水表压力损失对流量计量的影响

王昊飞 姚 蜜

0 引言

在我们的日常生活中，水表是向水务部门提供居民、企业等用户用水量的主要依据，所以，水表的工作质量直接关系到用户的利益和水务部门的经济效益。也正因为如此，水务部门和用户都对水表运行质量予以高度重视。而水表压力损失则是影响水表使用质量的关键，它将会对水量计量的稳定性和精确性产生很大的影响，因此，对于水表压力损失，我们应做到足够重视。

1 水表压力损失

压力损失也就是液体在流动过程中所产生的能量损失，主要包括局部的压力损失和沿程的压力损失。水表局部的压力损失是由内部旋涡所导致的液体质点与液体质点，或者是液体质点与固体壁面之间的碰撞以及剧烈摩擦过程中造成的压力损失。

因为水表有着不同的种类，所以水表也有着多种多样的结构形式，就常见的单流束式水表、多流束式水表以及容积式水表而言，他们的组成就具有很大差异。但是就各个构件的功能来看，不同种类水表的构建主要都包括过滤网、表壳、流量调节板、计量机构和隔板[1]。

水表之所以会产生压力损失，其主要原因是当水流经过各个构件时，其速度和方向都会发生相应的改变，这样就会导致流场发生畸变，进而影响到其速度分布，这样就产生了压力损失。

2 水表压力损失原因分析

2.1 水流产生的旋涡围绕轴线转动

旋涡的产生主要是因为水流改变了方向，这在水表计量机构中将会表现得十分明显，且水表计量机构自身的功能将会对旋涡产生情况起到决定性作用。也就是说，计量机构里的叶轮会借助于旋转水流来保障自身转动的连续性，以此来实现水量计量。所以，计量机构对水表自身的计量特性也会起到决定性作用。

2.2 二次流动

所谓二次流动，指的是在水流分离作用下所形成的二次涡流，这种二次涡流不仅会受到水流分离限制，且可以重复循环。在水表中，导致二次涡流形成的主要构件包括表壳和流量调节板。在水流从表壳经过的过程中，与水流垂直的表壳截面面积会在水流的作用下出现突然性的增大或者缩小，而在表壳截面增大的位置或缩小的位置附近，就会有二次涡流形成。水表的流量调节板主要在计量机构底部或上部分布，它可以起到分离水流的作用，而二次涡流也正因为分离而形成，进而让水流的能量降低，流速减慢，以此来避免因为叶轮元件转速太快所导致的运动元件磨损过快情况，保障水表的使用寿命[2]。

上述的这些构件都会对流场产生影响，而这些影响的综合结果就是导致速度矢量的轴向、切向以及径向的不对称，其主要的表现就是压力损失，且对于不同结构形式的水表而言，压力损失各项的速度矢量也会有着不同的敏感程度，所以对流场变化所产生的影响也会有所差异，这就使得不同结构形式的水表流量计量方面的可靠性、稳定性以及重复性存在差异。

3 水表中各个构件压力损失对比分析

经长时间的实践发现，在受到设备条件、安装方式等各种工况条件的影响作用下，各种水表所表现出的计量误差在稳定性以及一致性方面从次到好的顺序为单流束式水表、多流束式水表和活塞式水表。在流量为每小时5立方米的情况下，通过对DN20水表中各个构件压力损失情况所进行的实验，具体试验中，将水流量控制统一控制（每小时5立方米），然后分别将单流束式水表、多流束式水表以及活塞式水表安装好，并通过压力损失测量装置对水表中各个构件的压力损失情况进行测量。具体的试验结果如下表所示。

通过上表可知，在水表的各个组成构件中，最重要的压力损失构件是水表的计量机构，而压力损失产生的主要原因则是由旋涡所导致的流场激变。计量机构将会对水表压力损失产生很大的影响，也就是说，在水表的所有构件中，计量机构所导致的压力损失占比越大，水表计量过程中所表现的稳定性和重复性也就会越差[3]。

4 水表压力损失和流量计量之间的关系分析

在水表的实际应用过程中，水表压力损失和流量之间有着十分复杂的关系，在对其关系进行具体分析的过程中，我们可以用以下的二次函数加以粗略表示，其公式为：

在以上的二次函数公式中，水表压力损失值用Λp来表示；流量用Q来表示，常数项分别是a、b、c。

在具体的测试中，分别在不同的流量条件下对单流束式水表、多流束式水表以及活塞式水表的压力损失进行测试，经过测试，得出了这三种水表在不同流量条件下的压力损失情况，具体情况如下图1所示。

通过以上的曲线图可以看出，在流量条件相同的情况下，单流束式水表的压力损失最大，多流束式水表的压力损失次之，活塞式水表的压力损失最小。之所以会出现这样的情况，主要是因为在通过水表进行计量时，由于水表计量机构不同，旋涡、二次流以及脉动流所导致的流场激变不同，流场稳定性降低情况和水表流量计量结果所受到的影响也不同，所以其压力损失也就会呈现出差异性[4]。

所以，在具体的水表使用过程中，若要提升水表计量的准确性，就应该通过科学合理的方法来降低计量机构所造成的压力损失，比如对叶轮进行优化等。这样才能保障水表的计量效果，避免计量机构压力损失对流量计量产生过大的不利影响。

表1水表中各个构件所造成的压力损失情况

图1不同流量条件下三种水表压力损失情况曲线图

5 结束语

本文主要对水表压力损失对水表计量的影响进行分析，通过分析可知，在应用水表进行水量计量的过程中，导致水表压力损失的一个最主要构件就是水表中的计量机构。在整个的水表压力损失中，计量机构导致的压力损失占比越大，该水表中计量机构对流量变化所引起的压力损失也就会越明显，这就会使该水表在水量计量过程中的稳定性受到不利影响。

由此可知，要想有效解决水表流量计量稳定性和重复性方面的问题，一个最有效的方法就是对计量机构进行优化，使其所造成的压力损失在整体水表压力损失中的比例降低，这样才可以让由于计量机构压力损失过大所导致的流场激变情况得到有效改善，避免流场的无规律性和不确定性，将由于流场激变所导致的计量元件动态波动情况做到最大化降低。这样才可以解决水表计量稳定性和重复性方面的问题，让水表在具体的水量计量工作中发挥出自身充分的优势，以此来保障用户和水务单位双方的经济效益。