水表结构与工作原理.docx

1、水表结构与工作原理水表的结构和工作原理 知识讲座 第二讲 水表的结构和工作原理第一节 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，而水流的流速及叶轮的转速成正比，因水流驱动叶轮处喷口的截面积为常数,故叶轮的转速及流量也成正比。通过叶轮轴上的联动部件及计数机构相连接,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

2、轮旋转.这种水表的公称口径一般为15mm150mm。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21和22。图2l 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22 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;6O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

3、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21。 表2 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 ll7619

4、87）.中罩材料一般采用铸造铅黄铜(ZcuZn40Pb2，见GB 11761987）。表玻璃应采用符合JB/T 84801996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23。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23 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,及齿轮盒上部的内孔相配合。齿轮盒下部有一凸台,及叶轮盒相配合.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及下部凸台间应有良好的同轴度。另外，齿轮盒外壁应有定位

5、线或底部有定位键，以保证及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1015左右后（及有筋阻尼相比较），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

6、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，叶轮上平面及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0.7ms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，其方向却及叶轮旋转方向相反，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1015后才使误差趋向平稳的现象。变化示意见图24。 图24 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

7、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。叶轮盒上部内孔及齿轮盒下台肩相配合。在叶轮盒低部中心一般有一螺孔，及顶尖相配合。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.叶轮盒上部内孔及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及压力损失的影响，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。

8、 叶轮盒底部有若干条筋(一般为3条或6条）,及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，调整叶轮下平面及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-15C20C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

9、）叶轮 无论是整体叶轮，或是组合叶轮，均要求叶轮上端的轴及下部的叶轮衬套孔(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，及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750-900rmin。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。顶尖的最上尖部及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、轴及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

10、，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，即叶轮玛瑙轴承及顶尖头相接触，叶轮上平面及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，叶轮下平面及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，使叶轮及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

11、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06-08mm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

12、要求。上夹板下面中心有一凸台，其中有一孔及叶轮上端的光轴组成运动副。上夹板中心孔及其外圆（及齿轮盒配合处)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1550mm水表的齿轮组,均由17只齿轮组成.公称口径80150mm旋翼式水表的齿轮组由18个齿轮组成。图25为LXS15C25C水表的齿轮排列图。如图所示，叶轮轴上的中心齿轮及第一位齿轮相啮合，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

13、10:1，由此构成连续十进位方式。齿轮排列展开图图2-5 LXS15C25C水表的齿轮排列图和标度盘1螺钉;2圆指针；3指针；410-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，其叶轮及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及其叶轮的转数之比，称为该水表的减速比i。这一减速比为主动轮齿数及被动轮齿数之比。LXS-15C，20C，25C,40C的i值分别为1:296，1：2

14、25，1:15577，1：3538，LXS-80。100，150的i值分别为1：100905、1：611819、1:24716。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(15m3h）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9375，9087和58967rrain。 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JJGl621985和标准GBT7781

15、996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o5%(每一次读数允许有不超过12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05(对2级表），这样的表述更准确。 LXS-15C25C水表的标度盘如图。26所示。在水表检定时,要注意最小分格值的读数，见图26所示.水表最小位圆标度的主分格值为00001m(或称011）,其间一分为二作为细分格,则成为检定分格或最小分度值000005 m3。根据人机工程学原理，为取得较快的读数，