此文为2011年第1期《城镇供水》杂志上公开刊载的交流论文；现全篇转载供有缘人学习交流！

 

水表防自转技术探讨

 

刘友飞1   陈伟成2

（1绍兴市自来水有限公司；2上虞正益阀门科技有限公司，浙江绍兴 312000）

 

摘要：随着城市自来水户表改造的不断深入，住宅水表自转问题已引起多方关注，如何有效防止和解决户表自转现象将直接关系到供水企业服务质量和社会效益。本文通过详细分析水表自转现象产生的原因，介绍一种防水表自转的新型专利产品—防水表自转控制阀，并以实验结果证明了该新型防水表自转控制阀门对解决水表自转现象的有效性和切实可行性。

关键词：防水表自转控制阀门；在装水表自转

0  引言

    随着城市供水“一户一表、计量出户”改造工作的全面推进，越来越多的用户反映水表计量有问题，主要表现为用户的管道及用水器具在没有漏损情况下，当用户没有用水时，水表指针间断或不间断地在来回走动，从而产生一定数量的水表读数，引起用户质疑。近年来，住宅水表自转问题已引起多方关注，原因有多种因素引起，从供水管网的特点以及目前所使用水表本身的计量特性来分析，主要有水表本身及表后户内管道中存在气囊两种原因引起。如何有效防止和解决户表自转现象已迫在眉睫，也将直接关系到供水企业的服务质量和社会效益

1  水表产生自转的内因

    受应用历史和制造成本等因素影响，目前供水企业使用的水表大多是旋翼式（小口径）和螺翼式（大口径）两大类，其工作原理在此不再赘述。水表自转现象主要集中表现在居民家中使用的小口径水表，下面就旋翼湿式水表的结构设计来分析产生自转的主要原因。

旋翼湿式水表计量部分主要由叶轮盒、叶轮、滤网、计数装置等组成；当水表正向工作时：进水水流先经滤网过滤整流，再经叶轮盒进水孔以设计的喷水角冲击叶轮，而后经叶轮盒出水孔流出完成计量；其间叶轮直接驱动计数装置记录流经水表液体体积，叶轮盒上的调节孔起到调节各流量区叶轮的径向余度。当水表反向工作时：叶轮盒上的进、出水孔位置互换，水流冲击叶轮的角度和叶轮受力发生根本性变化，此时滤网和调节孔已失去作用，叶轮驱动计数装置所记录的流经水表液体体积也发生明显变化；〈表1〉是针对上述两种情况用同一“样表”在水表检定装置上试验测得的一组数据：

              表1  DN15旋翼半液封水表正反向测试记录                     

流量点 方向	3 m3/h 示值误差	1.5m3/h 示值误差	0.12m3/h 示值误差	0.03m3/h 示值误差
正向通水测试	﹢0.5%	﹢0.05%	﹢0.2%	﹣0.5%
	﹢0.45%	﹢0.1%	﹢0.4%	﹣0.9%
	﹢0.5%	﹢0.1%	﹢0.3%	﹣0.8%
反向通水测试	﹣34.2%	﹣34%	﹣65%	﹣65.5%
	﹣34.5%	﹣34.1%	﹣65.1%	﹣66%
	﹣34.3%	﹣34.1%	﹣65%	﹣65.8%

上表数据说明该类型水表在正反向计量中水表示值误差存在明显差异，这是该类型水表本身设计和工作原理所决定。

2  水表产生自转的外因

根据旋翼湿式水表的结构设计和工作原理，在装水表正常计量的唯一动能来自于该表二端的差压水能，如果当该差压水能为零时则水表静止（不用水不计量）。

现实中在装水表因用户室内管道各盲端内存有的空气循环压缩、膨胀作用，在用户未用水的情况下，水表的中心指针会出现时转时停甚至连续转动现象。理论上每次盲端内存空气的压缩和膨胀所产生的压差水能守恒，指针的正反转圈数和角度也应该相等；然因水表正反转计量误差的巨大差异，导致了用户未用水而水表仍然计量，产生水量（即水表自转产生的非正常水量）。

