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第一節(jié) 旋翼式水表
    
         旋翼式水表是速度式水表的一種，是世界上用得最多的水表品種。
         在國家標(biāo)準(zhǔn)中，速度式水表的定義為“安裝在封閉管道中，由一個動力元件組成，并由水流速直接使其獲得運(yùn)動的一種水表”。當(dāng)水流通過水表時，驅(qū)動葉輪(旋翼或螺翼)旋轉(zhuǎn)，而水流的流速與葉輪的轉(zhuǎn)速成正比，因水流驅(qū)動葉輪處噴口的截面積為常數(shù)，故葉輪的轉(zhuǎn)速與流量也成正比。通過葉輪軸上的聯(lián)動部件與計數(shù)機(jī)構(gòu)相連接，使計數(shù)機(jī)構(gòu)累積葉輪(旋翼或螺翼)的轉(zhuǎn)數(shù)，從而記下通過水表的水量。
        一、多流束水表
         多流(束)水表：水流通過水表時，有多束(股)水流從葉輪盒四周流人，驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)。這種水表的公稱口徑一般為15mm～150mm。
         旋翼多流束式水表由表殼、中罩、表玻璃、密封墊圈、計量機(jī)構(gòu)、計數(shù)機(jī)構(gòu)和濾水網(wǎng)等組成。水流沖擊葉輪后，葉輪開始轉(zhuǎn)動，所轉(zhuǎn)圈數(shù)通過計數(shù)機(jī)構(gòu)累計，記錄顯示通過水表的水量。見圖2-1和2-2。


圖2－l  旋翼多流束水表的結(jié)構(gòu)示意圖
1- 接管；2-連接螺母；3-接管密封墊圈；4-鉛封；5-銅絲；6-銷子；7-O形密封墊圈；
8-葉輪計量機(jī)構(gòu)；9-罩子；10-蓋子；11-罩子襯墊；12-表殼；1-碗狀濾絲網(wǎng)
 

圖2—2  旋翼多流束水表的結(jié)構(gòu)展開圖
1－表蓋；2－軸銷；3－銅罩；4－罩子襯墊；5－表玻璃；6－O形密封圈；7－計數(shù)器；8－防磁環(huán)；9－中心齒輪，10－齒輪盒；11－墊圈；12－磁鋼座；13－葉輪；14－葉輪盒；15－表殼；16－調(diào)節(jié)螺釘；17－調(diào)節(jié)螺釘墊片；18－調(diào)節(jié)塞；19－濾水網(wǎng)；20－接管墊片；21－接管；22－連接螺母
 
多流束水表的總體尺寸和連接方式見表2—1。
        
              表2—Ⅱ  旋翼式多流束水表的總體尺寸和連接方式    　　　mm
  公稱口徑 長度 寬度 高度 連接方式 
L L1 B H 
小
口
徑 15 259 165 100 109 螺紋 
20 299 195 100 111 
25 345 225 104 117 
32 354 230 104 117 
40 373 245 127 153 
大
口
徑 50   280 127 174 法蘭 
80   370 252 276 
100   370 272 280 
150   500 365 400 


 
    各部件的作用、所用材料如下：
1   表殼、中罩、表玻璃
    表殼、中罩、表玻璃和密封墊圈一起組成一密封體，使表殼內(nèi)被測水不致滲漏至表外。按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水表應(yīng)能承受水壓1.6MPa、持續(xù)15min和水壓2.0MPa、持續(xù)1min的壓力試驗(yàn)。因此，表殼、中罩和表玻璃均應(yīng)滿足上述要求。
    表殼材料一般采用灰鑄鐵(HT l50，見GB 9436—1988)或鑄造鉛黃銅(ZcuZn40Pb2，見GB ll76—1987)。中罩材料一般采用鑄造鉛黃銅(ZcuZn40Pb2，見GB 1176—1987)。表玻璃應(yīng)采用符合JB/T 8480—1996的鋼化玻璃。
2  計量機(jī)構(gòu)
    計量機(jī)構(gòu)主要由齒輪盒、葉輪盒、整體葉輪、頂尖、調(diào)節(jié)板等組成，見圖2—3。計量機(jī)構(gòu)是水表的“心臟”，它對水表的計量性能和耐用性起著關(guān)鍵的作用。


