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B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

(1)

まえがき

この規格は,工業標準化法第 12 条第 1 項の規定に基づき,社団法人日本バルブ工業会(JVMA)から,工

業標準原案を具して日本工業規格を制定すべきとの申出があり,日本工業標準調査会の審議を経て,経済

産業大臣が制定した日本工業規格である。

制定に当たっては,日本工業規格と国際規格との対比,国際規格に一致した日本工業規格の作成及び日

本工業規格を基礎にした国際規格原案の提案を容易にするために,IEC 60534-2-1:1998,Industrial-process

control valves−Part 2-1: Flow capacity – Sizing equations for fluid flow under installed conditions を基礎として用

いた。

この規格の一部が,技術的性質をもつ特許権,出願公開後の特許出願,実用新案権,又は出願公開後の

実用新案登録出願に抵触する可能性があることに注意を喚起する。経済産業大臣及び日本工業標準調査会

は,このような技術的性質をもつ特許権,出願公開後の特許出願,実用新案権,又は出願公開後の実用新

案登録出願にかかわる確認について,責任はもたない。

JIS B 2005-2-1

には,次に示す附属書がある。

附属書 A(参考)バルブ形状修正係数 F

d

の導出

附属書 B(参考)調節弁サイジングのフロー  チャート

附属書 C(参考)物理定数

附属書 D(参考)サイジング計算の例

附属書 E(参考)参考文献

JIS B 2005

の規格群には,次に示す部編成がある。

JIS B 2005-1

  第 1 部:調節弁用語及び一般的必要条件

JIS B 2005-2-1

  第 2 部:流れの容量−第 1 節:取付け状態における流れのサイジング式

JIS B 2005-2-3

  第 2 部:流れの容量−第 3 節:試験手順

JIS B 2005-2-4

  第 2 部:流れの容量−第 4 節:固有流量特性及びレンジアビリティ

JIS B 2005-3-1

  第 3 部:寸法−第 1 節:フランジ形二方ストレート形グローブ調節弁の面間寸法及びア

ングル形グローブ調節弁の中心-面間寸法

JIS B 2005-3-2

  第 3 部:寸法−第 2 節:バタフライ弁を除く回転形調節弁の面間寸法

JIS B 2005-3-3

  第 3 部:寸法−第 3 節:突合せ溶接形二方ストレート形グローブ調節弁の面間寸法

JIS B 2005-5

  第 5 部:表示

JIS B 2005-6-1

  第 6 部:調節弁へのポジショナの取付けの詳細−第 1 節:直線運動駆動部への

ポジショナの取付け

JIS B 2005-6-2

  第 6 部:調節弁へのポジショナの取付けの詳細−第 2 節:回転運動駆動部への

ポジショナの取付け

JIS B 2005-7

  第 7 部:調節弁データシート

JIS B 2005-8-1

  第 8 部:騒音−第 1 節:調節弁の空気力学的流動騒音の実験室における測定


B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

目  次

ページ

序文

1

1.

  適用範囲

1

2.

  引用規格

1

3.

  定義

2

3.1

  バルブ形状修正係数 F

d

(Valve style modifier)

2

4.

  取付け

2

5.

  記号

2

6.

  非圧縮性流体に対するサイジング式

3

6.1

  乱流

3

6.2

  非乱流(層流及び遷移領域での流れ)

4

7.

  圧縮性流体に対するサイジング式

5

7.1

  乱流

5

7.2

  非乱流(層流及び遷移領域での流れ)

6

8.

  補正係数の決定

6

8.1

  配管形状係数 F

P

6

8.2

  レイノルズ数係数 F

R

7

8.3

  液体圧力回復係数 F

L

又は F

LP

9

8.4

  液体臨界圧力比係数 F

F

9

8.5

  膨張係数 Y

9

8.6

  差圧比係数 x

T

又は x

TP

10

8.7

  比熱比係数 F

γ

10

8.8

  圧縮係数 Z

11

附属書 A(参考)バルブ形状修正係数 F

d

の導出

18

附属書 B(参考)調節弁サイジングのフロー  チャート

22

附属書 C(参考)物理定数

26

附属書 D(参考)サイジング計算の例

27

附属書 E(参考)参考文献

38

 


日本工業規格

JIS

 B

2005-2-1

:2005

(IEC 60534-2-1

:1998

)

工業プロセス用調節弁−第 2 部:流れの容量−

第 1 節:取付け状態における流れのサイジング式

Industrial-process control valves

−Part 2-1: Flow capacity−

Sizing equations for fluid flow under installed conditions

序文  この規格は,1998 年に第 1 版として発行された IEC 60534-2-1,Industrial-process control valves−Part

2-1: Flow capacity – Sizing equations for fluid flow under installed conditions を翻訳し,技術的内容及び規格票

の様式を変更することなく作成した日本工業規格である。

1.

適用範囲  この規格は,調節弁を流れる圧縮性流体及び非圧縮性流体の流れを予測する式について規

定する。

非圧縮性流体の式は,非圧縮性ニュートン流体についての基本的な水力学の式に基づいている。これら

の式は,非ニュートン流体,混合流体,スラリー又は固液輸送系については適用しない。

入口絶対圧力に対する差圧の比  (Δp/p

1

)  がごく小さい場合には,圧縮性流体は,非圧縮性流体に類似し

た流れとなる。そのような場合には,圧縮性流体のサイジング式は,非圧縮性ニュートン流体の基本的な

水力学の式と同様として扱うことができる。Δp/p

1

が増加するとともに圧縮性の影響が現れるために,適

切な補正係数を用いて基本式を修正する必要がある。圧縮性流体の式は,気体又は蒸気に対して使用し,

気―液,蒸気―液又は気―固の多相流体に対しては使用することはできない。

圧縮性流体の場合には,この規格は,x

T

≦0.84 のバルブに対して有効である(

表 参照)。x

T

>0.84 のバ

ルブ(例えば,多段減圧弁など。

)に対しては,流れのサイジングに,より大きな誤差が見込まれる。

K

v

/d

2

<0.04 (C

v

/d

2

<0.047)  の場合には,調節弁は妥当な精度を維持できる。

備考  この規格の対応国際規格を次に示す。

なお,対応の程度を表す記号は,ISO/IEC Guide 21 に基づき,IDT(一致している)

,MOD

(修正している)

,NEQ(同等でない)とする。

IEC 60534-2-1:1998

,Industrial-process control valves−Part 2-1: Flow capacity – Sizing equations for

fluid flow under installed conditions (IDT)

2.

引用規格  次に掲げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成す

る。これらの引用規格は,その最新版(追補を含む。

)を適用する。

JIS B 2005-1   

工業プロセス用調節弁−第 1 部:調節弁用語及び一般的必要条件

備考  IEC 60534-1:1987,Industrial-process control valves. Part 1: Control valve terminology and general

considerations が,この規格と一致している。

JIS B 2005-2-3

工業プロセス用調節弁−第 2 部:流れの容量−第 3 節:試験手順


2

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

備考  IEC 60534-2-3:1997,Industrial-process control valves−Part 2-3: Flow capacity−Test procedures

が,この規格と一致している。

3.

定義  この規格で用いる主な用語の定義は,JIS B 2005-1 によるほか,次による。

3.1

バルブ形状修正係数 F

(Valve style modifier)  単一流路の水力学的直径と環状オリフィスの直径と

の比をいい,環状オリフィスの面積は使用する弁開度におけるすべての同一流路の面積の和に等しい。こ

の係数 F

d

は,製造業者によって開度の関数として示すことが望ましい(

附属書 を参照)。

4.

取付け  多くの工業用途では,レジューサ,その他の継手などが調節弁に接続される。これらの継手

が調節弁の公称容量係数に及ぼす影響は,重要になる。補正係数は,この影響を明確に説明するために導

入する。調節弁の容量に影響を及ぼす流体の物性を考慮した幾つかの係数を更に導入する。

調節弁のサイジングにおいて,この規格に規定する関係式を用いて算出する容量係数は,

図 の AB 間

のすべてのヘッド損失を含むものと仮定する。

l

1

 = 呼び配管径の 2 倍

l

2

 = 呼び配管径の 6 倍

  1  サイジングのための関係配管区間

5.

