先看杭州网的一篇报道:《一只水表用了七年多未做过检定 水表速度快了27%》(http://hznews.hangzhou.com.cn/shehui/content/2009-11/09/content_2901617.htm)
再看北京东城区东四九条小学一名小学生的科技论文:《奇怪的水表——关于水流速度与水表准确性的研究》(http://yxw.bjchyedu.cn/TPRes/tspx/tspx28/xiaoxue/2.htm)
好啦,言归正传,谈谈家庭常用而又不起眼的旋翼式水表。
旋翼式水表是世界上用得最多的水表品种。它是速度式水表的一种。在国家标准中,速度式水表的定义为:“安装在封闭管道中,由一个动力元件组成,并由水流速直接使其获得运动的一种水表”。当水流通过水表时,驱动叶轮(旋翼)旋转,而水流的流速与叶轮的转速成正比,因水流驱动叶轮处喷口的截面积为常数,故叶轮的转速与流量也成正比。通过叶轮轴上的联动部件与计数机构相连接,使计数机构累积叶轮(旋翼)的转数,从而记下通过水表的水量。这是新的常见家庭旋翼式多流束水表:
旋翼式水表结构有单流(束)水表、多流(束)水表。
单流(束)水表:水流通过水表时,仅有一束(股)水流驱动叶轮旋转。单流水表的公称口径一般为15(或者13)~25mm,体积较小,误差调节装置放置在外部。
多流(束)水表:水流通过水表时,有多束(股)水流从叶轮盒四周流入,驱动叶轮旋转。这种水表的公称口径一般为15mm~150mm。
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,记录显示通过水表的水量。
下面是旋翼多流束水表的结构示意图:
下面是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
从一个淘汰的旧表中抽出表芯(已经清洗过,原先脏得不堪入目,自来水不能生喝!):
1 表壳、中罩、表玻璃
表壳、中罩、表玻璃和密封垫圈一起组成一密封体,使表壳内被测水不致渗漏至表外。按国家标准规定,水表应能承受水压1.6MPa、持续15min和水压2.0MPa、持续1min的压力试验。因此,表壳、中罩和表玻璃均应满足上述要求。
表壳材料一般采用灰铸铁(HT l50,见GB 9436—1988)或铸造铅黄铜(ZcuZn40Pb2,见GB ll76—1987)。中罩材料一般采用铸造铅黄铜(ZcuZn40Pb2,见GB 1176—1987)。表玻璃应采用符合JB/T 8480—1996的钢化玻璃。
国内自来水质近年来明显提高,但部分管线难免还存在锈垢、麻丝、铁屑及砂砾等杂质,这些杂质随着水流最终来到水表进口处。为防止杂质进入水表机芯,造成水表故障,故在水表进口端均装有滤水网。
常用的为碗状滤水网,安置在叶轮盒的外面,这种结构容垢能力较大,且即使堵塞一部分网孔后对计量能力也影响较小;另一种为筒状滤水网,安置于水表表壳的进水一方,效果比碗状滤水网差。图片下部是碗状滤水网:
计量机构主要由齿轮盒、叶轮盒、整体叶轮、顶尖、调节板等组成。计量机构是水表的“心脏”,它对水表的计量性能和耐用性起着关键的作用。
齿轮盒下部有一凸台,与叶轮盒相配合;计数器置于齿轮盒中,与齿轮盒上部的内孔相配合。因此,齿轮盒在旋翼多流水表的机芯中,起着承下启上的作用。为此,要求齿轮盒上部内孔与下部凸台间应有良好的同轴度。另外,齿轮盒外壁应有定位线或底部有定位键,以保证与叶轮盒配合时的定位要求,从而确保性能的稳定。
旋翼式水表的齿轮盒底部一般均有三条左右的固定筋,其主要作用是,当水表在大流量运转时,对叶轮旋转起阻尼作用,以改善水表在大流量区域的性能曲线。因为当很小的流量通过水表时,其流速很低,水流的动能极小,不足以克服叶轮的惯性,故叶轮未转动。待稍加大流速,叶轮虽转动,但不能准确计量,故最小流量以下的流量范围水表呈偏慢的现象。此后逐渐加大流速,水表向快的趋势发展,如果没有齿轮盒上的筋加以阻尼,则这种趋势将会持续下去,直至偏快10%~15%左右后(与有筋阻尼相比较),其性能曲线才会趋向平稳。
