如何充分理解水表新標準流量點設置
寧波水表股份有限公司 趙紹滿
水表新標準ISO4064.1-2005《封閉滿管道中水流量的測量 飲用冷水水表和熱水水表》規(guī)范中，水表計量要求的流量點設置與1996版及以前的標準有很大的差異。新版標準充分體現了水表技術進步、水計量管理、市場競爭的發(fā)展趨勢，同時，使水表設計、生產、銷售、選購、使用、維護者對流量點的理解、確定、實施變得難以把握。充分理解新標準，要把握三個基本原則：一是從應用的角度來理解，標準的技術要求是為了最大程度地滿足實際使用要求，不同場合的實際用水條件有很大差異，因而要選用不同“流量點”的水表來滿足；二是從制造的角度來理解，水表結構和技術水平是有差異的，“流量點”與成本是相關的，因而要選用不同的“流量點”來適應；三是要在標準框架內充分利用標準附錄B中水表的實際流量的表述方式，以此解決“流量點”操作上的一些問題。
一 . 水表流量點的設置
1996版標準主要是按水表口徑來確定常用流量（qp）值，然后分A、B、C、D四個等級，按各自固有的比例來確定最小流量（qmin）和分界流量（qt）值，按固有的比例確定過載流量（qs）值，簡單明了。而新版標準是按R5系列的一組數字來選取常用流量Q3，然后，按R10系列的一組數字來選取測量范圍Q3/Q1，再按Q4/Q3=1.25，Q2/Q1=1.6來確定過載流量Q4和分界流量Q2，沒有固有的對應關系。特定口徑的水表，流量點設置可以按排列組合有N種選擇。
1. 常用流量Q3
Q3（m3/h）的數值應從GB/T321-2005的R5系列中選取，例如：…1.0 1.6 2.5 4.0 6.3 10 16 … 100 160 … 1000 1600 2500 4000 6300 … ，每一口徑的水表有多個數值可選擇。
（1）從使用角度理解：同一口徑水表在不同的應用場合，實際的瞬時流量和累積流量有很大的差異。流量大的擬選用較大Q3值的水表，以滿足所需水量，提高水表壽命；流量小的擬選用較小Q3值的水表，以經濟地得到小流量性能優(yōu)越的水表。例：以往某國家一些水司選用DN20表殼配DN15機芯的水表就是選取Q3的實例。同樣容積式水表，美國習慣上使用較大的計量腔，較大的Q3以增長使用壽命，英國習慣上使用較小的計量腔，較小的Q3以提高計量等級。
（2）從水表型式角度理解：由于計量原理、結構特點的不同，水表實際能達到的Q3水平是不同的。電磁水表、水平螺翼式水表、垂直螺翼式水表、復式水表、旋翼式水表、容積式水表、單流束水表等其實際的Q3有很大的差異。1996版標準固定的qp值，誤導了實際使用中對水表型式特點的充分理解和正確選用。合理的Q3值有助于水表生產商將各種水表優(yōu)勢充分發(fā)揮，有助于使用者理性地選用水表，避開各種水表的劣勢所在。
（3）從技術水平角度理解：由于設計理念、設計水平、制造工藝、應用材料等的不同，不同生產商實際能生產的水表的Q3水平是不同的。例：同樣是水平螺翼式水表，老式的LXL型、可拆式的LXLC型和具有動平衡特性的WPD型水表，其Q3水平有很大的差異。Q3的可選擇性，既有利于水表技術的不斷進步，不斷升級換代，又利于生產商市場細分，做專做精。
