Tiết lưu, Kv/Cv

Giải thích chi tiết

• Bài toán dùng để làm gì
• Hình dung đơn giản
• Kiến thức nền cần có
• Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
• Xây dựng công thức từng bước
• Lời giải mẫu từng bước
• Áp dụng thực tế và lưu ý
• Căn cứ và tài liệu tham khảo

Bài toán dùng để làm gì

Lỗ tiết lưu và van được dùng để chỉnh tốc độ xi lanh, giảm chấn, hoặc chia lưu lượng. Bài toán tính lưu lượng qua một lỗ nhỏ khi biết chênh áp, đường kính lỗ cần cho lưu lượng yêu cầu, và chênh áp qua van khi biết hệ số Kv của catalogue.

Hình dung đơn giản

Kiến thức nền cần có

Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.2 đơn vị · 0.15 áp suất và lưu lượng

Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu

Ký hiệu	Ý nghĩa	Đơn vị	Lấy số liệu ở đâu
d	Đường kính lỗ tiết lưu	mm	Bản vẽ hoặc catalogue nút tiết lưu
Cd	Hệ số lưu lượng của lỗ (gộp co thắt dòng và ma sát)	–	Lỗ sắc cạnh, dòng rối: 0,6–0,65 (lý thuyết 0,611 – Merritt); lỗ ngắn (chiều dài ≈ 2–3 lần đường kính) 0,7–0,8. Δp nhỏ, dầu đặc (dòng tầng) thì Cd giảm – xem Bước 1
Δp	Chênh áp qua lỗ	bar	Áp trước trừ áp sau
ρ	Khối lượng riêng chất lỏng	kg/m³	Dầu VG 46 ≈ 870; nước 1000
Qr	Lưu lượng yêu cầu	L/ph	Vận tốc xi lanh × diện tích
Kv	Hệ số lưu lượng van	m³/h	Catalogue van (Kv định nghĩa theo IEC 60534-1). Van thủy lực công nghiệp thường cho đồ thị Δp–Q thay vì Kv – khi đó đọc Δp trực tiếp trên đồ thị
Qv	Lưu lượng qua van	L/ph	Yêu cầu hệ thống

Xây dựng công thức từng bước

Công thức tổng quát không “từ trên trời rơi xuống”: nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:

Bước 1. Lưu lượng qua lỗ

Phương trình lỗ tiết lưu (Bernoulli có hệ số tổn thất), A = π·d²/4 là diện tích lỗ. Đơn vị SI: A (m²), Δp (Pa = bar × 10⁵), ρ (kg/m³) → Q (m³/s); nhân 60 000 ra L/ph:

Q = Cd·A·√(2·Δp/ρ)

Điều kiện áp dụng: dòng chảy rối qua lỗ ngắn sắc cạnh – trường hợp thường gặp ở thủy lực. Khi Δp rất nhỏ hoặc dầu nguội, đặc, dòng qua lỗ chuyển sang chảy tầng, Cd giảm rõ rệt và Q không còn tỉ lệ với √Δp; khi đó phải đo thực nghiệm hoặc dùng số liệu nhà sản xuất nút tiết lưu.

Bước 2. Đường kính lỗ cho lưu lượng yêu cầu

Đảo công thức để tìm A = Qr / (Cd·√(2·Δp/ρ)), rồi d = √(4·A/π). Qr đổi ra m³/s (chia 60 000), kết quả d ra m, nhân 1 000 ra mm:

dr = √(4·Qr / (π·Cd·√(2·Δp/ρ)))

Bước 3. Chênh áp qua van theo Kv

Định nghĩa Kv (IEC 60534-1): lưu lượng nước (m³/h), nhiệt độ 5–40 °C, chảy qua van ở độ mở cho trước khi chênh áp 1 bar. Với chất lỏng khác, Q = Kv·√(Δp/SG), SG là tỉ trọng so với nước. Đảo lại ra Δp; Q đổi từ L/ph sang m³/h (× 0,06):

SG = ρ/1000 ; Δp = SG·(Q/Kv)²

Giới hạn: công thức Kv đúng cho dòng rối. Dầu thủy lực có độ nhớt cao hơn nước hàng chục lần; với van nhỏ, lưu lượng thấp, IEC 60534-2-1 bổ sung hệ số Reynolds F_R để hiệu chỉnh. Vì vậy với van thủy lực nên ưu tiên đồ thị Δp–Q đo bằng dầu trong catalogue.