若有固定筋,水流从叶轮盒进水孔流入后,一方面驱动叶轮旋转,另一方面水流本身呈螺旋形上升,并从叶轮盒出水孔排出。在小流量时,因水流流速低,叶轮上平面与齿轮盒筋的间隙处的水流呈层流状态,水的粘性作用占主要地位,齿轮盒上的筋对叶轮转速无影响。当流速大到一定程度时(一般为0.7m/s左右),间隙处水流从层流过渡到湍流,造成齿轮盒若干条筋的下方产生旋涡,使叶轮转速有所减低。同时,因流速增大,在叶轮盒内呈螺旋上升的水流,有一部分冲到齿轮盒筋反射回来,其方向却与叶轮旋转方向相反,故又使叶轮转速降低,使水表不致于出现没有齿轮盒筋那样快10%~15%后才使误差趋向平稳的现象。变化曲线见下图:
叶轮盒是计量机构中最关键的部件。叶轮盒上部内孔与齿轮盒下台肩相配合。在叶轮盒低部中心一般有一螺孔,与顶尖相配合。但有些水表不用螺纹配合,而采取过盈配合,将顶尖用力压入。叶轮盒上部内孔与顶尖应具有良好的同轴度。
在叶轮盒四周有两排斜孔,下排为进水孔,上排为出水孔,前者比后者对水表计量特性与压力损失的影响,更为至关重要。进水孔一般在叶轮盒注塑时一次成型为矩形孔或长方孔。进水孔可以均匀分布于叶轮盒的四周,也可在叶轮盒四周呈对称排列。
叶轮盒底部有若干条筋(一般为3条或6条),与齿轮盒上的固定筋作用相仿,主要是对水表在小流量区域运转时,使水流对叶轮转速产生阻尼。因此,调整叶轮下平面与叶轮盒筋之间的间隙,将会对小流量区域的示值误差产生影响。同时,当用水设备一旦关闭,水流不再流经水表时,由于筋的阻尼作用,能较快地克服叶轮的惯性,使其迅速停止转动,达到准确计量的目的。
对于内部调节式水表而言,在叶轮盒底部有若干个误差调节孔,供校表用。调节孔有斜孔和直孔两种,如两者截面积相同,则后者比前者具有更大的调节功能,同时,在误差调节时,直孔比斜孔显得更敏感,在微量调节时比较难掌握。
旋翼式水表所用的叶轮的形状为直板形。叶轮受到水流冲击后旋转,与叶轮轴和轴上的中心齿轮同时转动:
无论是整体叶轮,或是组合叶轮,均要求叶轮上端的轴与下部的叶轮衬套孔(甚至玛瑙轴承窝)之间,应有良好的同轴度。
对于大多数水表来说,在常用流量时,水表叶轮的转速,一般在750—900r/min。所以希望叶轮具有较好的动平衡性能,以减少运动副之间的磨损,提高水表使用寿命。
顶尖安装在叶轮盒底部的中心,在叶轮轴的下部,用于支撑叶轮转动。顶尖的最上尖部与叶轮轴的下端凹轴承直接形成点滑动接触,以便使叶轮转动更加灵敏。除了顶尖头、轴与螺纹间应具有良好的同轴度外,顶尖头的材质应具有很高的耐磨性能,一般以特殊配方的硬质橡胶棒、聚甲醛等材料较佳。值得注意的是,不能片面追求水表的灵敏度(始动流量值)而将顶尖头做成很尖。否则,经短时间使用,顶尖头即会磨损,使水表出现大流量区域变快、最小流量时变慢的情况。这是因为在上述两种流量下,叶轮旋转时呈下沉状态,即叶轮玛瑙轴承与顶尖头相接触,叶轮上平面与齿轮盒筋的间隙增大,水流对叶轮转速的阻尼减小,水表在大流量区域变快。而小流量时,叶轮下平面与叶轮盒筋的间隙减小,水流对叶轮转速的阻尼增大。同时,顶尖头的磨损,使叶轮与顶尖的磨擦阻力增大,在两者的共同作用下,即造成水表在最小流量时变慢和始动流量值增大。如果顶尖头严重磨损,即使在大流量情况下,其磨擦阻力的影响会达到或超过水流对叶轮转速阻尼减小的影响,水表在大流量时的误差又会恢复到准确或变慢。
常见的形式有指针式、字轮式和指针字轮组合式。
指针字轮组合式计数机构具有读数清晰、抄读方便等优点,越来越多的水表包括E型表、干式水表和液封式水表普遍采用这样的计数机构。
本次拆机的是指针字轮组合式: 计数器置于齿轮盒中,与齿轮盒上部的内孔相配合。
塑料计数齿轮的轴直接插在挡板上的小孔中,没用轴承:
揭开背板,计数齿轮、字轮匣一览无余,好脏啊!就算自来水是饮用级(目前国内还不是),也污染了:
指针字轮组合式计数机构一般由3位或4位红指针与5位字轮组成。对于公称口径15~25mm的水表,其第一位字轮的分格值为0.1m3,数字颜色为红色,其后等于或大于1 m3的四个字轮上的数字均为黑色。有些企业生产的计数机构,将字轮组置于字轮匣中(本机属于这种),字轮匣的四周和底部与被测水隔开,仅在上夹板上开有供读数的狭长的5个“窗孔”,避免字轮被水中的一些杂质卡死或影响抄读的缺陷(注:本机第一位字轮的分格值为1 m3,故五个字轮上的数字均为黑色):
