水表的结构和工作原理.docx
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水表的结构和工作原理
水表的结构和工作原理
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2-4WPD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）
120
（40）
200
（80）
WPD
DNl00
100
0.80
（1.8）
1.8
（12）
230
（60）
300
（120）
WPD
DNl50
150
1.8
（4.5）
4.0
（30）
450
（150）
600
（300）
WPD
DN200
200
4.0
（7.5）
6.0
（50）
800
（250）
1200
（500）
说明：
表中（）内的数值为国家标准中规定的相同口径水表计量等级B级的特性流量值。
2 压力损失
水平螺翼式水表的压力损失在其过载流量下应不超过0.03MPa。
压力损失小是水平螺翼式水表的一大优点，但使用时要考虑附加安装过滤网所带来的其它压力损失。
按国际建议R49-1：
2000（E）的规定，水表在其计量的最小流量至过载流量范围内的压力损失应不大于0.1MPa。
一般情况下，最大压力损失总是在水表的最大流量下测得，但对于复式水表可能有例外。
由于一些型号的水表的流量范围较大，有必要了解整个流量范围的水表的压力损失情况，为此，可以参看水表的流量一压力损失曲线图。
图2—18为某一型号水表的几种规格的压力损失图。
图2—18 压力损失图
3 耐压强度
螺翼式水表应能承受水压1.6MPa、持续15min和水压2.0MPa、持续lmin的压力试验。
4 与旋翼式水表比较
与相同公称口径的旋翼式水表相比，水平螺翼式水表的流通计量能力大20％以上，压力损失小、结构简单、故障少、价格低，但灵敏度不高，始动流量较大，安装和直管段条件要求较严格。
螺翼式水表一般适合公称口径50mm以上的、用水量较大的管道水计量。
水平螺翼式水表也非常适用于农用灌溉用水和其它水利方面的计量。
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