水表壓力損失對流量計量的影響

王昊飛 姚 蜜

0 引言

在我們的日常生活中，水表是向水務部門提供居民、企業等用戶用水量的主要依據，所以，水表的工作質量直接關系到用戶的利益和水務部門的經濟效益。也正因為如此，水務部門和用戶都對水表運行質量予以高度重視。而水表壓力損失則是影響水表使用質量的關鍵，它將會對水量計量的穩定性和精確性產生很大的影響，因此，對于水表壓力損失，我們應做到足夠重視。

1 水表壓力損失

壓力損失也就是液體在流動過程中所產生的能量損失，主要包括局部的壓力損失和沿程的壓力損失。水表局部的壓力損失是由內部旋渦所導致的液體質點與液體質點，或者是液體質點與固體壁面之間的碰撞以及劇烈摩擦過程中造成的壓力損失。

因為水表有著不同的種類，所以水表也有著多種多樣的結構形式，就常見的單流束式水表、多流束式水表以及容積式水表而言，他們的組成就具有很大差異。但是就各個構件的功能來看，不同種類水表的構建主要都包括過濾網、表殼、流量調節板、計量機構和隔板[1]。

水表之所以會產生壓力損失，其主要原因是當水流經過各個構件時，其速度和方向都會發生相應的改變，這樣就會導致流場發生畸變，進而影響到其速度分布，這樣就產生了壓力損失。

2 水表壓力損失原因分析

2.1 水流產生的旋渦圍繞軸線轉動

旋渦的產生主要是因為水流改變了方向，這在水表計量機構中將會表現得十分明顯，且水表計量機構自身的功能將會對旋渦產生情況起到決定性作用。也就是說，計量機構里的葉輪會借助于旋轉水流來保障自身轉動的連續性，以此來實現水量計量。所以，計量機構對水表自身的計量特性也會起到決定性作用。

2.2 二次流動

所謂二次流動，指的是在水流分離作用下所形成的二次渦流，這種二次渦流不僅會受到水流分離限制，且可以重復循環。在水表中，導致二次渦流形成的主要構件包括表殼和流量調節板。在水流從表殼經過的過程中，與水流垂直的表殼截面面積會在水流的作用下出現突然性的增大或者縮小，而在表殼截面增大的位置或縮小的位置附近，就會有二次渦流形成。水表的流量調節板主要在計量機構底部或上部分布，它可以起到分離水流的作用，而二次渦流也正因為分離而形成，進而讓水流的能量降低，流速減慢，以此來避免因為葉輪元件轉速太快所導致的運動元件磨損過快情況，保障水表的使用壽命[2]。

上述的這些構件都會對流場產生影響，而這些影響的綜合結果就是導致速度矢量的軸向、切向以及徑向的不對稱，其主要的表現就是壓力損失，且對于不同結構形式的水表而言，壓力損失各項的速度矢量也會有著不同的敏感程度，所以對流場變化所產生的影響也會有所差異，這就使得不同結構形式的水表流量計量方面的可靠性、穩定性以及重復性存在差異。

3 水表中各個構件壓力損失對比分析

經長時間的實踐發現，在受到設備條件、安裝方式等各種工況條件的影響作用下，各種水表所表現出的計量誤差在穩定性以及一致性方面從次到好的順序為單流束式水表、多流束式水表和活塞式水表。在流量為每小時5立方米的情況下，通過對DN20水表中各個構件壓力損失情況所進行的實驗，具體試驗中，將水流量控制統一控制（每小時5立方米），然后分別將單流束式水表、多流束式水表以及活塞式水表安裝好，并通過壓力損失測量裝置對水表中各個構件的壓力損失情況進行測量。具體的試驗結果如下表所示。

通過上表可知，在水表的各個組成構件中，最重要的壓力損失構件是水表的計量機構，而壓力損失產生的主要原因則是由旋渦所導致的流場激變。計量機構將會對水表壓力損失產生很大的影響，也就是說，在水表的所有構件中，計量機構所導致的壓力損失占比越大，水表計量過程中所表現的穩定性和重復性也就會越差[3]。

4 水表壓力損失和流量計量之間的關系分析

在水表的實際應用過程中，水表壓力損失和流量之間有著十分復雜的關系，在對其關系進行具體分析的過程中，我們可以用以下的二次函數加以粗略表示，其公式為：

在以上的二次函數公式中，水表壓力損失值用Λp來表示；流量用Q來表示，常數項分別是a、b、c。

在具體的測試中，分別在不同的流量條件下對單流束式水表、多流束式水表以及活塞式水表的壓力損失進行測試，經過測試，得出了這三種水表在不同流量條件下的壓力損失情況，具體情況如下圖1所示。

通過以上的曲線圖可以看出，在流量條件相同的情況下，單流束式水表的壓力損失最大，多流束式水表的壓力損失次之，活塞式水表的壓力損失最小。之所以會出現這樣的情況，主要是因為在通過水表進行計量時，由于水表計量機構不同，旋渦、二次流以及脈動流所導致的流場激變不同，流場穩定性降低情況和水表流量計量結果所受到的影響也不同，所以其壓力損失也就會呈現出差異性[4]。

所以，在具體的水表使用過程中，若要提升水表計量的準確性，就應該通過科學合理的方法來降低計量機構所造成的壓力損失，比如對葉輪進行優化等。這樣才能保障水表的計量效果，避免計量機構壓力損失對流量計量產生過大的不利影響。

表1水表中各個構件所造成的壓力損失情況

圖1不同流量條件下三種水表壓力損失情況曲線圖

5 結束語

本文主要對水表壓力損失對水表計量的影響進行分析，通過分析可知，在應用水表進行水量計量的過程中，導致水表壓力損失的一個最主要構件就是水表中的計量機構。在整個的水表壓力損失中，計量機構導致的壓力損失占比越大，該水表中計量機構對流量變化所引起的壓力損失也就會越明顯，這就會使該水表在水量計量過程中的穩定性受到不利影響。

由此可知，要想有效解決水表流量計量穩定性和重復性方面的問題，一個最有效的方法就是對計量機構進行優化，使其所造成的壓力損失在整體水表壓力損失中的比例降低，這樣才可以讓由于計量機構壓力損失過大所導致的流場激變情況得到有效改善，避免流場的無規律性和不確定性，將由于流場激變所導致的計量元件動態波動情況做到最大化降低。這樣才可以解決水表計量穩定性和重復性方面的問題，讓水表在具體的水量計量工作中發揮出自身充分的優勢，以此來保障用戶和水務單位雙方的經濟效益。