（4）新標準Q4/Q3=1.25，而1996版標準qs/qp=2，在過載流量一定時，這實際上使常用流量Q3的值顯著提高。對用戶來說，允許長期使用的流量大了，對生產商來說，意味著水表型式試驗時，耐久性試驗中的流量增大了。以DN20水表來說，常規(guī)產品qp=2.5m3/h，變?yōu)镼3=4m3/h，100000次斷續(xù)流量試驗的瞬時流量提高了（4-2.5）/2.5×100%=60%，同樣，累積流量由2.5×15/3600×100000=1042m3，變?yōu)?×15/3600×100000=1667m3，提高了60%。水表在大流量下的磨損程度至少是流量平方的關系，而且在閥門頻繁的開閉過程中，葉輪的撞擊更加厲害，這相當于要求水表設計的耐磨性提高了3倍。因此，生產商要在水表結構和摩擦副材料的選配上狠下苦功，必須配備加磨設備，不斷試驗，不斷改進?，F有的許多水表，按新標準進行耐久性試驗，將有許多是達不到要求的，也就意味著可能拿不到新的計量許可證。
（5）新版標準的適用范圍由冷水水表擴大為冷水水表和熱水水表，由容積式水表和速度式水表擴大為“無論采用何種技術都能連續(xù)測定流過的水體積的水表”。水表已不是傳統意義上的概念，只要符合相關要求的流量計都可以成為水表。概念的拓展，促進了傳統技術與現代技術的融合和競爭，流量計的Q3往往很大，傳統水表要在新標準的指引下，開發(fā)功能型產品，嫁接現代技術，發(fā)揮自有的優(yōu)勢。
2．測量范圍Q3/Q1
水表流量測量范圍由Q3/Q1的比值確定，其數值從GB/T321-2005的R10系列中選取，… 10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 325 400 500 630 800 …而1996版標準則按A、B、C、D四個等級確定，qp/qmin分別是N＜15的水表為 25 50 100 133 ，N≥15的水表為 12.5 33 167 —。
（1）ISO4064 1996版以前的水表標準計量等級A、B、C、D的流量點設置有是歷史原因的。A、B等級是為速度式水表而設置，qp/qmin比值相對較小，qt/qmin比值相對較大，符合水表結構特點及實際制造水平。C、D等級是為容積式水表而設置，qp/qmin相對較大，qt/qmin比值相對較小。隨著技術的進步，特別是塑料材料的不斷更新，速度式水表也能達到C級水平，容積式水表已超越了D級水平。因此，新版標準的實施是必要和及時的。
（2）新版標準Q3/Q1值可以逐級向更高值擴展，這必將體現和推進技術進步，新的原理、新的理念、新的設計、新的材料、新的工藝將不斷應用。例N≥15的水表，B、C級qp/qmin分別為33和167，巨大的差異使一般水表很難從B級跨越至C級，而新標準則在中間插入了40、50、63、80、100、125、125、160多個數值。在市場競爭的作用下，必將上演沒有最好，只有更好，優(yōu)勝劣汰的好戲。
（3）新版標準Q3/Q1值可以逐級向更低值擴展，這使一些測量范圍較小的流量計、防污水表有了用武之地。有些特殊的場合，并非一定要有較大的Q3/Q1值，更注重的是Q3值和計量精度或防污能力，這樣，原來擠不進水表標準的一些產品就成了水表。而且，象某些流量計，只要披上水表這件外衣，就由過程控制儀表變成了普通的工業(yè)或民用計量產品，銷量增加，成本降低，就會在一定程度上取代傳統水表，對傳統水表形成競爭態(tài)勢。
（4）測量范圍Q3/Q1值，是體現水表技術水平的最直觀的指標之一。作為自來水公司，將把Q3/Q1值作為關注的重點，最直接的要求就是希望經濟地得到測量范圍大的水表。作為水表生產商，將重點主攻測量范圍的逐級提高。在市場競爭中，還有一點值得關注，競爭對手有時可以根據水表曲線的情況來確定特定的Q3/Q1值。例：你的水表達到Q3/Q1=125水平，而Q3/Q1=80時誤差反而超差，競爭對手會設法將Q3/Q1確定160或80來招標。因此，對水表全曲線的要求更高了。
