此文為2011年第1期《城鎮(zhèn)供水》雜志上公開刊載的交流論文；現(xiàn)全篇轉(zhuǎn)載供有緣人學(xué)習(xí)交流！
水表防自轉(zhuǎn)技術(shù)探討
劉友飛1 陳偉成2
（1紹興市自來水有限公司；2上虞正益閥門科技有限公司，浙江紹興 312000）
摘要：隨著城市自來水戶表改造的不斷深入，住宅水表自轉(zhuǎn)問題已引起多方關(guān)注，如何有效防止和解決戶表自轉(zhuǎn)現(xiàn)象將直接關(guān)系到供水企業(yè)服務(wù)質(zhì)量和社會(huì)效益。本文通過詳細(xì)分析水表自轉(zhuǎn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，介紹一種防水表自轉(zhuǎn)的新型專利產(chǎn)品—防水表自轉(zhuǎn)控制閥，并以實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該新型防水表自轉(zhuǎn)控制閥門對解決水表自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的有效性和切實(shí)可行性。
關(guān)鍵詞：防水表自轉(zhuǎn)控制閥門；在裝水表自轉(zhuǎn)
0 引言
隨著城市供水“一戶一表、計(jì)量出戶”改造工作的全面推進(jìn)，越來越多的用戶反映水表計(jì)量有問題，主要表現(xiàn)為用戶的管道及用水器具在沒有漏損情況下，當(dāng)用戶沒有用水時(shí)，水表指針間斷或不間斷地在來回走動(dòng)，從而產(chǎn)生一定數(shù)量的水表讀數(shù)，引起用戶質(zhì)疑。近年來，住宅水表自轉(zhuǎn)問題已引起多方關(guān)注，原因有多種因素引起，從供水管網(wǎng)的特點(diǎn)以及目前所使用水表本身的計(jì)量特性來分析，主要有水表本身及表后戶內(nèi)管道中存在氣囊兩種原因引起。如何有效防止和解決戶表自轉(zhuǎn)現(xiàn)象已迫在眉睫，也將直接關(guān)系到供水企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量和社會(huì)效益
1 水表產(chǎn)生自轉(zhuǎn)的內(nèi)因
受應(yīng)用歷史和制造成本等因素影響，目前供水企業(yè)使用的水表大多是旋翼式（小口徑）和螺翼式（大口徑）兩大類，其工作原理在此不再贅述。水表自轉(zhuǎn)現(xiàn)象主要集中表現(xiàn)在居民家中使用的小口徑水表，下面就旋翼濕式水表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來分析產(chǎn)生自轉(zhuǎn)的主要原因。
旋翼濕式水表計(jì)量部分主要由葉輪盒、葉輪、濾網(wǎng)、計(jì)數(shù)裝置等組成；當(dāng)水表正向工作時(shí)：進(jìn)水水流先經(jīng)濾網(wǎng)過濾整流，再經(jīng)葉輪盒進(jìn)水孔以設(shè)計(jì)的噴水角沖擊葉輪，而后經(jīng)葉輪盒出水孔流出完成計(jì)量；其間葉輪直接驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)裝置記錄流經(jīng)水表液體體積，葉輪盒上的調(diào)節(jié)孔起到調(diào)節(jié)各流量區(qū)葉輪的徑向余度。當(dāng)水表反向工作時(shí)：葉輪盒上的進(jìn)、出水孔位置互換，水流沖擊葉輪的角度和葉輪受力發(fā)生根本性變化，此時(shí)濾網(wǎng)和調(diào)節(jié)孔已失去作用，葉輪驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)裝置所記錄的流經(jīng)水表液體體積也發(fā)生明顯變化；〈表1〉是針對上述兩種情況用同一“樣表”在水表檢定裝置上試驗(yàn)測得的一組數(shù)據(jù)：
表1 DN15旋翼半液封水表正反向測試記錄
|
流量點(diǎn)
方向 |
3 m3/h
示值誤差 |
1.5m3/h
示值誤差 |
0.12m3/h
示值誤差 |
0.03m3/h
示值誤差 |
|
正向通水測試 |
﹢0.5% |
﹢0.05% |
﹢0.2% |
﹣0.5% |
|
﹢0.45% |
﹢0.1% |
﹢0.4% |
﹣0.9% |
|
﹢0.5% |
﹢0.1% |
﹢0.3% |
﹣0.8% |
|
反向通水測試 |
﹣34.2% |
﹣34% |
﹣65% |
﹣65.5% |
|
﹣34.5% |
﹣34.1% |
﹣65.1% |
﹣66% |
|
﹣34.3% |
﹣34.1% |
﹣65% |
﹣65.8% |
上表數(shù)據(jù)說明該類型水表在正反向計(jì)量中水表示值誤差存在明顯差異，這是該類型水表本身設(shè)計(jì)和工作原理所決定。
2 水表產(chǎn)生自轉(zhuǎn)的外因
根據(jù)旋翼濕式水表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作原理，在裝水表正常計(jì)量的唯一動(dòng)能來自于該表二端的差壓水能，如果當(dāng)該差壓水能為零時(shí)則水表靜止（不用水不計(jì)量）。
