水表选型

水表选型和维护 第一节   水表的型式和分类 一、分类 流量计的分类原则有许多，主要按测量原理、测量方法和结构形式、测量目的、测量介质、测量管径、指示值显示方式等进行分类。水表的分类也基本上按这些原则。 1、按测量原理 按测量原理是一种主要的分类方法。一般可分为速度式水表和容积式水表。 （1）速度式水表：安装在封闭管道中，由一个运动元件组成，并由水流运动速度直接使其获得动力速度的水表。 典型的速度式水表有旋翼式水表、螺翼式水表。旋翼式水表中又有单流束水表和多流束水表。 （2）容积式水表：安装在管道中，由一些被逐次充满和排放流体的已知容积的容室和凭借流体驱动的机构组成的水表，或简称定量排放式水表。 容积式水表一般采用活塞式结构。 2、按计量等级 计量等级反映了水表的工作流量范围，尤其是小流量下的计量性能。按照从低到高的次序，一般分为A级表、B级表、C级表、D级表，其计量性能分别达到国家中规定的计量等级A、B、C、D等级的相应要求。常见的小口径水表：计量等级A、B级的流量比分别为50：1和100：1；大口径螺翼式水表：计量等级 A、B级的流量比分别为25：1和67：1。 说明：一些欧洲国家的大口径水表（如涡轮式水表或复式水表等）的工作流量范围特别宽（可以到200：1以上），也标注分段误差限和标注“B、C”等级符号，但这类表的计量等级符号的具体含义、特性流量值与国际标准ISO 4064中的规定不同。 3、按公称口径 按公称口径通常分为小口径水表和大口径水表。 公称口径40mm及以下的水表通常称为小口径水表，公称口径50mm及以上的水表称为大口径水表。这二种水表有时又称为民用水表和工业用水表，同时这种分法也可以从水表的表壳连接形式区别开来，公称口径40mm及以下的水表用螺纹连接，50mm及以上的水表用法兰连接。 4、按用途 按用途通常分为民用水表和工业用水表。民用水表只是指用于住宅用水结算的水表，其它用途的都可归入工业用水表。工业用水表一般为大口径水表。 5、按安装方向 按安装方向通常分为水平安装水表和立式安装水表（又称立式表），是指安装时其流向平行或垂直于水平线的水表，在水表的度盘上用“H”代表水平安装、用“V”代表垂直安装。 说明：当水表名称不指明时，一般均为水平安装水表。容积式水表没有安装水平与否的要求。欧洲一些采用了动平衡处理的大口径水表也可以以水平、垂直或倾斜的方式进行安装，但不同的安装取得的计量性能有差异，如水平安装时可以达到C级，而垂直或倾斜安装时要降级。 6、按介质的温度 按介质温度可分为冷水水表和热水水表，水温30℃是其分界线。 （1）冷水水表：介质下限温度为0℃、上限温度为30℃的水表。 （2）热水水表：介质下限温度为30℃、上限为90℃或130℃或180℃的水表。 说明：当不指明时，一般水表均指冷水水表。 7、按介质的压力 我国普通水表的公称压力（或最大允许工作压力）一般均为1MPa。高压水表是指最大使用压力超过1MPa的各类水表，主要用于流经管道的油田地下注水及其它工业用水的测量。 说明：当不指明时，水表的公称压力均为1MPa。欧洲一些国家的水表公称压力为16bar（1.6MPa）。 8、按计数器是否浸入水中 按水表的计数器是否浸入水中分为湿式水表和干式水表及液封水表，典型的性能区别在于水表的表玻璃是否承受水压、水表机械传感器与计数器的传动是直接齿轮联动还是磁钢传动。 （1）湿式水表：计数器浸入水中的水表，其表玻璃承受水压，传感器与计数器的传动为齿轮联动，使用一段时间后水质的好坏会影响水表读数的清晰程度。 （2）干式水表：计数器不浸入水中的水表，结构上传感器与计数器的室腔相隔离，水表表玻璃不受水压，传感器与计数器的的传动一般用磁钢传动。 （3）液封水表：用于抄表的计数字轮或整个计数器全部用液体密封的水表，密封隔离的计数器内的清晰度不受外部水质的影响，其余结构性能与湿式水表相同。 说明：行业中有时用小液封和大液封来区别计数器是字轮部分液封还是整个计数器液封。 9、按计数器的指示形式 按计数器的指示形式可分为指针式、字轮式（或称数码式或E型表）和指针字轮组合式。在国家标准GB/T 778―1996中又将指示形式分为模拟式装置、数字式装置、模拟式和数字式的组合装置。 说明：行业中常把指针式表又称为C型表，把字轮式和指针字轮组合式称为E型表或数码式。 