字轮的进位是在相邻低位数字轮上的数字自9转至0时完成的(即10进制)。下图,计数器背后,字轮匣蓝圈内的缺口是进位档口(对应计数器表面中间数字9):
5 使用中的计量误差
(1)使用劣质水表。劣质水表的承压件(外壳、铜罩、连接附件、表玻璃等)和机芯材料偷工减料,轻且薄,影响水表的传递系统,尤其是叶轮轴和顶尖的耐磨程度,将会影响带动计数器工作的第一位齿轮,直接造成水表的误差加大。 (2)水质问题。由于国内一些城市与地区和一部分用自备水源的通水管网的材质和水暖器材较差、屋顶水箱有二次污染等情况,导致最终流过水表的水含有一些杂质,不够清洁,影响了水表的计量性能和正常工作,导致误差加大。
(3)使用超年限的水表和不进行周期检定的水表(国家规定,水表属于定期强检仪表。一般首次4~6年年检,以后每2年年检。当感觉误差较大时,应及时送检。)。民用水表使用多年后在小流量下走慢,而在大流量下加快,据有关资料分析,是由于水中杂质堵塞滤网后形成的单边冲击叶轮等效果造成的。
(4)水表安装不合理。水表的上下游直观段必须符合使用说明书的要求,水表的下游应有高出水表的部位(如水龙头)保持管道内一直充满水。“不用水也会走的水表”与安装不合理有关。
水是人类赖以生存的物质。科学发展、保护地球、人与自然和谐共存;节约用水、低碳生活、人人树立良好品行;亲们行动起来吧!
传完了,谢谢观看!
(本文引用了网上部分资料)
2012-5-7
感谢坛友、斑竹对本帖的肯定和支持,现将回答坛友共性问题汇集如下:
楼主留言:从水动力学分析,正或负误差是多种因素造成的非线性问题,不是齿轮之间摩擦阻力一项。
楼主留言:滴水,在始动流量的盲区中,水表肯定不会转滴。但当你用大流量时,多转的流量数可能已经超过一桶水了。水贸易,用户是“瞎子、聋子、哑巴”,哪家水公司会采购让自己亏损的表!哪家仪表厂会生产这样的表并成功地销售给水公司!能公平一点就不错了。
楼主留言:拆的这个水表,没有止逆设计,倒灌水会反转。有的型号表有止逆设计。
楼主留言:根据拆机的情况,旧水表那个计数器还转动自如,可以DIY它用。
楼主留言:中国目前自来水只有一个标准,不能直接饮用。国外发达国家有饮用水、非饮用水两套标准、两套管网,自来水可以直接饮用。
楼主留言:清洁非常简单,只需用大管钳旋下罩子,取出表芯,清洗叶轮盒即可,不去动齿轮盒。关键是要把铅封处理好。当然,目的是清洁。
楼主留言:谢谢褒扬。能对大家拓展知识、有一点用就好。
楼主留言:当有疑问时,用一只大桶,算一算体积,放水对比。若误差太大,可找物管或水管员交涉。水表是强检仪表,物管或水公司有责任校验。若水表的物权是水公司,公司应免费校验或更换,否则诉诸消协、法院,要求加倍赔偿。
楼主留言:中国目前自来水只有一个标准,不能直接饮用。国外发达国家有饮用水、非饮用水两套标准、两套管网,自来水可以直接饮用。要自己处理自来水为饮用水,最好用二级过滤:粗滤+精滤 滤芯要定期清洗、更换。现阶段,中心城市的水质量尚不咋的,小城市就不奢望了。过滤器也只能解决物理杂质问题。
楼主留言:精彩回帖,可见“偏快”是普遍问题,很大程度上掩盖了ZLS公司管理问题、老百姓权益受损问题。误差主要是泥浆渣滓在滤碗、叶轮盒内的部件(包括误差孔)、及水道壁结垢引起的。定期清理一下,误差会小很多。但这是自来水公司的事,也不会让你做。自来水公司管理是什么样?都不用说,你懂的。
楼主留言:现实情况是,水表计量普遍偏快,垄断性质的ZLS公司不会亏,所以内部管理差、效率低。防滴水表出来,更是“滴水不漏”,天知道偏快问题是不是也一并解决了!
楼主留言:你家原来的那只旧水表叶轮肯定含磁性材料。现在叶轮转子无磁性材料,将磁铁放在旁边不会影响转速的。
楼主留言:因为旧水表普遍问题是“快”,用户多掏腰包。只有用户自己维权,才会有人管。
楼主留言:所拆机子叶轮转子无磁性材料,将磁铁放在旁边不会影响转速的。
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