水表的结构和工作原理

旋翼式水表

旋翼式水表是速度式水表的一种，是世界上用得最多的水表品种。

在国家标准中，速度式水表的定义为“安装在封闭管道中，由一个动力元件组成，并由水流速直接使其获得运动的一种水表”。当水流通过水表时，驱动叶轮(旋翼或螺翼)旋转，而水流的流速与叶轮的转速成正比，因水流驱动叶轮处喷口的截面积为常数，故叶轮的转速与流量也成正比。通过叶轮轴上的联动部件与计数机构相连接，使计数机构累积叶轮(旋翼或螺翼)的转数，从而记下通过水表的水量。

水表的结构和工作原理

多流束水表

多流(束)水表：水流通过水表时，有多束(股)水流从叶轮盒四周流人，驱动叶轮旋转。这种水表的公称口径一般为15mm～150mm。

旋翼多流束式水表由表壳、中罩、表玻璃、密封垫圈、计量机构、计数机构和滤水网等组成。水流冲击叶轮后，叶轮开始转动，所转圈数通过计数机构累计，记录显示通过水表的水量。

齿轮筋对性能曲线的影响

齿轮盒底部装有三块可任意调节角度的调节板，其作用是通过调整调节板角度，以改变水流从调节板反射回来时反作用力的大小，即改变水流对叶轮转速阻尼力的大小，达到调节大流量区域误差的目的。这种调节对小流量区域影响不大。

叶轮盒

叶轮盒是计量机构中最关键的部件。叶轮盒上部内孔与齿轮盒下台肩相配合。在叶轮盒低部中心一般有一螺孔，与顶尖相配合。但有些水表不用螺纹配合，而采取过盈配合，将顶尖用力压人。叶轮盒上部内孔与顶尖应具有良好的同轴度。

在叶轮盒四周有两排斜孔，下排为进水孔，上排为出水孔，前者比后者对水表计量特性与压力损失的影响，更为至关重要。进水孔一般在叶轮盒注塑时一次成型为矩形孔或长方孔。进水孔可以均匀分布于叶轮盒的四周，也可在叶轮盒四周呈对称排列。

叶轮盒底部有若干条筋(一般为3条或6条)，与齿轮盒上的筋作用相仿，主要是对水表在小流量区域运转时，使水流对叶轮转速产生阻尼。因此，调整叶轮下平面与叶轮盒筋之间的间隙，将会对小流量区域的示值误差产生影响。同时，当用水设备一旦关闭，水流不再流经水表时，由于筋的阻尼作用，能较快地克服叶轮的惯性，使其迅速停止转动，达到准确计量的目的。

对于内部调节式水表而言，在叶轮盒底部有若干个调节孔，如LXS-15C～20C水表的叶轮盒底部，均布有三排、每排二只的调节孔。调节孔有斜孔和直孔两种，如两者截面积相同，则后者比前者具有更大的调节功能，同时，在误差调节时，直孔比斜孔显得更敏感，在微量调节时比较难掌握。

叶轮

无论是整体叶轮，或是组合叶轮，均要求叶轮上端的轴与下部的叶轮衬套孔(甚至玛瑙轴承窝)之间，应有良好的同轴度。

旋翼式水表所用的叶轮的形状为直板形。叶轮受到水流冲击后旋转，与叶轮轴和轴上的中心齿轮同时转动。

对于大多数水表来说，在常用流量时，水表叶轮的转速，一般在750—900r／min。所以希望叶轮具有较好的动平衡性能，以减少运动副之间的磨损，提高水表使用寿命。

水表的结构和工作原理

顶尖

顶尖安装在叶轮盒底部的中心，在叶轮轴的下部，用于支撑叶轮转动。顶尖的最上尖部与叶轮轴的下端凹轴承直接形成点滑动接触，以便使叶轮转动更加灵敏。除了顶尖头、轴与螺纹间应具有良好的同轴度外，顶尖头的材质应具有很高的耐磨性能，一般以特殊配方的硬质橡胶棒、聚甲醛等材料较佳。值得注意的是，不能片面追求水表的灵敏度(始动流量值)而将顶尖头做成很尖。否则，经短时间使用，顶尖头即会磨损，使水表出现大流量区域变快、最小流量时变慢的情况。这是因为在上述两种流量下，叶轮旋转时呈下沉状态，即叶轮玛瑙轴承与顶尖头相接触，叶轮上平面与齿轮盒筋的间隙增大，水流对叶轮转速的阻尼减小，水表在大流量区域变快。而小流量时，叶轮下平面与叶轮盒筋的间隙减小，水流对叶轮转速的阻尼增大。同时，顶尖头的磨损，使叶轮与顶尖的磨擦阻力增大，在两者的共同作用下，即造成水表在最小流量时变慢和始动流量值增大。如果顶尖头严重磨损，即使在大流量情况下，其磨擦阻力的影响会达到或超过水流对叶轮转速阻尼减小的影响，水表在大流量时的误差又会恢复到准确或变慢。

计数机构

计数机构常称为计数器，常见的形式有指针式、字轮式和指针字轮组合式。

指针式计数机构

指针式计数机构一般由上夹板、下夹板、托板、齿轮级、标度盘、指针、圆指针及螺钉等组成。

上夹板、下夹板

夹板、下夹板和托板三者(有些产品将下夹板和托板合二为一)组成齿轮架，齿轮组被夹持在其中。上、下夹板上相对应序号的轴孔投影，应分别重合。齿轮在齿轮架中的上、下窜量应保持在0．6—0．8mm之间，若窜量过小，当上夹板一旦变形下凸时就会将齿轮上、下夹紧，齿轮组传动阻力就增大，水表的始动流量和最小流量下的误差就达不到要求。上夹板下面中心有一凸台，其中有一孔与叶轮上端的光轴组成运动副。上夹板中心孔与其外圆(与齿轮盒配合处)要求具有良好的同轴度。