記号  この規格で用いる記号は,次による。

記号

説明

単位

C

容量係数  (K

v

  ,C

v

)

多種(JIS B 2005-1参照)(

4

)

C

i

反復計算で使用する仮の容量係数

多種(JIS B 2005-1参照)(

4

)

d

バルブ呼び径

mm

D

配管の内径

mm

D

1

上流配管の内径

mm

D

2

下流配管の内径

mm

D

o

オリフィス径

mm

F

d

バルブ形状修正係数(

附属書A参照)

無名数の1 (

4

)

F

F

液体臨界圧力比係数

無名数の1

F

L

継手を接続しない場合の調節弁の液体圧力回復係数

無名数の1 (

4

)

F

LP

継手を接続する場合の調節弁の液体圧力回復係数と配管形状係数との組合せ係数

無名数の1 (

4

)

F

P

配管形状係数

無名数の1

F

R

レイノルズ数係数

無名数の1


3

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

記号

説明

単位

F

γ

 

比熱比係数

無名数の1

M

流体のモル質量

kg/kmol

N

数値定数(

1参照)

多種  (

1

)

p

1

A点で測定した入口絶対静圧(図1参照) kPa又はbar (

2

)

p

2

B点で測定した出口絶対静圧(図1参照) kPa又はbar (

2

)

p

c

熱力学的臨界絶対圧力

kPa又はbar (

2

)

p

r

換算圧力  (p

1

/p

c

)

無名数の1

p

v

入口温度における液体の絶対蒸気圧 kPa又はbar (

2

)

Δp

上流圧力タップと下流圧力タップとの間の差圧  (p

1

p

2

) kPa又はbar (

2

)

Q

体積流量(注(

5

)参照)

m

3

/h

Re

v

バルブ  レイノルズ数

無名数の1

T

1

入口絶対温度

K

T

c

熱力学的臨界絶対温度

T

r

換算温度  (T

1

/T

c

)

無名数の1

t

s

標準状態における参照温度

W

質量流量

kg/h

x

入口絶対圧力に対する差圧の比  (Δp/p

1

)

無名数の1

x

T

閉そく流における継手が接続されない場合の調節弁の差圧比係数

無名数の1

x

TP

閉そく流における継手が接続される場合の調節弁の差圧比係数

無名数の1

Y

膨張係数

無名数の1

Z

圧縮係数

無名数の1

ν

動粘度

m

2

/s (

3

)

ρ

1

p

1

T

1

  における流体密度

kg/m

3

ρ

1

/

ρ

0

相対密度(水の場合は,15  ℃において

ρ

1

/

ρ

0

=1.0)

無名数の1

γ

比熱比

無名数の1

ζ

調節弁に接続するレジューサ,エクスパンダ又はその他継手の速度水頭損失係数

無名数の1

ζ

1

上流継手の速度水頭損失係数

無名数の1

ζ

2

下流継手の速度水頭損失係数

無名数の1

ζ

B1

入口ベルヌーイ係数

無名数の1

ζ

B2

出口ベルヌーイ係数

無名数の1

注(

1

)  数値定数の単位を決めるために,表 の単位を用いて,適切な式で次元解析を行う。

(

2

)  1 bar = 10

2

 kPa = 10

5

 Pa

(

3

)  1 cSt = 10

-6

 m

2

/s

(

4

)  これらの値は開度と関係があり,製造業者が示すことが望ましい。

(

5

)  記号 で表された体積流量 (m

3

/h)  は,標準状態に換算する。標準状態における体積は,圧力 101.325 kPa,

かつ,温度 273 K 又は 288 K で計算する(

表 参照)。

6.

非圧縮性流体に対するサイジング式  次に示す式によって,非圧縮性流体を扱う調節弁に対する流量,

容量係数,関連する取付けの係数及び流体条件の間での関係が明確になる。容量係数は,次に示す式のう

ち適切な式を用いて計算する。非圧縮性流体についてのサイジングのフロー  チャートを参考として,

附属

書 に示す。

6.1

乱流  調節弁を流れる非閉そく状態におけるニュートン流体の流量の計算式は,JIS B 2005-1 で与え

られる基本式から導かれる。

6.1.1

非閉そく乱流

6.1.1.1

継手を接続しない場合の非閉そく乱流

[Δp  <  F

L

2

 (p

1

F

F

×p

v

)の場合に適用する。]

容量係数は,次の式で決定する。


4

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

p

ρ

ρ

N

Q

C

/

0

1

1

=

 (1)

備考1.  数値定数 N

1

は,一般的サイジング式に用いられる単位及び容量係数が K

v

又は C

v

による。

2.

継手を接続しない場合の非閉そく乱流の調節弁サイジング例を参考として,

附属書 に示す。

6.1.1.2

継手を接続する場合の非閉そく乱流

{Δp  <[(F

LP

/F

P

)

2

  (p

1

F

F

×p

v

)]の場合に適用する。}

容量係数は,次の式で決定される。

p

ρ

ρ

F

N

Q

C

/

0

1

P

1

=

 (2)

備考  配管形状係数 F

P

に関しては,8.1 を参照。

6.1.2

閉そく乱流

流体が調節弁を閉そく状態で流れるとき,最大流量は,次の式で計算する。

6.1.2.1

継手を接続しない場合の閉そく乱流

[Δp  ≧  F

L

2

 (p

1

F

F

×p

v

)  の場合に適用する。]

v

F

1

0

1

L

1

/

p

F

p

ρ

ρ

F

N

Q

C

×

=

 (3)

備考  継手を接続しない場合の閉そく流での調節弁サイジング例を参考として,附属書 に示す。

6.1.2.2

継手を接続する場合の閉そく乱流

[Δp  ≧  (F

LP

/F

P

)

2

  (p

1

F

F

×p

v

)  の場合に適用する。]

容量係数は,次の式で計算する。

v

F

1

0

1

LP

1

/

p

F

p

ρ

ρ

F

N

Q

C

×

=

 (4)

6.2

非乱流(層流及び遷移領域での流れ)  調節弁を流れる非乱流状態におけるニュートン流体の流量

の計算式は,JIS B 2005-1 で与えられる基本式から導く。この式は,Re

v

が 10 000 未満の場合に適用する[式

(28)を参照]。

6.2.1

継手を接続しない場合の非乱流

容量係数は,次の式で計算する。

p

ρ

ρ

F

N

Q

C

/

0

1

R

1

=

 (5)

6.2.2

継手を接続する場合の非乱流  非乱流については,近接するレジューサ又はその他流れを阻害する

継手による影響はよく知られていない。配管レジューサの間に取り付けられた調節弁の層流又は遷移領域

での流れの挙動はよく知られていないが,調節弁を使用するに当たって,係数 F

R

の計算は配管径の調節弁

に対する適切な式を用いる必要がある。これは,結果的に余裕のある容量係数となる。それは,レジュー

サ及びエクスパンダによって追加的に発生する乱流が層流の発生をかなり遅らせるからである。

このため,

与えられた調節弁レイノルズ数に対して,係数 F

R

を増加させる傾向にある。


5

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

7.

圧縮性流体に対するサイジング式  次に示す式によって,圧縮性流体を扱う調節弁に対する流量,容

量係数,関連する取付けの係数及び流体条件の間での関係が明確になる。圧縮性流体の流量は,質量又は

容積単位のいずれかが用いられるため,式は両方を取り扱う必要がある。容量係数は,次に示す適切な式

を選択して計算する。圧縮性流体についてのサイジングのフロー  チャートを参考として,

附属書 に示

す。

7.1

乱流

7.1.1

非閉そく乱流

7.1.1.1

継手を接続しない場合の非閉そく乱流

 (xF

γ 

x

T

 の場合に適用する。)

容量係数は,次の式のうちいずれかを用いて計算する。

1

1

6

ρ

xp

Y

N

W

C

=

  (6)

xM

Z

T

Y

p

N

W

C

1

1

8

=

  (7)

x

Z

MT

Y

p

N

Q

C

1

1

9

=

  (8)

備考1.  膨張係数 の詳細は,8.5 を参照。

2.

の値は,附属書 を参照。

7.1.1.2

継手を接続する場合の非閉そく乱流

xF

γ 

x

TP

  の場合に適用する。)

容量係数は,次の式のうちいずれかを用いて計算する。

1

1

P

6

ρ

xp

Y

F

N

W

C

=

  (9)

xM

Z

T

Y

p

F

N

W

C

1

1

P

8

=

  (10)

x

Z

MT

Y

p

F

N

Q

C

1

1

P

9

=

  (11)

備考1.  配管形状係数 F

P

については

8.1 を参照。

2.