Bước 4. Đổi sang Cv

Catalogue Mỹ dùng Cv: lưu lượng nước tính bằng US gpm (60 °F) khi chênh áp 1 psi. Quy đổi Cv = 1,156·Kv, ngược lại Kv = 0,865·Cv:

Cv = 1,156·Kv

Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)

Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Giá trị	Đơn vị	Ghi chú / nguồn
1	Đường kính lỗ	d	2	mm
2	Hệ số lưu lượng Cd	Cd	0,62		Lỗ sắc cạnh 0,6–0,65; lỗ ngắn 0,7–0,8
3	Chênh áp	Δp	50	bar
4	Khối lượng riêng	ρ	870	kg/m³
5	Lưu lượng yêu cầu	Qr	10	L/ph
8	Hệ số Kv của van	Kv	1,5	m³/h
9	Lưu lượng qua van	Qv	30	L/ph

Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Kết quả	Đơn vị	Công thức / cách tính
6	LƯU LƯỢNG QUA LỖ	Q	12,53	L/ph	Q = Cd·A·√(2Δp/ρ)
7	Đường kính lỗ cho lưu lượng yêu cầu	dr	1,79	mm
10	Tỉ trọng	SG	0,87
11	Chênh áp qua van	dpv	1,25	bar	Δp = SG·(Q/Kv)²
12	Cv tương đương	Cv	1,73	US gpm/psi^0,5	Cv = 1,156·Kv

Bấm tay kiểm tra:

• √(2·Δp/ρ) = √(2·50·10⁵ / 870) = 107,2 m/s; A = π·0,002²/4 = 3,142·10⁻⁶ m².
• Q = 0,62·3,142·10⁻⁶·107,2 = 2,088·10⁻⁴ m³/s = 12,53 L/ph.
• dr = √(4·(10/60 000) / (π·0,62·107,2))·1 000 = 1,79 mm.
• Van: Q = 30·0,06 = 1,8 m³/h; Δp = 0,87·(1,8 / 1,5)² = 1,25 bar; Cv = 1,156·1,5 = 1,73.

Áp dụng thực tế và lưu ý

• Chênh áp qua van ở lưu lượng làm việc đọc trên đồ thị Δp–Q của catalogue hoặc tính từ Kv. Mọi chênh áp đều biến thành nhiệt: P = Δp·Q, ví dụ 1 bar ở 60 L/ph sinh 100 W. Chọn cỡ van sao cho Δp nhỏ trong giới hạn giá và kích thước cho phép (nhiệt tính tiếp ở TB14).
• Lỗ tiết lưu rất nhỏ (< 0,8 mm) dễ bị tắc bởi cặn; cần lọc dầu tốt hoặc dùng van tiết lưu điều chỉnh được.
• Lưu lượng qua lỗ thay đổi theo áp suất tải; nếu muốn tốc độ ổn định khi tải thay đổi, dùng van tiết lưu có bù áp (2 cửa có cân bằng áp).
• Lỗi hay gặp: quên đổi bar sang Pa (× 10⁵) và L/ph sang m³/s; nhầm Kv với Cv (chênh 15,6 %).

Căn cứ và tài liệu tham khảo

• IEC 60534-1 – van điều khiển công nghiệp, thuật ngữ – định nghĩa Kv (Bước 3).
• IEC 60534-2-1 (tương đương ANSI/ISA-75.01.01) – công thức định cỡ van cho chất lỏng, hệ số Reynolds F_R cho chất lỏng nhớt; quan hệ Cv = 1,156·Kv.
• H. E. Merritt – Hydraulic Control Systems (Wiley, 1967), chương 3 – phương trình lưu lượng qua lỗ, Cd ≈ 0,61 cho lỗ sắc cạnh (Bước 1–2).
• Trang nguồn công thức chung của site.

Nhóm: Truyền động cơ điện

Gồm: TB16 chọn động cơ servo / bước cho trục tuyến tính · TB17 chọn động cơ bước cho trục vít me / đai · TB18 động cơ băng tải · TB19 bàn xoay phân độ (index table) · TB20 chọn động cơ giảm tốc (gearmotor) · TB21 hộp số hành tinh chính xác cho servo · TB22 vít me bi · TB23 thanh trượt dẫn hướng tuyến tính (2 ray × 2 con trượt) · TB24 chọn khớp nối đàn hồi · TB25 ly hợp / phanh đĩa ma sát

← TB14 Thùng dầu, làm mát  ·  TB16 Chọn servo / động cơ bước →