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水表的原理与结构

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第二讲 水表的结构和工作原理 文字信息修改时间:2007-10-20 14:13:02 信息来源: 添加人:詹志杰 [特约嘉宾]
第一节 旋翼式水表

         旋翼式水表是速度式水表的一种，是世界上用得最多的水表品种。
         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 或螺翼)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(旋翼或螺翼)的转数，从而记下通过水表的水量。
        一、多流束水表
         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人，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。见图2-1和2-2。

图2－l  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；1-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

多流束水表的总体尺寸和连接方式见表2—1。

              表2—Ⅱ  旋翼式多流束水表的总体尺寸和连接方式    　　　mm

    各部件的作用、所用材料如下：
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。
2  计量机构
    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，见图2—3。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。

图2—3  旋翼式水表计量机构图
1-齿轮盒：2-整体叶轮；3-叶轮盒；4-顶尖，5-调节板

    (1)齿轮盒
    计数器置于齿轮盒中，与齿轮盒上部的内孔相配合。齿轮盒下部有一凸台，与叶轮盒相配合。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。
    水流从叶轮盒进水孔流人后，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。变化示意见图2—4。

图2—4  齿轮筋对性能曲线的影响
    齿轮盒底部装有三块可任意调节角度的调节板，其作用是通过调整调节板角度，以改变水流从调节板反射回来时反作用力的大小，即改变水流对叶轮转速阻尼力的大小，达到调节大流量区域误差的目的。这种调节对小流量区域影响不大。
    (2)叶轮盒
    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，将顶尖用力压人。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调节孔，如LXS-15C～20C水表的叶轮盒底部，均布有三排、每排二只的调节孔。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。
    (3)叶轮
    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。
    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。
    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。
    (4)顶尖
    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。
    3  计数机构   
    计数机构常称为计数器，常见的形式有指针式、字轮式和指针字轮组合式。
    (1)指针式计数机构
    指针式计数机构一般由上夹板、下夹板、托板、齿轮级、标度盘、指针、圆指针及螺钉等组成。
    a．上夹板、下夹板
    夹板、下夹板和托板三者(有些产品将下夹板和托板合二为一)组成齿轮架，齿轮组被夹持在其中。上、下夹板上相对应序号的轴孔投影，应分别重合。齿轮在齿轮 架中的上、下窜量应保持在0．6—0．8mm之间，若窜量过小，当上夹板一旦变形下凸时就会将齿轮上、下夹紧，齿轮组传动阻力就增大，水表的始动流量和最 小流量下的误差就达不到要求。上夹板下面中心有一凸台，其中有一孔与叶轮上端的光轴组成运动副。上夹板中心孔与其外圆(与齿轮盒配合处)要求具有良好的同 轴度。   
    b．齿轮
齿 轮组起着变速和计数作用。公称口径15～50mm水表的齿轮组，均由17只齿轮组成。公称口径80～150mm旋翼式水表的齿轮组由18个齿轮组成。图 2-5为LXS-15C～25C水表的齿轮排列图。如图所示，叶轮轴上的中心齿轮与第一位齿轮相啮合,齿轮组将叶轮转数记录下来，通过指针在度盘上指示出 流经水表的水量。齿轮组的前三位齿轮为变速齿轮，起变速作用。自第三位(即第一位红针的)齿轮的主动轮(即小齿)起，直到末位齿轮止，起计数作用，称为计 数齿轮，其相邻的两指针的齿轮间，其速比均为10:1，由此构成连续十进位方式。