継手を接続する場合の非閉そく乱流のサイジング例を参考として,

附属書 に示す。

7.1.2

閉そく乱流  閉そく状態で調節弁を流れる最大流量は,次の式によって計算する。

7.1.2.1

継手を接続しない場合の閉そく乱流

xF

γ

x

T

  の場合に適用する。)

容量係数は,次の式のうちいずれかを用いて計算する。

1

1

T

6

0.667

ρ

p

x

F

N

W

C

γ

=

  (12)

M

x

F

Z

T

p

N

W

C

γ T

1

1

8

0.667

=

  (13)

T

1

1

9

0.667

x

F

Z

MT

p

N

Q

C

γ

=

  (14)

7.1.2.2

継手を接続する場合の閉そく乱流


6

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

xF

γ

x

TP

の場合に適用する。

容量係数は,次の式のうちいずれかを用いて計算する。

1

1

TP

P

6

0.667

ρ

p

x

F

F

N

W

C

γ

=

  (15)

M

x

F

Z

T

p

F

N

W

C

γ TP

1

1

P

8

0.667

=

  (16)

TP

1

1

P

9

0.667

x

F

Z

MT

p

F

N

Q

C

γ

=

  (17)

7.2

非乱流(層流及び遷移領域での流れ)  調節弁を流れる非乱流状態におけるニュートン流体の流量

の計算式は,JIS B 2005-1 で与えられる基本式から導く。これらの式は,Re

v

が 10 000 未満の場合に適用す

る[式(28)を参照]

。気体の密度補正は,非等エントロピ膨張であることから,(  p

1

p

2

) /2 によって得られ

る。

7.2.1

継手を接続しない場合の非乱流

容量係数は,次の式のうちいずれかを用いて計算する。

M

p

p

p

T

F

N

W

C

)

(

2

1

1

R

27

+

=

 (18)

)

(

2

1

1

R

22

p

p

p

MT

F

N

Q

C

+

=

 (19)

備考  微少流量トリム付きの調節弁サイジング例を参考として,附属書 に示す。

7.2.2

継手を接続する場合の非乱流  非乱流については,近接するレジューサ又は流れを阻害するその他

の継手による影響がよく知られていない。配管レジューサ間に設置された調節弁の層流又は遷移領域での

流れの挙動は未知であるとしても,調節弁の使用者は係数 F

R

の計算に際し配管径と同じ調節弁に対する適

切な式を用いることとする。これは,結果的に余裕のある容量係数となる。それは,レジューサ及びエク

スパンダによって追加的に発生する乱流が層流の発生をかなり抑えるからである。このため,与えられた

調節弁レイノルズ数に対して,係数 F

R

は増加する傾向となる。

8.

補正係数の決定

8.1

配管形状係数 F

P

  配管形状係数 F

P

は,調節弁本体の上流及び/又は下流に設置した継手による影響

を補正するために必要である。係数 F

P

は,いずれの取付けにおいても閉そく流が生じない同一条件で,継

手を接続する場合の調節弁を流れる流量と継手を接続しない場合の調節弁を流れる流量との比である(

1

参照)

。係数 F

P

の精度が±5 %を満足するために,係数 F

P

は,JIS B 2005-2-3 に基づく試験によって決定

する。

予測値が許容される場合には,次の式を用いる。

2

2

i

2

P

1

1

÷

ø

ö

ç

è

æ

å

+

=

d

C

N

ζ

F

    (20)

この式において,係数Σ

ζ

は,調節弁に取り付けられているすべての継手の有効速度水頭損失係数の代

数和である。調節弁自体の速度水頭損失係数は,含まない。

Σ

ζ

ζ

1

ζ

2

ζ

B1

ζ

B2

 

 (21)

調節弁の上流と下流との配管径が異なる場合,係数

ζ

B

は,次の式で計算する。


7

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

4

B

1

÷

ø

ö

ç

è

æ

=

D

d

ζ

   (22)

入口及び出口の継手が市販の短管で同心円状のレジューサである場合,係数

ζ

1

及び

ζ

2

は次の式で近似

できる。

入口レジューサ

     

2

2

1

1

1

0.5

ú

ú
û

ù

ê

ê
ë

é

÷÷ø

ö

ççè

æ

=

D

d

ζ

 (23)

出口レジューサ(エクスパンダ)

2

2

2

2

1

1.0

ú

ú
û

ù

ê

ê
ë

é

÷÷ø

ö

ççè

æ

=

D

d

ζ

 (24)

配管径が同一の入口及び出口レジューサ

2

2

2

1

1

1.5

ú

ú

û

ù

ê

ê

ë

é

÷

ø

ö

ç

è

æ

=

+

D

d

ζ

ζ

 (25)

上記の係数ζで計算した F

P

の値を用いると,一般に必要容量より若干大きめのバルブ容量が得られる。

ここで反復計算が必要となる。次に非閉そく乱流の容量係数 を計算する。

備考  閉そく流の式及び F

P

を含む式は適用しない。

次に,C

i

は次の式で得られる。

C

C

3

.

1

i

=

   (26)

式(26)の C

i

を用いて,式(20)の F

P

を求める。バルブの入口及び出口が同じ径の場合には,F

P

図 2a 

図 2b から求めてもよい。次に,次の式が成立するかを確認する。

i

P

C

F

C

  (27)

式(27)を満足するならば,式(26)の C

i

を用いる。式(27)を満足しない場合には,C

i

を 30 %増やして上記

の手順を繰り返す。これは,式(27)を満足するまで数回の反復計算が必要である。

附属書 に,コンピュ

ータによる適切な反復計算方法を示す。

グラフによる F

P

の近似については,

図 2a 及び図 2b を参照する。

8.2

レイノルズ数係数 F

R

  低差圧,高粘度,微少容量係数,又はこれらの組合せによって,調節弁内の

流れが非乱流状態にある場合には,レイノルズ数係数 F

R

が必要となる。

係数 F

R

は,非乱流状態にあるときの流量と同一の取付け状態のときに乱流状態のもとで測定された流量

との比である。試験結果によると,係数 F

R

は次の式によって求めたレイノルズ数を用いて

図 の曲線によ

って決定できる。

1/4

4

2

2

i

2

L

L

i

d

4

v

1÷÷

ø

ö

ç

ç
è

æ

+

=

D

N

C

F

F

C

ν

Q

F

N

Re

 (28)

この計算は,反復を必要とする。計算によって乱流のための容量係数

C

を求めていく。バルブ形状修正

係数

F

d

によって,オリフィスの形状を等価な円形の単一流路へと変換する。典型的な値は

表 を,詳細は

附属書 を参照する。

F

d

の精度が±

5 %

を満足するためには,係数

F

d

は JIS B 2005-2-3 に基づく試験によ


8

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

って決定する。

備考

  F

p

を含む式は,適用しない。

次に,

C

i

を式

(26)

で求める。

(26)

C

i

を用いて,フルサイズ

トリムには式

(30)

及び式

(31)

を,レジュースド

トリムには式

(32)

及び

(33)

を用いて

F

R

を求める。いずれの場合にも,二つの

F

R

値のより小さいほうを用いて,次の式が成立

するかどうか確かめる。

i

R

C

F

C

  (29)

(29)

を満足する場合,式

(26)

によって求めた

C

i

を使用する。式

(29)

が満足しない場合,

C

i

30 %

増し

て上記の手順を再び行う。式

(29)

を満足するまで数回の反復計算が必要である。

遷移領域での流れでは,

C

i

/

2

0.016 N

18

,かつ,

  Re

v

10

のフルサイズ

トリムについては,次の式で

F

R

を計算する。

÷÷ø

ö

ççè

æ

÷

÷
ø

ö

ç

ç
è

æ

+

=

000

10

log

0.33

1

v

10

1/4

1

1/2

L

R

Re

n

F

F

  (30)

ここに

n

1

は,

2

2

i

2

1

÷

ø

ö

ç

è

æ

=

d

C

N

n

 (30a)

である。

層流の場合は,次の式で計算する。

v

1

L

R

0.026

Re

n

F

F

=

      (F

R

は,1 を超えない。

)  (31)

備考1.  式(30)及び式(31)によって求めた F

R

値のうち,より小さいほうを使用する。Re

v

<10 の場合だ

け式(31)を適用する。

2.

式(31)は,完全に発達した層流だけに適用する(

図 における直線)。式(30)及び式(31)によっ

て表される関係式は,定格トラベルでの試験データに基づいており,より低いトラベルでは

必ずしも正確ではない。

3.

式(30a)及び式(31)において K

v

を使用する場合には,

C

i

/

2

は 0.04 を,

C

v

使用する場合には 0.047

を超えてはならない。

定格トラベルにおける C

i

/

d

2

が 0.016 N

18

より小さく,

かつ,

Re

v

≧10 であるレジュースド  トリムの場合,

F

R

は次の式で計算する。

遷移領域での流れについては,

÷

ø

ö

ç

è

æ

÷

÷
ø

ö

ç

ç
è

æ

+

=

000

10

log

0.33

1

v

10

1/4

2

1/2

L

R

Re

n

F

F

 (32)

ここに

n

2

は,

1/2

2

i

2

3

2

1

÷

ø

ö

ç

è

æ

+

=

d

C

N

n

(32a)

である。

層流の場合には,


9

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

v

2

L

R

0.026

Re

n

F

F

=

F

R

1

を超えない。

 (33)

となる。

備考1.

(32)

及び式

(33)

から求めた

F

R

値の小さいほうの値を選択する。

Re

v

10

の場合は,式

(33)

けを用いる。

2.