現(xiàn)實(shí)中在裝水表因用戶室內(nèi)管道各盲端內(nèi)存有的空氣循環(huán)壓縮、膨脹作用，在用戶未用水的情況下，水表的中心指針會(huì)出現(xiàn)時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停甚至連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象。理論上每次盲端內(nèi)存空氣的壓縮和膨脹所產(chǎn)生的壓差水能守恒，指針的正反轉(zhuǎn)圈數(shù)和角度也應(yīng)該相等；然因水表正反轉(zhuǎn)計(jì)量誤差的巨大差異，導(dǎo)致了用戶未用水而水表仍然計(jì)量，產(chǎn)生水量（即水表自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的非正常水量）。
3 解決水表自轉(zhuǎn)的方法
目前，供水行業(yè)內(nèi)最常見的處理方法有：
方法一：找出室內(nèi)管道各盲端，排凈各盲端內(nèi)存空氣；但室內(nèi)管道改造、水表新裝和周檢拆裝、管網(wǎng)計(jì)劃和突然停水等環(huán)節(jié)都會(huì)引起該空氣再生。
方法二：在水表前安裝有關(guān)閉彈簧的小口徑止回閥，但是由于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)各異，其水頭損失較大，對樓層較高的用戶會(huì)產(chǎn)生壓力影響，造成二次投訴。
方法三：安裝具有正反向計(jì)量功能的新型水表，新國標(biāo)5.2.6已就該類型水表做了規(guī)定，由于多種原因，該種新型小口徑水表還沒有批量生產(chǎn)，目前國內(nèi)還沒有完全開始推廣使用。
由于采用以上幾種方法，仍然不能徹底解決或較好解決用戶反映的水表自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。為防止和徹底解決水表自轉(zhuǎn)問題，我們采用了一種新型專利產(chǎn)品——防水表自轉(zhuǎn)控制閥（專利號：ZL2010 2 0149249.6），作為一種新的解決水表自轉(zhuǎn)方法，即在戶表前安裝“防水表自轉(zhuǎn)控制閥”，該閥能有效隔斷管道盲端內(nèi)存空氣的循環(huán)壓縮和膨脹，從而達(dá)到防止和解決水表自轉(zhuǎn)問題�，F(xiàn)就該專利產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)和工作原理簡介如下。
4 防水表自轉(zhuǎn)閥的主要結(jié)構(gòu)和工作原理
4.1 主要結(jié)構(gòu)
如圖所示：防水表自轉(zhuǎn)控制閥主要包括閥座2，閥蓋5，閥桿6，進(jìn)水道1，出水道11，皮膜3，皮膜襯墊4和專用閥口10，專用閥口固定設(shè)于閥座進(jìn)水道內(nèi)腔與皮膜上的皮膜襯墊相對應(yīng)，皮膜襯墊中間設(shè)計(jì)的皮膜襯墊導(dǎo)桿8與閥桿處于同一軸線上, 皮膜側(cè)壁位置設(shè)有一個(gè)或一個(gè)以上泄壓孔9。
當(dāng)專用閥口10采用導(dǎo)磁材料，皮膜3或皮膜襯墊4可采用磁性材料；當(dāng)專用閥口10采用磁性材料，皮膜襯墊4可采用導(dǎo)磁材料；專用閥口10與皮膜3或皮膜襯墊4可采用磁場極性相反的磁性材料制成；專用閥口10與皮膜3及皮膜襯墊4也可采用磁場極性相反的磁性材料制成。
4.2 工作原理
防水表自轉(zhuǎn)控制閥工作原理：順時(shí)針旋轉(zhuǎn)閥桿6，使閥桿6在閥桿螺紋的導(dǎo)向下往下運(yùn)動(dòng)，皮膜襯墊4在皮膜襯墊導(dǎo)桿8與閥桿導(dǎo)腔7定位配合下亦作同向運(yùn)動(dòng)，并通過皮膜襯墊4的受力傳遞使皮膜3和專用閥口10之間密封，閥門關(guān)閉。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)閥桿6，使閥桿6在閥桿螺紋的導(dǎo)向下上升至最高位。此時(shí)，如果用戶不用水：閥門出水道11內(nèi)的水壓和進(jìn)水道1內(nèi)及皮膜3上腔內(nèi)的水壓相等，皮膜3或皮膜襯墊4與專用閥口10之間的磁場吸力加上皮膜3和皮膜襯墊4兩者自身重力的作用下，皮膜3與專用閥口10之間處于密封狀態(tài)，有效隔斷閥門進(jìn)水道1與出水道11之間的壓差變化，達(dá)到防止與閥門出水道11相連接的水表產(chǎn)生自轉(zhuǎn)。如果用戶正常用水：閥門出水道11通過泄壓孔9相連通和皮膜3上腔內(nèi)的水壓驟然下降，皮膜3上下形成的壓差克服皮膜3或皮膜襯墊4與專用閥口10之間的磁場吸力加上皮膜3和皮膜襯墊4兩者自身的重力，把皮膜3連同皮膜襯墊4一起往上推，于是閥門打開。閥門一旦打開，皮膜3或皮膜襯墊4與專用閥口10之間的磁場吸力就消失，閥門進(jìn)水道1內(nèi)的水流只需定值克服皮膜3和皮膜襯墊4兩者自身的重力加上皮膜3上升后自身形狀變形所產(chǎn)生的還原力即可。突破了一般止回閥利用彈簧彈力密封后，閥門內(nèi)通過的液體不僅要克服本身固有的局部阻力，同時(shí)還要克服與閥門開啟度成平方關(guān)系的彈簧彈力（f=kx2）所造成的阻力，從而大大降低了該閥門的壓力損失。