（5）更低的Q1值，并非出廠檢查達到要求就可以了。隨著Q3值的增大，耐久性試驗的加速磨損程度大大提高，而且，更低Q1的水表對耐久性試驗更加敏感。因此，要在水表摩擦副結構及材料上努力，同時，在水表性能調試中要尋找始動流量對Q1誤差相對不敏感的結構和方法。只有通過耐久性試驗的水表，才是真正的合格產品。
3．過載流量與常用流量的比值Q4/Q3=1.25
新標準Q4/Q3=1.25，舊版標準qs/qp=2.0，表面上看，新標準比值小了，實際上這是Q3加大而非Q4減小所致。
（1）由于Q3是一組R5系列的數字，1.25 Q3值將不是原來的整數值，就常規(guī)水表來說，往往大于qs。例：DN15水表，qs=3.0m3/h，常規(guī)Q3=2.5m3/h，則Q4=1.25×2.5=3.125m3/h。對于有些水表，原來壓力損失比較大，剛剛在標準值之內，現在Q4流量大了，按新標準壓力損失指標就達不到要求了。因此，有些水表要重新設計。
（2）水表標準對過載流量的表述是這樣的“要求水表在短時間內能符合最大允許誤差要求，隨后在額定工作條件下仍能保持計量特性的最大流量?！保酝?，由于qs=2qp，且數值是按水表口徑確定的，因而，在實際使用中對qs的概念并沒有把握好，“短期使用”變成了長期使用。DN25~DN50的水表，往往有一定的比例壽命較短，其原因就是瞬時流量長期在qp以上，造成水表的加速磨損。 新標準有更大的Q3可選用，而且Q4/Q3只有1.25，因此Q4的概念應比較清晰的執(zhí)行。
4．分界流量與最小流量的比值Q2/Q1=1.6
Q2/Q1采用統一的比值1.6，這與舊版標準的比值區(qū)別非常之大，這一點至少在近幾年是水表制造商面臨的最大問題，特別是大口徑水表更加突出。
（1）目前，速度式水表Q1值已能達到較高的水平，而Q2值要達到新標準的水平還有許多難題。根據流體力學理論，雷諾數Re=V*L/ν，V為流體的平均速度，L為流速的定型尺寸，ν為水的運動粘度。水表在小流量情況下，由于水的流速低，雷諾數Re比較小，水流可能處于層流或過渡 狀態(tài)，因而其誤差穩(wěn)定性比較差，不象大流量情況下水的雷諾數Re比較大，水流處于紊流狀態(tài)，誤差重復性好。因此，Q2值較小時，誤差由Qmin時的±5%跳躍為Q2時的±2%是比較困難的。同樣，在低溫狀態(tài)下，水的粘度增大，雷諾數減小，其小流量誤差穩(wěn)定性比較差。實踐中，水溫4℃ 與20℃相比，我國在1985年前，小流量45L/H時誤差相對偏負約5%，1995年的水平是30L/H時誤差相對偏負約5%，2005年技術進步到15L/H 時誤差相對偏負約5%左右，稍大流量影響已不大。
（2）旋翼式水表的典型誤差曲線是在小流量時有一段高峰，一般在qt~qmin之間，這主要是水表葉輪在水流作用下有一個狀態(tài)變化的過程。Q2/Q1=1.6時，由于間距太窄，容納不下這個高峰，導致Q2極易超差。解決的辦法是要通過阻尼筋的優(yōu)化設計來消除這個高峰，這在技術上是有難度的。
（3）大口徑水平螺翼式水表的典型誤差曲線是在小流量時緩慢下降,Q2/Q1=
1.6時，Q2穩(wěn)定在±2%是比較困難的。而且螺翼式葉輪是一組比較復雜的曲面，一旦成形以后很難修正，一般只能在葉片的出水端或整流片設置倒角來適度調正，較大的調正成本高且不可預測。
（4）以上存在的實際情況，使水表流量點設置處于二難境地。優(yōu)先考慮設置較小的實際能達到的Q1值，以顯示測量范圍的實力，則Q2誤差比較難以保證；如優(yōu)先考慮Q2誤差穩(wěn)定性，則難以體現Q1的實力。當然，這要在技術上攻關，在計量機構材料上設法減少摩擦力以降低始動流量，在誤差曲線上設法優(yōu)化設計以使曲線平直。