(33)

は,完全に発達した層流に適用する(

図 の直線)。

8.3

液体圧力回復係数 F

L

又は F

LP

8.3.1

継手を接続しない場合の液体圧力回復係数 F

L

F

L

は,継手を接続しない場合の調節弁の液体圧力

回復係数である。この係数は,バルブ内部の形状が閉そく流でのバルブ容量に及ぼす影響を表す。この係

数は,閉そく流での実際の最大流量と弁入口圧力及び見かけの縮流部圧力の差を差圧として計算される非

閉そく流の理論的な流量との比として定義する。係数

F

L

は,JIS B 2005-2-3 に基づく試験によって決定す

る。定格容量の百分率に対する典型的な

F

L

値を

図 に示す。

8.3.2

継手を接続する場合の液体圧力回復係数と配管形状係数との組合せ係数 F

LP

F

LP

は,継手を接続

する場合の調節弁の液体圧力回復係数と配管形状係数との組合せ係数である。この係数は,

F

L

と同様の方

法で求める。

F

LP

の精度が±

5 %

を満足するためには,

F

LP

は JIS B 2005-2-3 の試験によって決定される。予測値が許容

される場合には,次の式を用いることができる。

(

)

2

2

1

2

2

L

L

LP

1

÷

ø

ö

ç

è

æ

å

+

=

d

C

ζ

N

F

F

F

    (34)

ここに,Σ

ζ

1

は,上流圧力タップと調節弁本体入口との間で測定したときの,バルブの上流側に接続し

た継手の速度水頭損失係数は,

ζ

1

ζ

B1

である。

8.4

液体臨界圧力比係数 F

F

F

F

は,液体臨界圧力比係数である。この係数は,閉そく流における見かけ

の縮流部圧力と入口温度における液体の蒸気圧との比である。ゼロ近傍の蒸気圧では,この係数は

0.96

ある。

F

F

の値は,

図 の曲線から求めるか,又は次の式で近似してもよい。

c

v

F

0.28

0.96

p

p

F

=

 (35)

8.5

膨張係数 Y

膨張係数

Y

は,流体がバルブの入口から縮流部(噴流面積が最小となるオリフィスのちょうど下流側に

位置する。

)まで通過するときの密度の変化を表す。

Y

は,差圧が変化したときの,縮流部面積の変化も表

す。

理論的には,

Y

は次のすべての事項の影響を受ける。

a

)

ボディ入口面積に対するポート面積比

b

)

流路の形状

c

)

差圧比

  x

d

)

レイノルズ数

e

)

比熱比

γ

上記 a

)

b

)

c

)

及び

e

)

の影響は,差圧比係数

x

T

によって表す。

x

T

は,空気試験で求められ,8.6.1


10

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

に規定する。

レイノルズ数は,調節弁オリフィスでの慣性力と粘性力との比である。圧縮性流体の場合には,ほとん

ど常に乱流であるために,レイノルズ数は膨張係数に影響を及ぼさない。

差圧比係数

x

T

は,流体の比熱比の影響を受ける。

Y

は,式

(36)

によって計算する。

T

3

1

x

F

x

Y

γ

=

  (36)

計算に用いる

x

の値は,

F

γ

x

T

を超えてはならない。ここに,

x

F

γ

x

T

の場合には,閉そく流となり,

Y

0.667

となる。

x

及び

F

γ

x

T

については,8.6 及び 8.7 を参照する。

8.6

差圧比係数 x

T

又は x

TP

8.6.1

継手を接続しない場合の差圧比係数 x

T

x

T

は,レジューサ又はその他の継手を接続しない場合の

調節弁の差圧比係数である。入口圧力

p

1

を一定に保ちながら出口圧力

p

2

を徐々に下げると,調節弁を通過

する質量流量は,閉そく流状態の最大限界まで増加する。さらに,

p

2

を下げても流量は増加しない。

この限界は,差圧比

x

F

γ

x

T

の値となったときに到達する。

x

の限界値は,臨界差圧比として定義する。

サイジング式と

Y

[式

(36)

]との関係式で用いる

x

の値は,実際の差圧比が大きかったとしても,この値を

用いる。したがって,

Y

の数値は,

x

  F

γ

x

T

のときの

0.667

から極めて低い差圧の場合である

1.0

までの

範囲となる。

x

T

の値は,空気試験によって求める。この値を決定するための試験要領は,JIS B 2005-2-3 に規定する。

備考

フルサイズ

トリムでバルブ全開における調節弁の形式ごとの代表値

x

T

表 に示す。これら

の値の使用については,注意を要する。正確な値が必要な場合は,JIS B 2005-2-3 の試験によっ

て求める。

8.6.2

継手を接続する場合の差圧比係数 x

TP

  継手を接続する調節弁の場合には,

x

T

の値は影響を受ける。

精度が±

5 %

を満足するためには,バルブと継手とを一体として試験しなければならない。予測値が許

容される場合には,次の式を用いる。

2

2

i

5

i

T

2

P

T

TP

1

÷

ø

ö

ç

è

æ

+

=

d

C

N

ζ

x

F

x

x

  (37)

備考

  N

5

の値は,

表 による。

上記の式において

x

T

は,レジューサ又はその他の継手を接続しない場合の調節弁の差圧比係数である。

ζ

i

は,バルブ入口に接続するレジューサ又はその他の継手の入口速度水頭損失係数の和

  (ζ

1

ζ

B1

)

であ

る。

入口継手が短管で市販のレジューサである場合には,ζの値は,式

 (23)

を用いて求める。

8.7

比熱比係数

F

γ

  係数

x

T

は,比熱比

1.40

の流体としての大気圧に近い圧力の空気を基にしている。流

体の比熱比が

1.40

でない場合には,係数

F

γ

は,

x

T

を補正するために用いる。比熱比係数を計算する場合

には,次の式を用いる。

1.40

γ

=

γ

F

  (38)

備考

  γ

及び

F

γ

の値については,

附属書 を参照する。


11

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

8.8

圧縮係数 Z  サイジング式の幾つかは,上流側条件における流体の実際の密度の項を含んでいない。

その代わりに,

理想気体の法則に基づいて入口圧力及び温度から密度を推定できる。

幾つかの条件下では,

実在気体の挙動は,理想気体とは著しく異なっている。このような場合には,圧縮係数

Z

を,この不一致

を補正するために導入する。

Z

は,換算圧力及び換算温度の関数である(適切な文献を調べて

Z

を決定す

る。

換算圧力

p

r

は,

該当する流体の実際の入口絶対圧力と熱力学的臨界絶対圧力との比として定義する。

換算温度

T

r

も同様に定義する。

c

1

r

p

p

p

=

    (39)

c

1

r

T

T

T

=

   (40)

備考

  p

c

及び

T

c

値については,

附属書 を参照する。

  1  数値定数 N

容量係数 C

式に用いる単位

定数

K

v

C

v

W Q 

×Δ

ρ

 T dD

ν

 

N

1

1×10

-1

1

8.65×10

-2

8.65×10

-1

− 

m

3

/h

m

3

/h

kPa

bar

kg/m

3

kg/m

3

− 

− 

− 

N

2

 1.60×10

-3

 2.14×10

-3

− mm −

N

4

 7.07×10

-2

 7.60×10

-2

m

3/

h

m

2

/s

N

5

 1.80×10

-3

 2.41×10

-3

− mm −

N

6

 3.16

3.16×10

1

2.73

2.73×10

1

kg/h 
kg/h

− 

kPa

bar

kg/m

3

kg/m

3

− 

− 

− 

N

8

 1.10

1.10×10

2

9.48×10

-1

9.48×10

1

kg/h 
kg/h

kPa

bar


K

N

9

(

t

s

=0  ℃)

2.46×10

1

2.46×10

3

2.12×10

1

2.12×10

3

m

3

/h

m

3

/h

kPa

bar


K

N

9

(

t

s

=15  ℃)

2.60×10

1

2.60×10

3

2.25×10

1

2.25×10

3

m

3

/h

m

3

/h

kPa

bar


K

N

17

 1.05×10

-3

 1.21×10

-3

− mm −

N

18

 8.65×10

-1

 1.00  −

− mm −

N

19

 2.5

2.3

− mm −

N

22

(

t

s

=0  ℃)

1.73×10

1

1.73×10

3

1.50×10

1

1.50×10

3

m

3

/h

m

3

/h

kPa

bar


K

N

22

(

t

s

=15  ℃)

1.84×10

1

1.84×10

3

1.59×10

1

1.59×10

3

− 

m

3

/h

m

3

/h

kPa

bar

− 


K

− 

− 

N

27

 7.75×10

-1

7.75×10

1

6.70×10

-1

6.70×10

1

kg/h 
kg/h

− 

kPa

bar

− 


K

− 

− 

N

32

 1.40×10

2

 1.27×10

2

− mm −

備考  この表で与えられる数値定数と,表に示されている実際のメートル単位とを組み合わせて使用することによ

って,定義された単位における容量係数を求めることができる。

 
 


12

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

  2  全開定格トラベル

(

6

)

におけるバルブ形式修正係数 F

d

圧力回復係数 F

L

及び

差圧比係数 x

T

の代表的な値

バルブ形式

トリム形式

流れ方向  (

6

)

F

L

x

T

F

d

3V−ポート  プラグ

オープン又はクローズ

0.9 0.70  0.48

4V−ポート  プラグ

オープン又はクローズ

0.9 0.70  0.41

6V−ポート  プラグ

オープン又はクローズ

0.9 0.70  0.30

コンタード  プラグ 
(リニア及びイコールパーセ
ンテージ)

オープン 
クローズ

0.9 
0.8

0.72 
0.55

0.46 
1.00

60 同径ドリル孔ケージ

アウトワード  (

7

)又は

インワード  (

7

)