5 實(shí)驗(yàn)測試
為了有效驗(yàn)證防水表自轉(zhuǎn)控制閥對解決水表自轉(zhuǎn)的可行性和有效性，我們通過專用測試工具和模擬管道，開展了多次實(shí)驗(yàn)測試與分析。
5.1 測試一
如〈圖1〉所示：將6只“工具表”和1只被測“樣表”（LXF-15F、B級）內(nèi)的殘留水倒凈連同“防水表自轉(zhuǎn)控制閥”一起夾在8表串聯(lián)檢定臺(tái)（LJS15-25、準(zhǔn)確度0.2%）上；先關(guān)閉保壓閥2和放空閥，再緩慢打開保壓閥1，這樣檢定臺(tái)接管和7只表內(nèi)的空氣均被壓縮在保壓閥2前的管段內(nèi)（類似用戶管道盲端）；待被測“樣表”中心指針靜止后關(guān)閉保壓閥1，記錄壓力表（CYF數(shù)顯：0—4MPa、精度：±0.5%）示值和被測“樣表”示值；開始測試：緩慢打開放空閥使被測管段壓力由高逐漸降低到目標(biāo)值，然而關(guān)閉放空閥，記錄此時(shí)壓力表示值和被測“樣表”示值；再打開保壓閥1使被測管段壓力上升并記錄此時(shí)壓力表示值和被測“樣表”示值，按上述方法重復(fù)測試三次。測試統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見〈表2〉：
表2 DN15旋翼半液封水表（樣表）未端存有空氣時(shí)帶閥壓力變化測試統(tǒng)計(jì)
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壓力由高轉(zhuǎn)低水表示值變化 |
壓力由低轉(zhuǎn)高水表示值變化 |
|
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〉數(shù)據(jù)：在“樣表”未端存有空氣情況下，并安裝防自轉(zhuǎn)控制閥，當(dāng)“樣表”內(nèi)壓力在0.10—0.353 MPa范圍波動(dòng)時(shí)，無論“樣表”內(nèi)壓力由高轉(zhuǎn)低或由低轉(zhuǎn)高，“樣表”的累計(jì)示值均未變化；此測試說明當(dāng)水表前安裝“防水表自轉(zhuǎn)控制閥”時(shí)，能有效隔斷水表后內(nèi)存空氣的循環(huán)壓縮和膨脹引起的水表自轉(zhuǎn)。
5.2 測試二
如〈圖2〉所示：將6只“工具表”和1只被測“樣表”內(nèi)的殘留水倒凈連同一直管段（取代防水表自轉(zhuǎn)控制閥）一起夾在8表串聯(lián)檢定臺(tái)上；測試方法和流程與“測試一”相同。測試統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見〈表3〉：
表3 DN15旋翼半液封水表（樣表）未端存有空氣時(shí)不帶閥壓力變化測試統(tǒng)計(jì)
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壓力由高轉(zhuǎn)低累計(jì)水表示值變化 |
壓力由低轉(zhuǎn)高累計(jì)水表示值變化 |
|
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 |
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0.353 Mpa |
0.143 Mpa |
0.03 |
0.143Mpa |
0.353 Mpa |
0.72 |
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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, |
0.27
分析〈表3〉數(shù)據(jù)：在“樣表”未端存有空氣情況下，并未安裝防水表自轉(zhuǎn)控制閥，“樣表”內(nèi)壓力在0.100—0.353 MPa范圍波動(dòng)時(shí)；當(dāng)“樣表”內(nèi)壓力由高轉(zhuǎn)低或由低轉(zhuǎn)高時(shí)，“樣表”的累計(jì)示值變化隨壓力波動(dòng)范圍的擴(kuò)大而遞增。然當(dāng)“樣表”內(nèi)壓力由高轉(zhuǎn)低時(shí)遞增量的絕對值明顯小于由低轉(zhuǎn)高時(shí)的絕對值，從而引起水表自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
5.3 測試三
如〈圖3〉所示：將一長直管段（代替6只工具表）和1只被測“樣表” 連同“防水表自轉(zhuǎn)控制閥”一起夾在8表串聯(lián)檢定臺(tái)上；打開保壓閥2和放空閥，再緩慢打開保壓閥1，排凈被測“樣表”和前后直管段內(nèi)空氣，再按序關(guān)閉保壓閥2、放空閥，待被測“樣表”中心指針靜止后關(guān)閉保壓閥1，記錄壓力表示值和被測“樣表”示值；開始測試：緩慢打開放空閥使被測管段壓力由高逐漸降低到目標(biāo)值，然而關(guān)閉放空閥，記錄此時(shí)壓力表示值和被測“樣表”示值；再打開保壓閥1使被測管段壓力上升并記錄此時(shí)壓力表示值和被測“樣表”示值，按上述方法重復(fù)測試三次。測試統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見〈表4〉：
