速度式水表的自转问题，是全球供水行业共同的难题。城镇供水中，高层建筑越来越多，户表集中安装也越来越多，水表自转比率增高，社会反映也比较大，在面对和处理水表自转问题时，有些想法记录在此，同时提供几点水表自转的解决方案，以供大家探讨。

        水表自转是指没有用水时，随着管道中水流往复荡动，水表会产生的累计读数的现象。

        水表产生自转是因为管道中有水的流动，这种流动并非我们正常用水时流向流速压力基本稳定的流动，即并非稳定流，而是流向、流速、压力不断变化的水流荡动，这种流动方式是一种瞬变流（我们也可以认为它是微小的水锤）。而当瞬变流固定的流动状态每隔一个称作振荡周期的固定时间间隔重复出现时，则称之为脉动流。引起水表自转的水流是瞬变流，经过现场观测，有很多是脉动流。

        引起水表自转的瞬变流或脉动流常因为供水系统中的水泵或旋转式、往复式机械产生；也可能因为供水管道振动引起的共振、管道变形和气囊压缩导致管道内的流量振荡；或者三通连接的流路中自激引起的流体振荡、多相流引起的流体动力学振荡等，这些振荡会相互叠加，相互影响，一直波及到管道系统末梢。

流体脉动可以从上游传递到下游，也可以从下游回溯到上游，所以引起水表自转的脉动源可能是在水表的上游或下游。水表上游是供水和管道阀门系统，变频泵和复杂的管路系统都是振荡脉动源。水表下游可能的脉动源是气囊和一些容易变形的管道和容器。为了避免自转，我们可以考虑消除水表振荡脉动流的源头，或者削减脉动流的振幅，使之对计量不产生影响。如果脉动流振幅很小，也可以在计量中忽略不计。

        为消除脉动源，首先，应使水表上游的供水系统压力稳定，减少因水泵等设施引起的剧烈压力波动和水源动荡。其次，供水管道阀门中的三通变径等管件和一些会产生水流扰动的部件应离水表尽量远。

        从脉动源到水表的距离增大能使脉动衰减，幅值变小。距离足够大，就能消除振荡影响。所以水表安装方式和安装位置对水表自转的影响很大。一般水表安装的经验值是前10D后5D直管段，但这种距离只适合于90°弯管（图一）和流体自然流下（图二）的场合。在建筑供水设计之初，应尽量满足水表的安装要求，使水表计量不受前端流体扰动的影响。比较适当的安装方法如图一所示。
 

图一：90°弯管                           图二：自然流态

 

        实际上，家用户表的安装环境远没有这么理想。常见的户表的安装管道，一般是多只水表并联方式(图三）。图三中主供水管可能是楼宇立管，也可能是水平支管，口径从20mm到50mm不等。
 

 

图三：常见高层户表安装
 

        一般高层小区都采用图三这种水表安装方式。这种方式除了远在供水端的水泵产生的周期剧烈脉动之外，还会有多相流产生的振荡，三通管产生的自激振荡，而且鉴于水表井空间有限，直管段也经常不够，水表经常受到脉动流的作用而自转。

        水表上游脉动源是供水系统、变频泵和复杂的管路，这些都是无法消除的原因，所以防止水表自转，有三个方向，一是让脉动流减少消失；二是忽略、不计量脉动流；三是准确计量正反向流。实际操作方法如下：

        一、 用阻尼法来削减脉动压力和脉动振幅，使流体变成稳定流；

        对于水表自转的常用的主要解决办法是安装有阻尼弹簧的止回阀。这种止回阀确实可以解决一些问题，而且现场施工方便快捷，但压损较大，只适合现场补救施工，不适合大面积使用。在瞬变流影响下的水表自转有个可测的参数，就是自转点的压力值，一般自转点的压力值波动比较大。为此，我们采用了一种可以稳定压力，阻尼压力波动，削减脉动振幅的防自转阀。这种阀的压损在管道中可忽略不计。而经过不同地区，不同供水方式，不同楼层，不同常压、不同压力波动值的状态下的试验，证明此防自转阀可以在不影响水表计量的同时，防止水表自转。