0.9 0.68  0.13

120 同径ドリル孔ケージ

アウトワード  (

7

)又は

インワード  (

7

)

0.9 0.68  0.09

グローブ,

単座

特性ケージ,4 ポート

アウトワード  (

7

)

インワード  (

7

)

0.9

0.85

0.75 
0.70

0.41 
0.41

ポーテッド  プラグ

入口はシート間

0.9 0.75  0.28

グローブ,

複座

コンタード  プラグ

両方向

0.85 0.70  0.32

コンタード  プラグ 
(リニア及びイコールパーセ
ンテージ)

オープン 
クローズ

0.9 
0.8

0.72 
0.65

0.46 
1.00

特性ケージ,4 ポート

アウトワード  (

7

)

インワード  (

7

)

0.9

0.85

0.65 
0.60

0.41 
0.41

グローブ,

アングル

ベンチュリ

クローズ

0.5 0.20  1.00

V−ノッチ

オープン

0.98 0.84  0.70

平面シート(小トラベル)

クローズ

0.85 0.70  0.30

グローブ,

微少流量トリム

テーパ形ニードル

オープン

0.95 0.84

0

L

19

D

F

C

N

×

偏心形球面プラグ

オープン 
クローズ

0.85 
0.68

0.60 
0.40

0.42 
0.42

回転

偏心形円すいプラグ

オープン 
クローズ

0.77 
0.79

0.54 
0.55

0.44 
0.44

スイングスルー(70°)

両方向

0.62 0.35  0.57

スイングスルー(60°)

両方向

0.70 0.42  0.50

バタフライ

(同心軸)

溝付きベーン(70°)

両方向

0.67 0.38  0.30

バタフライ

(偏心軸)

オフセット  シート(70°)

両方向

0.67 0.35  0.57

フル  ボア(70°)

両方向

0.74 0.42  0.99

ボール

セグメント  ボール

両方向

0.60 0.30  0.98

備考

これらの値は,代表的な値である。実際の値は,製造業者による。

注(

6

)  オープンとは流れが閉止部品をシートから離す流れ方向であり,クローズとは流れが閉止部品をシート

に向けて押す流れ方向を意味する。

(

7

)  アウトワードはケージの中心から外側への流れを意味し,インワードはケージの外側から中心への流れを意

味する。


13

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

備考1.  配管の径 は,バルブの両端で同じ径である[式(25)を参照]。

2.

  これらの曲線の使用例は,附属書 を参照する。

 2a  K

/

2

に対する配管形状係数  F

P

備考1.  配管の径 は,バルブの両端で同じ径である[式(25)を参照]。

2.

  これらの曲線の使用例は,附属書 を参照。

 2b  C

v

/

2

に対する配管形状係数  F

P


14

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

           

曲線 1 は,C

i

/

d

2

 = 0.016

N

18

に使用する。

曲線 2 は,C

i

/

d

2

 = 0.023

N

18

に使用する。

曲線 3 は,C

i

/

d

2

 = 0.033

N

18

に使用する。

曲線 4 は,C

i

/

d

2

 = 0.047

N

18

に使用する。

備考  各々の曲線は,ほぼ 1.0 となる F

L

値に基づいている。

  3  レイノルズ数係数  F

R


15

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

 4a  複座グローブ弁及びケージ

ガイド

グローブ弁(凡例参照)

 4b  バタフライ弁及びコンタード微少流量弁(凡例参照)


16

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

 4c  コンタード  グローブ弁,偏心形球面プラグ弁及びセグメント  ボール弁(凡例参照)

 4d  偏心形円すいプラグ弁(凡例参照)

凡例 
1  複座グローブ弁,V−ポート  プラグ

8  単座,イコール  パーセンテージ,コンタード

2  ポーテッド  ケージ  ガイド  グローブ弁(フロー  トゥ          グローブ弁,フロー  トゥ  クローズ 
      オープン及びフロー  トゥ  クローズ)                                  9  偏心形球面プラグ弁,開方向流れ 
3  複座グローブ弁,コンタード  プラグ                                  10  偏心形球面プラグ弁,フロー  トゥ  クローズ 
4  オフセット  シート  バタフライ弁                                        11  セグメント  ボール弁 
5  スイングスルー  バタフライ弁                                              12  偏心形円すいプラグ弁,開方向流れ 
6  コンタード微少流量弁                                13  偏心形円すいプラグ弁,フロー  トゥ  クローズ 
7  単座,イコール  パーセンテージ,コンタード   
      グローブ弁,開方向流れ 
 
備考

これらの値は代表的な値であり,実際の値は製造業者による。

  4  定格 の百分率に対する F

L

の変化


17

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

c

v

p

p

熱力学的臨界絶対圧力

絶対蒸気圧力

  5  液体臨界圧力比係数  F

F


18

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

附属書 A(参考)バルブ形状修正係数 F

d

の導出

この附属書で用いる記号は,本体で規定するもののほか,次による。

A

o

単一流路の縮流部の面積

 (mm

2

)

d

H

単一流路の水力直径

 (mm)

d

i

環状流路の内側直径

 (mm)

図 A.1 参照)

d

o

総流れ面積の等価円直径

 (mm)

D

o

シート

オリフィスの直径

 (mm)

図 A.1 及び図 A.2 参照)

l

W

単一流路における流路のぬれ縁

 (mm)

N

o

トリムの独立し,かつ,同一の流路の数(無名数の1)

α 

閉止部品の回転角(°)

図 A.2 参照)

β

閉止部品の最大回転角(°)

図 A.2 参照)

ζ

B1

近寄り速度係数(無名数の

1

μ

流出係数(無名数の

1

バルブ形状修正係数

F

d

は,定格トラベルにおける比

d

H

/d

o

として定義し,

C

i

/

2

 0.016 N

18

においては,

次の式を用いて流量試験から導くことができる。

(

)

4

/

1

4

2

2

2

L

L

2

2

2

R

2

L

26

d

1

/

÷

÷
ø

ö

ç

ç
è

æ

+

=

D

N

C

F

Q

F

C

d

C

F

F

N

F

ν

  (A.1)

C

i

/

2

 0.016 N

18

であるバルブにおいては,

F

d

は,次の式で計算する。

ú

ú
û

ù

ê

ê
ë

é

÷

ø

ö

ç

è

æ

+

=

3

/

2

2

32

L

2

R

2

L

31

d

1

d

C

N

Q

CF

F

F

N

F

ν

  (A.2)

備考

  N

26

及び

N

32

に対する値は,

表 A.1 による。

F

d

を決定するための試験は,JIS B 2005-2-3 による。

代替として,

F

d

は次の式によって計算してもよい。

o

H

d

d

d

F

=

   (A.3)

単一流路の水力直径

d

H

は,次の式で決定する。

W

o

H

4

l

A

d

=

   (A.4)

総流れ面積の等価円直径は,次の式で求める。

π

o

o

o

4

A

N

d

=

  (A.5)


19

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

F

d

は,製造業者の図面寸法から十分な精度で計算できる。

単座,パラボリック

プラグ(開方向流れ)

図 A.1 参照)のバルブ形状修正係数は,式

(A.3)

で計算でき

る。

ダルシーの式から,面積

A

o

は次の式で計算する。

o

L

23

o

N

CF

N

A

=

  (A.6)

備考

  N

23

に対する値は,

表 A.1 による。

したがって,

N

o

 = 1

であるから,

π

o

o

4A

d

=

π

L

23

4

CF

N

=

   (A.7)

W

o

H

4

l

A

d

=

(

)

i

o

L

23

4

d

D

CF

N

+

=

π

  (A.8)

(A.7)

及び式

(A.8)

から,

o

H

d

d

d

F

=

(

)

π

π

L

23

i

o

23

4

4

L

CF

N

d

D

CF

N

ú

û

ù

ê

ë

é

+

=

i

o

L

23

13

.

1

d

D

CF

N

+

=

  (A.9)

ここに,

d

i

は容量係数とともに変化する。直径

d

i

は,

N

23

 C F

L

D

o

2

のときゼロに等しいと仮定する。

C

値が小さいとき,

d

D

o

となる。したがって,

o

L

23

o

i

D

CF

N

D

d

=

   (A.10)

o

L

23

o

L

23

d

2

13

.

1

D

CF

N

D

CF

N

F

=

   (A.11)

F

d

の最大値は,1.0 である。

スイングスルー  バタフライ弁(

図 A.2 参照)に対しては:

有効オリフィス直径は,

ディスクとバルブ  ボディ内径との間の流路から流出する二つのジェットのうち

の一つのジェットの水力直径として仮定できる。したがって,

N

o

 = 2 とする。

閉そく流又は音速流れの状態での容量係数

C

は,次の式による。


20

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

(

)

1

B

2

1

2

o

L

23

sin

sin

1

125

.

0

ς

β

α

µ

µ

÷÷ø

ö

ççè

æ −

+

=

D

CF

N

π

   (A.12)

近寄り速度をζ

B1

 = 1

と仮定し,μ

1

 = 0.7

及びμ

2

= 0.7

として,式

(A.6)

を式

(A.12)

に置き換えると式

(A.13)

を得る。

o

2

o

o

sin

sin

1

55

.