齿轮排列展开图

图2-5  LXS-15C～25C水表的齿轮排列图和标度盘
1-螺钉；2-圆指针；3-指针；4～10-齿轮；11-标度盘；12-上夹板；13-下夹板；14-托板；15-螺钉
不同规格的水表，在通过等量水体积的情况下，其叶轮与第一位指针的转数比是不同的。变速齿轮的作用是通过其主、被动轮的齿数变化，取得不同的速成比而满足不同规格水表的需要，从而可最大限度地提高上、下夹板、度盘等零部件的通用化程度。   
习 惯上将水表第一位红指针转一圈与其叶轮的转数之比，称为该水表的减速比i。这一减速比为主动轮齿数与被动轮齿数之比。LXS- 15C，20C，25C，40C的i值分别为1：29．6，1：22．5，1：15．577，1：35．38，LXS-80。100，150的i值分别为 1：100．905、1：61．1819、1：24．716。从这些减速比值，可计算出各种规格水表在各种流量下的叶轮转速。例如，要计算LXS一15C 水表在常用流量(1．5m3／h)下的叶轮每分钟转速时，可按下式计算：

同理，可得到LXS一20C，25C，40C规格的水表在常用流量下的叶轮转速为937．5，908．7和589．67r／rain。 
c．标度盘
标度盘的分格，一要满足检定时的分辨率要求，二要满足在水表正常的使用年限内水表的显示数不返回零。
1m3及其倍数的指针和度盘用黑色，1m3以下的用红色。
规程JJGl62—1985和标准GB／T778—1996规定：水表最小分度值(水表标准称为检定
分格值)应满足检定时的准确度不低于o．5％(每一次读数允许有不超过1／2最小分度值的允许读数误差)，以及最小流量检定所需时间不应超过1h30min；应能在不越过零的情况下记录下相当于在常用流量下工作至少1999h的以立方米表示的用水量体积。   
说明：国际建议OIMLR49一l：2000(E)  中的表述为“检定标尺的分格值，应足够小以保证指示装置的分辨率误差不大于最小流量Ql下运行lh30min的实际体积的0．5％(对2级表)”，这样的表述更准确。   
 LXS- 15C～25C水表的标度盘如图。2—6所示。在水表检定时，要注意最小分格值的读数，见图2—6所示。水表最小位圆标度的主分格值为 0．0001m‘(或称0．11)，其间一分为二作为细分格，则成为检定分格或最小分度值0．00005 m3。根据人机工程学原理，为取得较快的读数，采取二步内插法，即根据目测，将细分格再假想插入一条等分中线。如果指针指向小于(或等于)细分格中的假想 中线，则读取下限分格值，如图2—6(a)应读作0．00005 m3，如果指针指向大于(或等于)细分格中的假想中线，则读取上限分格值，如图2—6(b)中应读为0．00010m3。

图2-6  水表标度盘读数

检定分格值、检定用水量、检定所需时间三者互为联系、互相牵制，在水表的检定分格值设计、检定用水量的确定及水表检定装置的量器量限设计时都需考虑。检定分格值应符合表2-2的要求。水表的十进位数应符合表2-3的要求。
表2—2  水表的检定分格值
最小流量qmin／(m3／h)
检定分格的最大值／m3
0.0226≤qmin<0.0666
0.0002
0.0666≤qmin<0.133
0.0005
0.133≤qmin<0.266
0.001
0.226≤qmin<0.666
0.002
0.666≤qmin<1.330
0.005
1.330≤qmin<2.660
0.01
2.660≤qmin<6.660
0.02
6.660≤qmin<13.300
0.05
13.300≤qmin<-26.600
0.1
26.600≤qmin<66.600
0.2
66.600≤qmin<133
0.5

表2-3 水表的十进位数
(2)指针字轮组合式、字轮式
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。
    国 内的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，其排列示意图见图2—7。对于公称口径15～25mm的水表，其第一位字轮的分格值为 0.1 m3，数字颜色为红色，其后等于或大于1m3的四个字轮上的数字均为黑色。有些企业生产的这种计数机构，将字轮组置于字轮匣中，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。
    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。
    字轮式计数机构除了指示始动流量用星形指针外，其余读数位均用字轮。

图2—7  指针字轮组合式计数机构排列图
1-标度盘；2-圆指针；3-(红色)；4～11-齿轮；12-蜗杆齿轮；13-标牌；14-上夹板；
15-字轮轴；16-F夹板；1-十牙轮；18-头位字轮；19-中间字轮；20-四八牙轮；21-牙轮轴

