하에서 선택한 밸브를 확인하십시오.