水表的結構和工作原理

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。

在國家標準中,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,並由水流速直接使其獲得運動的一種水表」。當水流通過水表時,驅動葉輪(旋翼或螺翼)旋轉,而水流的流速與葉輪的轉速成正比,因水流驅動葉輪處噴口的截面積為常數,故葉輪的轉速與流量也成正比。通過葉輪軸上的聯動部件與計數機構相連接,使計數機構累積葉輪(旋翼或螺翼)的轉數,從而記下通過水表的水量。

水表的結構和工作原理

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,驅動葉輪旋轉。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、計量機構、計數機構和濾水網等組成。水流衝擊葉輪後,葉輪開始轉動,所轉圈數通過計數機構累計,記錄顯示通過水表的水量。

齒輪筋對性能曲線的影響

齒輪盒底部裝有三塊可任意調節角度的調節板,其作用是通過調整調節板角度,以改變水流從調節板反射回來時反作用力的大小,即改變水流對葉輪轉速阻尼力的大小,達到調節大流量區域誤差的目的。這種調節對小流量區域影響不大。

葉輪盒

葉輪盒是計量機構中最關鍵的部件。葉輪盒上部內孔與齒輪盒下台肩相配合。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,而採取過盈配合,將頂尖用力壓人。葉輪盒上部內孔與頂尖應具有良好的同軸度。

在葉輪盒四周有兩排斜孔,下排為進水孔,上排為出水孔,前者比後者對水表計量特性與壓力損失的影響,更為至關重要。進水孔一般在葉輪盒注塑時一次成型為矩形孔或長方孔。進水孔可以均勻分佈於葉輪盒的四周,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域運轉時,使水流對葉輪轉速產生阻尼。因此,調整葉輪下平面與葉輪盒筋之間的間隙,將會對小流量區域的示值誤差產生影響。同時,當用水設備一旦關閉,水流不再流經水表時,由於筋的阻尼作用,能較快地克服葉輪的慣性,使其迅速停止轉動,達到準確計量的目的。

對於內部調節式水表而言,在葉輪盒底部有若干個調節孔,如LXS-15C~20C水表的葉輪盒底部,均布有三排、每排二隻的調節孔。調節孔有斜孔和直孔兩種,如兩者截面積相同,則後者比前者具有更大的調節功能,同時,在誤差調節時,直孔比斜孔顯得更敏感,在微量調節時比較難掌握。

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。葉輪受到水流衝擊後旋轉,與葉輪軸和軸上的中心齒輪同時轉動。

對於大多數水表來說,在常用流量時,水表葉輪的轉速,一般在750—900r/min。所以希望葉輪具有較好的動平衡性能,以減少運動副之間的磨損,提高水表使用壽命。

水表的結構和工作原理

頂尖

頂尖安裝在葉輪盒底部的中心,在葉輪軸的下部,用於支撐葉輪轉動。頂尖的最上尖部與葉輪軸的下端凹軸承直接形成點滑動接觸,以便使葉輪轉動更加靈敏。除了頂尖頭、軸與螺紋間應具有良好的同軸度外,頂尖頭的材質應具有很高的耐磨性能,一般以特殊配方的硬質橡膠棒、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,經短時間使用,頂尖頭即會磨損,使水表出現大流量區域變快、最小流量時變慢的情況。這是因為在上述兩種流量下,葉輪旋轉時呈下沉狀態,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,水流對葉輪轉速的阻尼減小,水表在大流量區域變快。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。如果頂尖頭嚴重磨損,即使在大流量情況下,其磨擦阻力的影響會達到或超過水流對葉輪轉速阻尼減小的影響,水表在大流量時的誤差又會恢復到準確或變慢。

計數機構

計數機構常稱為計數器,常見的形式有指針式、字輪式和指針字輪組合式。

指針式計數機構

指針式計數機構一般由上夾板、下夾板、托板、齒輪級、標度盤、指針、圓指針及螺釘等組成。

上夾板、下夾板

夾板、下夾板和托板三者(有些產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、下夾板上相對應序號的軸孔投影,應分別重合。齒輪在齒輪架中的上、下竄量應保持在0.6—0.8mm之間,若竄量過小,當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不到要求。上夾板下面中心有一凸台,其中有一孔與葉輪上端的光軸組成運動副。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。

