各種能量表、冷量表的結構特點

◆產品說明
    冷量表由流量計、配對溫度傳感器、積分儀三部分組成，在這三部分中配對溫度傳感器及積分儀的技術相對比較成熟、穩定性較高，因此目前冷量表的技術重點主要集中在流量計上，冷量表精度等級的分類、冷量表類型的區分都是以流量計為基礎的。下面主要介紹各種結構的流量計在冷量表中的應用。（聲明：本文中所涉及的產品圖片及結構均采用我公司自有的產品，與其它公司的產品無關。）
一 、機械式冷量表
    機械式冷量表的基本原理是水流推動葉輪的轉動，葉輪轉動的圈數與流量成正比，積分儀通過采集葉輪轉動的圈數計算流量，由于葉輪的轉動存在機械磨損，因此葉輪軸及軸套材質的選擇決定了冷量表的使用壽命，葉輪軸的材質主要有三種形式：1.純不銹鋼，主要應用于水表中，價格便宜，耐磨性很差；2.硬質合金，主要應用于單流或多流冷量表中，耐磨性很好；3.不銹鋼+硬質合金頭，主要應用于多流冷量表中，頂部耐磨性很好。
圖片：


頂部鑲嵌硬質合金的不銹鋼軸
1．單流束冷量表
圖片：

結構：

特點：
單流束流量計的冷量表，從流量計的進、出水端口能看到里邊的葉輪。靠測定流量計中葉輪轉動圈數來計算進戶水量。流量計的水流是從單一方向直接沖擊葉輪的，形成葉輪單向受力，因此要保證計量精度及耐久性必須要采用整只的硬質合金軸及寶石軸套，機芯成本要高于多流束冷量表。因通過同樣體積的水葉輪轉動圈數遠少于多流束表，故機械磨損量等同于多流束表。制作技術難度大于多流束冷量表。
優點：
1）維護方便：由于表體進、出水端口能看到葉輪，故堵塞后可由物業管理人員在現場拆表后，通過水沖擊葉輪、螺絲刀推動葉輪等方式排出雜質。
2）采購成本低：原材料成本等同于多流束熱量表，低于超聲波冷量表。
缺點：
1）綜合使用成本高：葉輪轉動產生機械磨損，造成冷表計量不準確，從而造成用戶周期性換表或維修，冷表使用時要經常排污，后期使用、維護成本高；
2）計量可靠性差：穿過冷量表前端過濾器的細小雜質，會造成葉輪堵塞，致使冷量表不計量，且現在的供冷水質無法避免此現象的發生；
3）計量糾紛多：由于機械式冷量表使用時，在不同的階段，存在葉輪隨水量大小斷續堵塞、一部分*堵塞、一部分可能不堵塞，從而增大相同戶型之間冷量差值，致使用戶難以理解而產生不滿情緒，增加計量收費工作難度。
2．多流束冷量表
圖片：

結構：

特點：
多流束流量計冷表，靠測定流量計中葉輪轉動圈數來計算進戶水量。工作時水是被分成多股從四周均衡地推動葉輪轉動，因此葉輪軸的磨損主要集中在葉輪軸的頂部，可以使用鑲嵌合金頭的不銹鋼軸及塑料軸套，可以相對降低成本。
優點：
采購成本低：原材料成本等同于單流束熱量表，低于超聲波冷量表。
缺點：
1）綜合使用成本高：葉輪轉動產生機械磨損，造成冷表計量不準確，從而造成用戶周期性換表或維修，冷表使用時要經常排污，后期使用、維護成本高；
2）計量可靠性差：穿過冷量表前端過濾器的細小雜質，會造成葉輪堵塞，致使冷量表不計量，且現在的供冷水質無法避免此現象的發生；
3）計量糾紛多：由于機械式冷量表使用時，在不同的階段，存在葉輪隨水量大小斷續堵塞、一部分*堵塞、一部分可能不堵塞，從而增大相同戶型之間冷量差值，致使用戶難以理解而產生不滿情緒，，增加計量收費工作難度；
4）維護不方便：具備上述單束流表的缺點之外，多束流在實際使用中相對于單流表堵塞的比例較高。并且由于表體進出水端看不到葉輪，堵塞后必須拆解表體才能排污（此工作多數情況下需要返廠維修），造成很大使用麻煩。
在實際使用及實驗的數據表明只要選用合適的軸和軸套，單流表可以有與多流表相同的使用壽命。

螺翼式冷量表
圖片：

特點：適用于大口徑冷量表，計量性能優于防堵式冷量表，防堵性能較差。這種結構普遍應用于目前的大口徑冷量表中。

防堵式熱量表
圖片：

特點：適用于大口徑冷量表，在機械式冷量表中防堵性能，但計量性能較差，啟動流量高，流量范圍小，一般只能達到1：25
機械式冷量表的共性：
1）采購成本低；2）綜合使用成本高；3）計量可靠性差；4）計量糾紛多；5）維護不方便

二 、超聲波式熱量表
 超聲波冷量表（Ultrasonic Heat meter）是在超聲波流量計的基礎上加上溫度測量，由流體的冷量和供、回水溫差來計算出向用戶提供的冷量。其中流量測量部分是應用一對超聲波換能器相向交替（或同時）收發超聲波，通過觀測超聲波在介質中的順流和逆流傳播時間差來間接測量流體的流速，再通過流速來計算流量的一種間接測量方法，如圖1所示。

