旋翼式水表傾斜安裝對(duì)計(jì)量性能的影響

/ 上海市供水水表強(qiáng)制檢定站

0 引言

水表是人們?nèi)粘Ｉ铍x不開(kāi)的涉及貿(mào)易結(jié)算的計(jì)量器具，其計(jì)量的準(zhǔn)確與否，是人們較為關(guān)心的一個(gè)話題。在上海市中心城區(qū)，已基本做到對(duì)民用水表進(jìn)行安裝前首次強(qiáng)制檢定、限期使用、到期輪換。在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，水表在使用過(guò)程中計(jì)量失準(zhǔn)的原因主要有以下幾個(gè)：水表本身的計(jì)量性能、管網(wǎng)水質(zhì)、水表使用、水表選型、水表安裝等。對(duì)居民戶用水的計(jì)量，出于耐用、經(jīng)濟(jì)等因素，上海地區(qū)民用水表多采用多流束旋翼式水表。但是，水表的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量狀況一方面取決于水表本身的質(zhì)量，另一個(gè)重要方面取決于水表使用中的日常管理，人為因素會(huì)對(duì)計(jì)量性能產(chǎn)生一定程度的影響。例如，違反水表安裝的設(shè)計(jì)要求，將水表進(jìn)行水平方向的角度傾斜，這有可能造成計(jì)量失準(zhǔn)。至于其影響的程度以及偏差的方向，要求對(duì)水表的傾斜角度與計(jì)量誤差的關(guān)系進(jìn)行深入研究。

1 實(shí)驗(yàn)

一般對(duì)水表的了解，主要為水表的計(jì)量范圍以及計(jì)量準(zhǔn)確度，卻常忽略其準(zhǔn)確度是在什么樣的安裝及操作條件下所得到的。根據(jù)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程，水表有水平安裝和垂直安裝兩種方式，不同的安裝方式所取得的計(jì)量性能有所差異。居民用的小口徑水表較多采用旋翼式水表，由于受安裝條件限制，往往忽略了水表水平安裝的技術(shù)要求。為方便水表抄讀，有些水表在安裝時(shí)水平傾斜了一定角度，由此可能會(huì)產(chǎn)生計(jì)量偏差，見(jiàn)圖1、圖2所示。

圖1 水表水平安裝圖例

圖2 水表傾斜安裝圖例

為驗(yàn)證傾斜安裝是否會(huì)對(duì)其計(jì)量誤差產(chǎn)生影響以及影響程度，設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)。

1.1 試驗(yàn)條件

1）測(cè)試方法：選取一定數(shù)量的水表樣品，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下水平安裝（0°）與傾斜安裝（15°、30°、60°）情況下，分別測(cè)出示值誤差進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證水表傾斜安裝對(duì)各流量點(diǎn)示值誤差造成的影響及其影響程度。

2）水表樣本數(shù)：80只，按規(guī)格分為20只一組，共4組。

3）水表的型號(hào)規(guī)格：LXS-15E、LXS-15C、LXS-20C、LXS-20E。

4）水表制造單位：上海水表廠、上海水務(wù)建設(shè)公司水表儀器廠。

5）測(cè)試依據(jù)：JJG 162-2009《冷水水表》。

6）測(cè)試環(huán)境：溫度：24 ℃ 水溫：20 ℃ 壓力：0.83 MPa；相對(duì)濕度：65%RH。

7）水表檢定裝置（上海市供水水表強(qiáng)制檢定站），測(cè)量范圍：15～25 mm，不確定度等級(jí)：0.2級(jí)。

1.2 試驗(yàn)情況

以上海某水表廠生產(chǎn)的型號(hào)規(guī)格為L(zhǎng)XS-15E的水表為例，以其正常（水平）安裝時(shí)的示值誤差情況為對(duì)比，制作水平安裝（0°）以及各傾斜角度安裝下的各表示值誤差曲線圖。

在水表各角度的傾斜安裝情況下，通過(guò)試驗(yàn)得到了與傾斜角度有關(guān)的四組數(shù)據(jù)（鑒于所采用的水表型號(hào)所得出的結(jié)論方向性基本一致的情況，這里僅例舉一組數(shù)據(jù)）。

1） 當(dāng)水表傾斜15°時(shí)的各流量點(diǎn)示值誤差曲線分布見(jiàn)圖3～5。

圖3 Q3流量點(diǎn)（2 500 L/h）-各表位示值誤差

圖4 Q2流量點(diǎn)（50 L/h）-各表位示值誤差

數(shù)據(jù)分析：

在傾斜15°的安裝條件下，與水平安裝水表的示值誤差曲線相比較，各水表在Q3流量點(diǎn)的示值誤差曲線與水平安裝時(shí)基本重疊；在Q2與Q1流量點(diǎn)的偏差或離散性不甚明顯，各水表示值誤差在Q1流量點(diǎn)的最大偏差為-1.7%，平均偏差為-1.1%。

2）當(dāng)水表水平傾斜30°時(shí)的各流量點(diǎn)誤差曲線分布見(jiàn)圖6～8。

數(shù)據(jù)分析：

在傾斜30°的安裝條件下，與水平安裝水表的示值誤差曲線相比較，各水表在Q3流量點(diǎn)的示值誤差曲線與水平安裝時(shí)基本重疊，但在Q2與Q1流量點(diǎn)的偏差或離散性開(kāi)始逐步明顯，各水表示值誤差在Q1流量點(diǎn)的最大偏差為-5.9%，平均偏差達(dá)-4.5%。

