水表的使用及計量誤差分析

水表的使用及計量誤差分析



    目前，在DN200以下的供水管道中，在用水表多為小口徑旋翼式和大口徑螺翼式。從現(xiàn)場應(yīng)用情況來看，影響水表計量準(zhǔn)確度的因素很多，如口徑、流量選擇不當(dāng)，管道水質(zhì)中夾帶著固體雜質(zhì)顆粒，水表零件的機械磨損、管網(wǎng)水壓不穩(wěn)定以及水溫偏低等，均會導(dǎo)致水表計量偏快或偏慢。其中，水表安裝傾斜造成的誤差很大，尤其是對小流量的影響。因此，為了保證水表計量的準(zhǔn)確度，不僅應(yīng)在選型、安裝、使用、維護等方面遵循技術(shù)規(guī)范，而且還應(yīng)當(dāng)重視對水表使用中的誤差分析，找出影響水表誤差的原因，提出改進措施，降低水表運行中的計量誤差。
   
一、水表的安裝與使用
    1.水表的安裝
    水表的正確安裝是保證水表計量準(zhǔn)確的必要保障，應(yīng)按照GB/T778.2-2007《封閉滿管道中水流量的測量  飲用冷水水表和熱水水表 第2部分:安裝要求》國家標(biāo)準(zhǔn)進行規(guī)范安裝。水表上游流動擾動會引起較大的誤差和提前磨損。流動擾動主要有速度剖面畸變和漩渦兩種。前者是由障礙物部分阻塞管道引起的，如管道中存在部分關(guān)閉的閥、蝶閥、止回閥等。后者則是由不同平面上的兩個或多個彎頭、離心泵等引起的，這種影響可用水表上、下游保證不少于10倍、5倍的水表標(biāo)稱口徑的直管段加以控制。如果不能滿足直管段要求，可安裝整直器。因此，水表安裝前必須沖洗管道，清除石子、泥沙等垃圾，必要時應(yīng)加裝濾網(wǎng)或過濾器，以減少水表的計量誤差。
    2.水表的使用
    水中混有空氣，往往會滯留在水表的上部調(diào)整器和其他較高的空間內(nèi)，直接造成水表多計數(shù)。不僅如此，表中的空氣還會削弱調(diào)整器對水的反擊作用，使水表指示的水量增加。在這種情況下，應(yīng)在水表上游安裝放氣閥并避免頻繁開關(guān)閥門。否則，尤其是在關(guān)閉閥門時，會產(chǎn)生“水錘”現(xiàn)象。這是因為水是不可壓縮的，水流的慣性力在瞬間會對閥門、管道和水表產(chǎn)生巨大的壓力，輕者降低閥門和水表的壽命，重者造成閥門損壞、管道破裂或水表機芯變形。試驗表明，隨著水表前、后閥門的關(guān)閉，水表的計量準(zhǔn)確度會降低，誤差增加；當(dāng)閥門關(guān)到2/3時，誤差會增加10%甚至更大。所以，應(yīng)盡量減少開關(guān)閥門的次數(shù)。
   