4 滤水网
    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。
二、单流束水表
        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。
旋翼单流湿式水表主要由表壳、中罩、表玻璃、密封垫圈、叶轮、下顶尖、计数机构、调节板和滤水网等组成。结构示意如图2—8。

图2-8  单流水表结构示意图
1- 接管；2-连接螺母，3-密封圈，4-夹紧圈；5-压紧圈；6-计数器；7-防磁环；8-传动齿轮组件；9-盖；10-垫圈；11-O形密封圈；12-锁 紧螺钉；13-螺母；14-铅封；15-铜丝；16-滤水网，17-齿轮盒组件；18-调节片；19-开槽盘头螺钉；20-顶尖；21-叶轮组件；22- 表壳；23-齿轮盒盖

旋翼单流水表在所有水表品种中，属于结构最简单、体积最小、重量最轻、成本最低的一种。旋翼单流水表主要零部件的要求与作用，大致与旋翼多流湿式水表相同。以下为一些不同之处：
1     表壳    
       单 流束水表与多流束水表相比，少了齿轮盒和叶轮盒，其中某些功能就由表壳承担。如表壳上部内孔与计数器相配合，取代了齿轮盒的部分功能。表壳的进出水孔和其 内孔中心螺孔，取代了叶轮盒的功能。因此，单流水表表壳的加工精度要求，远远高于多流水表。如应具备较高精度的进、出水孔的孔径、粗糙度及其切线半径。表 壳上部台肩与中心螺孔应保持较高的同轴度。如无高精度多工位的专用机床，很难达到这些要求和取得高的生产效率。
2     调节板   
      单流水表只有内调式而无外调式，其误差调节是通过改变计数器下方的三块调节板的角度来达到的，其调节原理与LXS一80～150旋翼多流束水表中的上调节板相似。
3     滤水网
       单流水表的滤水网是一片呈球面的薄片，其上有许多小孔。滤水网置于表壳进口端，以阻拦水中杂质通过。但受表壳进水端通径的限制，滤水网的孔的总面积难以达 到设计要求的水表公称口径面积的1.5倍。因此，当单流水表稍有水中的杂质堵塞网孔时，在同等流量条件下，通过滤水网并驱动叶轮旋转的水流速大于未堵前的 水流速，从而使叶轮转速提高，造成水表变快。所以，单流水表对水质和流场的要求较高。
4   下顶尖
      单流束水表仅一股水流驱动叶轮旋转，所以当叶轮以较高速度旋转时，始终受到一个垂直于水流切线方向的推力，使顶尖造成单边磨损。为此，要求下顶尖采用较耐磨的材料制造。
三、干式水表
       干式水表因其计数机构与被测水隔绝，故不受水中悬浮杂质的影响，确保计数机构的正常工作和读数的清晰，同时也不会像湿式水表那样，因表内外温差而造成玻璃下方起雾或凝结水珠等影响水表抄读的现象。
       旋翼多流干式水表的误差调节装置一般为外调型式，其外形尺寸及内部结构与同规格的湿式水表基本相似，许多零部件也能互相通用。
      干式水表与湿式水表的最大区别在于计量机构。见图2-9。其叶轮与中心齿轮相分离，叶轮上端由磁性元件(磁环或柱状磁钢)与中心齿轮下端的磁性元件相耦 合。当水流推动叶轮旋转时，通过叶轮上端的磁性元件与中心齿轮下端的磁性元件相吸或相斥，驱动中心齿轮同步旋转，并由中心传动计数器记录流经水表的水量。