3  解决水表自转的方法

目前，供水行业内最常见的处理方法有：

方法一：找出室内管道各盲端，排净各盲端内存空气；但室内管道改造、水表新装和周检拆装、管网计划和突然停水等环节都会引起该空气再生。

方法二：在水表前安装有关闭弹簧的小口径止回阀，但是由于产品标准各异，其水头损失较大，对楼层较高的用户会产生压力影响，造成二次投诉。

方法三：安装具有正反向计量功能的新型水表，新国标5.2.6已就该类型水表做了规定，由于多种原因，该种新型小口径水表还没有批量生产，目前国内还没有完全开始推广使用。

由于采用以上几种方法，仍然不能彻底解决或较好解决用户反映的水表自转现象。为防止和彻底解决水表自转问题，我们采用了一种新型专利产品——防水表自转控制阀（专利号：ZL2010 2 0149249.6），作为一种新的解决水表自转方法，即在户表前安装“防水表自转控制阀”，该阀能有效隔断管道盲端内存空气的循环压缩和膨胀，从而达到防止和解决水表自转问题。现就该专利产品的主要结构和工作原理简介如下。

4   防水表自转阀的主要结构和工作原理

4.1  主要结构

如图所示：防水表自转控制阀主要包括阀座2，阀盖5，阀杆6，进水道1，出水道11，皮膜3，皮膜衬垫4和专用阀口10，专用阀口固定设于阀座进水道内腔与皮膜上的皮膜衬垫相对应，皮膜衬垫中间设计的皮膜衬垫导杆8与阀杆处于同一轴线上, 皮膜侧壁位置设有一个或一个以上泄压孔9。

当专用阀口10采用导磁材料，皮膜3或皮膜衬垫4可采用磁性材料；当专用阀口10采用磁性材料，皮膜衬垫4可采用导磁材料；专用阀口10与皮膜3或皮膜衬垫4可采用磁场极性相反的磁性材料制成；专用阀口10与皮膜3及皮膜衬垫4也可采用磁场极性相反的磁性材料制成。

          

4.2  工作原理

防水表自转控制阀工作原理：顺时针旋转阀杆6，使阀杆6在阀杆螺纹的导向下往下运动，皮膜衬垫4在皮膜衬垫导杆8与阀杆导腔7定位配合下亦作同向运动，并通过皮膜衬垫4的受力传递使皮膜3和专用阀口10之间密封，阀门关闭。逆时针旋转阀杆6，使阀杆6在阀杆螺纹的导向下上升至最高位。此时，如果用户不用水：阀门出水道11内的水压和进水道1内及皮膜3上腔内的水压相等，皮膜3或皮膜衬垫4与专用阀口10之间的磁场吸力加上皮膜3和皮膜衬垫4两者自身重力的作用下，皮膜3与专用阀口10之间处于密封状态，有效隔断阀门进水道1与出水道11之间的压差变化，达到防止与阀门出水道11相连接的水表产生自转。如果用户正常用水：阀门出水道11通过泄压孔9相连通和皮膜3上腔内的水压骤然下降，皮膜3上下形成的压差克服皮膜3或皮膜衬垫4与专用阀口10之间的磁场吸力加上皮膜3和皮膜衬垫4两者自身的重力，把皮膜3连同皮膜衬垫4一起往上推，于是阀门打开。阀门一旦打开，皮膜3或皮膜衬垫4与专用阀口10之间的磁场吸力就消失，阀门进水道1内的水流只需定值克服皮膜3和皮膜衬垫4两者自身的重力加上皮膜3上升后自身形状变形所产生的还原力即可。突破了一般止回阀利用弹簧弹力密封后，阀门内通过的液体不仅要克服本身固有的局部阻力，同时还要克服与阀门开启度成平方关系的弹簧弹力（f=kx2）所造成的阻力，从而大大降低了该阀门的压力损失。