 
圖2—3  旋翼式水表計量機(jī)構(gòu)圖
1-齒輪盒：2-整體葉輪；3-葉輪盒；4-頂尖，5-調(diào)節(jié)板
 
    (1)齒輪盒
    計數(shù)器置于齒輪盒中，與齒輪盒上部的內(nèi)孔相配合。齒輪盒下部有一凸臺，與葉輪盒相配合。齒輪盒在旋翼多流水表的機(jī)芯中，起著承下啟上的作用。為此，要求齒輪盒上部內(nèi)孔與下部凸臺間應(yīng)有良好的同軸度。另外，齒輪盒外壁應(yīng)有定位線或底部有定位鍵，以保證與葉輪盒配合時的定位要求，從而確保性能的穩(wěn)定。
    旋翼式水表的齒輪盒底部一般均有三條左右的固定筋，其主要作用是，當(dāng)水表在大流量運(yùn)轉(zhuǎn)時，對葉輪旋轉(zhuǎn)起阻尼作用，以改善水表在大流量區(qū)域的性能曲線。因?yàn)楫?dāng)很小的流量通過水表時，其流速很低，水流的動能極小，不足以克服葉輪的慣性，故葉輪未轉(zhuǎn)動。待稍加大流速，葉輪雖轉(zhuǎn)動，但不能準(zhǔn)確計量，故最小流量以下的流量范圍水表呈偏慢的現(xiàn)象。此后逐漸加大流速，水表向快的趨勢發(fā)展，如果沒有齒輪盒上的筋加以阻尼，則這種趨勢將會持續(xù)下去，直至偏快10％～15％左右后(與有筋阻尼相比較)，其性能曲線才會趨向平穩(wěn)。
    水流從葉輪盒進(jìn)水孔流人后，一方面驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)，另一方面水流本身呈螺旋形上升，并從葉輪盒出水孔排出。在小流量時，因水流流速低，葉輪上平面與齒輪盒筋的間隙處的水流呈層流狀態(tài)，水的粘性作用占主要地位，齒輪盒上的筋對葉輪轉(zhuǎn)速無影響。當(dāng)流速大到一定程度時(一般為0.7m／s左右)，間隙處水流從層流過渡到湍流，造成齒輪盒若干條筋的下方產(chǎn)生旋渦，使葉輪轉(zhuǎn)速有所減低。同時，因流速增大，在葉輪盒內(nèi)呈螺旋上升的水流，有一部分沖到齒輪盒筋反射回來，其方向卻與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，故又使葉輪轉(zhuǎn)速降低，使水表不致于出現(xiàn)沒有齒輪盒筋那樣快10％～15％后才使誤差趨向平穩(wěn)的現(xiàn)象。變化示意見圖2—4。 