图2-9  干式水表计量机构
1-叶轮盒；2-叶轮组件；3-水表指示机构总成

如上所述，干式水表的计量机构与湿式水表有所不同。
1  干式水表的磁性元件
    干式水表磁性材料常用的有铁氧体和钕铁硼，磁性元件的结构形状一般有环状磁钢、柱状磁钢和环状磁钢与“冂”形矽钢片。
2  干式水表的齿轮盒
    干式水表的计数机构是依赖齿轮盒与被测水隔绝，所以齿轮盒底部及四周须能承受力2MPa压力试验而不变形。为此，在设计干式水表时，除了在齿轮盒上、下底部增设了十余条加强筋外，往往在齿轮盒上底部和内壁衬以金属的碗状内衬，以防其受压变形。
    齿轮盒上、下底部的中心处各有一轴孔，分别与中心齿轮轴与叶轮轴相配合。为了尽量减小运动部件的磨擦阻力，提高始动流量值，一般在上轴孔底部镶有一粒凹面(或平面)宝石轴承。
    干式水表的计数机构，除了靠齿轮盒四周和底部将其中被测水隔绝外，最好在齿轮盒上部也采取良好的密封措施，以防表外污水流入侵蚀计数机构。
四、立式水表  
    在安装空间狭小的场所，可以安装立式水表，实物图见附录C图C.3。立式水表的内部构造与一般旋翼式水表相同，不同之处是立式水表的入水口和出水口在水表的同侧，可以装在给水管的立柱上。立式水表具有抄表方便、不用保护盒、节省安装费用等优点。
五、定量水表
    在一些化工生产、玻璃生产、食品加工、建筑混凝土搅拌等过程中，需要定量供水，一种方法是在稳定流条件下控制供流时间来实现定量供水，另一种方法就是使用 定量水表。定量水表有电气控制和数控两种类型，其基本原理相同，其外形见附录C图C.12。定量水表由带有电气控制部分的旋翼式水表(或水平螺翼式水 表)、电磁阀及定量控制仪三部分组成。
    数控定量水表的原理是，启动电磁阀后水流通过水表，使叶片感应出一系列的脉冲信号。脉冲信号经放大、分频后与定值器所预置的流量相减，当减到零时，经过控 制器关闭电磁阀，完成一次定量供水。定量水表一般为工业用途，其口径在25mm以上。定量水表的一次供水量根据水表的口径和定值器预置值而定，如公称口径 25mm水表的一次供水量可以为15～50L，40mm水表的一次供水量可以为60～200L等。因为流量范围可以定点或较小，定量水表的一次供水量的误 差可以控制在±1％内。
六、同轴水表(单接口水表)
    同轴水表又称单接口水表，其水流的进口与出口在同一个接口上，其接管是专用接管。
单接口水表是一种可用于多路共管管道输送供给系统的水表。该产品采用专用接口，与多路共管的供水管组成一个管路系统，单一管路系统内部采用多路扇形通道，适用于多层楼房用户(最多可达垂直单元8层、8个用户)的户外集中安装的“一户一表”，见图2—10。

图2-10  单接口水表与多路共管系统图

七、性能特点

 1      误差特性
         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—11。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—ll  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，其对应的流量范围和特性流量点可参看附录D。
2   压力损失   
    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。
3   耐压强度
    旋翼式水表应能承受水压1.6MPa、持续15min和水压2.OMPa、持续lmin的压力试验。
4   使用寿命和计量性能变化趋势
    水表的使用寿命与产品所采用的结构、材料密切相关，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(可在土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。
5  对介质、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清晰度会产生一些影响(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、表前表后的直管段长度均有要求，单流水表要求更严。

第二节  螺翼式水表

    螺翼式水表又称伏特曼(Woltmann)水表，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。
    同旋翼式水表一样，螺翼式水表也属于速度式水表的一种。当水流入水表后，沿轴线方向冲击水表螺翼形的叶轮旋转后流出，叶轮的转速与水流速度成正比，经过减速齿轮传动后，在指示装置上显示通过水表的水总量。
    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。另外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，受到用户的欢迎。