表4 DN15旋翼半液封水表（樣表）未端無空氣時(shí)帶閥壓力變化測試統(tǒng)計(jì)
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壓力由高轉(zhuǎn)低累計(jì)水表示值變化 |
壓力由低轉(zhuǎn)高累計(jì)水表示值變化 |
|
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〉所得數(shù)據(jù)：在“樣表”未端末存空氣，并帶“防水表自轉(zhuǎn)控制閥”情況下，“樣表”內(nèi)壓力在0.101—0.353 MPa范圍波動(dòng)時(shí)；無論“樣表”內(nèi)壓力由高轉(zhuǎn)低或由低轉(zhuǎn)高，“樣表”的累計(jì)示值均未變化；此測試說明當(dāng)水表后無內(nèi)存空氣且水表前安裝“防水表自轉(zhuǎn)控制閥”時(shí)，水表運(yùn)轉(zhuǎn)正常，不存在水表自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
5.4 測試四
如〈圖4〉所示：將一長直管段（代替6只工具表）和1只被測“樣表”一起夾在8表串聯(lián)檢定臺(tái)上；測試方法和流程與“測試三”相同。測試統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見〈表5〉：
表5 DN15旋翼半液封水表（樣表）未端無空氣時(shí)不帶閥壓力變化測試統(tǒng)計(jì)
|
壓力由高轉(zhuǎn)低累計(jì)水表示值變化 |
壓力由低轉(zhuǎn)高累計(jì)水表示值變化 |
|
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〉所得數(shù)據(jù)：在“樣表”未端末存空氣，末帶“防水表自轉(zhuǎn)控制閥”情況下，“樣表”內(nèi)壓力在0.105—0.353 MPa范圍波動(dòng)時(shí)，“樣表”內(nèi)壓力由高轉(zhuǎn)低或由低轉(zhuǎn)高，“樣表”的累計(jì)示值還有微量的變化，說明不帶“防水表自轉(zhuǎn)控制閥”仍然會(huì)產(chǎn)生較少量的水表自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
6 結(jié)論
綜上分析，小口徑機(jī)械式普通水表產(chǎn)生自轉(zhuǎn)的內(nèi)因是水表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作原理所決定，目前的普通水表只具有單向（正向）計(jì)量功能，尚不具備雙向（正反向）分別計(jì)量功能，所以在水表產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象后不能分向準(zhǔn)確計(jì)量，從而產(chǎn)生非正常水量。
小口徑機(jī)械式普通水表產(chǎn)生自轉(zhuǎn)的外因是用戶室內(nèi)管道各盲端內(nèi)存有的空氣因城市管網(wǎng)壓力波動(dòng)或附近用戶用水產(chǎn)生的壓力擾動(dòng)，從而引起該盲端內(nèi)存空氣的循環(huán)壓縮、膨脹作用。試驗(yàn)證明用“防水表自轉(zhuǎn)控制閥”替代現(xiàn)普遍使用的表前控制閥（閘閥或球閥）是一種解決水表自轉(zhuǎn)現(xiàn)象切實(shí)可行的方法，可以有效防止和解決水表自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，提高供水企業(yè)服務(wù)質(zhì)量和社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn)
⑴ 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).工業(yè)閥門壓力試驗(yàn)（GB/T13927-2008）. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009
⑵ 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.冷水水表國家計(jì)量檢定規(guī)程（JJG162-2009）.北京：中國計(jì)量出版社，2009
⑶ 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.封閉滿管道中水流量的測量飲用冷水水表和熱水水表國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T778-2007）.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007
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