0

N

D

A

÷÷ø

ö

ççè

æ

=

β

α

   (A.13)

さらに,スイングスルー

バタフライ弁に対してはβ

=90°

なので,

(

)

o

2

o

o

sin

1

55

.

0

N

D

A

α

=

   (A.14)

しかし,平行に,二つの等しい流路があるので,

(

)

α

sin

1

275

.

0

2

o

o

=

D

A

   (A.15)

π

o

o

o

4

N

A

d

=

α

sin

1

837

.

0

o

=

D

  (A.16)

o

o

H

59

.

0

4

D

A

d

π

=

(

)

α

sin

1

59

.

0

o

=

D

  (A.17)

備考

 0.59

π

D

o

は,ジェットの収縮及びハブを考慮して,各々の半円のぬれ縁 l

W

として得られる。

o

H

d

d

d

F

=

   (A.3)

結果として,

α

sin

1

7

.

0

d

=

F

  (A.18)

 A. 1

  数値定数

N

容量係数  C

式に用いる単位

定数

K

v

C

v

Q d ν

N

23

 1.96

× 10

1

 1.70

× 10

1

− mm −

N

26

 1.28

× 10

7

 9.00

× 10

6

m

3

/h mm m

2

/s

N

31

 2.1

× 10

4

 1.9

× 10

4

m

3

/h

m

2

/s

N

32

 1.4

× 10

2

 1.27

× 10

2

− mm −

備考  この表で与えられる数値定数と,表に示されているメートル単位とを組み合わせて使用することによっ

て,定義した単位での容量係数を求めることができる。


21

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

 A.1

  単座,パラボリック

プラグ

 A.2

  スイングスルー

バタフライ弁

D

o

 

α

β

D

o

d

1


22

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

附属書 B(参考)調節弁サイジングのフロー  チャート

B.1

非圧縮性流体

  式番号及び記号は,本体による。

バルブ形式及びサイ ズを 用いて ,

F

L

を 選択

*

Yes

No

( 続く )

Yes

Yes

Yes

Yes

No

No

No

No

ス タ ート

*不確かであ れば, バルブサイ ズ 
と し て 入口配管サイ ズ を 用いる 。

(35)を 用いて F

F

を 計算

Δ

F

L

2

p

1

F

F

p

v

)

Re

v

 > 10 000

非閉そく 流

 (3)を用いて を計算

非閉そく 流

 (1)を用いて を計算

(28)を 用いて Re

v

を 計算

このと き,

C

i

と して

を用い, 表2 から F

d

を用いる

 (4)を用いて を計算

 (2)を用いて を計算

F

p

= 1, C

i

 = C

バルブサイ ズ = 配管サイ ズ

F

p

(C

i

)と F

LP

(C

i

)を計算

計算

C

用いる

計算

用いる

C

i

= C

C

i

/ C < 0.99

Δp

F

Lp

F

p

)

2

p

1

F

F

p

v

)


23

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

B.1

非圧縮性流体

続き

( 続く )

非乱流

C

i

=1.3

と し て

(28)を 用いて

Re

v

を 計算

No

Yes

Yes

No

(32)及び式(33)のう ち, よ り 低

いほう を 用い,

F

R

を 計算

[ も し

Re

v

<10 なら ば, 式(33)

よ り

F

R

を 用いる ]

計算

C

i

を 用いる

(30)及び式(31)のよ り 低いほう

の値を 用い,

F

R

を 計算

[ も し

Re

v

<10 なら ば, 式(31)

よ り

F

R

を 用いる ]

C

i

30 %

増加

C/d

 2

> 0.016

N

18

C/F

R

C

i


24

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

B.2

圧縮性流体

  式番号及び記号は,本体による。

スタート

バルブ形式及びサイズを用いて,

x

T

を選択 *

不確かであれば,バルブサイズ

として入口配管サイズを用いる。

Yes

No

(続く)

Yes

Yes

No

No

式(38)  を用いて F

γ

を計算

x< F

γ 

x

T

非閉そく流

式(36)  を用いて Y を計算し,

式(6),式(7)  又は式(8)

を用いて を計算

非閉そく流

Y = 0.667

式(12),式(13)  又は式(14)

を用いて を計算

式 (28) を用いて Re

v

を計算

このとき,C

 i

として を用い,

表 から F

 d

を用いる

Re

v

>10 000

バルブサイズ=配管サイズ

F

p

=1,C

i

C

xF

γ

x

TP

F

p

(

C)と x

TP

(

C

i

)を計算

式(15),式(16)又は式(17)

を用いて を計算

式(9),式(10)又は式(11)

を用いて を計算

C

 i

/

C< 0.99

C

i

=

 C

計算 

用いる

計算 

用いる

Yes

Yes

No

No


25

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

B.2

圧縮性流体

続き

(続く)

C

2

> 0.016

N

18

式(32)及び式(33)のより低いほうの

値を用い,F

R

を計算

[もし Re

v

< 10 ならば,式(33)

より F

R

を用いる]

C F

R

≦ C

i

C

i

 を 30 %

増加

計算 C

i

用いる

Yes

No

/d

/

No

Yes

非乱流

C

i

= 1.3

として,

式(28)を用いて Re

v

を計算

式(30)及び式(31)のより低いほうの

値を用い,F

R

を計算

[もし Re

v

< 10 ならば,式(31)

より F

R

を用いる]


26

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

附属書 C(参考)物理定数(

1

ガス又は蒸気

分子式記号

γ

 

F

γ

p

c

(

2

)

T

C

(

3

)

アセチレン

C

2

H

2

 26.04  1.30 0.929 6

140 309

空気

− 28.97 1.40 1.000

3

771 133

アンモニア NH

3

 17.03 1.32 0.943

11

400 406

アルゴン

A

r

 39.948 1.67 1.191

4

870 151

ベンゼン

C

6

H

6

 78.11  1.12 0.800 4

924 562

イソブタン

C

4

H

9

 58.12  1.10 0.784 3

638 408

n –ブタン

C

4

H

10

 58.12  1.11  0.793 3

800  425

イソブチレン

C

4

H

8

 56.11  1.11 0.790 4

000 418

二酸化炭素 CO

2

 44.01 1.30 0.929

7

387 304

一酸化炭素 CO

28.01

1.40

1.000

496

133

塩素 Cl

2

 70.906 1.31 0.934 7

980 417

エタン

C

2

H

6

 30.07  1.22 0.871 4

884 305

エチレン

C

2

H

4

 28.05  1.22 0.871 5

040 283

ふっ素

F

2

 18.998 1.36 0.970

5

215 144

フレオン 11(3 塩化 1 ふっ化メタン)

 CCl

3

F 137.37  1.14  0.811 4

409  471

フレオン 12(2 塩化 2 ふっ化メタン)

 CCl

2

F

2

 120.91  1.13  0.807  4

114  385

フレオン 13(塩化 3 ふっ化メタン) CClF

3

 104.46  1.14  0.814 3

869  302

フレオン 22(塩化 2 ふっ化メタン) CHClF

2

 80.47  1.18  0.846  4

977  369

ヘリウム He

4.003

1.66

1.186

229

5.25

n –ヘプタン

C

7

H

16

 100.20  1.05  0.750 2

736  540

水素

H

2

 2.016 1.41 1.007

1

297

33.25

塩化水素 HCl

36.46

1.41

1.007

319

325

ふっ化水素 HF

20.01

0.97

0.691

485

461

メタン CH

4

 16.04 1.32 0.943

4

600 191

塩化メチル CH

3

Cl 50.49  1.24  0.889 6

677  417

天然ガス(

4

)

− 17.74 1.27 0.907

4

634 203

ネオン Ne

20.179

1.64

1.171

726

44.45

一酸化窒素 NO

63.01

1.40

1.000

485

180

窒素

N

2

 28.013 1.40 1.000

3

394 126

オクタン

C

8

H

18

 114.23  1.66  1.186 2

513  569

酸素

O

2

 32.000 1.40 1.000

5

040 155

ペンタン

C

5

H

12

 72.15  1.06  0.757 3

374  470

プロパン

C

3

H

8

 44.10  1.15 0.821 4

256 370

プロピレン

C

3

H

6

 42.08  1.14 0.814 4

600 365

飽和蒸気

− 18.016

1.25 –

1.32(

4

)

0.893 –

0.943(

4

)

22 119

647

二酸化硫黄 SO

2

 64.06 1.26 0.900

7

822 430

過熱蒸気

− 18.016

1.315 0.939

22

119 647

注(

1

)  定数は,常温で大気圧の流体(蒸気を除く。)に対する値である。

(

2

)  圧力の単位は,キロパスカル(kPa)(絶対圧力)である。

(

3

)  温度の単位は,ケルビン(K)である。

(

4

)  代表値であり,正確な特性は,正確な構成成分による。


27

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

附属書 D(参考)サイジング計算の例

例題

1

:非圧縮性流体  継手を接続しない場合の非閉そく乱流

プロセス

データ:

流体

:  水

入口温度

:  T

1

   = 363 K

密度

ρ

1

= 965.4 kg/m

3

蒸気圧

:  p

v

= 70.1 kPa

熱力学的臨界圧力

:  p

c

   = 22 120 kPa

動粘度

ν

  = 3.26 × 10

-7

 m

2

/s

入口絶対圧力

:  p

1

   = 680 kPa

出口絶対圧力

:  p

2

   = 220 kPa

流量

:  Q  = 360 m

3

/h

配管の内径

:  D

1

D

2

= 150 mm

バルブ

データ:

バルブ形式

:  グローブ

トリム

:  パラボリック  プラグ

流れ方向

:  開方向流れ

呼び径

:  d  = 150 mm

液体圧力回復係数

:  F

L

= 0.90  (本体の

2

から)

バルブ形式修正係数  :  F

d

= 0.46  (本体の

2

から)

計算:

944

.