5．復式水表流量點的設置
復式水表流量點的設置 在新標準中并沒有特別的敘述，按其它有關標準，組成復式水表的大表和小表必須分別符合水表的標準。常用流量Q3和過載流量Q4分別與大表的Q3、Q4相同，最小流量Q1與小表的Q1相同。分界流量Q2原標準可以是大表的Q2，也可以是小表的Q2，按新標準擬按小表的Q2為好。開啟轉換流量和關閉轉換流量的設置有相關的標準和方式，轉換流量的誤差的檢測方式和要求也有相關的標準。檢測中轉換流量的確定新標準中有描述，這里不作詳述。
二 . 水表實際流量的表述
水表新標準ISO4064.1—2005與1996版標準不同，它設置了附錄 B (資料性附錄) 水表的結構特點和實際流量 附錄B.1 “水表的結構使水表能超出標準本部分的規(guī)范要求，影響水表結構的因素有：結構材料、水溫和工作壓力、預期流量范圍、最大流量下水表的壓差以及工作條件下的環(huán)境溫度和濕度范圍。其它因素包括管道尺寸和連接端，以及諸如尺寸和可操作性等安裝限制?！?附錄B.2 相應于Q4 、Q3 、Q2 、Q1的高流量Qh 、流量Qc 、中間流量Qi 、低流量QL。實際流量可以從三方面理解：
（1）“超出標準”時使用。水表制造者可以根據水表的結構特點將高于標準流量點設置值的實際流量明示出來，例：高流量、低流量，以顯示其優(yōu)點。水表使用者可以將高于標準流量點設置值的實際要求提出來，例：某水表裝在水泵后，對連續(xù)高流量有要求，小流量則無關緊要；某水表每天有短時間高流量，常用流量不是很大；一般水表分界流量要求不高，更看重最小流量，可單獨提出低流量要求，以經濟地得到適合實際的高質量水表。
（2）“收縮標準”時使用。如前所述，許多水表在體現Q1的實力的情況下，短時期內很難使Q2達到標準的要求，特別是大囗徑水表。理想的過渡辦法是縮小Q3/Q1設置值，再以低流量來體現原來能達到的Q1值，這樣實際上就是變相提高了Q2值，既符合標準又適應實際。對使用者影響不大，卻能經濟地得到適合實際要求的水表。
（3）“描述標準”時使用。有些水表有固有的誤差曲線特征，例：容積式水表誤差曲線的形狀是兩頭低中間高，只要將幾個特征點把握好，就能保證全曲線的誤差，通過實際流量的設置，可以減少生產、驗收過程中的工作量，從而降低成本。有些水表在特定的流量點或流量段工作，因而有特定的要求，可以通過實際流量點的設置來規(guī)范。有些水表有其自有的優(yōu)點，須要通過實際流量點的設置來體現其價值。
三 . 標準過渡期的利用
標準規(guī)定在2009年4月30日前過渡期內，Q3值可以從1.5、3.5、6、15、20中選取，Q3/Q1值可以從15、35、60、212中選取，如果Q3/Q2＞5，則Q2/Q1值可以從1.5、2.5、4、6.3中選取。這些ISO4064－1996版的一些參數使標準從1996版過渡到ISO4064－2005版爭取了一點時間，而新國家標準GB/T778－XXXX將會在2007年頒布，實際換版時間只有不到二年，這是非常緊迫的。
過渡期內，可以局部借用上述流量點參數值，應付近段對新標準的理解適應期和技術上的產品改正、開發(fā)期。
GB/T 778.1-XXXX (2007) 考慮到國內水表行業(yè)的實際情況，為標準過渡期特別設置了 附錄 NA (資料性附錄) 本部分流量參數與 GB/T778.1-1996的對照表
表NA.1 應用于15≤DN≤40水表，表NA.2應用于DN＞40水表。這樣可以暫時方便地使用。