圖2—4  齒輪筋對性能曲線的影響
    齒輪盒底部裝有三塊可任意調(diào)節(jié)角度的調(diào)節(jié)板，其作用是通過調(diào)整調(diào)節(jié)板角度，以改變水流從調(diào)節(jié)板反射回來時反作用力的大小，即改變水流對葉輪轉(zhuǎn)速阻尼力的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)大流量區(qū)域誤差的目的。這種調(diào)節(jié)對小流量區(qū)域影響不大。
    (2)葉輪盒
    葉輪盒是計量機(jī)構(gòu)中最關(guān)鍵的部件。葉輪盒上部內(nèi)孔與齒輪盒下臺肩相配合。在葉輪盒低部中心一般有一螺孔，與頂尖相配合。但有些水表不用螺紋配合，而采取過盈配合，將頂尖用力壓人。葉輪盒上部內(nèi)孔與頂尖應(yīng)具有良好的同軸度。
    在葉輪盒四周有兩排斜孔，下排為進(jìn)水孔，上排為出水孔，前者比后者對水表計量特性與壓力損失的影響，更為至關(guān)重要。進(jìn)水孔一般在葉輪盒注塑時一次成型為矩形孔或長方孔。進(jìn)水孔可以均勻分布于葉輪盒的四周，也可在葉輪盒四周呈對稱排列。
    葉輪盒底部有若干條筋(一般為3條或6條)，與齒輪盒上的筋作用相仿，主要是對水表在小流量區(qū)域運(yùn)轉(zhuǎn)時，使水流對葉輪轉(zhuǎn)速產(chǎn)生阻尼。因此，調(diào)整葉輪下平面與葉輪盒筋之間的間隙，將會對小流量區(qū)域的示值誤差產(chǎn)生影響。同時，當(dāng)用水設(shè)備一旦關(guān)閉，水流不再流經(jīng)水表時，由于筋的阻尼作用，能較快地克服葉輪的慣性，使其迅速停止轉(zhuǎn)動，達(dá)到準(zhǔn)確計量的目的。 
    對于內(nèi)部調(diào)節(jié)式水表而言，在葉輪盒底部有若干個調(diào)節(jié)孔，如LXS-15C～20C水表的葉輪盒底部，均布有三排、每排二只的調(diào)節(jié)孔。調(diào)節(jié)孔有斜孔和直孔兩種，如兩者截面積相同，則后者比前者具有更大的調(diào)節(jié)功能，同時，在誤差調(diào)節(jié)時，直孔比斜孔顯得更敏感，在微量調(diào)節(jié)時比較難掌握。
    (3)葉輪
    無論是整體葉輪，或是組合葉輪，均要求葉輪上端的軸與下部的葉輪襯套孔(甚至瑪瑙軸承窩)之間，應(yīng)有良好的同軸度。
    旋翼式水表所用的葉輪的形狀為直板形。葉輪受到水流沖擊后旋轉(zhuǎn)，與葉輪軸和軸上的中心齒輪同時轉(zhuǎn)動。
    對于大多數(shù)水表來說，在常用流量時，水表葉輪的轉(zhuǎn)速，一般在750—900r／min。所以希望葉輪具有較好的動平衡性能，以減少運(yùn)動副之間的磨損，提高水表使用壽命。
    (4)頂尖
    頂尖安裝在葉輪盒底部的中心，在葉輪軸的下部，用于支撐葉輪轉(zhuǎn)動。頂尖的最上尖部與葉輪軸的下端凹軸承直接形成點(diǎn)滑動接觸，以便使葉輪轉(zhuǎn)動更加靈敏。除了頂尖頭、軸與螺紋間應(yīng)具有良好的同軸度外，頂尖頭的材質(zhì)應(yīng)具有很高的耐磨性能，一般以特殊配方的硬質(zhì)橡膠棒、聚甲醛等材料較佳。值得注意的是，不能片面追求水表的靈敏度(始動流量值)而將頂尖頭做成很尖。否則，經(jīng)短時間使用，頂尖頭即會磨損，使水表出現(xiàn)大流量區(qū)域變快、最小流量時變慢的情況。這是因?yàn)樵谏鲜鰞煞N流量下，葉輪旋轉(zhuǎn)時呈下沉狀態(tài)，即葉輪瑪瑙軸承與頂尖頭相接觸，葉輪上平面與齒輪盒筋的間隙增大，水流對葉輪轉(zhuǎn)速的阻尼減小，水表在大流量區(qū)域變快。而小流量時，葉輪下平面與葉輪盒筋的間隙減小，水流對葉輪轉(zhuǎn)速的阻尼增大。同時，頂尖頭的磨損，使葉輪與頂尖的磨擦阻力增大，在兩者的共同作用下，即造成水表在最小流量時變慢和始動流量值增大。如果頂尖頭嚴(yán)重磨損，即使在大流量情況下，其磨擦阻力的影響會達(dá)到或超過水流對葉輪轉(zhuǎn)速阻尼減小的影響，水表在大流量時的誤差又會恢復(fù)到準(zhǔn)確或變慢。 
    3  計數(shù)機(jī)構(gòu)    
    計數(shù)機(jī)構(gòu)常稱為計數(shù)器，常見的形式有指針式、字輪式和指針字輪組合式。
    (1)指針式計數(shù)機(jī)構(gòu)
    指針式計數(shù)機(jī)構(gòu)一般由上夾板、下夾板、托板、齒輪級、標(biāo)度盤、指針、圓指針及螺釘?shù)冉M成。
    a．上夾板、下夾板
    夾板、下夾板和托板三者(有些產(chǎn)品將下夾板和托板合二為一)組成齒輪架，齒輪組被夾持在其中。上、下夾板上相對應(yīng)序號的軸孔投影，應(yīng)分別重合。齒輪在齒輪架中的上、下竄量應(yīng)保持在0．6—0．8mm之間，若竄量過小，當(dāng)上夾板一旦變形下凸時就會將齒輪上、下夾緊，齒輪組傳動阻力就增大，水表的始動流量和最小流量下的誤差就達(dá)不到要求。上夾板下面中心有一凸臺，其中有一孔與葉輪上端的光軸組成運(yùn)動副。上夾板中心孔與其外圓(與齒輪盒配合處)要求具有良好的同軸度。    
    b．齒輪
齒輪組起著變速和計數(shù)作用。公稱口徑15～50mm水表的齒輪組，均由17只齒輪組成。公稱口徑80～150mm旋翼式水表的齒輪組由18個齒輪組成。圖2-5為LXS-15C～25C水表的齒輪排列圖。如圖所示，葉輪軸上的中心齒輪與第一位齒輪相嚙合,齒輪組將葉輪轉(zhuǎn)數(shù)記錄下來，通過指針在度盤上指示出流經(jīng)水表的水量。齒輪組的前三位齒輪為變速齒輪，起變速作用。自第三位(即第一位紅針的)齒輪的主動輪(即小齒)起，直到末位齒輪止，起計數(shù)作用，稱為計數(shù)齒輪，其相鄰的兩指針的齒輪間，其速比均為10:1，由此構(gòu)成連續(xù)十進(jìn)位方式。
 
