如何充分理解水表新标准流量点设置

1如何充分理解水表新标准流量点设置宁波水表股份有限公司赵绍满水表新标准ISO4064.1-2005《封闭满管道中水流量的测量饮用冷水水表和热水水表》规范中，水表计量要求的流量点设置与1996版及以前的标准有很大的差异。新版标准充分体现了水表技术进步、水计量管理、市场竞争的发展趋势，同时，使水表设计、生产、销售、选购、使用、维护者对流量点的理解、确定、实施变得难以把握。充分理解新标准，要把握三个基本原则：一是从应用的角度来理解，标准的技术要求是为了最大程度地满足实际使用要求，不同场合的实际用水条件有很大差异，因而要选用不同“流量点”的水表来满足；二是从制造的角度来理解，水表结构和技术水平是有差异的，“流量点”与成本是相关的，因而要选用不同的“流量点”来适应；三是要在标准框架内充分利用标准附录B中水表的实际流量的表述方式，以此解决“流量点”操作上的一些问题。一.水表流量点的设置1996版标准主要是按水表口径来确定常用流量（qp）值，然后分A、B、C、D四个等级，按各自固有的比例来确定最小流量（qmin）和分界流量（qt）值，按固有的比例确定过载流量（qs）值，简单明了。而新版标准是按R5系列的一组数字来选取常用流量Q3，然后，按R10系列的一组数字来选取测量范围Q3/Q1，再按Q4/Q3=1.25，Q2/Q1=1.6来确定过载流量Q4和分界流量Q2，没有固有的对应关系。特定口径的水表，流量点设置可以按排列组合有N种选择。1.常用流量Q3Q3（m3/h）的数值应从GB/T321-2005的R5系列中选取，例如：…1.01.62.54.06.31016…100160…10001600250040006300…，每一口径的水表有多个数值可选择。（1）从使用角度理解：同一口径水表在不同的应用场合，实际的瞬时流量和累积流量有很大的差异。流量大的拟选用较大Q3值的水表，以满足所需水量，提高水表寿命；流量小的拟选用较小Q3值的水表，以经济地得到小流量性能优越的水表。例：以往某国家一些水司选用DN20表壳配DN15机芯的水表就是选取Q3的实例。同样容积式水表，美国习惯上使用较大的计量腔，较大的Q3以增长使用寿命，英国习惯上使用较小的计量腔，较小的Q3以提高计量等级。（2）从水表型式角度理解：由于计量原理、结构特点的不同，水表实际能达到的Q3水平是不同的。电磁水表、水平螺翼式水表、垂直螺翼式水表、复式水表、旋翼式水表、容积式水表、单流束水表等其实际的Q3有很大的差异。1996版标准固定的qp值，误导了实际使用中对水表型式特点的充分理解和正确选用。合理的Q3值有助于水表生产商将各种水表优势充分发挥，有助于使用者理性地选用水表，避开各种水表的劣势所在。（3）从技术水平角度理解：由于设计理念、设计水平、制造工艺、应用材料等的不同，不同生产商实际能生产的水表的Q3水平是不同的。例：同样是水平螺翼式水表，老式的LXL型、可拆式的LXLC型和具有动平衡特性的WPD型水表，其Q3水平有很大的差异。Q3的可选择性，既有利于水表技术的不断进步，不断升级换代，又利于生产商市场细分，做专做精。（4）新标准Q4/Q3=1.25，而1996版标准qs/qp=2，在过载流量一定时，这实际上使常用流量Q3的值显著提高。对用户来说，允许长期使用的流量大了，对生产商来说，意味着水表型式试验时，耐久性试验中的流量增大了。以DN20水表来说，常规产品qp=2.5m3/h，变为Q3=4m3/h，100000次断续流量试验的瞬时流量提高了（4-2.5）/2.5×100%=60%，同样，累积流量由2.5×15/3600×100000=1042m3，变为4×15/3600×100000=1667m3，提高了60%。水表在大流量下的磨损程度至少是流量平方的关系，而且在阀门频繁的开闭过程中，叶轮的撞击更加厉害，这相当于要求水表设计的耐磨性提高了3倍。因此，生产商要在水表结构和摩擦副材料的选配上狠下苦功，必须配备加磨设备，不断试验，不断改进。