10、按驱动叶轮的水流束数 旋翼式水表按驱动叶轮的水流束数，分为多流束水表和单流束水表（简称单流表）。 11、远传水表分类 远传水表通常是以普通水表作为基表、加装了远传输出装置的水表，远传输出装置可以安置在水表本体内或指示装置内，也可以配置在外部。 目前远传水表的信号有二类，一类是包括代表实时流量的开关量信号、脉冲信号、数字信号等，传感器一般用干簧管或霍尔元件，另一类代表累积流量的数字信号和经编码的其它电信号等。远传输出的方式包括有线和无线。 12、预付费类水表 预付费类水表是以普通水表作为基表、加装了控制器和电控阀所组成的一种具有预置功能的水表。典型的有IC卡冷水水表、TM卡水表等，定量水表采用的也是一种预置控制的技术。 （1）IC卡水表：以IC卡为媒体的预付费水表。按IC卡与外界数据传送的形式等来分，有接触型IC卡和非接触型（又称射频感应型）IC卡两种。接触型IC卡的触点可与外界接触；非接触型IC卡带有射频收发电路及其相关电路，不向外引出触点。 （2）TM卡水表：也是一种非接触式的智能预付费水表，TM卡是一种具有IC卡功能的碰触式存储卡。 （3）代码数据交换式水表：用一组变形的数据码来传输交换预付的水购置量数据，采用这种数据控制技术的智能预付费水表。 （4）定量水表：采用电气控制或数控方式，在一定范围内设置和控制用水量的水表。这是在IC卡类预付费表研制成功前的同类型表，用于工业生产过程（如化工生产、建筑工程混凝土搅拌等）和投币取水的场合。 13、检查用的标准水表 检查用的标准水表一般用制造精良的容积式水表或流量计，在一定的流量范围内准确度可达到0.5%，可以在现场对在用水表进行检定，并且可以检查管漏情况。此类标准水表又称水表在线检定仪。 第二节  国内常用水表 （一）旋翼式水表 1、结构 旋翼式水表是速度式水表的一种，多流束旋翼式水表是世界上用得最多的水表品种。 旋翼多流束式水表由表壳、中罩、表玻璃、密封垫圈、计量机构、计数机构和滤水网等组成。水流冲击叶轮后，叶轮开始转动，所转圈数通过计数机构累计，显示通过水表的水量。这种水表的公称口径一般为15mm～150mm。见图2-1和2-2。 图2-1  旋翼多流束水表的结构示意图 1-接管；2-连接螺母；3-接管密封垫圈；4-铅封；5-铜丝；6-销子；7-O形密封垫圈； 8-叶轮计量机构；9-罩子；10-盖子；11-罩子衬垫；12-表壳；13-碗状滤丝网 图2-2  旋翼多流束水表的结构展开图 1-表盖；2-轴销；3-铜罩；4-罩子衬垫；5-表玻璃；6-O形密封圈；7-计数器；8-防磁环；9-中心齿轮；10-齿轮盒；11-垫圈；12-磁钢座；13-叶轮；14-叶轮盒；15-表壳；16-调节螺钉；17-调节螺钉垫片；18-调节塞；19-滤水网；20-接管垫片；21-接管；22-连接螺母 2、性能特点 旋翼式水表的误差特性用水表的示值误差E与流量之间的关系来表示。旋翼式水表的误差特性曲线见图2-3。其特征为：在小流量时，误差急剧偏负；随着流量增至分界流量附近，误差曲线快速向正向移动，并达到一个峰值；当流量继续增大时，误差曲线又向负方向偏移。 图2-3  旋翼式水表误差特性图 旋翼式水表的计量等级一般只达到A级或B级。 旋翼式水表的压力损失在其过载流量下应不超过0.1MPa。不装过滤器的旋翼式水表的实际压力损失在(0.040～0.085)MPa范围内。 水表的使用寿命与产品所采用的结构、密切相关，也受到使用场合的安装、水质好坏的影响。实验室对使用寿命的试验情况不完全代表实际使用的场合。一般说来，水表的外壳不易损坏，可长久使用，容易损坏或磨损的是内部机芯。水表的活动部件（叶轮、叶轮盒组件等）一般用工程塑料ABS材料制造，比较耐磨。水表连续通水试验后比较容易损伤的是翼轮轴尖、翼轮轴齿轮和传动齿轮中的第一个齿轮。 在实验室中的试验说明，旋翼式水表在使用了相当于10年以上的用水量后，计量性能并无大的失准（可在±4%）内，整个误差特性曲线向下偏移，即在小流量、大流量下水表走字全部变慢。 但对实际用表的情况统计表明，民用小口径水表多年使用后的情况并没有那么理想，寿命也没有那么长，多数情况是多年使用后的水表在小流量下走慢，而在大流量下却变快。据分析，主要原因是水中杂质堵塞滤网后形成的单边冲击叶轮等效果形成。 