水表自轉的原因及解決方法

速度式水表的自轉問題，是全球供水行業共同的難題。城鎮供水中，高層建筑越來越多，戶表集中安裝也越來越多，水表自轉比率增高，社會反映也比較大，在面對和處理水表自轉問題時，有些想法記錄在此，同時提供幾點水表自轉的解決方案，以供大家探討。
水表自轉是指沒有用水時，隨著管道中水流往復蕩動，水表會產生的累計讀數的現象。
水表產生自轉是因為管道中有水的流動，這種流動并非我們正常用水時流向流速壓力基本穩定的流動，即并非穩定流，而是流向、流速、壓力不斷變化的水流蕩動，這種流動方式是一種瞬變流(我們也可以認為它是微小的水錘)。而當瞬變流固定的流動狀態每隔一個稱作振蕩周期的固定時間間隔重復出現時，則稱之為脈動流。引起水表自轉的水流是瞬變流，經過現場觀測，有很多是脈動流。
引起水表自轉的瞬變流或脈動流常因為供水系統中的水泵或旋轉式、往復式機械產生;也可能因為供水管道振動引起的共振、管道變形和氣囊壓縮導致管道內的流量振蕩;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力學振蕩等，這些振蕩會相互疊加，相互影響，一直波及到管道系統末梢。
流體脈動可以從上游傳遞到下游，也可以從下游回溯到上游，所以引起水表自轉的脈動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系統，變頻泵和復雜的管路系統都是振蕩脈動源。水表下游可能的脈動源是氣囊和一些容易變形的管道和容器。為了避免自轉，我們可以考慮消除水表振蕩脈動流的源頭，或者削減脈動流的振幅，使之對計量不產生影響。如果脈動流振幅很小，也可以在計量中忽略不計。
為消除脈動源，首先，應使水表上游的供水系統壓力穩定，減少因水泵等設施引起的劇烈壓力波動和水源動蕩。其次，供水管道閥門中的三通變徑等管件和一些會產生水流擾動的部件應離水表盡量遠。
從脈動源到水表的距離增大能使脈動衰減，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水表自轉的影響很大。一般水表安裝的經驗值是前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)的場合。在建筑供水設計之初，應盡量滿足水表的安裝要求，使水表計量不受前端流體擾動的影響。比較適當的安裝方法如圖一所示。
實際上，家用戶表的安裝環境遠沒有這么理想。常見的戶表的安裝管道，一般是多只水表并聯方式。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。
一般高層小區都采用圖三這種水表安裝方式。這種方式除了遠在供水端的水泵產生的周期劇烈脈動之外，還會有多相流產生的振蕩，三通管產生的自激振蕩，而且鑒于水表井空間有限，直管段也經常不夠，水表經常受到脈動流的作用而自轉。
水表上游脈動源是供水系統、變頻泵和復雜的管路，這些都是無法消除的原因，所以防止水表自轉，有三個方向，一是讓脈動流減少消失;二是忽略、不計量脈動流;三是準確計量正反向流。實際操作方法如下：
一、
用阻尼法來削減脈動壓力和脈動振幅，使流體變成穩定流;
對于水表自轉的常用的主要解決辦法是安裝有阻尼彈簧的止回閥。這種止回閥確實可以解決一些問題，而且現場施工方便快捷，但壓損較大，只適合現場補救施工，不適合大面積使用。在瞬變流影響下的水表自轉有個可測的參數，就是自轉點的壓力值，一般自轉點的壓力值波動比較大。為此，我們采用了一種可以穩定壓力，阻尼壓力波動，削減脈動振幅的防自轉閥。這種閥的壓損在管道中可忽略不計。而經過不同地區，不同供水方式，不同樓層，不同常壓、不同壓力波動值的狀態下的試驗，證明此防自轉閥可以在不影響水表計量的同時，防止水表自轉。
為了分析水表自轉時壓力波動的狀態，我們選取了幾個不同地區的小區自轉嚴重的點進行了現場觀測。發現一般瞬時壓力波動值小于0.01Mpa水表不會自轉。因為條件有限，采用的壓力計最小讀數是0.02Mpa，壓力波動在0.02Mpa附近，就會產生水表自轉，而水表的靈敏度越高，自轉越嚴重。其中高層變頻供水的小區壓力波動比較顯著，自轉比例極高，如某小區25棟3層以上變頻轉壓供水的樓層都自轉，我們測了11樓和7樓的壓力波動，壓差最大值大于0.1MPa，頻繁波動值為0.02Mpa。此表井中三塊水表并聯，我們把第二塊表的表前閥換為特制的防自轉閥(如圖四中表前閥門)，現場看到壓力值穩定不變。經過連日觀察，在不同時段該水表一直也沒有自轉過，同時，表井中第一塊和第三塊表都在自轉。
同樣的試驗我們做過多次，證明防自轉閥可以消除瞬時小幅度壓力波動，并使瞬時1公斤以上的水錘式壓力波動變成平穩緩慢的復原，慢慢回到常壓狀態，極好的穩定了水表運行的壓力環境，防止水表自轉。
高層集中供水的管道系統中，普通家用水表用戶，安裝方式如圖三，圖四時，新裝時可用防自轉閥替代截止閥，來避免脈動流對水表的影響，保證水表正常準確計量。
二、
采用靈敏度稍低的速度式水表，使小幅度的脈動流對水表沒有影響;
顯而易見，脈動流的流速如果低于水表的始動流，水表是不會累計讀數的。所以換用靈敏度低的水表，管網中不可避免的脈動流產生的自轉會明顯減少;國內外大部分城市都采用始動流為10升左右的水表，來避免管道中細微脈動流對水表計量的影響。這種方式不需要過多的節流部件，避免了供水壓力損耗，減少了過多部件帶來的故障率，降低了材料成本和運營成本，是一種經濟實惠操作簡單，對供水用水雙方都有利的方案。
但在高層轉壓供水中，有些脈動流過于劇烈，脈動流流速超過水表始動流，水表仍然自轉不止。當水表安裝方式如圖三，圖四時，問題尤其嚴重。所以采用此種方式時，也要注意供水壓力穩定和水表安裝方式，最好的安裝方式如圖一所示。
速度式水表時因為其結構特點才造成自轉的現象，故而也可采用其它結構原理、不受脈動流影響的水表來避免自轉問題，如容積式水表。但因為容積式水表對水質要求高，管道中細小的雜質都會卡住水表，導致水表停走。所以一般只用于純凈水計量。
三、
采用雙向計量的水表，同時精確計量穩定流和脈動流。
目前我們使用的水表都是單向計量的，而且為了防止用戶倒裝水表，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生自轉現象時，累計的讀數更大。
雙向計量的水表一般是電子式水表，靈敏度高，量程比寬。可記錄正反向流，計算正確的累計讀數，可以有倒裝報警，并兼顧遠傳讀數，需要時也可閥控甚至預付費，而且這種水表生產和校驗的效率都會遠遠高于機械表，因而生產成本會越來越低，是水表發展的方向。
家用水表下游的管道一般脈動源不多，只有氣囊和容易變形的管道和容器等，還有違規的管道泵等。一般處理目的是減少氣囊，增加排氣(閥);敷設管道時，在管道最高點安裝水龍頭，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。關于此類方法，前人敘述已多，不再贅述。