水表自轉(zhuǎn)的原因及解決方法
速度式水表的自轉(zhuǎn)問(wèn)題，是全球供水行業(yè)共同的難題。城鎮(zhèn)供水中，高層建筑越來(lái)越多，戶(hù)表集中安裝也越來(lái)越多，水表自轉(zhuǎn)比率增高，社會(huì)反映也比較大，在面對(duì)和處理水表自轉(zhuǎn)問(wèn)題時(shí)，有些想法記錄在此，同時(shí)提供幾點(diǎn)水表自轉(zhuǎn)的解決方案，以供大家探討。
水表自轉(zhuǎn)是指沒(méi)有用水時(shí)，隨著管道中水流往復(fù)蕩動(dòng)，水表會(huì)產(chǎn)生的累計(jì)讀數(shù)的現(xiàn)象。
水表產(chǎn)生自轉(zhuǎn)是因?yàn)楣艿乐杏兴牧鲃?dòng)，這種流動(dòng)并非我們正常用水時(shí)流向流速壓力基本穩(wěn)定的流動(dòng)，即并非穩(wěn)定流，而是流向、流速、壓力不斷變化的水流蕩動(dòng)，這種流動(dòng)方式是一種瞬變流(我們也可以認(rèn)為它是微小的水錘)。而當(dāng)瞬變流固定的流動(dòng)狀態(tài)每隔一個(gè)稱(chēng)作振蕩周期的固定時(shí)間間隔重復(fù)出現(xiàn)時(shí)，則稱(chēng)之為脈動(dòng)流。引起水表自轉(zhuǎn)的水流是瞬變流，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)，有很多是脈動(dòng)流。
引起水表自轉(zhuǎn)的瞬變流或脈動(dòng)流常因?yàn)楣┧到y(tǒng)中的水泵或旋轉(zhuǎn)式、往復(fù)式機(jī)械產(chǎn)生;也可能因?yàn)楣┧艿勒駝?dòng)引起的共振、管道變形和氣囊壓縮導(dǎo)致管道內(nèi)的流量振蕩;或者三通連接的流路中自激引起的流體振蕩、多相流引起的流體動(dòng)力學(xué)振蕩等，這些振蕩會(huì)相互疊加，相互影響，一直波及到管道系統(tǒng)末梢。
流體脈動(dòng)可以從上游傳遞到下游，也可以從下游回溯到上游，所以引起水表自轉(zhuǎn)的脈動(dòng)源可能是在水表的上游或下游。水表上游是供水和管道閥門(mén)系統(tǒng)，變頻泵和復(fù)雜的管路系統(tǒng)都是振蕩脈動(dòng)源。水表下游可能的脈動(dòng)源是氣囊和一些容易變形的管道和容器。為了避免自轉(zhuǎn)，我們可以考慮消除水表振蕩脈動(dòng)流的源頭，或者削減脈動(dòng)流的振幅，使之對(duì)計(jì)量不產(chǎn)生影響。如果脈動(dòng)流振幅很小，也可以在計(jì)量中忽略不計(jì)。
為消除脈動(dòng)源，首先，應(yīng)使水表上游的供水系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，減少因水泵等設(shè)施引起的劇烈壓力波動(dòng)和水源動(dòng)蕩。其次，供水管道閥門(mén)中的三通變徑等管件和一些會(huì)產(chǎn)生水流擾動(dòng)的部件應(yīng)離水表盡量遠(yuǎn)。
從脈動(dòng)源到水表的距離增大能使脈動(dòng)衰減，幅值變小。距離足夠大，就能消除振蕩影響。所以水表安裝方式和安裝位置對(duì)水表自轉(zhuǎn)的影響很大。一般水表安裝的經(jīng)驗(yàn)值是前10D后5D直管段，但這種距離只適合于90°彎管(圖一)和流體自然流下(圖二)的場(chǎng)合。在建筑供水設(shè)計(jì)之初，應(yīng)盡量滿(mǎn)足水表的安裝要求，使水表計(jì)量不受前端流體擾動(dòng)的影響。比較適當(dāng)?shù)陌惭b方法如圖一所示。
