淺析不同壓力對垂直螺翼式水表示值誤差的影響

苗錦程

（洛陽市水表檢定站，河南 洛陽 471003）

水表是一種流量儀表，也是正確計量和合理分配水資源的法制計量儀表，其數(shù)量大，應用面廣，與國計民生關(guān)系密切。自50 年代自行生產(chǎn)以來，品種一直在不斷增加，大致分為普通機械式水表，智能水表和流量計。機械水表在安裝、維護、成本等方面具有優(yōu)勢，近10 余年來，又以寧波水表股份有限公司為代表，WS 垂直螺翼式水表以其良好的靈敏度、大流通能力、低壓力損失替代LXS 型旋翼濕式水表逐漸成為新型大口徑水表的主導產(chǎn)品。

WS 垂直螺翼式水表的發(fā)展令人頗喜，寬量程比的設(shè)計使得WS 水表在保證大流通能力的同時，也具有良好的小流量計量性能。實際上，多數(shù)水司為了今后的擴展需要，在設(shè)計自來水管網(wǎng)時，管道直徑一般偏大，造成大直徑管段流通相對的小流量，這樣很容易引起小流量漏記，因此，寬量程比的設(shè)計也更為符合用戶的需求，不僅多回收了小流量的水費，也滿足了大流量的計量。

但是，本人在大量檢定工作中發(fā)現(xiàn)WS 垂直螺翼式水表小流量計量受壓力的影響比較明顯，寬量程比設(shè)計雖然具有足夠小的最小流量Q1有利于水費的足額計量，但其小流量的示值誤差受壓力的影響也更為顯著，進而也對WS 水表的檢定工作、使用條件產(chǎn)生了更大的影響。為了進一步研究不同壓力對垂直螺翼式水表示值誤差的影響，本文進行了不同壓力下的示值誤差實驗。

1 不同壓力對垂直螺翼式水表示值誤差曲線的影響實驗

1.1 實驗裝置

實驗裝置采用洛陽市水表檢定站的大口徑水表檢定平臺，是由丹東貝特自動化有限公司生產(chǎn)的靜態(tài)容積法水流量標準裝置，平臺型號LJX-12S，檢定水表口徑范圍DN(15-300)mm，平臺檢定證書編號液流字20200612-V0022，裝置不確定度0.1%（k=2）。

1.2 實驗樣本

本人在檢定工作中常接觸的WS 垂直螺翼式水表主要由寧波水表股份有限公司和福州真蘭水表有限公司生產(chǎn)。常用的水表口徑規(guī)格為DN80、DN100 和DN150，通過在其各自量程范圍內(nèi)，不同壓力條件下的大量檢定工作后發(fā)現(xiàn)，WS 垂直螺翼式水表的Q1流量點誤差受壓力的影響變化較大，Q2～Q3流量點誤差所受影響較小，其中表現(xiàn)較為明顯的是寧波水表股份有限公司生產(chǎn)的DN80 規(guī)格水表和福州真蘭水表有限公司生產(chǎn)的DN150 規(guī)格水表。

由于本實驗選取低流量測試點較多，導致試驗所花時間較長，所以隨機選取5 塊寧波水表股份有限公司生產(chǎn)的WS 寬量程比水表作為實驗樣本，同時，口徑選取了較有代表性的DN80 進行實驗。實驗所采用的水表基本信息如下：水表型號WS-80；水表編號1113、1257、1262、1281、1280；Q3（m3/h）為63；Q3/Q1為200；準確度等級為2 級；壓力等級為MAP10。

1.3 流量點及實驗壓力選定

由于小流量計量受壓力的影響較大，大流量計量所受影響可忽略不計，因此，實驗設(shè)計時著重考慮小流量的誤差影響情況，在計量區(qū)間內(nèi)選取8 個低流量點（含Q1和Q2流量點）及Q3流量點，共9 個流量點。