说明：干式水表的使用寿命还受到制造企业所用的磁性材料和工艺的影响。 3、对介质与安装的要求 旋翼多流束水表对水质要求和流场要求相对不高，但使用时间久了可能对湿式水表的度盘读数会产生一些影响（干式水表和液封式水表不存在这个问题）。旋翼单流束水表对水质要求和流场要求相对较高。 旋翼式水表对水表的流向、安装方位、读数度盘的朝向、表前表后的直管段均有要求，单流水表要求更严。 （二）螺翼式水表 螺翼式水表又称伏特曼（Woltmann）水表，也是速度式水表的一种，适合在大口径管路中使用，其特点是流通能力大、压力损失小。螺翼式水表分为水平螺翼式水表和垂直螺翼式水表两大类。国内所使用的大部分工业用表都是水平螺翼式水表。 1、结构 以水平螺翼式水表和可拆式水平螺翼式水表为例。 水平螺翼式水表，又称涡轮式水表是指该种水表的螺翼轴线与自来水管道轴线成平行（或重合），其叶轮采用螺翼形状。 水平螺翼式水表的结构示意见图2-4，可拆式螺翼式水表的展开图见图2-5。 图2-4  水平螺翼式水表的结构示意图 1-表壳；2-调整器；3-铜丝；4-铅封；5-密封垫圈；6-衬圈；7-指示机构；8-表玻璃； 9-罩子组件；10-表罩；11-翼轮组件；12-支架组件；13-整流器组件；14-开槽圆柱头螺钉 图2-5 可拆卸水平螺翼式水表结构展开图 1-表盖；2-罩；3-垫圈；4-透镜；5-垫片；6-计数器；7-螺钉；8-垫片；9、10-O形圈；11-上轴承装置；12-斜齿轮装置；13-螺丝； 14-螺帽；15-后轴；16、17-螺丝；18-主外壳；19-固定销；20-O形圈；21-封印螺丝；22-调节装置盖；23-螺丝；24-衬垫； 25-用于调节装置盖的螺丝；26-法兰盖；27-轴衬；28-磁驱动装置；29-保护套；30-承受框；31-支座；32-螺旋浆；33-螺帽；34- 垫片；35-用于调节装置的垫片；36-调节轴；37-调节转柄；38-整流器；39-安装环；40-调节板；41-轴承座；42-下轴承装置；43-螺帽 水平螺翼式水表主要由表壳、整流器、误差调节装置、螺翼、支架、蜗轮蜗杆、计数机构、表玻璃、密封垫圈及中罩等零部件组成。 大口径水表还有复式水表、插入式水表等。 复式水表，又称组合式水表，也叫母子式水表，是由口径不同的水平螺翼式水表和旋翼式水表组合而成的，其中的大口径水表（也可能再加一只单向阀）与管道口径相同并连接，小口径水表成为其旁路管线。复式水表的最大特点是量程比相当大（>1000），适合于流量变化较大的场合，但因为加装了单向阀增大了压力损失。另外体积大、重量重也是复式水表的缺点。 插入式流量计是用较小的叶轮计量机构，插入直径比它大得多的管道壳体内，使其成为具有计量大流量能力的流量计。插入式水表也是采用这样的原理进行工作的。插入式水表有插入式旋翼水表和插入式水平螺翼水表，口径一般在80mm以上。插入式水表通过测定表壳中心点流速，来计量整个大口径管道的流量，其特点是体积小、重量轻、流通能力大，制造维修成本低，抗水中杂质能力比普通表要强，但小流量计量能力较弱，计量等级一般只达到A级。 可拆卸式水平螺翼式水表，因其计量流量范围宽、零部件通用性强、安装维修可在不停水不拆表的情况下进行等特点，也成为其中的一个系列产品。插入式可拆卸水平螺翼式水表实际上是可拆卸水平螺翼式水表的改进产品，是可拆卸式与插入式两者结合的水表。 2、性能 水平螺翼式水表的误差特性特征为：在流量小时，误差急剧偏负；随着流量增至分界流量附近，误差曲线快速趋于平稳。大流量下的计量性能与直管段条件密切相关。水平螺翼式水表的计量等级一般为A级或B级。 一些进口或引进生产的垂直螺翼式水表、WPD型水平螺翼式水表、复式水表的流量范围相当宽，特性流量点的规定也不同。 水平螺翼式水表的压力损失在其过载流量下应不超过0.03MPa。压力损失小是水平螺翼式水表的一大优点，但使用时要考虑附加安装过滤网所带来的其它压力损失。 按国际建议R49-1：2000（E）的规定，水表在其计量的最小流量至过载流量范围内的压力损失应不大于0.1MPa。一般情况下，最大压力损失总是在水表的最大流量下测得，但对于复式水表可能有例外。 由于一些型号的水表的流量范围较大，有必要了解整个流量范围的水表的压力损失情况，为此，可以参看水表的流量-压力损失曲线图。