重要的是在短短的二年時間內，要深刻理解標準，參照上述的一些觀點和方式，既要認清市場又要認清自己，在流量點設置上與實際使用要求相適應，與實際生產能力相適應；加強零部件摩擦副材料的研究和配置試驗，以提高水表的壽命期計量精度的保持性，適應更大的常用流量、更小的最小流量；開發(fā)與設置的流量點相適應的符合壓力損失要求的新計量機構；通過計量腔的優(yōu)化設計、誤差曲線精密的性能調試，達到Q2/Q1=1.6的要求；提高水表零部件生產過程的一致性、穩(wěn)定性，以適應新標準要求，提高生產能力，降低生產成本。
四 . 舉例
國家標準GB/T 778.1-XXXX(修訂中的2007版為了便于理解新標準，特別增加了 附錄 NA (資料性附錄) –本部分流量參數與GB/778.1-1996的對照 這其中的二張表羅列了小口徑水表和大口徑水表的一些流量點設置值，這主要是供2009年4月30日前過渡期臨時使用的，特別是水表生產商應盡早完成過渡。
比較復雜的是DN50的水表，這里匯集了各種型式的水表，有原屬于小口徑系列的單流束水表、多流束水表、容積式水表，也有按大口徑系列的單流束水表、各種水平螺翼式、垂直螺翼式水表。它們還有各種設計理念、計量等級、應用場合相對應的型式，因而按新標準要設置不同的流量參數。舉例如下：
(1) 初步方案
旋翼干式單流、多流水表： Q3=16 Q3/Q1=40
旋翼濕式單流、較好的多流干式：Q3=16 Q3/Q1=50
水平螺翼式老式水表： Q3 =25 Q3/Q1=20
水平螺翼可拆式B級水表： Q3=25 Q3/Q1=50
垂直螺翼式水表： Q3=25 Q3/Q1=100
旋翼濕式C級水表： Q3=25 Q3/Q1=200
單流束C級水表： Q3=25 Q3/Q1=200
農用灌溉水表： Q3=40 Q3/Q1=25
水平螺翼可拆式A級水表： Q3=40 Q3/Q1=50
水平螺翼WPD水表： Q3=40 Q3/Q1=125
國際先進機械式水表： Q3=40 Q3/Q1=315
國際最先進有水表： Q3=40 Q3/Q1=630
基于電或電子原理的水表也有各自的流量點參數值。
(2)修正方案
以上設置的初步方案在實際操作過程中發(fā)現大多數水表的Q4、Q3、Q1都 達到要求了，而Q2卻很難達到要求或很難穩(wěn)定地達到要求。在水表技術難題還沒有攻克之前怎么辦呢？只能采用降低測量范圍的的笨辦法來符合標準的要求。例：水平螺翼可拆A級水表流量點選為Q3=40，Q3/Q1=25或Q3/Q1=31.5，這樣，測量范圍大大降低了，彌補的辦法是另外設置一個低流量QL=0.8。本來水表按照標準在表盤上標注40/50即可，表示Q3=40，Q3/Q1=50，現在要在標注40/25的基礎上再標上QL=0.8以示最小流量的實際水平。
(3)目標方案
目標方案其實是一個動態(tài)的發(fā)展的方 案，首先要通過技術攻關或優(yōu)化設計來顛覆修正方案，或回到初步方案中來，然后進一步提高測量范圍數值，或通過擴大Q3來相應提高Q3/Q1值，或 專攻實際的更小的低流量等等?？傊鞣N方法都 或以提高水表的竟爭力。例：水平螺翼式水表通過產品更新換代，技術進步，測量范圍從老式的20提高到可拆式的50，再提高到WPD的125，還可進一步提高到160、200、250、315；Q3值從16提高到25、40，還可進一步提高 到63。也可以通過犧牲Q3來提高Q1的水平或通過犧牲Q1來提高 Q3的水平等辦法來改變參數。總之，最終要體現產品的水平和價值，要與管網的實際流量情況相適應。