圖1：超聲波時差法原理示意圖
    在圖1，中我們看到有兩個換能器，順流換能器和逆流換能器，兩只換能器分別安裝在流體管線的兩側并相距一定距離，管線的內直徑為D，超聲波行走的路徑長度為L，超聲波順流時間為T 上游，逆流時間為T 下游，超聲波的傳播方向與流體的流動方向加角為θ，流體的流動速度為V。由于流體流動的原因，使超聲波順流傳播L 長度的距離所用的時間比逆流傳播所用的時間短，其時間差可用下式表示： 
 
*其中C 為聲音在水中傳播的速度。
那么順流時間和逆流時間的時間差為：

為了簡化計算，我們可以假設流體的速度相對于聲波在流體中傳播的速度是非常微小的，那么我們可以將上式簡化為： 
 
從而我們得到流體的速度與傳播時間差的一個線性公式為：

需要特別強調的一點是，V 是流體沿著管道中心線的線速度，考慮到液體流速沿管道直徑的不均勻分布情況，我們還需要加一個流速（分布）修正系數K。那么瞬時流量的公式為： 
 
求得瞬時流量后，那么在超聲波冷量表中，冷量的積分計算采用歐洲流行的K 系數法：設測得進水管的水溫為T1，出水管水溫為T2，則進出水的溫度差為△T，利用流量傳感器對供水管道的瞬時冷水流量 Q 進行計量，經過一定時間的累計，便得到用戶消耗的冷量值，其數學表達式為： 
 
式中，E 為冷交換系統輸出冷量，單位J;t 為流量累積時間，單位h; K 為冷焙修正系數，單位J/ m3;Q 為瞬時冷水流量， 單位m3/h; △T 為進出水的溫度差，單位℃。這樣我們就可以通過超聲波傳播的時間差先求出瞬時流量，進而獲得消耗的冷量了 。

1．直射式超聲波冷量表
圖片：

大口徑結構：

小口徑結構：

特點：靠超聲波順水和逆水傳播的時間差來測水量。適用于大口徑冷量表。
缺點： 
1）壓損較大：直射式超聲波冷量表在小口徑超聲波冷量表的應用中，相對于反射式超聲波冷量表壓損較大；
2）易滯留雜質：小口徑直射式超聲波冷量表機構的特殊性，極易造成雜質在流量計中存留，致使壓損增大和影響表計的正常計量；
3）使用壽命低：由于結構的原因有一只換能器正對著水流方向，特殊情況下可能會因水錘現象造成換能器壽命縮減；
4）采購成本高：原材料成本高于機械式冷量表。
優點：
1）綜合使用成本低：無機械葉輪轉動，不產生機械磨損，后期使用、維護成本低，使用壽命遠遠長于機械式冷量表；
2）計量可靠性好：穿過冷量表前端過濾器的細小雜質，對超聲波冷量表精確計量不會造成影響；
3）計量糾紛少：超聲波冷量表使用時，不堵塞，不磨損，計量精確，利于供冷計量工作的順利進行；
4）維護方便：超聲波冷量表基本屬于免維護產品。

2．反射式超聲波冷量表
圖片：

原理結構：

特點：靠超聲波順水和逆水傳播的時間差來測水量。適合用于小口徑冷量表。是目前小口徑冷量表的主流結構，壓損較低。
缺點：
采購成本高：原材料成本高于機械式冷量表；
優點：
1）綜合使用成本低：無機械葉輪轉動，不產生機械磨損，后期使用、維護成本低，使用壽命遠遠長于機械式冷量表；
2）計量可靠性好：穿過冷量表前端過濾器的細小雜質，對超聲波冷量表精確計量不會造成影響；
3）計量糾紛少：超聲波冷量表使用時，不堵塞，不磨損，計量精確，利于供冷計量工作的順利進行；
4）維護方便：超聲波冷量表基本屬于免維護產品：
5）壓損較小：反射式超聲波冷量表在小口徑超聲波冷量表的應用中，相對于直射式超聲波冷量表壓損較小。

三、關于超聲波冷量表結垢的說法評斷 
    積垢的說法大憂慮的是反射鏡的結垢問題。實際上通過良好的設計，*可以避免結垢對反射鏡的影響。
1.超聲波自身具有清洗功能（高頻振蕩信號，通過超聲波換能器轉成高頻機械振蕩(超聲波)而傳播到介質(水)中，超聲波在水中的輻射，使液體震動而產生數以萬計的微小氣泡,這些氣泡在超聲波縱向傳播形成的負壓區產生、生長，而在正壓區迅速閉合，在這種被稱為空化效應的過程中，微小氣泡閉合時可產生超過1000個大氣壓的瞬間高壓.連續不斷產生的瞬間高壓，就像一連串小爆炸一樣不斷沖擊物件表面，是物體表面及縫隙中的污垢迅速剝落，從而達到清洗物體的目的。）；
2.通過特殊的結構設計，使水流隨時清洗換能器表面；
3.通過加大換能器發射電路的功率及提高接受電路的靈敏度使超聲波信號的接受幅值遠大于實際需要的幅值（至少保證3倍以上）；
4.計量*在實驗中用膠布粘在超聲波反射鏡上，實驗結果對測量精度沒有影響；我公司在實際試驗中使用已經結垢的反射鏡(普通易結垢材質做成的)對超聲波的接受幅值并沒有產生影響。 

四、 冷能表計算冷量值的公式
總耗冷kwh=（進水溫度℃—回水溫度℃）×瞬時流量m3/h×K系數
從上面公式可看出：冷量值的計算必須知道三個數值：
1、K系數是指水在不同溫度下所能攜帶冷量能力的函數值，是一個有規律定量；
2、進出戶水的溫差℃（依靠溫度傳感器測量）；
3、瞬時流量（依靠流量計測量）：可分為機械式流量計、超聲波式流量計 。