根據(jù)國家飲用冷水水表檢定規(guī)程《JJG 162—2019》的要求，保證水表前后的工作壓力在0.03MPa 到最大允許工作壓力（MAP），因此，在滿足該要求的前提下，選取有代表性的表前壓力為0.042MPa 和0.3MPa 的實驗壓力點。其中，0.042MPa 比水表額定工作條件要求的工作壓力范圍下限值略高，而0.3MPa 為洛陽市自來水管網(wǎng)壓力值，另外，本人在大量檢定工作中發(fā)現(xiàn)，通常壓力高于0.1MPa 后，低流量點誤差受壓力的影響已不顯著。

1.4 實驗方法

隨機抽取5 塊水表，分別測試在0.042MPa 和0.3MPa 的表前壓力條件下所選定9 個流量點處的示值誤差。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 實驗結(jié)果

經(jīng)實驗，5 塊水表在0.042MPa 和0.3MPa 的表前壓力條件下在所選定流量點處的示值誤差測試結(jié)果，如表1 所示。

表1 示值誤差測試結(jié)果表

為了更直觀地看出表1 各低流量點因壓力引起的誤差變化趨勢，本人繪制了示值誤差在兩個壓力條件下的差值曲線圖，就不再分別繪制不同壓力點的示值誤差曲線圖了。根據(jù)表2.1 的測試數(shù)據(jù)，以各水表在表前壓力為0.3MPa 時，8 個低流量點的誤差數(shù)據(jù)為基準，各水表在0.042MPa 情況與0.3MPa 情況下的示值誤差差值曲線圖，如圖1 所示。

圖1 示值誤差差值曲線圖

根據(jù)圖1 示值誤差差值曲線圖以及Q3常用流量點處的數(shù)據(jù)做參考可以看出，在表前水壓由0.3MPa改變?yōu)?.042MPa后：

（1）從分界流量Q2開始至常用流量Q3，隨著流量增大，示值誤差的差值受壓力影響已趨向微弱。

（2）從分界流量Q2開始，隨著流量減小，壓力改變帶來的影響開始顯著，水表示值誤差的差值有偏慢現(xiàn)象，最大差值至-6.26%。

2.2 誤差變化原因分析

WS 水表的計量基于葉輪轉(zhuǎn)速與水流速度成正比例，葉輪承受水的沖擊力而旋轉(zhuǎn)，決定水表沖擊力大小的因素是水表入水口與出水口的壓差，因此，只要壓差相同，則不管其整個水壓是多大，葉輪所受的沖擊力就相同，即從水表的計量原理上來說誤差并不受到水壓的直接影響。但是，由于設(shè)計結(jié)構(gòu)與材料的影響，有的水表在受到壓力變化后會影響其小流量的誤差，分析其原因，可能有如下幾個方面。

（1）該水表的機芯為塑料，在不同的壓力情況下，變形量不同，機芯組件間隙變化，導致葉輪同軸度下降、軸承與齒輪嚙合間機械摩擦阻增大等。

（2）水表受壓變化后，密封橡膠圈也會產(chǎn)生不同變形，進而使夾板與齒輪盒變形量不同。

（3）水表降低測試水壓后，導致葉輪受力形體變化和一般工作壓力時有不同。

3 建議

水表計量誤差對供水企業(yè)來講，是影響收益的重要因素，而水表的安裝環(huán)境如安裝傾斜度、加裝濾網(wǎng)、前后直管段，工作條件如水溫、水壓、水質(zhì)，人員操作如超期使用等外在因素，均不同程度地影響著水表計量的誤差。本實驗重點分析了水壓因素對垂直螺翼式水表示值誤差的影響程度，該影響在可接受的范圍內(nèi)，且是可控的，在實際使用該類水表時，本人建議使壓力處于0.1MPa 至最大允許工作壓力區(qū)間，就可避免壓力的影響（不包括在該區(qū)間壓力波動劇烈的情況）。在檢定時，建議細化小流量壓力條件。此外，建議供水企業(yè)也應根據(jù)自身情況對影響水表計量的其他因素進行測試，以保障計量的準確性和水費回收率。本人參加計量工作以來，雖然在同事的幫助下不斷學習，但由于自身學識有限，對一些標準用語理解不深，差錯之處在所難免，敬請批評指正。