實(shí)際上，家用戶(hù)表的安裝環(huán)境遠(yuǎn)沒(méi)有這么理想。常見(jiàn)的戶(hù)表的安裝管道，一般是多只水表并聯(lián)方式。主供水管可能是樓宇立管，也可能是水平支管，口徑從20mm到50mm不等。
一般高層小區(qū)都采用圖三這種水表安裝方式。這種方式除了遠(yuǎn)在供水端的水泵產(chǎn)生的周期劇烈脈動(dòng)之外，還會(huì)有多相流產(chǎn)生的振蕩，三通管產(chǎn)生的自激振蕩，而且鑒于水表井空間有限，直管段也經(jīng)常不夠，水表經(jīng)常受到脈動(dòng)流的作用而自轉(zhuǎn)。
水表上游脈動(dòng)源是供水系統(tǒng)、變頻泵和復(fù)雜的管路，這些都是無(wú)法消除的原因，所以防止水表自轉(zhuǎn)，有三個(gè)方向，一是讓脈動(dòng)流減少消失;二是忽略、不計(jì)量脈動(dòng)流;三是準(zhǔn)確計(jì)量正反向流。實(shí)際操作方法如下：
一、
用阻尼法來(lái)削減脈動(dòng)壓力和脈動(dòng)振幅，使流體變成穩(wěn)定流;
對(duì)于水表自轉(zhuǎn)的常用的主要解決辦法是安裝有阻尼彈簧的止回閥。這種止回閥確實(shí)可以解決一些問(wèn)題，而且現(xiàn)場(chǎng)施工方便快捷，但壓損較大，只適合現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)救施工，不適合大面積使用。在瞬變流影響下的水表自轉(zhuǎn)有個(gè)可測(cè)的參數(shù)，就是自轉(zhuǎn)點(diǎn)的壓力值，一般自轉(zhuǎn)點(diǎn)的壓力值波動(dòng)比較大。為此，我們采用了一種可以穩(wěn)定壓力，阻尼壓力波動(dòng)，削減脈動(dòng)振幅的防自轉(zhuǎn)閥。這種閥的壓損在管道中可忽略不計(jì)。而經(jīng)過(guò)不同地區(qū)，不同供水方式，不同樓層，不同常壓、不同壓力波動(dòng)值的狀態(tài)下的試驗(yàn)，證明此防自轉(zhuǎn)閥可以在不影響水表計(jì)量的同時(shí)，防止水表自轉(zhuǎn)。
為了分析水表自轉(zhuǎn)時(shí)壓力波動(dòng)的狀態(tài)，我們選取了幾個(gè)不同地區(qū)的小區(qū)自轉(zhuǎn)嚴(yán)重的點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)。發(fā)現(xiàn)一般瞬時(shí)壓力波動(dòng)值小于0.01Mpa水表不會(huì)自轉(zhuǎn)。因?yàn)闂l件有限，采用的壓力計(jì)最小讀數(shù)是0.02Mpa，壓力波動(dòng)在0.02Mpa附近，就會(huì)產(chǎn)生水表自轉(zhuǎn)，而水表的靈敏度越高，自轉(zhuǎn)越嚴(yán)重。其中高層變頻供水的小區(qū)壓力波動(dòng)比較顯著，自轉(zhuǎn)比例極高，如某小區(qū)25棟3層以上變頻轉(zhuǎn)壓供水的樓層都自轉(zhuǎn)，我們測(cè)了11樓和7樓的壓力波動(dòng)，壓差最大值大于0.1MPa，頻繁波動(dòng)值為0.02Mpa。此表井中三塊水表并聯(lián)，我們把第二塊表的表前閥換為特制的防自轉(zhuǎn)閥(如圖四中表前閥門(mén))，現(xiàn)場(chǎng)看到壓力值穩(wěn)定不變。經(jīng)過(guò)連日觀(guān)察，在不同時(shí)段該水表一直也沒(méi)有自轉(zhuǎn)過(guò)，同時(shí)，表井中第一塊和第三塊表都在自轉(zhuǎn)。
同樣的試驗(yàn)我們做過(guò)多次，證明防自轉(zhuǎn)閥可以消除瞬時(shí)小幅度壓力波動(dòng)，并使瞬時(shí)1公斤以上的水錘式壓力波動(dòng)變成平穩(wěn)緩慢的復(fù)原，慢慢回到常壓狀態(tài)，極好的穩(wěn)定了水表運(yùn)行的壓力環(huán)境，防止水表自轉(zhuǎn)。