一、水平螺翼式水表

    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。这并不是说这种水表只能水平安装。当 然，如这种水表确需垂直安装时，则应选择进水一侧螺翼轴轴承孔中装有宝石端面平轴承的水表，以减少磨擦阻力，延长水表的使用寿命。一些进口型号的螺翼式水 表采用动平衡工艺技术，可以在水平、倾斜和垂直状态下工作，但在非水平状态下工作时水表的计量等级要降低一级。
    公称口径80～200mm的水平螺翼式水表的结构示意见图2-12，其实物图见附录C图C.7。
    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。
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。按标准规定，水表应能承受水压1.6MPa、持续15min和水压 2.OMPa、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。表壳内孔应镶有耐腐材料制成的衬套或涂以良好的防锈涂层。
2   整流器
    整流器的作用：一是将来自水表上游呈紊流状态的水流在通过网格状的整流器后，尽可能地将其“梳理”成层流状态；二是在整流器中心有一轴孔，以支承螺翼轴，该轴孔与支架上的轴孔应保持同轴，以保证螺翼灵活转动。

图2-12  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
3  支架
    支架的作用：一方面支承螺翼轴，使螺翼在水流作用下能灵活转动；另一方面通过支架内的蜗轮与螺翼轴上的蜗杆相啮合，将螺翼的转速传至支架上部与计数机构相连接。
4  螺翼 
    水表螺翼式水表使用螺板形叶轮，又称螺翼或翼轮，结构见图2-13，一般采用足够机械强度的工程塑料(如ABS)注塑成型。螺翼筒体为空心，以减轻重量和 增加浮力。螺翼一端有一闷盖用粘结剂与其粘合，以防被测水浸入后增加其重量。螺翼应具有较好的动平衡性能，否则在高速运转时，容易使螺翼轴和轴套磨损。

5    误差调节装置
        常见的误差调节装置有两种。
        (1)桨式误差调节装置
         这种调节装置的作用部分是一块扁平且呈对称的桨状调节板，位于整流器的整流板部分。当旋转桨状调节板时，则可增大或减小这部分水流对螺翼旋转的冲击力，从 而起到误差调节作用。桨状误差调节装置具有结构简单、零部件少且加工容易和拆装方便等优点，所以得到广泛的使用。
       (2)舵式误差调节装置
         这种调节装置的作用部分也是一块扁平的板，板的一侧有一轴孔，用轴将调节板置于整流器的整流板部分。调节误差时，有一拨轴拨动舵状调节板的另一侧，使调节 板环绕轴线旋转，以增大或减小这部分水流对螺翼旋转的冲击力，从而起到误差调节作用。这种调节装置的结构较为复杂。
6  计数机构
         螺翼式水表的计数机构与旋翼式水表大同小异，可参照前一节所述。

二、垂直螺翼式水表

        垂直螺翼式水表，是指螺翼轴线与自来水管道轴线相垂直。结构如图2-14所示，实物图见附录C图C.8。

图2-14  垂直螺翼式水表结构示意图
1-平垫圈；2-螺栓；3-铜丝；4-铅封；5-表盖组件；6-指示机构；7-表玻璃；
8-罩子衬圈；9-密封垫圈；10-机芯；11-O形密封圈；12-表壳；13-分流圈；14-垫片

垂直螺翼式水表的螺翼由顶尖垂直支承，因此耐磨性能比水平螺翼式螺翼轴套要好。垂直螺翼式水表的小流量计量能力比水平螺翼式水表强。

三、可拆卸水平螺翼水表

         可拆卸水平螺翼式水表结构示图见图2—15，结构展开图见图2—16，实物图见附录C图C.9。可拆卸水平螺翼式水表在使用过程中，如遇机件损坏，可以不 拆下水表，而进行维修或更换，做到不停水或少停水。可拆卸水平螺翼式水表零部件通用化程度高，流量范围也比水平螺翼式宽。

图2—15  可拆卸水平螺翼式水表结构示图
1-表壳；2-垫圈；3-螺栓；4-螺栓；5-铅封；6-铅封线；7-调整器罩；8-调整器罩垫片；9-螺钉；10-铅封螺钉；11-罩子组件；12-计量机构；13-计数器；14-罩子衬垫；15-法兰垫圈；16-法兰

