浅析不同压力对垂直螺翼式水表示值误差的影响

苗锦程

（洛阳市水表检定站，河南 洛阳 471003）

水表是一种流量仪表，也是正确计量和合理分配水资源的法制计量仪表，其数量大，应用面广，与国计民生关系密切。自50 年代自行生产以来，品种一直在不断增加，大致分为普通机械式水表，智能水表和流量计。机械水表在安装、维护、成本等方面具有优势，近10 余年来，又以宁波水表股份有限公司为代表，WS 垂直螺翼式水表以其良好的灵敏度、大流通能力、低压力损失替代LXS 型旋翼湿式水表逐渐成为新型大口径水表的主导产品。

WS 垂直螺翼式水表的发展令人颇喜，宽量程比的设计使得WS 水表在保证大流通能力的同时，也具有良好的小流量计量性能。实际上，多数水司为了今后的扩展需要，在设计自来水管网时，管道直径一般偏大，造成大直径管段流通相对的小流量，这样很容易引起小流量漏记，因此，宽量程比的设计也更为符合用户的需求，不仅多回收了小流量的水费，也满足了大流量的计量。

但是，本人在大量检定工作中发现WS 垂直螺翼式水表小流量计量受压力的影响比较明显，宽量程比设计虽然具有足够小的最小流量Q1有利于水费的足额计量，但其小流量的示值误差受压力的影响也更为显著，进而也对WS 水表的检定工作、使用条件产生了更大的影响。为了进一步研究不同压力对垂直螺翼式水表示值误差的影响，本文进行了不同压力下的示值误差实验。

1 不同压力对垂直螺翼式水表示值误差曲线的影响实验

1.1 实验装置

实验装置采用洛阳市水表检定站的大口径水表检定平台，是由丹东贝特自动化有限公司生产的静态容积法水流量标准装置，平台型号LJX-12S，检定水表口径范围DN(15-300)mm，平台检定证书编号液流字20200612-V0022，装置不确定度0.1%（k=2）。

1.2 实验样本

本人在检定工作中常接触的WS 垂直螺翼式水表主要由宁波水表股份有限公司和福州真兰水表有限公司生产。常用的水表口径规格为DN80、DN100 和DN150，通过在其各自量程范围内，不同压力条件下的大量检定工作后发现，WS 垂直螺翼式水表的Q1流量点误差受压力的影响变化较大，Q2～Q3流量点误差所受影响较小，其中表现较为明显的是宁波水表股份有限公司生产的DN80 规格水表和福州真兰水表有限公司生产的DN150 规格水表。

由于本实验选取低流量测试点较多，导致试验所花时间较长，所以随机选取5 块宁波水表股份有限公司生产的WS 宽量程比水表作为实验样本，同时，口径选取了较有代表性的DN80 进行实验。实验所采用的水表基本信息如下：水表型号WS-80；水表编号1113、1257、1262、1281、1280；Q3（m3/h）为63；Q3/Q1为200；准确度等级为2 级；压力等级为MAP10。

1.3 流量点及实验压力选定

由于小流量计量受压力的影响较大，大流量计量所受影响可忽略不计，因此，实验设计时着重考虑小流量的误差影响情况，在计量区间内选取8 个低流量点（含Q1和Q2流量点）及Q3流量点，共9 个流量点。

根据国家饮用冷水水表检定规程《JJG 162—2019》的要求，保证水表前后的工作压力在0.03MPa 到最大允许工作压力（MAP），因此，在满足该要求的前提下，选取有代表性的表前压力为0.042MPa 和0.3MPa 的实验压力点。其中，0.042MPa 比水表额定工作条件要求的工作压力范围下限值略高，而0.3MPa 为洛阳市自来水管网压力值，另外，本人在大量检定工作中发现，通常压力高于0.1MPa 后，低流量点误差受压力的影响已不显著。

1.4 实验方法

随机抽取5 块水表，分别测试在0.042MPa 和0.3MPa 的表前压力条件下所选定9 个流量点处的示值误差。

2 实验结果及分析

2.1 实验结果

经实验，5 块水表在0.042MPa 和0.3MPa 的表前压力条件下在所选定流量点处的示值误差测试结果，如表1 所示。

表1 示值误差测试结果表

为了更直观地看出表1 各低流量点因压力引起的误差变化趋势，本人绘制了示值误差在两个压力条件下的差值曲线图，就不再分别绘制不同压力点的示值误差曲线图了。根据表2.1 的测试数据，以各水表在表前压力为0.3MPa 时，8 个低流量点的误差数据为基准，各水表在0.042MPa 情况与0.3MPa 情况下的示值误差差值曲线图，如图1 所示。

图1 示值误差差值曲线图

根据图1 示值误差差值曲线图以及Q3常用流量点处的数据做参考可以看出，在表前水压由0.3MPa改变为0.042MPa后：

（1）从分界流量Q2开始至常用流量Q3，随着流量增大，示值误差的差值受压力影响已趋向微弱。

（2）从分界流量Q2开始，随着流量减小，压力改变带来的影响开始显著，水表示值误差的差值有偏慢现象，最大差值至-6.26%。

2.2 误差变化原因分析

WS 水表的计量基于叶轮转速与水流速度成正比例，叶轮承受水的冲击力而旋转，决定水表冲击力大小的因素是水表入水口与出水口的压差，因此，只要压差相同，则不管其整个水压是多大，叶轮所受的冲击力就相同，即从水表的计量原理上来说误差并不受到水压的直接影响。但是，由于设计结构与材料的影响，有的水表在受到压力变化后会影响其小流量的误差，分析其原因，可能有如下几个方面。

（1）该水表的机芯为塑料，在不同的压力情况下，变形量不同，机芯组件间隙变化，导致叶轮同轴度下降、轴承与齿轮啮合间机械摩擦阻增大等。

（2）水表受压变化后，密封橡胶圈也会产生不同变形，进而使夹板与齿轮盒变形量不同。

（3）水表降低测试水压后，导致叶轮受力形体变化和一般工作压力时有不同。

3 建议

水表计量误差对供水企业来讲，是影响收益的重要因素，而水表的安装环境如安装倾斜度、加装滤网、前后直管段，工作条件如水温、水压、水质，人员操作如超期使用等外在因素，均不同程度地影响着水表计量的误差。本实验重点分析了水压因素对垂直螺翼式水表示值误差的影响程度，该影响在可接受的范围内，且是可控的，在实际使用该类水表时，本人建议使压力处于0.1MPa 至最大允许工作压力区间，就可避免压力的影响（不包括在该区间压力波动剧烈的情况）。在检定时，建议细化小流量压力条件。此外，建议供水企业也应根据自身情况对影响水表计量的其他因素进行测试，以保障计量的准确性和水费回收率。本人参加计量工作以来，虽然在同事的帮助下不断学习，但由于自身学识有限，对一些标准用语理解不深，差错之处在所难免，敬请批评指正。