现有的许多水表，按新标准进行耐久性试验，将有许多是达不到要求的，也就意味着可能拿不到新的计量许可证。（5）新版标准的适用范围由冷水水表扩大为冷水水表和热水水表，由容积式水表和速度式水表扩大为“无论采用何种技术都能连续测定流过的水体积的水表”。水表已不是传统意义上的概念，只要符合相关要求的流量计都可以成为水表。概念的拓展，促进了传统技术与现代技术的融合和竞争，流量计的Q3往往很大，传统水表要在新标准的指引下，开发功能型产品，嫁接现代技术，发挥自有的优势。2．测量范围Q3/Q12水表流量测量范围由Q3/Q1的比值确定，其数值从GB/T321-2005的R10系列中选取，…1012.516202531.540506380100125160200250325400500630800…而1996版标准则按A、B、C、D四个等级确定，qp/qmin分别是N＜15的水表为2550100133，N≥15的水表为12.533167—。（1）ISO40641996版以前的水表标准计量等级A、B、C、D的流量点设置有是历史原因的。A、B等级是为速度式水表而设置，qp/qmin比值相对较小，qt/qmin比值相对较大，符合水表结构特点及实际制造水平。C、D等级是为容积式水表而设置，qp/qmin相对较大，qt/qmin比值相对较小。随着技术的进步，特别是塑料材料的不断更新，速度式水表也能达到C级水平，容积式水表已超越了D级水平。因此，新版标准的实施是必要和及时的。（2）新版标准Q3/Q1值可以逐级向更高值扩展，这必将体现和推进技术进步，新的原理、新的理念、新的设计、新的材料、新的工艺将不断应用。例N≥15的水表，B、C级qp/qmin分别为33和167，巨大的差异使一般水表很难从B级跨越至C级，而新标准则在中间插入了40、50、63、80、100、125、125、160多个数值。在市场竞争的作用下，必将上演没有最好，只有更好，优胜劣汰的好戏。（3）新版标准Q3/Q1值可以逐级向更低值扩展，这使一些测量范围较小的流量计、防污水表有了用武之地。有些特殊的场合，并非一定要有较大的Q3/Q1值，更注重的是Q3值和计量精度或防污能力，这样，原来挤不进水表标准的一些产品就成了水表。而且，象某些流量计，只要披上水表这件外衣，就由过程控制仪表变成了普通的工业或民用计量产品，销量增加，成本降低，就会在一定程度上取代传统水表，对传统水表形成竞争态势。（4）测量范围Q3/Q1值，是体现水表技术水平的最直观的指标之一。作为自来水公司，将把Q3/Q1值作为关注的重点，最直接的要求就是希望经济地得到测量范围大的水表。作为水表生产商，将重点主攻测量范围的逐级提高。在市场竞争中，还有一点值得关注，竞争对手有时可以根据水表曲线的情况来确定特定的Q3/Q1值。例：你的水表达到Q3/Q1=125水平，而Q3/Q1=80时误差反而超差，竞争对手会设法将Q3/Q1确定160或80来招标。因此，对水表全曲线的要求更高了。（5）更低的Q1值，并非出厂检查达到要求就可以了。随着Q3值的增大，耐久性试验的加速磨损程度大大提高，而且，更低Q1的水表对耐久性试验更加敏感。因此，要在水表摩擦副结构及材料上努力，同时，在水表性能调试中要寻找始动流量对Q1误差相对不敏感的结构和方法。只有通过耐久性试验的水表，才是真正的合格产品。3．过载流量与常用流量的比值Q4/Q3=1.25新标准Q4/Q3=1.25，旧版标准qs/qp=2.0，表面上看，新标准比值小了，实际上这是Q3加大而非Q4减小所致。（1）由于Q3是一组R5系列的数字，1.25Q3值将不是原来的整数值，就常规水表来说，往往大于qs。例：DN15水表，qs=3.0m3/h，常规Q3=2.5m3/h，则Q4=1.25×2.5=3.125m3/h。对于有些水表，原来压力损失比较大，刚刚在标准值之内，现在Q4流量大了，按新标准压力损失指标就达不到要求了。因此，有些水表要重新设计。