       为了分析水表自转时压力波动的状态，我们选取了几个不同地区的小区自转严重的点进行了现场观测。发现一般瞬时压力波动值小于0.01Mpa水表不会自转。因为条件有限，采用的压力计最小读数是0.02Mpa，压力波动在0.02Mpa附近，就会产生水表自转，而水表的灵敏度越高，自转越严重。其中高层变频供水的小区压力波动比较显著，自转比例极高，如某小区25栋3层以上变频转压供水的楼层都自转，我们测了11楼和7楼的压力波动，压差最大值大于0.1MPa，频繁波动值为0.02Mpa。此表井中三块水表并联，我们把第二块表的表前阀换为特制的防自转阀(如图四中表前阀门)，现场看到压力值稳定不变。经过连日观察，在不同时段该水表一直也没有自转过，同时，表井中第一块和第三块表都在自转。

       同样的试验我们做过多次，证明防自转阀可以消除瞬时小幅度压力波动，并使瞬时1公斤以上的水锤式压力波动变成平稳缓慢的复原，慢慢回到常压状态，极好的稳定了水表运行的压力环境，防止水表自转。
 

 

图四：T型安装

       高层集中供水的管道系统中，普通家用水表用户，安装方式如图三，图四时，新装时可用防自转阀替代截止阀，来避免脉动流对水表的影响，保证水表正常准确计量。

二、 采用灵敏度稍低的速度式水表，使小幅度的脉动流对水表没有影响；

        显而易见，脉动流的流速如果低于水表的始动流，水表是不会累计读数的。所以换用灵敏度低的水表，管网中不可避免的脉动流产生的自转会明显减少；国内外大部分城市都采用始动流为10升左右的水表，来避免管道中细微脉动流对水表计量的影响。这种方式不需要过多的节流部件，避免了供水压力损耗，减少了过多部件带来的故障率，降低了材料成本和运营成本，是一种经济实惠操作简单，对供水用水双方都有利的方案。

        但在高层转压供水中，有些脉动流过于剧烈，脉动流流速超过水表始动流，水表仍然自转不止。当水表安装方式如图三，图四时，问题尤其严重。所以采用此种方式时，也要注意供水压力稳定和水表安装方式，最好的安装方式如图一所示。

       速度式水表时因为其结构特点才造成自转的现象，故而也可采用其它结构原理、不受脉动流影响的水表来避免自转问题，如容积式水表。但因为容积式水表对水质要求高，管道中细小的杂质都会卡住水表，导致水表停走。所以一般只用于纯净水计量。

       三、 采用双向计量的水表，同时精确计量稳定流和脉动流。

       目前我们使用的水表都是单向计量的，而且为了防止用户倒装水表，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)，这种防倒流的水表在发生自转现象时，累计的读数更大。

        双向计量的水表一般是电子式水表，灵敏度高，量程比宽。可记录正反向流，计算正确的累计读数，可以有倒装报警，并兼顾远传读数，需要时也可阀控甚至预付费，而且这种水表生产和校验的效率都会远远高于机械表，因而生产成本会越来越低，是水表发展的方向。

        家用水表下游的管道一般脉动源不多，只有气囊和容易变形的管道和容器等，还有违规的管道泵等。一般处理目的是减少气囊，增加排气（阀）；敷设管道时，在管道最高点安装水龙头，减少冗余管道，如有废弃管道，须将其拆除，而不是弃置不理。每次维修管道部件之后，要将管道中闭塞的气体排出。关于此类方法，前人叙述已多，不再赘述。

        本文作者水平所限，如有疏漏和错误的地方，请不吝赐教。谢谢！

参考文献

1. [美]E.B.怀利，V.L.斯特里特. 瞬变流. 清华大学流体传动与控制教研组译.水利电力出版社，1983

2. 纪纲（编著）. 流量测量仪表应用技巧（第二版）. 化学工业出版社，2009

3.  张国忠（编著）.管道瞬变流动分析. 石油大学出版社, 1994

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