齿轮齿轮组起着变速和计数作用。公称口径15～50mm水表的齿轮组，均由17只齿轮组成。公称口径80～150mm旋翼式水表的齿轮组由18个齿轮组成。叶轮轴上的中心齿轮与第一位齿轮相啮合，齿轮组将叶轮转数记录下来，通过指针在度盘上指示出流经水表的水量。齿轮组的前三位齿轮为变速齿轮，起变速作用。自第三位(即第一位红针的)齿轮的主动轮(即小齿)起，直到末位齿轮止，起计数作用，称为计数齿轮，其相邻的两指针的齿轮间，其速比均为10:1，由此构成连续十进位方式。

下面中心有一凸台，其中有一孔与叶轮上端的光轴组成运动副。上夹板中心孔与其外圆(与齿轮盒配合处)要求具有良好的同轴度。

齿轮齿轮组起着变速和计数作用。公称口径15～50mm水表的齿轮组，均由17只齿轮组成。公称口径80～150mm旋翼式水表的齿轮组由18个齿轮组成。图2-5为LXS-15C～25C水表的齿轮排列图。如图所示，叶轮轴上的中心齿轮与第一位齿轮相啮合，齿轮组将叶轮转数记录下来，通过指针在度盘上指示出流经水表的水量。齿轮组的前三位齿轮为变速齿轮，起变速作用。自第三位(即第一位红针的)齿轮的主动轮(即小齿)起，直到末位齿轮止，起计数作用，称为计数齿轮，其相邻的两指针的齿轮间，其速比均为10:1，由此构成连续十进位方式。

不同规格的水表，在通过等量水体积的情况下，其叶轮与第一位指针的转数比是不同的。变速齿轮的作用是通过其主、被动轮的齿数变化，取得不同的速成比而满足不同规格水表的需要，从而可最大限度地提高上、下夹板、度盘等零部件的通用化程度。

习惯上将水表第一位红指针转一圈与其叶轮的转数之比，称为该水表的减速比i。这一减速比为主动轮齿数与被动轮齿数之比。LXS-15C，20C，25C，40C的i值分别为1：29．6，1：22．5，1：15．577，1：35．38，LXS-80。100，150的i值分别为1：100．905、1：61．1819、1：24．716。从这些减速比值，可计算出各种规格水表在各种流量下的叶轮转速。例如，要计算LXS一15C水表在常用流量(1．5m3／h)下的叶轮每分钟转速时，可按下式计算：

同理，可得到LXS一20C，25C，40C规格的水表在常用流量下的叶轮转速为937．5，908．7和589．67r／rain。

标度盘

标度盘的分格，一要满足检定时的分辨率要求，二要满足在水表正常的使用年限内水表的显示数不返回零。

1m3及其倍数的指针和度盘用黑色，1m3以下的用红色。

规程JJGl62—1985和标准GB／T778—1996规定：水表最小分度值(水表标准称为检定 分格值)应满足检定时的准确度不低于o．5％(每一次读数允许有不超过1／2最小分度值的允许读数误差)，以及最小流量检定所需时间不应超过1h30min；应能在不越过零的情况下记录下相当于在常用流量下工作至少1999h的以立方米表示的用水量体积。

说明：国际建议OIMLR49一l：2000(E)中的表述为“检定标尺的分格值，应足够小以保证指示装置的分辨率误差不大于最小流量Ql下运行lh30min的实际体积的0．5％(对2级表)”，这样的表述更准确。

在水表检定时，要注意最小分格值的读数，见图2—6所示。水表最小位圆标度的主分格值为0．0001m‘(或称0．11)，其间一分为二作为细分格，则成为检定分格或最小分度值0．00005m3。根据人机工程学原理，为取得较快的读数，采取二步内插法，即根据目测，将细分格再假想插入一条等分中线。如果指针指向小于(或等于)细分格中的假想中线，则读取下限分格值，如图2—6(a)应读作0．00005m3，如果指针指向大于(或等于)细分格中的假想中线，则读取上限分格值。

检定分格值、检定用水量、检定所需时间三者互为联系、互相牵制，在水表的检定分格值设计、检定用水量的确定及水表检定装置的量器量限设计时都需考虑。检定分格值应符合表2-2的要求。水表的十进位数应符合表2-3的要求。

水表的检定分格值

最小流量qmin／(m3／h) 检定分格的最大值／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

水表的十进位数

常用流量qp(m3/h)

最少十进位数

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

水表的结构和工作原理

指针字轮组合式、字轮式

指针字轮组合式计数机构具有读数清晰、抄读方便等优点，越来越多的水表包括E型表、干式水表和液封式水表普遍采用这样的计数机构。

国内的指针字轮组合式计数机构一般由3位或4位红指针与5位字轮组成。对于公称口径15～25mm的水表，其第一位字轮的分格值为0.1m3，数字颜色为红色，其后等于或大于1m3的四个字轮上的数字均为黑色。有些企业生产的这种计数机构，将字轮组置于字轮匣中，字轮匣的四周和底部与被测水隔开，仅在上夹板上开有供读数的狭长的5个“窗孔”，避免字轮被水中的一些杂质卡死或影响抄读的缺陷。

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