齒輪齒輪組起著變速和計數作用。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。葉輪軸上的中心齒輪與第一位齒輪相嚙合,齒輪組將葉輪轉數記錄下來,通過指針在度盤上指示出流經水表的水量。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,起計數作用,稱為計數齒輪,其相鄰的兩指針的齒輪間,其速比均為10:1,由此構成連續十進位方式。

下面中心有一凸台,其中有一孔與葉輪上端的光軸組成運動副。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。

齒輪齒輪組起著變速和計數作用。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,齒輪組將葉輪轉數記錄下來,通過指針在度盤上指示出流經水表的水量。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,起計數作用,稱為計數齒輪,其相鄰的兩指針的齒輪間,其速比均為10:1,由此構成連續十進位方式。

不同規格的水表,在通過等量水體積的情況下,其葉輪與第一位指針的轉數比是不同的。變速齒輪的作用是通過其主、被動輪的齒數變化,取得不同的速成比而滿足不同規格水表的需要,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。

習慣上將水表第一位紅指針轉一圈與其葉輪的轉數之比,稱為該水表的減速比i。這一減速比為主動輪齒數與被動輪齒數之比。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,可計算出各種規格水表在各種流量下的葉輪轉速。例如,要計算LXS一15C水表在常用流量(1.5m3/h)下的葉輪每分鐘轉速時,可按下式計算:

同理,可得到LXS一20C,25C,40C規格的水表在常用流量下的葉輪轉速為937.5,908.7和589.67r/rain。

標度盤

標度盤的分格,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水表的顯示數不返回零。

1m3及其倍數的指針和度盤用黑色,1m3以下的用紅色。

規程JJGl62—1985和標準GB/T778—1996規定:水表最小分度值(水表標準稱為檢定 分格值)應滿足檢定時的準確度不低於o.5%(每一次讀數允許有不超過1/2最小分度值的允許讀數誤差),以及最小流量檢定所需時間不應超過1h30min;應能在不越過零的情況下記錄下相當於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「檢定標尺的分格值,應足夠小以保證指示裝置的分辨率誤差不大於最小流量Ql下運行lh30min的實際體積的0.5%(對2級表)」,這樣的表述更準確。

在水表檢定時,要注意最小分格值的讀數,見圖2—6所示。水表最小位圓標度的主分格值為0.0001m『(或稱0.11),其間一分為二作為細分格,則成為檢定分格或最小分度值0.00005m3。根據人機工程學原理,為取得較快的讀數,採取二步內插法,即根據目測,將細分格再假想插入一條等分中線。如果指針指向小於(或等於)細分格中的假想中線,則讀取下限分格值,如圖2—6(a)應讀作0.00005m3,如果指針指向大於(或等於)細分格中的假想中線,則讀取上限分格值。

檢定分格值、檢定用水量、檢定所需時間三者互為聯繫、互相牽制,在水表的檢定分格值設計、檢定用水量的確定及水表檢定裝置的量器量限設計時都需考慮。檢定分格值應符合表2-2的要求。水表的十進位數應符合表2-3的要求。

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

水表的十進位數

常用流量qp(m3/h)

最少十進位數

1.5≤qp<5 4 5≤qp<10 5 15≤qp<50 5 50≤qp<500 6 500≤qp<1000 7

水表的結構和工作原理

指針字輪組合式、字輪式

指針字輪組合式計數機構具有讀數清晰、抄讀方便等優點,越來越多的水表包括E型表、干式水表和液封式水表普遍採用這樣的計數機構。

國內的指針字輪組合式計數機構一般由3位或4位紅指針與5位字輪組成。對於公稱口徑15~25mm的水表,其第一位字輪的分格值為0.1m3,數字顏色為紅色,其後等於或大於1m3的四個字輪上的數字均為黑色。有些企業生產的這種計數機構,將字輪組置於字輪匣中,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的狹長的5個「窗孔」,避免字輪被水中的一些雜質卡死或影響抄讀的缺陷。

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