旋翼式水表倾斜安装对计量性能的影响

/ 上海市供水水表强制检定站

0 引言

水表是人们日常生活离不开的涉及贸易结算的计量器具，其计量的准确与否，是人们较为关心的一个话题。在上海市中心城区，已基本做到对民用水表进行安装前首次强制检定、限期使用、到期轮换。在实际工作中发现，水表在使用过程中计量失准的原因主要有以下几个：水表本身的计量性能、管网水质、水表使用、水表选型、水表安装等。对居民户用水的计量，出于耐用、经济等因素，上海地区民用水表多采用多流束旋翼式水表。但是，水表的现场计量状况一方面取决于水表本身的质量，另一个重要方面取决于水表使用中的日常管理，人为因素会对计量性能产生一定程度的影响。例如，违反水表安装的设计要求，将水表进行水平方向的角度倾斜，这有可能造成计量失准。至于其影响的程度以及偏差的方向，要求对水表的倾斜角度与计量误差的关系进行深入研究。

1 实验

一般对水表的了解，主要为水表的计量范围以及计量准确度，却常忽略其准确度是在什么样的安装及操作条件下所得到的。根据国家计量检定规程，水表有水平安装和垂直安装两种方式，不同的安装方式所取得的计量性能有所差异。居民用的小口径水表较多采用旋翼式水表，由于受安装条件限制，往往忽略了水表水平安装的技术要求。为方便水表抄读，有些水表在安装时水平倾斜了一定角度，由此可能会产生计量偏差，见图1、图2所示。

图1 水表水平安装图例

图2 水表倾斜安装图例

为验证倾斜安装是否会对其计量误差产生影响以及影响程度，设计了以下实验。

1.1 试验条件

1）测试方法：选取一定数量的水表样品，在实验室环境下水平安装（0°）与倾斜安装（15°、30°、60°）情况下，分别测出示值误差进行比对，验证水表倾斜安装对各流量点示值误差造成的影响及其影响程度。

2）水表样本数：80只，按规格分为20只一组，共4组。

3）水表的型号规格：LXS-15E、LXS-15C、LXS-20C、LXS-20E。

4）水表制造单位：上海水表厂、上海水务建设公司水表仪器厂。

5）测试依据：JJG 162-2009《冷水水表》。

6）测试环境：温度：24 ℃ 水温：20 ℃ 压力：0.83 MPa；相对湿度：65%RH。

7）水表检定装置（上海市供水水表强制检定站），测量范围：15～25 mm，不确定度等级：0.2级。

1.2 试验情况

以上海某水表厂生产的型号规格为LXS-15E的水表为例，以其正常（水平）安装时的示值误差情况为对比，制作水平安装（0°）以及各倾斜角度安装下的各表示值误差曲线图。

在水表各角度的倾斜安装情况下，通过试验得到了与倾斜角度有关的四组数据（鉴于所采用的水表型号所得出的结论方向性基本一致的情况，这里仅例举一组数据）。

1） 当水表倾斜15°时的各流量点示值误差曲线分布见图3～5。

图3 Q3流量点（2 500 L/h）-各表位示值误差

图4 Q2流量点（50 L/h）-各表位示值误差

数据分析：

在倾斜15°的安装条件下，与水平安装水表的示值误差曲线相比较，各水表在Q3流量点的示值误差曲线与水平安装时基本重叠；在Q2与Q1流量点的偏差或离散性不甚明显，各水表示值误差在Q1流量点的最大偏差为-1.7%，平均偏差为-1.1%。

2）当水表水平倾斜30°时的各流量点误差曲线分布见图6～8。

数据分析：

在倾斜30°的安装条件下，与水平安装水表的示值误差曲线相比较，各水表在Q3流量点的示值误差曲线与水平安装时基本重叠，但在Q2与Q1流量点的偏差或离散性开始逐步明显，各水表示值误差在Q1流量点的最大偏差为-5.9%，平均偏差达-4.5%。

3）当水表水平倾斜60°时的各流量点误差曲线分布见图9～11。

数据分析：

在倾斜60°的安装条件下，与水平安装水表的示值误差曲线相比较，各水表在Q3流量点的示值误差曲线与水平安装时基本重叠，但在Q2与Q1流量点的偏差或离散性程度明显加大，各水表示值误差在Q1流量点的最大偏差为-6.6%，平均偏差达-5.4%。

图6 Q3流量点（2 500 L/h）-各表位示值误差

图7 Q2流量点（50 L/h）-各表位示值误差

图8 Q1流量点（31.25 L/h）-各表位示值误差

图9 Q3流量点（2 500 L/h）-各表位示值误差

图10 Q2流量点（50 L/h）-各表位示值误差

图11 Q1流量点（31.25 L/h）-各表位示值误差

2 试验结论

2.1 试验结果分析

从示值误差数据的曲线图分析可以看出，在常用流量处（Q3），安装角度对水表误差的影响不大，即使安装角度倾斜到60°，与水平安装水表的偏差最大也只有-1.1%（LXS-20E型等）；在分界流量处（Q2），水表的偏差随安装倾角增大逐渐增大；到了最小流量处（Q1），计量偏差显著增加，最大的达到-14.8%（LXS-20C型）。从以上分析可以得出，安装角度对水表产生的示值误差有比较大的负面影响。这种影响尤其在小流量处更加明显，并且流量越小影响越大，即在小流量区域，安装倾斜的角度越大，水表的转速减慢。

2.2 原因分析

通过试验得知了一个倾斜安装的水表工作时产生计量误差的大致趋势，但对于民用旋翼式水表倾斜安装引起误差偏负的原因，还可以从旋翼式水表的结构进行分析。

旋翼式水表的计量机构主要由图12所示的几个部件构成。要保证对通过水表的水流量准确计量，需要各个部件精确定位。旋翼式水表在设计时，不仅是叶轮盒上部内孔与顶尖之间，还是叶轮上端的轴与下部的叶轮衬套孔之间均要求具有良好的同轴度和间隙，而这只有在水表水平安装的时候才能得到保证。如果水表倾斜安装的话，上述要求不仅无法得到满足，重力因素更会造成内部零部件间的距离减小，增加摩擦现象发生的概率。如果倾斜现象过于严重，水表的内部零部件就会挤压在一起，顶尖和叶轮轴之间，叶轮轴和叶轮盒之间的摩擦力增大，导致传动部件在小流量时难以驱动（表现为误差偏负），造成水表内部结构的损坏，降低水表计量准确度，增加计量误差的产生。在流量较大时，该影响相对较小。

图12 旋翼式水表计量结构图

3 结语

水表的安装方式大大影响着水表的工作方式，不正确的安装方式会增加水表计量误差现象的发生。倾斜安装对水表计量性能影响的初步试验性结论已经得出，即倾斜安装的角度越大，水表的误差偏负越严重。为了避免水表内部产生激流、涡流或者其他异常现象，在安装时，供水部门一定要注意将水表安装在管道的直线上，尽量避免倾斜，且避免人为的因素，从而有效减少水表计量误差的产生，避免一些民用水表计量纠纷的发生。

由于此次进行的实验室测试选择的试验样本数量有限，在试验数据的代表性上不够充分，试验方法也是采用较为普通的简单模拟方式，有待进一步完善，可能得出的结论也是较为初步的，仅供参考。

[1]王晓明，朱怀勃.普通速度式机械水表计量精度影响因素的探讨[J].供水技术，2009（4）：60-61.

[2]詹志杰.水表技术手册[M].北京：中国计量出版社，2004.