3）當(dāng)水表水平傾斜60°時(shí)的各流量點(diǎn)誤差曲線分布見(jiàn)圖9～11。

數(shù)據(jù)分析：

在傾斜60°的安裝條件下，與水平安裝水表的示值誤差曲線相比較，各水表在Q3流量點(diǎn)的示值誤差曲線與水平安裝時(shí)基本重疊，但在Q2與Q1流量點(diǎn)的偏差或離散性程度明顯加大，各水表示值誤差在Q1流量點(diǎn)的最大偏差為-6.6%，平均偏差達(dá)-5.4%。

圖6 Q3流量點(diǎn)（2 500 L/h）-各表位示值誤差

圖7 Q2流量點(diǎn)（50 L/h）-各表位示值誤差

圖8 Q1流量點(diǎn)（31.25 L/h）-各表位示值誤差

圖9 Q3流量點(diǎn)（2 500 L/h）-各表位示值誤差

圖10 Q2流量點(diǎn)（50 L/h）-各表位示值誤差

圖11 Q1流量點(diǎn)（31.25 L/h）-各表位示值誤差

2 試驗(yàn)結(jié)論

2.1 試驗(yàn)結(jié)果分析

從示值誤差數(shù)據(jù)的曲線圖分析可以看出，在常用流量處（Q3），安裝角度對(duì)水表誤差的影響不大，即使安裝角度傾斜到60°，與水平安裝水表的偏差最大也只有-1.1%（LXS-20E型等）；在分界流量處（Q2），水表的偏差隨安裝傾角增大逐漸增大；到了最小流量處（Q1），計(jì)量偏差顯著增加，最大的達(dá)到-14.8%（LXS-20C型）。從以上分析可以得出，安裝角度對(duì)水表產(chǎn)生的示值誤差有比較大的負(fù)面影響。這種影響尤其在小流量處更加明顯，并且流量越小影響越大，即在小流量區(qū)域，安裝傾斜的角度越大，水表的轉(zhuǎn)速減慢。

2.2 原因分析

通過(guò)試驗(yàn)得知了一個(gè)傾斜安裝的水表工作時(shí)產(chǎn)生計(jì)量誤差的大致趨勢(shì)，但對(duì)于民用旋翼式水表傾斜安裝引起誤差偏負(fù)的原因，還可以從旋翼式水表的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

旋翼式水表的計(jì)量機(jī)構(gòu)主要由圖12所示的幾個(gè)部件構(gòu)成。要保證對(duì)通過(guò)水表的水流量準(zhǔn)確計(jì)量，需要各個(gè)部件精確定位。旋翼式水表在設(shè)計(jì)時(shí)，不僅是葉輪盒上部?jī)?nèi)孔與頂尖之間，還是葉輪上端的軸與下部的葉輪襯套孔之間均要求具有良好的同軸度和間隙，而這只有在水表水平安裝的時(shí)候才能得到保證。如果水表傾斜安裝的話，上述要求不僅無(wú)法得到滿足，重力因素更會(huì)造成內(nèi)部零部件間的距離減小，增加摩擦現(xiàn)象發(fā)生的概率。如果傾斜現(xiàn)象過(guò)于嚴(yán)重，水表的內(nèi)部零部件就會(huì)擠壓在一起，頂尖和葉輪軸之間，葉輪軸和葉輪盒之間的摩擦力增大，導(dǎo)致傳動(dòng)部件在小流量時(shí)難以驅(qū)動(dòng)（表現(xiàn)為誤差偏負(fù)），造成水表內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損壞，降低水表計(jì)量準(zhǔn)確度，增加計(jì)量誤差的產(chǎn)生。在流量較大時(shí)，該影響相對(duì)較小。

圖12 旋翼式水表計(jì)量結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)語(yǔ)

水表的安裝方式大大影響著水表的工作方式，不正確的安裝方式會(huì)增加水表計(jì)量誤差現(xiàn)象的發(fā)生。傾斜安裝對(duì)水表計(jì)量性能影響的初步試驗(yàn)性結(jié)論已經(jīng)得出，即傾斜安裝的角度越大，水表的誤差偏負(fù)越嚴(yán)重。為了避免水表內(nèi)部產(chǎn)生激流、渦流或者其他異?，F(xiàn)象，在安裝時(shí)，供水部門一定要注意將水表安裝在管道的直線上，盡量避免傾斜，且避免人為的因素，從而有效減少水表計(jì)量誤差的產(chǎn)生，避免一些民用水表計(jì)量糾紛的發(fā)生。

由于此次進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試選擇的試驗(yàn)樣本數(shù)量有限，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的代表性上不夠充分，試驗(yàn)方法也是采用較為普通的簡(jiǎn)單模擬方式，有待進(jìn)一步完善，可能得出的結(jié)論也是較為初步的，僅供參考。

[1]王曉明，朱懷勃.普通速度式機(jī)械水表計(jì)量精度影響因素的探討[J].供水技術(shù)，2009（4）：60-61.

[2]詹志杰.水表技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2004.