二、水表計量的誤差分析
    1.系統(tǒng)誤差
    系統(tǒng)誤差主要由水表檢定裝置誤差和附件誤差構(gòu)成。水表檢定系統(tǒng)是確定水表準(zhǔn)確度的依據(jù)。在常用的檢定系統(tǒng)中，其瞬時流量計和標(biāo)準(zhǔn)量器的誤差、水表接口與測量管段的上下游段內(nèi)徑不一致造成水壓的不穩(wěn)定及試驗段、閥門的滲漏等情況，將直接影響水表檢定裝置的準(zhǔn)確性。由于系統(tǒng)誤差在水表的整個檢定過程中，是以固定的形式傳遞給水表的，因此，為保證水表檢定結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，一定要按照JJG162-2007《冷水水表》檢定規(guī)程的要求，由法定計量檢定機構(gòu)對檢定系統(tǒng)進行考核和檢定，必要時給出修正值。
    2.隨機誤差
    (1)水表質(zhì)量和選型不當(dāng)引起的誤差
    水表的質(zhì)量直接關(guān)系到水表的準(zhǔn)確度。一些不法商販?zhǔn)褂昧淤|(zhì)材料制造表芯零件，大量組裝假冒偽劣水表，其準(zhǔn)確度和使用壽命不言而喻。產(chǎn)品質(zhì)量存在較嚴重的問題，若受到外部碰撞震動及流量、壓力變化，往往會造成水表的嚴重失準(zhǔn)或損壞。另外，水表型號和口徑選擇不當(dāng)，也不能保證用戶常用水量滿足水表的分界流量和最小流量要求，會引起使用誤差。
    (2)人為因素造成的誤差
    在水表檢定的過程中，由于技術(shù)方面的原因以及經(jīng)驗不足，不嚴格執(zhí)行檢定規(guī)程，檢定裝置和水表內(nèi)空氣未排除干凈，量器內(nèi)水未排除干凈就開始計量，水柱未處于穩(wěn)定狀態(tài)就讀取示值，造成示值誤差；或者是檢定員眼睛分辨力下降、讀取方法不當(dāng)?shù)仍斐勺x取示值誤差；另外，亦可能因檢定人員責(zé)任心不強、馬虎從事，出現(xiàn)讀數(shù)誤差。
    (3)水表安裝及水質(zhì)引起的誤差
    有些在建施工單位，對GB/T778.2-2007水表安裝要求中的有關(guān)規(guī)定不甚了解，因安裝不當(dāng)造成的水流速度剖面畸變和漩渦對水表造成的影響更是不知，安裝之前對管道未預(yù)沖洗，致使建筑垃圾進入水表；城市的供水管道破裂修復(fù)后未進行沖洗，也會因麻絲、沙石等雜物而造成堵塞。二者均會造成水表失準(zhǔn)和損壞。另外，水表在使用中混有空氣會降低調(diào)節(jié)板對水的反擊作用，以致引起水表示值誤差。由數(shù)據(jù)表明，DN15的水表在1000L/h的情況下，如果橫向傾斜45°，誤差增加1%，如果縱向傾斜45°，誤差最大會增加3%。在180L/h的情況下，如果橫向傾斜45°，誤差會增加5%以上；如果縱向傾斜45°，誤差會增加20%甚至更大。

三、水表誤差特性和使用中的誤差分析

    1.水表的誤差特性
    水表的流量誤差是經(jīng)實驗測試得出的。流量范圍根據(jù)分界流量分為高區(qū)和低區(qū)兩部分，各區(qū)有相應(yīng)的最大允許誤差。從最小流量至分界流量為低區(qū)，從分界流量至過載流量為高區(qū)。水表的準(zhǔn)確度等級分為1級和2級，2級的水表最高允許誤差在高區(qū)(Q2≤Q≤Q4)為±2%，在低區(qū)(Q1≤Q≤Q2)為±5%。旋翼式水表的誤差特性用水表的示值誤差E與流量來表示。旋翼式水表誤差特性曲線如圖1a所示。其特征是:在小流量時誤差急劇偏負；隨著流量增至分界流量附近，誤差曲線快速向正向移動，并達到一個峰值；當(dāng)流量繼續(xù)增大時，誤差曲線又向負方向偏移。水平螺翼式水表誤差特性曲線如圖1b所示。特征與旋翼式相近，只是在分界流量附近誤差曲線快速趨于平穩(wěn)。前后直管段和進水閥開放狀態(tài)對性能曲線的變化影響較大。
   