（2）水表标准对过载流量的表述是这样的“要求水表在短时间内能符合最大允许误差要求，随后在额定工作条件下仍能保持计量特性的最大流量。”，以往，由于qs=2qp，且数值是按水表口径确定的，因而，在实际使用中对qs的概念并没有把握好，“短期使用”变成了长期使用。DN25~DN50的水表，往往有一定的比例寿命较短，其原因就是瞬时流量长期在qp以上，造成水表的加速磨损。新标准有更大的Q3可选用，而且Q4/Q3只有1.25，因此Q4的概念应比较清晰的执行。4．分界流量与最小流量的比值Q2/Q1=1.6Q2/Q1采用统一的比值1.6，这与旧版标准的比值区别非常之大，这一点至少在近几年是水表制造商面临的最大问题，特别是大口径水表更加突出。（1）目前，速度式水表Q1值已能达到较高的水平，而Q2值要达到新标准的水平还有许多难题。根据流体力学理论，雷诺数Re=V*L/ν，V为流体的平均速度，L为流速的定型尺寸，ν为水的运动粘度。水表在小流量情况下，由于水的流速低，雷诺数Re比较小，水流可能处于层流或过渡状态，因而其误差稳定性比较差，不象大流量情况下水的雷诺数Re比较大，水流处于紊流状态，误差重复性好。因此，Q2值较小时，误差由Qmin时的±5%跳跃为Q2时的±2%是比较困难的。同样，在低温状态下，水的粘度增大，雷诺数减小，其小流量误差稳定性比较差。实践中，水温4℃与20℃相比，我国在1985年前，小流量45L/H时误差相对偏负约5%，1995年的水平是30L/H时误差相对偏负约5%，2005年技术进步到15L/H时误差相对偏负约5%左右，稍大流量影响已不大。3（2）旋翼式水表的典型误差曲线是在小流量时有一段高峰，一般在qt~qmin之间，这主要是水表叶轮在水流作用下有一个状态变化的过程。Q2/Q1=1.6时，由于间距太窄，容纳不下这个高峰，导致Q2极易超差。解决的办法是要通过阻尼筋的优化设计来消除这个高峰，这在技术上是有难度的。（3）大口径水平螺翼式水表的典型误差曲线是在小流量时缓慢下降,Q2/Q1=1.6时，Q2稳定在±2%是比较困难的。而且螺翼式叶轮是一组比较复杂的曲面，一旦成形以后很难修正，一般只能在叶片的出水端或整流片设置倒角来适度调正，较大的调正成本高且不可预测。（4）以上存在的实际情况，使水表流量点设置处于二难境地。优先考虑设置较小的实际能达到的Q1值，以显示测量范围的实力，则Q2误差比较难以保证；如优先考虑Q2误差稳定性，则难以体现Q1的实力。当然，这要在技术上攻关，在计量机构材料上设法减少摩擦力以降低始动流量，在误差曲线上设法优化设计以使曲线平直。5．复式水表流量点的设置复式水表流量点的设置在新标准中并没有特别的叙述，按其它有关标准，组成复式水表的大表和小表必须分别符合水表的标准。常用流量Q3和过载流量Q4分别与大表的Q3、Q4相同，最小流量Q1与小表的Q1相同。分界流量Q2原标准可以是大表的Q2，也可以是小表的Q2，按新标准拟按小表的Q2为好。开启转换流量和关闭转换流量的设置有相关的标准和方式，转换流量的误差的检测方式和要求也有相关的标准。检测中转换流量的确定新标准中有描述，这里不作详述。水表新国家标准各流量点的选取水表新国家标准GB/T778.1-2007《封闭满管道中水流量的测量饮用冷水水表和热水水表》(以下简称“新标准”)中，对流经水表水体积的相对误差测定时，各流量点选取与GB/T778.1-1996(以下简称“旧标准”)的区别很大。新标准的常用流量Q3从GB/T321-2005《优先数和优先数系》的R5系列的一组数字中选取，然后按GB/T321-2005的R10系列的一组数字来选择测量范围Q3/Q1，从而确定最小流量，再按Q4/Q3=1.25确定过载流量Q4，按Q2/Q1=1.6确定分界流量Q2。一定口径的水表，其各流量点可排列组合成多种选择。它的适用范围大大增宽，充分体现了水表的技术进步。而旧标准主要按水表口径来确定常用流量(qp)，然后分A、B、C、D四个等级，按各级别规定的比例来确定过载流量(