0

28

.

0

96

.

0

c

v

F

=

=

p

p

F

   (35)

ここに,

p

v

=70.1 kPa

p

c

=22 120 kPa

次に,流れの形式を決定する:

F

L

2

 (p

1

 – F

F

× p

v

) = 497.2 kPa

この値は,差圧  (Δp = 460 kPa)  より大きいので,流れは非閉そくであり,容量係数 は式(1)を用いて

計算する。

165

/

o

1

1

=

=

p

N

Q

C

ρ

ρ

m

3

/h  (K

v

に対して) (1)


28

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

ここに,

Q=360 m

3

/h

N

1

=1 × 10

-1

  (本体の

1

から)

ρ

1

/

ρ

o

=0.965

Δp=460 kPa

次に,Re

v

を計算する。

6

4

1

4

2

2

i

2

L

L

i

d

4

v

10

967

.

2

1

×

=

ú

û

ù

ê

ë

é

+

=

D

N

C

F

F

C

Q

F

N

e

R

ν

   (28)

ここに,

N

2

=1.60 × 10

-3

(本体の

1

から)

N

4

=7.07 × 10

-2

(本体の

1

から)

F

d

=0.46

Q=360 m

3

/h

ν

=3.26 × 10

-7

 m

2

/s

C

i

CK

v

= 165 m

3

/h

F

L

=0.90

D=150 mm

バルブのレイノルズ数は 10 000 より大きいので,流れは乱流であり,式(1)で計算されたとおり容量係数

は,正しい。

例題

2

:非圧縮性流体  継手を接続しない場合の閉そく流

プロセス

データ:

流体

:  水

入口温度

:  T

1

   = 363 K

密度

ρ

1

 = 965.4 kg/m

3

蒸気圧

:  p

v

   = 70.1 kPa

熱力学的臨界圧力

:  p

c

   = 22 120 kPa

動粘度

ν

  = 3.26 × 10

-7

 m

2

/s

入口絶対圧力

:  p

1

   = 680 kPa

出口絶対圧力

:  p

2

= 220 kPa

流量

:  Q   = 360 m

3

/h

配管の内径

:  D

1

D

2

= 100 mm

バルブ

データ:

バルブ形式

:  ボール弁

トリム

:  セグメント  ボール

流れ方向

:  開方向流れ

呼び径

:  d    = 100 mm

液体圧力回復係数

:  F

L

= 0.60  (本体の

2

から)


29

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

バルブ形状修正係数  :  F

d

= 0.98  (本体の

2

から)

計算:

944

.

0

28

.

0

96

.

0

c

v

F

=

=

p

p

F

   (35)

ここに,

p

v

=70.1 kPa

p

c

=221 20 kPa

次に,流れの形式を決定する:

F

L

2

 (p

1

 – F

F

 × p

v

) = 221 kPa

この値は,差圧(Δp = 460 kPa)より小さいので,流れは閉そくであり,容量係数 は,式(3)を用いて計

算する。

238

/

v

F

1

o

1

L

1

=

=

p

F

p

F

N

Q

C

ρ

ρ

m

3

/h  (K

v

に対して)  (3)

ここに,

Q=360 m

3

/h

N

1

=1 × 10

-1

  (本体の

1

から)

F

L

=0.60

ρ

1

/

ρ

o

=0.965

p

1

=680 kPa

F

F

=0.944

p

v

=70.1 kPa

次に,Re

v

を計算する。

6

4

/

1

4

2

2

i

2

L

L

i

d

4

v

10

598

.

6

1

×

=

ú

û

ù

ê

ë

é

+

=

D

N

C

F

F

C

Q

F

N

e

R

ν

    (28)

ここに,

N

2

=1.60 × 10

-3

  (本体の

1

から)

N

4

=7.07 × 10

-2

  (本体の

1

から)

F

d

=0.98

Q=360 m

3

/s

ν

=3.26 × 10

-7

 m

2

/s

C

i

=  C  =  K

v

=238 m

3

/h

F

L

=0.60

D=100 mm

バルブのレイノルズ数は 10 000 より大きいので,流れは乱流であり,これ以上の計算を繰り返す必要は

ない。

例題

3

:圧縮性流体  継手を接続する場合の非閉そく流


30

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

プロセス

データ:

流体

:  二酸化炭素

入口温度

:  T

1

  = 433 K

流体のモル質量

:  M  = 44.01 kg/kmol

動粘度

ν

  = 1.743 × 10

-5

 m

2

/s

比熱比

γ

 = 1.30

圧縮係数

:  Z  = 0.988

入口絶対圧力

:  p

1

= 680 kPa

出口絶対圧力

:  p

2

  = 310 kPa

流量

:  Q  = 3 800 m

3

/h(101.325 kPa 及び 0  ℃のとき)

上流配管の内径

:  D

1

= 80 mm

下流配管の内径

:  D

2

= 100 mm

レジューサ

:  短管,同心

バルブ

データ:

バルブ形式

:  回転

トリム

:  偏心回転プラグ

流れ方向

:  開方向流れ

呼び径

:  d  = 50 mm

差圧比係数

:  x

T

= 0.60(本体の

2

から)

液体圧力回復係数

:  F

L

 = 0.85(本体の

2

から)

バルブ形式修正係数

:  F

d

 = 0.42(本体の

2

から)

計算:

929

.

0

40

.

1

=

=

γ

γ

F

   (38)

ここに,

γ

=1.30

さらに,

544

.

0

1

=

=

p

p

x

この値は,F

γ 

x

T

 = 0.557

より小さいので,流れは非閉そくであり,容量係数は式

 (11)

を用いて計算する。

次に,を式

 (36)

を用いて計算する。

674

.

0

3

1

T

=

=

x

F

x

y

γ

    (36)

ここに,

x

0.544

F

γ

0.929

x

T

0.60


31

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

7

.

62

1

1

P

9

=

=

x

Z

T

M

Y

p

F

N

Q

C

m

3

/h

K

v

に対して)

(11)

ここに,

Q

3 800 m

3

/h

N

9

2.46 × 10

1

(本体の

1

から t

S

= 0

℃に対して)

F

P

1

と仮定

p

1

680 kPa

Y

0.674

M

44.01 kg/kmol

T

1

433 K

Z

0.988

x

0.544

次に,式

(28)

を用いて Re

v

を計算する。

5

4

1

4

2

2

i

2

L

L

i

d

4

v

10

96

.

8

1

×

=

ú

û

ù

ê

ë

é

+

=

D

N

C

F

F

C

Q

F

N

e

R

ν

 (28)

ここに,

N

2

1.60 × 10

-3

(本体の

1

から)

N

4

7.07 × 10

-2

(本体の

1

から)

F

d

0.42

Q

3 800 m

3

/h

ν

1.743 × 10

-5

 m

2

/s

C

i

CK

v

62.7 m

3

/h

F

L

0.85

D

80 mm

バルブのレイノルズ数は

10 000

より大きいので,流れは乱流である。

次に,に対する入口及び出口レジューサの影響を計算する。

両方のレジューサは同心で,短管であるため,速度水頭損失係数は次の式を用いて計算する。

(

)

[

]

186

.

0

/

1

5

.

0

2

2

1

1

=

=

D

d

ζ

   (23)

ここに,

d

50 mm

D

1

80 mm

(

)

[

]

563

.

0

/

1

0

.

1

2

2

2

2

=

=

D

d

ζ

   (24)

ここに,

d

50 mm

D

2

100 mm


32

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

及びベルヌーイ係数は,次の式である。

(

)

847

.

0

/

1

4

1

B1

=

=

D

d

ζ

   (22)

ここに,

d

50 mm

D

1

80 mm

(

)

938

.

0

/

1

4

2

B2

=

=

D

d

ζ

   (22)

ここに,

d

50 mm

D

2

100 mm

入口及び出口レジューサの有効水頭損失係数は,次の式となる。

658

.

0

B2

B1

2

1

=

+

+

=

å

ζ

ζ

ζ

ζ

ζ

   (21)

ここに,

ζ

1

0.186

ζ

2

0.563

ζ

B1

0.847

ζ

B2

0.938

次に,

C

i

 = C

及び

F

P(1)

 = 1

から始めて繰返し計算によって,レジューサの影響を計算する。

( )

891

.

