提高旋转活塞式水表磨损性能的研究与应用

　　1 前言

　　旋转活塞式水表以其优良的计量性能广泛应用于自来水的计量，特别被水资源缺乏的国家和地区所青睐。而水表磨损性能的好坏是水表综合性能中一个重要的技术指标，关系到水表的计量性能和使用寿命。

　　旋转活塞式水表主要由计数机构、计量机构及水表壳体等部件组成。其中计数和计量机构作为两个重要部件影响水表的计量性能和使用寿命。本文将从计量机构方面论述提高活塞式水表磨损性能的研究和应用。

　　2 旋转活塞式水表的工作原理和磨损原理

　　2.1 计量原理

　　图1所示，活塞式水表中的计量机构(计量室)由盖板、外壳、活塞和隔板等零件组成。它们将进出水口隔开，形成两个互不相通的测量室;当流入水表的水充满标准计量室后，由于进出水口存在一个压力差，在压力差的作用下，使活塞旋转将计量室内的水推向出水口，通过记录活塞旋转的圈数指示通过水表的水量。

　　2.2 磨损原理

　　活塞运动过程是液体压力迫使活塞内曲线M点与隔板始终保持接触，而活塞外径上的P点、内径N点、中心轴K点分别与计量室外壳上相应点始终保持接触，形成偏心运动，可看作曲柄滑块机构。曲柄滑块机构在运动过程中存在一个拐点，即活塞在旋转过程中会有速度突变过程。另外由于进出水口的非均匀分布使活塞的受力也不均匀，因此其磨损比较严重的部位主要体现在图1所示的A、B区域。

　　3 提高旋转活塞式水表计量机构磨损性能的途径

　　3.1 设计合适的计量室容积腔

　　活塞计量部件是一个相对运动的机构，活塞转速高低直接影响其使用寿命，在一定的流量下，计量室容积腔大，活塞的转速相对较低;活塞与其它零件的磨损量就小;反之计量室的容积腔小，活塞的转速相对较高，活塞与其它零件的磨损量就大。但是过大的计量室容积腔会影响水表的计量性能和灵敏度，所以设计一个合适的计量室容积腔是提高旋转活塞式水表磨损性能的前提。

　　3.2 材料的选用及互配

　　计量室零件材料的选用首先考虑其材料本身的强度、硬度、韧性、摩擦系数、耐磨性及制造工艺性等综合性能，以适用计量零件的使用性能，同时应充分考虑两互相运动部件间材料的互配，使其磨损更趋合理。

　　3.3 改善转动件间的磨损状态

　　3.3.1 在图1所示的活塞轴与外壳中心轴间增加一个衬套以改变相互间的磨擦性质，减少磨损。

　　从上述计量室磨损原理的描述可见，活塞与外壳以相对较高的速度运动造成图1中A区域外壳中心轴的局部磨损现象，使计量性能下降。而在此增加一个能相对转动的衬套后，将原来两转动件间的纯滑动摩擦状态转变为滑动摩擦和滚动摩擦状态，就减少了摩擦阻力。而且由于衬套能绕外壳中心轴转动，将外壳中心轴上的局部磨损转嫁到衬套在圆周上的均匀磨损，从根本上改善了磨损性能，提高了水表的计量精度和使用寿命。