バタフライバルブの Cv と流量係数：流量・圧力損失・キャビテーションのための選定
執筆者
アレン・チャン · シニアアプリケーションエンジニア、LAUX VALVE
トルク選定はどのアクチュエータがバルブを回すかを教え、流量選定はバルブが必要な流量を、絞り過ぎたりキャビテーションで自壊したりせずに実際に通せるかを教えます。流量選定の中心にあるのが流量係数 — 米国単位の Cv またはメートル法の Kv — であり、これを正しく合わせることで、わずかしか開かないほどの過大選定や、悲鳴を上げて壊食するほどの過小選定を防げます。本ガイドは Cv と Kv、圧力損失式、バタフライバルブの流量特性が制御をどう形作るか、キャビテーション限界、そしてそのまま使える計算例を解説します。
Cv と Kv：流量係数の意味
流量係数とは、単に測定された容量定格です。Cv は、バルブ前後の圧力損失がちょうど 1 psi のとき、全開バルブを流れる 60 °F の水の米国ガロン毎分です。Kv はそのメートル法版 — 1 bar の損失で流れる水の m³/h。Cv/Kv が大きいほど流れやすいバルブです。バタフライはディスクが流れに残るため、全開時の Cv は高いものの、同サイズのフルボアのゲートやボールほどではありません。重要なのは、Cv は単一の値ではなく、ディスク角度で変化するため、メーカーは約 10°～90° の各開度ごとに Cv（または Kv）値を公表します。
| ディスク角度 | Cv 概算 | Kv 概算 | 全開 Cv の % |
|---|---|---|---|
| 20° | 55 | 48 | 約 7% |
| 40° | 180 | 156 | 約 23% |
| 60° | 430 | 372 | 約 55% |
| 70° | 620 | 536 | 約 79% |
| 90°（全開） | 785 | 679 | 100% |
圧力損失の式
キャビテーションから十分離れた非圧縮性液体では、流量・圧力損失・係数の関係はバルブ基本式です：Q = Cv × √(ΔP/SG)。Q は GPM の流量、ΔP は psi の圧力損失、SG は比重（水で 1.0）。必要係数を求めるよう変形：Cv = Q / √(ΔP/SG)。メートル法では Q (m³/h) = Kv × √(ΔP_bar / SG)。2 つの習慣で失敗を防げます：必ず制御点で実際に生じる流量と ΔP で計算すること、そして選定したバルブがその Cv を 90° より十分手前で達成し、制御可能なストロークを余裕として残すことを確認すること。
流量特性と、過大選定が制御を壊す理由
過大選定（10～30°で制御）
- 制御が最初のわずかな行程に集中 — 過敏で不安定
- ディスクがほぼ閉 — 高速ジェット、キャビテーションの好発域
- 絞りジェットでシートとディスク縁が早期に侵食
適正選定（50～70°で制御）
- 制御が応答性の高い中域に分散
- 中程度のディスク角 — 低流速、キャビテーション低リスク
- 将来の流量増に対応するストローク余裕を確保
キャビテーション限界
液体が絞られた隙間で加速すると、局所圧力が下がります。流体の蒸気圧を下回ると蒸気の泡が生じ、下流で圧力が回復すると激しく崩壊します — これがキャビテーションで、砂利のような音を立て、ディスクとシートを侵食し、数週間でバルブを壊すこともあります。一般的な指標はキャビテーション指数 σ =（P1 − Pv）/（P1 − P2）で、P1・P2 は上流・下流圧、Pv は蒸気圧。その開度でのメーカー公表の発生／チョーキング限界と σ を比較し、限界を下回るならバルブをより開く（バルブ当たり ΔP を下げる）、直列 2 弁で圧力降下を分割する、または耐キャビテーショントリムを付けます。
計算例：冷水配管の選定
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1. 条件を定める
7 °C の水、設計流量 Q = 250 m³/h、許容バルブ損失 ΔP = 0.4 bar、SG ≈ 1.0。全開ではなく、制御可能な中域角度でこの流量を得たい。
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2. 必要 Kv を計算
Kv = Q / √(ΔP/SG) = 250 / √(0.4/1.0) = 250 / 0.632 ≈ 395 m³/h。これは全開ではなく、選んだ制御角度でバルブが出すべき Kv。
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3. Kv 曲線からバルブを選ぶ
メーカー曲線では、DN200 は約 62° 開で Kv ≈ 395 に達する — まさに制御可能域。DN250 なら約 45°（まだ良い）、DN150 なら約 80° が必要（開きすぎで余裕が少ない）。
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4. 流速とキャビテーションを確認
管内流速が水で約 3～4 m/s に収まることを確認し、系統圧力から σ を計算して 62° でのバルブのキャビテーション限界と比較します。0.4 bar の損失と十分な下流圧があれば σ は限界を余裕で上回り、キャビテーションは予想されません。
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5. DN200 を確定し仕様を固定
DN200 は約 62° で制御し、流速を範囲内に保ち、キャビテーションを避け、ストロークを余裕として残します。設計流量・ΔP・制御角度・σ をデータシートに記録し、選定を追跡可能にします。
よくある質問
Cv と Kv の違いは何ですか？
単位が違うだけで同じ概念です。Cv は英国系：1 psi の損失で全開バルブを流れる 60 °F の水の米国ガロン毎分。Kv はメートル法：1 bar の損失で流れる水の m³/h。換算は Cv ≈ 1.156 × Kv、または Kv ≈ 0.865 × Cv。データシートに合う方を使い、1 つの計算で混在させないこと — Kv の値を Cv 式に入れると約 15% ずれます。
なぜバタフライバルブを 90% 開で運転するよう選定してはいけないのですか？
全開近くでは流量特性が平坦で、大きな角度変化でも流量がほとんど変わらず、制御性がほぼなく、後の流量増への余裕もないからです。系統曲線の誤差も補正できません。設計流量を約 60～70% で起こすようにすると、バルブは特性の応答性の高い部分にとどまり、将来需要への余裕を残し、制御価値の小さい全開運転を避けられます。逆の誤り — 10～30° で足りる選定 — も同様に悪く、ディスクをキャビテーション・侵食しやすい域に置きます。
バタフライバルブがキャビテーションするかどうかはどう判断しますか？
上流・下流圧と蒸気圧から運転キャビテーション指数 σ =（P1 − Pv）/（P1 − P2）を計算し、運転角度でのメーカー公表のキャビテーション係数と比較します。σ が発生限界を上回れば問題なし、発生～チョーキングの間なら騒音と緩やかな損傷、チョーキング以下なら急速な侵食が予想されます。対策は、バルブ当たり ΔP を下げる（より開くか大径化）、2 弁で圧力降下を段階化、下流圧を上げる、耐キャビテーショントリムを使う。σ は設計点だけでなく最悪の実運転点で必ず確認します。
バタフライバルブはボールやゲートより圧力損失が大きいですか？
全開時はわずかにそうです。バタフライはディスクが流路に残るため、全開 Cv は同サイズのフルボアのボールやゲート（ボアが無障害）よりやや低く、圧力損失はやや高い。差は通常小さく、決定的になることは稀です。大口径での重量・コスト・スペースの大きな利点が、わずかな追加損失を通常上回ります。常時開の大口径配管の生涯ポンプ動力が本当にコストを支配する場合は、フルボアゲートのほぼゼロ損失が高い初期コストに見合うこともありますが、多くの水・HVAC・プロセス用途では総合的にバタフライが勝ります。