0

1

1

2

2

1

2

2

P

=

÷

ø

ö

ç

è

æ

Σ

+

=

d

C

N

F

ζ

   (20)

ここに,

Σ

ζ

=0.658

N

2

=1.60 × 10

-3

(本体の

1

から)

C

1

=62.7 m

3

/h

d=50 mm

F

P(2)

/F

P(1)

 = 0.891 /1 < 0.99 だから,もう一度繰返して計算をしなければならない。

( )

4

.

70

891

.

0

7

.

62

2

P

2

=

=

=

F

C

C

m

3

/h

( )

868

.

0

1

1

2

2

2

2

3

P

=

÷

ø

ö

ç

è

æ

Σ

+

=

d

C

N

F

ζ

   (20)

ここに,

Σ

ζ

=0.658

N

2

=1.60 × 10

-3

(本体の

1

から)

C

2

=70.4 m

3

/h

d=50 mm

次に,F

P(3)

/F

P(2)

 = 0.868 /0.891 > 0.99 によって,この F

P(3)

を F

P

として最終の計算に用いる。


33

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

626

.

0

1

2

2

2

5

i

T

2

P

T

TP

=

÷

ø

ö

ç

è

æ

+

=

d

C

N

x

F

x

x

ζ

    (37)

ここに,

x

T

0.60

F

P

0.868

ζ

i

ζ

1

  +ζ

B1

1.033

N

5

1.80 × 10

-3

(本体の

1

から)

C

2

70.4 m

3

/h

d

50 mm

以上から,

F

γ

x

TP

 = 0.582

となり,

x = 0.544

より大きい。

最終的に,

C

は,式

 (11)

から次のようになる。

2

.

72

1

1

P

9

=

=

x

Z

T

M

Y

p

F

N

Q

C

m

3

/h

K

v

に対して)

(11)

ここに,

Q

3 800 m

3

/h

N

9

2.46 × 10

1

(本体の

1

から

t

S

= 0

℃に対して)

F

P

0.868

p

1

680 kPa

Y

0.674

M

44.01 kg/kmol

T

1

433 K

Z

0.988

x

0.544

例題

4

:圧縮性流体  ガス流れに選ばれる微少流量トリム

プロセス データ:

流体

アルゴン

ガス

入口温度

  T

1

  = 320 K

入口絶対圧力

  p

1

  = 2.8 bar

(絶対圧)

出口絶対圧力

  p

2

  = 1.3 bar

(絶対圧)

流量

  Q  = 0.46 m

3

/h

1 013.25 mbar

及び

15

℃のとき)

流体のモル質量

  M  = 39.95 kg/kmol

動粘度

  ν  = 1.338 × 10

-5

 m

2

/s

1 bar

(絶対圧)及び

15

℃のとき]

比熱比

  γ = 1.67

比熱比係数

  F

γ

 = 1.19

バルブ データ:

トリム

テーパ型ニードル

プラグ


34

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

液体圧力回復係数

  F

L

 = 0.98

差圧比係数

  x

T

 = 0.80

オリフィス径

  D

o

= 5 mm

呼び径

  d  = 15 mm

配管の内径

  D  = 15 mm

 
計算:

最初にレイノルズ数

Re

v

を確認する。

4

/

1

4

2

2

i

2

L

L

i

d

4

v

û

ù

ê

ë

é

+

=

D

N

C

F

F

C

Q

F

N

e

R

ν

 (28)

ここに

C

i

の入力が必要であり,

C

i

を決定する必要がある。

x > F

γ

x

T

であると,容量係数は

C

を計算する

ための閉そく流の式

(14)

を最初に用いて計算する。次に,本体の 8.1 の繰り返し手順によって,

C

1.3

乗じる。

7

012

.

0

667

.

0

T

1

1

9

=

=

x

F

Z

T

M

p

N

Q

C

γ

  (C

v

に対して) (14)

ここに,

Q=0.46 m

3

/h

N

9

=2.25 × 10

3

  (本体の

1

から t

S

= 15  ℃に対して)

p

1

=2.8 bar

M=39.95 kg/kmol

T

1

=320 K

Z=1

F

γ

=1.19

x

T

=0.8

5

016

.

0

3

.

1

i

=

=

C

C

C

v

に対する)  (26)

ここに,

C=0.012 7(C

v

に対して)

次に,F

d

を本体の

2

の式から計算する。

058

.

0

o

L

19

d

=

=

D

CF

N

F

ここに,

C=  C

i

=0.016 5  (C

v

に対する)

F

L

=0.98

N

19

=2.3(本体の

1

から)

D

o

=5 mm

次に,Re

v

を計算する。


35

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

02

2

1

1

4

1

4

2

2

i

2

L

L

i

d

4

v

=

ú

û

ù

ê

ë

é

+

=

D

N

C

F

F

C

Q

F

N

e

R

ν

    (28)

ここに,

N

2

=2.12 × 10

-3

  (本体の

1

から)

N

4

=7.6 × 10

-2

  (本体の

1

から)

F

d

=0.058

Q=0.46 m

3

/h

ν

=1.338 × 10

-5

 m

2

/s

F

L

=0.98

C

i

=0.016 5  (C

v

に対して)

D=15 mm

C/

2

 < 0.016 N

18

であれば,次による。

C/

2

 = 7.333 × 10

-5

0.016 N

18

 = 0.016

C/

2

 < 0.016 N

18

ここに,

N

18

=1.00(本体の

1

から)

C=0.016 5

d=15 mm

レイノルズ数は 10 000 より小さいので,流れは非乱流である。したがって,容量係数の式(19)が用いら

れる。C/

2

 < 0.016 N

18

及び Re

v

 > 10 であるので,式(32)及び式(33)から F

R

を計算し,小さいほうの値を用

いる。

222

.

1

1

3

2

2

32

2

=

÷

ø

ö

ç

è

æ

+

=

d

C

N

n

i

  (32a)

ここに,

N

32

=127(本体の

1

から)

C

i

=0.016 5(C

v

に対する)

Re

v

=1 202

d=15 mm

714

.

0

000

10

log

33

.

0

1

v

10

4

/

1

2

2

/

1

L

R

=

÷÷ø

ö

ççè

æ

÷

÷
ø

ö

ç

ç
è

æ

+

=

e

R

n

F

F

   (32)

(

) (

)

714

.

0

920

.

0

311

.

0

1

R

=

+

=

F

ここに,

F

L

=0.98

n

2

=1.222

Re

v

=1 202


36

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

02

.

1

026

.

0

v

2

L

R

=

=

e

R

n

F

F

   (33)

備考

  F

R

は,1 以下に制限される。

ここに,

F

L

=0.98

n

2

=1.222

Re

v

=1 202

二つの計算値の小さいほうの値として,F

R

 = 0.714 を用いる。

(

)

020

.

0

2

1

1

R

22

=

+

=

p

p

p

T

M

F

N

Q

C

C

v

に対する)  (19)

ここに,

Q=0.46 m

3

/h

N

22

=1.59 × 10

3

  (本体の

1

から t

S

= 15  ℃に対して)

F

R

=0.73

M=39.95 kg/kmol

T

1

=320 K

Δp=1.5 bar

p

1

=2.8 bar

p

2

=1.3 bar

次の式を確認する。

i

R

C

F

C

<

    (29)

5

016

.

0

018

.

0

714

.

0

7

012

.

0

>

=

C/F

R

は,C

i

  より小さくはないので,C

i

を 30 %ずつ増加して,繰返し手順を繰り返す。

新しい C

i

 = 1.3C

i

 = 0.021 4

ここに,

C

i

=0.016 5

067

.

0

o

L

19

d

=

=

D

CF

N

F

ここに,

CC

i

=0.021 4(C

v

に対して)

F

L

=0.98

N

19

=2.3(本体の

1

から)

D

o

=5 mm

次に,Re

v

を計算する。

202

1

1

4

1

4

2

2

i

2

L

L

i

d

4

v

=

ú

û

ù

ê

ë

é

+

=

D

N

C

F

F

C

Q

F

N

e

R

ν

  (28)

ここに,

N

2

=2.14 × 10

-3

  (本体の

1

から)


37

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

N

4

=7.6 × 10

-2

  (本体の

1

から)

F

d

=0.067

Q=0.46 m

3

/h

ν

=1.338 × 10

-5

 m

2

/s

F

L

=0.98

C

i

=0.021 4

D=15 mm

Re

v

の値は前の計算と同じであるので,F

R

は 0.71 のままである。したがって,計算した は,0.018 の

ままであり,C

v

に対して 0.018 又はこれより大きい定格 のトリムが適切となる。


38

B 2005-2-1

:2005 (IEC 60534-2-1:1998)

附属書 E(参考)参考文献

Baumann, H. D.,  A unifying Method for Sizing Throttling Valves Under Laminar or Transitional Flow 

Conditions

  Journal of Fluids Engineering

 Vol. 115, No. 1, March 1993, pp. 166-168