5  实验测试

为了有效验证防水表自转控制阀对解决水表自转的可行性和有效性，我们通过专用测试工具和模拟管道，开展了多次实验测试与分析。

5.1  测试一

如〈图1〉所示：将6只“工具表”和1只被测“样表”（LXF-15F、B级）内的残留水倒净连同“防水表自转控制阀”一起夹在8表串联检定台（LJS15-25、准确度0.2%）上；先关闭保压阀2和放空阀，再缓慢打开保压阀1，这样检定台接管和7只表内的空气均被压缩在保压阀2前的管段内（类似用户管道盲端）；待被测“样表”中心指针静止后关闭保压阀1，记录压力表（CYF数显：0—4MPa、精度：±0.5%）示值和被测“样表”示值；开始测试：缓慢打开放空阀使被测管段压力由高逐渐降低到目标值，然而关闭放空阀，记录此时压力表示值和被测“样表”示值；再打开保压阀1使被测管段压力上升并记录此时压力表示值和被测“样表”示值，按上述方法重复测试三次。测试统计数据见〈表2〉：

    表2  DN15旋翼半液封水表（样表）未端存有空气时带阀压力变化测试统计    

压力由高转低水表示值变化			压力由低转高水表示值变化
P1 (MPa)	P2 (MPa)	△V1 (L)	P2 (MPa)	P1 (MPa)	△V2 (L)
0.353 Mpa	0.100 Mpa	0	0.100 Mpa	0.353 Mpa	0
0.353 Mpa	0.142 Mpa	0	0.142 Mpa	0.353 Mpa	0
0.353 Mpa	0.198 Mpa	0	0.198 Mpa	0.353 Mpa	0
0.353 Mpa	0.246 Mpa	0	0.246 Mpa	0.353 Mpa	0
0.353 Mpa	0.306 Mpa	0	0.306 Mpa	0.353 Mpa	0

    分析〈表2〉数据：在“样表”未端存有空气情况下，并安装防自转控制阀，当“样表”内压力在0.10—0.353 MPa范围波动时，无论“样表”内压力由高转低或由低转高，“样表”的累计示值均未变化；此测试说明当水表前安装“防水表自转控制阀”时，能有效隔断水表后内存空气的循环压缩和膨胀引起的水表自转。

5.2  测试二

如〈图2〉所示：将6只“工具表”和1只被测“样表”内的残留水倒净连同一直管段（取代防水表自转控制阀）一起夹在8表串联检定台上；测试方法和流程与“测试一”相同。测试统计数据见〈表3〉： 

    表3  DN15旋翼半液封水表（样表）未端存有空气时不带阀压力变化测试统计 

0.27

压力由高转低累计水表示值变化			压力由低转高累计水表示值变化
P1 (MPa)	P2 (MPa)	△V1 (L)	P2 (MPa)	P1 (MPa)	△V2 (L)
0.353 Mpa	0.100 Mpa	0.04	0.100 Mpa	0.353 Mpa	1
0.353 Mpa	0.143 Mpa	0.03	0.143Mpa	0.353 Mpa	0.72
0.353 Mpa	0.196 Mpa	0.03	0.196 Mpa	0.353 Mpa	0.51
0.353 Mpa	0.245 Mpa	0.01	0.245 Mpa	0.353 Mpa	0.35
0.353 Mpa	0.305 Mpa	0.00	0.305 Mpa	0.35, 3 Mpa,

分析〈表3〉数据：在“样表”未端存有空气情况下，并未安装防水表自转控制阀，“样表”内压力在0.100—0.353 MPa范围波动时；当“样表”内压力由高转低或由低转高时，“样表”的累计示值变化随压力波动范围的扩大而递增。然当“样表”内压力由高转低时递增量的绝对值明显小于由低转高时的绝对值，从而引起水表自转现象。

5.3  测试三

如〈图3〉所示：将一长直管段（代替6只工具表）和1只被测“样表” 连同“防水表自转控制阀”一起夹在8表串联检定台上；打开保压阀2和放空阀，再缓慢打开保压阀1，排净被测“样表”和前后直管段内空气，再按序关闭保压阀2、放空阀，待被测“样表”中心指针静止后关闭保压阀1，记录压力表示值和被测“样表”示值；开始测试：缓慢打开放空阀使被测管段压力由高逐渐降低到目标值，然而关闭放空阀，记录此时压力表示值和被测“样表”示值；再打开保压阀1使被测管段压力上升并记录此时压力表示值和被测“样表”示值，按上述方法重复测试三次。测试统计数据见〈表4〉： 