图2-6为某一型号水表的几种规格的压力损失图。 图2-6 压力损失图 与相同公称口径的旋翼式水表相比，水平螺翼式水表的流通计量能力大20%以上，压力损失小、结构简单、故障少、价格低，但灵敏度不高，始动流量较大，安装和直管段条件要求较严格。 螺翼式水表一般适合公称口径50mm以上的、用水量较大的管道水计量。水平螺翼式水表也非常适用于农用灌溉用水和其它水利方面的计量。 （三）容积式水表 1、结构 容积式水表又称活塞式水表，是一种定排量式的水表。 容积式水表最主要的产品为旋转活塞式水表。圆盘式水表在国内没有使用，国外也只有美国等少数国家使用。旋转活塞式水表一般为小口径规格，特点是计量等级高（可达C级和D级）、小流量计量能力强、灵敏度高。 图2-7为一种旋转活塞式水表的结构展开图。 图2-7  活塞容积式水表结构展开图 1-防尘套；2-连接螺母；3-接管；4-接管密封垫圈；5-夹紧机构；6-传动机构；7-轴；8-滤水网； 9-上表壳；10-铜销；11-表盖；12-计数机构；13-盖板组件；14-活塞；15-计量机构；16-下表壳 2、性能 容积式水表的误差特性曲线见图2-7。整条误差曲线呈抛物线状：在流量小时，误差急剧偏负，随着流量的增加，误差曲线逐渐向正向移动，并相对平稳；当流量很大时，误差曲线又向负方向偏移。 图2-21  容积式水表误差特性图 容积式水表的计量等级较高，一般可达到C级或D级，其对应的流量比分别为200：1和267：1。 容积式水表的压力损失在其过载流量下不超过0.1MPa。 3、对材料、介质、安装的要求 容积式水表对水质要求较高，磨损比旋翼式水表大，因此要求容积式水表所用的工程塑料卫生和强度方面要更可靠。国内容积式水表的机芯材料一般采用PS聚苯乙烯等材料。 容积式水表如果遇到流过的水有杂质，会卡住活塞或圆盘，供水随之停止。水质的好坏同时直接影响容积式水表的使用寿命。随着使用时间，由于磨损后的间隙增大，泄漏量增大，容积式水表的计量性能朝偏慢的方向变化。 除流向外，容积式水表对表的安装方位、读数度盘的朝向、表前表后的直管段均无要求。 （四）远传水表 远传水表目前叫法很多，有脉冲水表、电子水表、发讯水表、发信水表、开关式远传水表、刻度识别式发讯水表、直读式远传水表等等，目前没有一个统一明确的名称。无论何种叫法，大致分两种： （1）瞬时型：一种能发生代表实时流量的开关量信号、脉冲信号、数字信号等的水表，其特点是以用水体积量间隔发讯，比如，如果传感器安装在0.01m3的指针位置上，则用水量达到100升(0.01m3的指针走一圈)就会发出1个信号； （2）直读型：一种能发生代表水表已有水量的数字信号或经编码的其它电信号的水表，其特点是按抄读时间间隔（自动或人为设置）发生信号。 瞬时型远传水表是在普通机械水表的计数机构上加装了干簧管、霍尔元件或光电等元件，并引出相应的信号线，与采集器或抄表器连成一个电路系统。远传水表本身不带电源，与采集器系统连成回路而输出信号工作，也有通过电话线等线路实现数据输送。这种型式的远传水表已有较长的历史，近年来产品在实际应用中不断地改进，加强了可靠性、抗干扰性，同时也用系统管理软件来辅助监测。 直读型远传水表是近年来开发出的产品，一般采用位置传感器来识别水表的读数字轮的每一个读数，一般只设计到1 m3以上的抄读数，字轮上的1、2、3…、9、0十个数分别对应不同的电参数值（如电阻）。直读型表同样也有信号线引出与抄表系统连成一回路，但平时不工作也不用电，只有到要求抄读的瞬间或一段时间，抄表系统发出抄读指令、接通回路，才把当前的各字轮示值数传送给管理系统。直读型远传水表的传感触点较多，个位m3字轮运转频繁，其可靠性工艺要求较高才能保证水表的使用寿命。 （五）IC卡水表 IC卡水表是一种利用微电子技术、现代传感技术、智能IC卡技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的水表，结构示意见图2-8。 图2-8  IC卡式水表结构示意图 1-表盖；2-表罩；3-阀上垫圈；4-阀体部分；5-阀下垫圈；6-表壳；7-连接螺母；8-密封圈；9-接管；10-滤水网； 11-叶轮计量机构；12-密封圈；13垫圈；14-铜罩；15-发讯部件；16-不锈钢圈；17-封口圈；18-卡座；19-透明片