 
齒輪排列展開圖
 

圖2-5  LXS-15C～25C水表的齒輪排列圖和標(biāo)度盤
1-螺釘；2-圓指針；3-指針；4～10-齒輪；11-標(biāo)度盤；12-上夾板；13-下夾板；14-托板；15-螺釘
不同規(guī)格的水表，在通過等量水體積的情況下，其葉輪與第一位指針的轉(zhuǎn)數(shù)比是不同的。變速齒輪的作用是通過其主、被動輪的齒數(shù)變化，取得不同的速成比而滿足不同規(guī)格水表的需要，從而可最大限度地提高上、下夾板、度盤等零部件的通用化程度。    
習(xí)慣上將水表第一位紅指針轉(zhuǎn)一圈與其葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)之比，稱為該水表的減速比i。這一減速比為主動輪齒數(shù)與被動輪齒數(shù)之比。LXS-15C，20C，25C，40C的i值分別為1：29．6，1：22．5，1：15．577，1：35．38，LXS-80。100，150的i值分別為1：100．905、1：61．1819、1：24．716。從這些減速比值，可計算出各種規(guī)格水表在各種流量下的葉輪轉(zhuǎn)速。例如，要計算LXS一15C水表在常用流量(1．5m3／h)下的葉輪每分鐘轉(zhuǎn)速時，可按下式計算：

  
同理，可得到LXS一20C，25C，40C規(guī)格的水表在常用流量下的葉輪轉(zhuǎn)速為937．5，908．7和589．67r／rain。  
c．標(biāo)度盤
標(biāo)度盤的分格，一要滿足檢定時的分辨率要求，二要滿足在水表正常的使用年限內(nèi)水表的顯示數(shù)不返回零。
1m3及其倍數(shù)的指針和度盤用黑色，1m3以下的用紅色。
規(guī)程JJGl62—1985和標(biāo)準(zhǔn)GB／T778—1996規(guī)定：水表最小分度值(水表標(biāo)準(zhǔn)稱為檢定
分格值)應(yīng)滿足檢定時的準(zhǔn)確度不低于o．5％(每一次讀數(shù)允許有不超過1／2最小分度值的允許讀數(shù)誤差)，以及最小流量檢定所需時間不應(yīng)超過1h30min；應(yīng)能在不越過零的情況下記錄下相當(dāng)于在常用流量下工作至少1999h的以立方米表示的用水量體積。    
說明：國際建議OIMLR49一l：2000(E)  中的表述為“檢定標(biāo)尺的分格值，應(yīng)足夠小以保證指示裝置的分辨率誤差不大于最小流量Ql下運(yùn)行l(wèi)h30min的實(shí)際體積的0．5％(對2級表)”，這樣的表述更準(zhǔn)確。    
 LXS-15C～25C水表的標(biāo)度盤如圖。2—6所示。在水表檢定時，要注意最小分格值的讀數(shù)，見圖2—6所示。水表最小位圓標(biāo)度的主分格值為0．0001m‘(或稱0．11)，其間一分為二作為細(xì)分格，則成為檢定分格或最小分度值0．00005 m3。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，為取得較快的讀數(shù)，采取二步內(nèi)插法，即根據(jù)目測，將細(xì)分格再假想插入一條等分中線。如果指針指向小于(或等于)細(xì)分格中的假想中線，則讀取下限分格值，如圖2—6(a)應(yīng)讀作0．00005 m3，如果指針指向大于(或等于)細(xì)分格中的假想中線，則讀取上限分格值，如圖2—6(b)中應(yīng)讀為0．00010m3。
 