        可拆卸水平螺翼式水表系列共有三组11种规格：
        第一组：公称口．径为50，65，80，100，125mm五种规格；
        第二组：公称口径为150，200mm两种规格；
        第三组：公称口径为250，300，400，500mm四种规格。
        同一组水表的计量机构和计数机构等均通用。因此仅需三种计量机构和计数机构，就能满足11种不同规格水表的需要。所以，无论从减少备品备件，还是从方便维修、提高计量精度等考虑，这种水表有许多可取之处。
1      表壳
可 拆卸水平螺翼式水表的表壳要满足同一组水表的计量机构和计数机构通用的要求，所以同一组水表表壳通径(位于计量机构部分)是一致的。以第一组水表为例，进 出水口直径为50～125mm，但表壳中段位于计量机构部分的尺寸均放大或缩小至l00mm。与普通水平螺翼式水表还有不同的是，可拆卸水平螺翼式水表在 计量机构与表壳间加装了O形圈密封，以方便拆装。

图2-16  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

2      计量机构
         可拆卸水平螺翼式水表的计量机构是将整流器、螺翼、支架、蜗轮蜗杆及舵式调节板等组装成一体，然后固定在隔离板上。拆装时，手持隔离板顺着弧线将计量机构装入或拆下。计量机构进水一端有一O形密封圈与表壳形成密封面，以防水流不通过螺翼而直接流向出口。
        蜗轮轴上部的磁钢，一般采用环状铁氧体磁钢，因为蜗轮轴的转速很低，一般不会脱磁，另外防锈性能也较好。
3     误差调节装置
       可拆卸水平螺翼式水表的误差调节装置多为舵式调节装置。调整杆与隔离板之间有O形圈密封。若不破坏铅封、不旋转水表顶部的盖板，则无法接触调整杆。
4      隔离板
         隔离板的下部为被测水，上部则通大气，所以隔离板应能承受2MPa耐压强度试验而不变形、不渗漏或损坏。因隔离板又必须具有良好的防锈性能，所以一般采用铸黄铜制成。
         隔离板与表壳的接触面之间有O形圈加以密封。
5      计数机构
       计数机构是用铜皮将计数器连同中心齿轮加以密封。中心齿轮下部镶有磁钢，与蜗轮轴上部的磁钢相耦合。计数器也采用指针、字轮式。
6      法兰盖
        法兰盖一方面用来压紧隔离板，防止漏水。另一方面中心孔处支承计数机构，其材质多为铸铁。
7     罩盖
         罩盖的作用是压紧计数机构，其材质为ABS塑料。

四、复式水表   

         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。其实物图见附录C图C.10。
         当流量较小或很小时，主管线上的与大口径螺翼式水表相连的单向阀关闭，水流从其旁路通过小口径旋翼式水表流过并回到主管线；当流量增大时，单向阀开始打 开，大部分水通过大口径螺翼式水表，同时仍有小部分水通过小口径水表，两水表分别累计所流过的水量，其累计值之和才是实际的用水量。有些复式水表的计量机 构将二水表所记的数据汇总至总计量机构，反映通过复式水表的水量。
         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。

五、插入式水表

         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。
         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。

六、性能特点

1     误差特性   
       水平螺翼式水表的误差特性是指水表的示值误差E与流量之间的关系。水平螺翼式水表的误差特性曲线见图2—17。其特征为：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。水平螺翼式水表的前后直管段条件和进水阀开放状态对性能曲线的变化有较大的影响。

图2—17  水平螺翼式水表误差特性图
         水平螺翼式水表的计量等级一般为A级或B级，其对应的流量范围和特性流量可参看附录D。
         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。表2—4列出了部分规格型号的 WPD涡轮式水表的特性流量参数值，括号内为国家标准中规定的相同口径水表的特性流量值，从这些比较中可以发现国外在大口径水表的方面的性能优点。
                           表2-4  WPD型水平螺翼式水表特性流量值
规格型号
公称口径
DN/mm
最小流量
Qmin/(m3/h)
分界流量
Qt/(m3/h)
常用流量
Qn/(m3/h)
最大流量
Q max/(m3/b)
WPD  DN50
50 
0.30   (0.45)
0.7    (3)
50    (15)
90   (30)
WPD  DN80
80
0.50   (1.2)
0.8    (8)
1