    表4  DN15旋翼半液封水表（样表）未端无空气时带阀压力变化测试统计     

压力由高转低累计水表示值变化			压力由低转高累计水表示值变化
P1 (MPa)	P2 (MPa)	△V1 (L)	P2 (MPa)	P1 (MPa)	△V2 (L)
0.353 Mpa	0.101 Mpa	0	0.101 Mpa	0.353 Mpa	0
0.353 Mpa	0.141 Mpa	0	0.141 Mpa	0.353 Mpa	0
0.353 Mpa	0.209 Mpa	0	0.209 Mpa	0.353 Mpa	0
0.353 Mpa	0.261 Mpa	0	0.261 Mpa	0.353 Mpa	0
0.353 Mpa	0.310 Mpa	0	0.310 Mpa	0.353 Mpa	0

分析〈表4〉所得数据：在“样表”未端末存空气，并带“防水表自转控制阀”情况下，“样表”内压力在0.101—0.353 MPa范围波动时；无论“样表”内压力由高转低或由低转高，“样表”的累计示值均未变化；此测试说明当水表后无内存空气且水表前安装“防水表自转控制阀”时，水表运转正常，不存在水表自转现象。

5.4  测试四

如〈图4〉所示：将一长直管段（代替6只工具表）和1只被测“样表”一起夹在8表串联检定台上；测试方法和流程与“测试三”相同。测试统计数据见〈表5〉： 

   表5  DN15旋翼半液封水表（样表）未端无空气时不带阀压力变化测试统计    

压力由高转低累计水表示值变化			压力由低转高累计水表示值变化
P1 (MPa)	P2 (MPpa)	△V1 (L)	P2 (MPa)	P1 (MPa)	△V2 (L)
0.353 Mpa	0.105 Mpa	0.01	0.105 Mpa	0.353 Mpa	0.01
0.353 Mpa	0.140 Mpa	0.01	0.140 Mpa	0.353 Mpa	0.01
0.353 Mpa	0.220 Mpa	0	0.220 Mpa	0.353 Mpa	0
0.353 Mpa	0.258 Mpa	0	0.258 Mpa	0.353 Mpa	0
0.353 Mpa	0.305 Mpa	0	0.305 Mpa	0.353 Mpa	0

分析〈表5〉所得数据：在“样表”未端末存空气，末带“防水表自转控制阀”情况下，“样表”内压力在0.105—0.353 MPa范围波动时，“样表”内压力由高转低或由低转高，“样表”的累计示值还有微量的变化，说明不带“防水表自转控制阀”仍然会产生较少量的水表自转现象。

6  结论

综上分析，小口径机械式普通水表产生自转的内因是水表的结构设计和工作原理所决定，目前的普通水表只具有单向（正向）计量功能，尚不具备双向（正反向）分别计量功能，所以在水表产生自转现象后不能分向准确计量，从而产生非正常水量。

小口径机械式普通水表产生自转的外因是用户室内管道各盲端内存有的空气因城市管网压力波动或附近用户用水产生的压力扰动，从而引起该盲端内存空气的循环压缩、膨胀作用。试验证明用“防水表自转控制阀”替代现普遍使用的表前控制阀（闸阀或球阀）是一种解决水表自转现象切实可行的方法，可以有效防止和解决水表自转现象，提高供水企业服务质量和社会效益。

参考文献

⑴  国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会.工业阀门压力试验（GB/T13927-2008）. 北京：中国标准出版社，2009

⑵      国家质量监督检验检疫总局.冷水水表国家计量检定规程（JJG162-2009）.北京：中国计量出版社，2009

⑶  国家质量监督检验检疫总局.封闭满管道中水流量的测量饮用冷水水表和热水水表国家标准（GB/T778-2007）.北京：中国标准出版社，2007