高層集中供水的管道系統(tǒng)中，普通家用水表用戶(hù)，安裝方式如圖三，圖四時(shí)，新裝時(shí)可用防自轉(zhuǎn)閥替代截止閥，來(lái)避免脈動(dòng)流對(duì)水表的影響，保證水表正常準(zhǔn)確計(jì)量。
二、
采用靈敏度稍低的速度式水表，使小幅度的脈動(dòng)流對(duì)水表沒(méi)有影響;
顯而易見(jiàn)，脈動(dòng)流的流速如果低于水表的始動(dòng)流，水表是不會(huì)累計(jì)讀數(shù)的。所以換用靈敏度低的水表，管網(wǎng)中不可避免的脈動(dòng)流產(chǎn)生的自轉(zhuǎn)會(huì)明顯減少;國(guó)內(nèi)外大部分城市都采用始動(dòng)流為10升左右的水表，來(lái)避免管道中細(xì)微脈動(dòng)流對(duì)水表計(jì)量的影響。這種方式不需要過(guò)多的節(jié)流部件，避免了供水壓力損耗，減少了過(guò)多部件帶來(lái)的故障率，降低了材料成本和運(yùn)營(yíng)成本，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠操作簡(jiǎn)單，對(duì)供水用水雙方都有利的方案。
但在高層轉(zhuǎn)壓供水中，有些脈動(dòng)流過(guò)于劇烈，脈動(dòng)流流速超過(guò)水表始動(dòng)流，水表仍然自轉(zhuǎn)不止。當(dāng)水表安裝方式如圖三，圖四時(shí)，問(wèn)題尤其嚴(yán)重。所以采用此種方式時(shí)，也要注意供水壓力穩(wěn)定和水表安裝方式，最好的安裝方式如圖一所示。
速度式水表時(shí)因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)才造成自轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，故而也可采用其它結(jié)構(gòu)原理、不受脈動(dòng)流影響的水表來(lái)避免自轉(zhuǎn)問(wèn)題，如容積式水表。但因?yàn)槿莘e式水表對(duì)水質(zhì)要求高，管道中細(xì)小的雜質(zhì)都會(huì)卡住水表，導(dǎo)致水表停走。所以一般只用于純凈水計(jì)量。
三、
采用雙向計(jì)量的水表，同時(shí)精確計(jì)量穩(wěn)定流和脈動(dòng)流。
目前我們使用的水表都是單向計(jì)量的，而且為了防止用戶(hù)倒裝水表，有些水表是防止水倒流的，即倒流正走或倒流慢走(甚至不走)，這種防倒流的水表在發(fā)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象時(shí)，累計(jì)的讀數(shù)更大。
雙向計(jì)量的水表一般是電子式水表，靈敏度高，量程比寬?？捎涗浾聪蛄鳎?jì)算正確的累計(jì)讀數(shù)，可以有倒裝報(bào)警，并兼顧遠(yuǎn)傳讀數(shù)，需要時(shí)也可閥控甚至預(yù)付費(fèi)，而且這種水表生產(chǎn)和校驗(yàn)的效率都會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)械表，因而生產(chǎn)成本會(huì)越來(lái)越低，是水表發(fā)展的方向。
家用水表下游的管道一般脈動(dòng)源不多，只有氣囊和容易變形的管道和容器等，還有違規(guī)的管道泵等。一般處理目的是減少氣囊，增加排氣(閥);敷設(shè)管道時(shí)，在管道最高點(diǎn)安裝水龍頭，減少冗余管道，如有廢棄管道，須將其拆除，而不是棄置不理。每次維修管道部件之后，要將管道中閉塞的氣體排出。關(guān)于此類(lèi)方法，前人敘述已多，不再贅述。