圖2-6  水表標(biāo)度盤讀數(shù)
 
檢定分格值、檢定用水量、檢定所需時間三者互為聯(lián)系、互相牽制，在水表的檢定分格值設(shè)計、檢定用水量的確定及水表檢定裝置的量器量限設(shè)計時都需考慮。檢定分格值應(yīng)符合表2-2的要求。水表的十進(jìn)位數(shù)應(yīng)符合表2-3的要求。
表2—2  水表的檢定分格值
最小流量qmin／(m3／h) 檢定分格的最大值／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 水表的十進(jìn)位數(shù)
常用流量qp(m3/h) 最少十進(jìn)位數(shù) 
1.5≤qp＜5 4 
5≤qp＜10 5 
15≤qp＜50 5 
50≤qp＜500 6 
500≤qp＜1000 7 


(2)指針字輪組合式、字輪式
指針字輪組合式計數(shù)機(jī)構(gòu)具有讀數(shù)清晰、抄讀方便等優(yōu)點(diǎn)，越來越多的水表包括E型表、干式水表和液封式水表普遍采用這樣的計數(shù)機(jī)構(gòu)。
    國內(nèi)的指針字輪組合式計數(shù)機(jī)構(gòu)一般由3位或4位紅指針與5位字輪組成，其排列示意圖見圖2—7。對于公稱口徑15～25mm的水表，其第一位字輪的分格值為0.1 m3，數(shù)字顏色為紅色，其后等于或大于1m3的四個字輪上的數(shù)字均為黑色。有些企業(yè)生產(chǎn)的這種計數(shù)機(jī)構(gòu)，將字輪組置于字輪匣中，字輪匣的四周和底部與被測水隔開，僅在上夾板上開有供讀數(shù)的狹長的5個“窗孔”，避免字輪被水中的一些雜質(zhì)卡死或影響抄讀的缺陷。
    字輪的進(jìn)位是在相鄰低位數(shù)字輪上的數(shù)字自9轉(zhuǎn)至0時完成的。
    字輪式計數(shù)機(jī)構(gòu)除了指示始動流量用星形指針外，其余讀數(shù)位均用字輪。

圖2—7  指針字輪組合式計數(shù)機(jī)構(gòu)排列圖
1-標(biāo)度盤；2-圓指針；3-(紅色)；4～11-齒輪；12-蝸桿齒輪；13-標(biāo)牌；14-上夾板；
15-字輪軸；16-F夾板；1-十牙輪；18-頭位字輪；19-中間字輪；20-四八牙輪；21-牙輪軸
 
 
4 濾水網(wǎng)
    國內(nèi)自來水質(zhì)近年來明顯提高，但部分管線難免還存在銹垢、麻絲、鐵屑及砂礫等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)隨著水流最終來到水表進(jìn)口處。為防止雜質(zhì)進(jìn)入水表機(jī)芯，造成水表故障，故在水表進(jìn)口端均裝有濾水網(wǎng)。常用的為碗狀濾水網(wǎng)，安置在葉輪盒的外面，這種結(jié)構(gòu)容垢能力較大，且即使堵塞一部分網(wǎng)孔后對計量能力也影響較?。涣硪环N為筒狀濾水網(wǎng)，安置于水表表殼的進(jìn)水一方，效果比碗狀濾水網(wǎng)差。