    圖1  水表誤差特性


    2.水表使用中的誤差分析
    水表就其本身的計量誤差尚存不盡如人意之處，尤其在小流量時誤差偏大，在小于始動流量狀態(tài)計量誤差很大或不計量。這個問題對于準(zhǔn)確計量產(chǎn)生了一定的影響。水表的計量誤差是在實驗室標(biāo)準(zhǔn)條件下測得的，在使用過程中很難保證現(xiàn)場條件與檢定條件一致，因此，如果不注意使用過程中的條件因素往往會造成一定的附加誤差。以下是影響使用中水表計量準(zhǔn)確度的主要因素:
    (1)使用設(shè)計方面
    首先是水表質(zhì)量。選用水表的質(zhì)量問題是使用過程很重要的一個因素。隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，有些作坊式的水表生產(chǎn)點制造工藝條件簡陋，零部件材質(zhì)的耐磨性、質(zhì)量檢驗水平都達不到標(biāo)準(zhǔn)要求，這一點應(yīng)引起設(shè)計、選型人員的充分注意。二是直管段條件。水表使用過程中，只有達到技術(shù)條件要求才能保證其計量的準(zhǔn)確性。從現(xiàn)場使用的水表來看，絕大部分都不符合前后直管段安裝的要求，特別是大口徑水表，造成誤差很大。三是水表口徑的選擇。有時設(shè)計人員僅根據(jù)供水管徑選擇水表口徑，這樣往往會造成實際用水量達不到水表常用流量范圍，長期運行在小流量狀態(tài)，致使計量誤差偏大。四是水表背壓條件。水龍頭高于水表的安裝并不多，如果達不到這一要求則水表不能正常計量。因此，在設(shè)計安裝時就應(yīng)充分注意。
    (2)使用現(xiàn)場條件
    中國城鎮(zhèn)供水協(xié)會于1992年組織了10個大、中型城市的自來水公司對1432只不同口徑的在裝水表準(zhǔn)確度現(xiàn)狀進行了調(diào)查，其結(jié)論:“小口徑水表合格率約為60%，較大口徑水表更差?？傮w計量偏正，誤差幅度約為5%，產(chǎn)生水表誤差偏高的主要原因是水表使用的現(xiàn)場條件所致”。首先是管網(wǎng)水質(zhì)因素。當(dāng)水中夾帶的固體雜質(zhì)(如沙粒、麻絲、銹垢等)沉積于水表濾水網(wǎng)和流量調(diào)節(jié)孔的底部時，會造成本應(yīng)分流的水沒有充分分流而作用于葉輪，致使葉輪轉(zhuǎn)速加快計量偏正。由于水中的固體顆粒易結(jié)成水垢，致使濾水網(wǎng)、葉輪盒進水孔的孔徑變小，流速加快導(dǎo)致葉輪轉(zhuǎn)速加快，水表計量偏正。其次是水表頂針的機械磨損因素。頂針是水表內(nèi)支撐葉輪轉(zhuǎn)動的關(guān)鍵部件，在連續(xù)運行過程中，極易造成頂針尖部磨損，從而使頂尖與葉輪之間摩擦系數(shù)增大，水表計量偏負。另外，頂尖與葉輪位置下降，也會使葉輪與齒輪盒之間的空隙增大，水流的阻尼減小，大流量時計量偏正。這兩種狀態(tài)綜合發(fā)生的結(jié)果會導(dǎo)致水表在小流量時計量偏負，大流量時計量偏正。通過對蘭州水司2000只到期水表拆回抽檢的結(jié)果來看，小口徑水表(3年周期)合格率為70%，大口徑水表(2年周期)約為74%，不容樂觀。
    經(jīng)上述分析，由于管道中雜質(zhì)堵塞等原因，水表計量呈正超差趨勢，而隨著機械磨損程度的增加，頂針與葉輪以及其他部件之間的摩擦系數(shù)增大，使水表計量又向負超差的趨勢轉(zhuǎn)變，進而抵消了導(dǎo)致水表偏正的因素，使總的計量誤差又出現(xiàn)了回升現(xiàn)象。但隨著水表運行時間的延長，機械磨損因素增強，會導(dǎo)致總的計量偏負，這一點必須引起重視。水表使用年限與計量誤差的關(guān)系如圖2所示。
   




    圖2  水表誤差與使用年限趨勢圖


    圖2僅是水表誤差與使用年限趨勢示意圖，不同環(huán)境條件下不盡一致，只有通過大量的實驗才能較準(zhǔn)確地繪制A、B、C、D各段誤差的變化規(guī)律。
   

四、降低水表誤差的措施

    水表選型首先應(yīng)考慮水表長期運行的穩(wěn)定性和綜合質(zhì)量的可靠性，并對選購的水表質(zhì)量進行跟蹤考核，定期進行型式評價，以保證使用中的水表質(zhì)量達到要求。二是要保證直管段及水質(zhì)條件。確保水表上下游直管段長度的要求，否則，應(yīng)安裝濾網(wǎng)、過濾器和整直器，消除固體顆粒和漩渦的影響，以滿足水表的最大允許誤差要求。尤其是大口徑水表更應(yīng)認真對待，切實做好管道破裂搶修后的清洗工作。三是科學(xué)選擇水表口徑。水表的始動流量與水表口徑呈正比關(guān)系。隨著口徑增大，始動流量增大，靈敏度相應(yīng)降低。要按常用流量的大小選擇水表口徑。四是背壓條件應(yīng)滿足JJG162-2007中“水表出口壓力應(yīng)不小于0.03MPa”的要求?？刹扇∷堫^高于水表的方法，也可選用立式水表。五是加強水表檢定管理。嚴格按照JJG162-2007對水表進行首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗。對住宅生活用水表，也可實施“首次強制檢定，限期使用，到期輪換”的方式，并采取離線檢定和在線檢驗相結(jié)合的方式做好周檢。水表的首檢易做，而后續(xù)檢定工作難度較大，但它仍然是保障水表準(zhǔn)確度的重要手段。