Analiza metrologiczna wodomierzy wielostrumieniowych po okresie eksploatacji w wodociągach.
          Każda konstrukcja wodomierza ma swoje plusy i minusy. 
Plusem wodomierza wielostrumieniowego jest zrównoważony układ sił naporu strug wody na wirnik wodomierza.

W czasach, gdy łożyska ślizgowe wykonywano ze stopów miedzi, zrównoważenie tych naporów było istotnym elementem konstrukcyjnym, wpływającym na małe zużycie tych łożysk. W obecnych czasach, gdy jako łożyska wzdłużne zastosowano sztuczne kamienie szlachetne, a łożyska poprzeczne wykonuje się z poliamidów z różnorodnymi wypełniaczami, problem trwałości łożysk wirnika przestał istnieć.

            Jeżeli wodomierz ø 20 mm po przebiegu 33.600 m3 wg wykonanej ekspertyzy, nadaje się do dalszej eksploatacji, to jest to dowód, że ułożyskowanie wirnika wodomierza jest nie zużyte. Problem trwałości łożysk w naszych wodomierzach nie istnieje. Prawdą jest również, że na przestrzeni kilkunastu lat jak wyprodukowaliśmy miliony wodomierzy nie było reklamacji nawet na jedno łożysko.

Najważniejszym minusem wodomierza wielostrumieniowego jest zawyżanie wskazań w trakcie eksploatacji.

Pierwszy raz z tym problemem spotkałem się po wykonaniu ekspertyzy dla SM w Braniewie. Wodomierze zbadane z ruchomym starem i stopem wykazały zawyżanie we wszystkich trzech przepływach ok. 39%. Zaskoczony takim wynikiem poleciłem wykonać ponownie ekspertyzę z zatrzymanym starem i stopem. Wynik był ten sam.

Po analizie przyczyn tego stanu rzeczy, okazało się, że przyczyną zawyżania wskazań wodomierza jest zarastanie kanałów w dystrybutorze. Strumień wody wpływający do wodomierza dzielony jest na n strumieni. Zwykle jest to 6 kanałów a spotkałem też i z 12 kanałami. Wobec tego, aby struga wody miała odpowiednią energię kinetyczny, nie mogą to być kanały o dużych przekrojach. Strumienie uderzając w wirnik z kilku stron redukują się, i wypadkowa naporów wynosi zero.

Mechanizm zawyżania jest następujący. Przykładowo jeżeli kanał ma przekrój cztery na cztery milimetry, to po inkrustacji ścianek solami zawartymi w wodzie, jak węglan wapnia czy siarczan wapna lub innymi zanieczyszczeniami znajdującymi się w wodzie, o grubości jednego milimetra, jego pole przekroju zmaleje czterokrotnie – 4x4:2x2=4. Prędkość zaś w kanale wzrośnie czterokrotnie, a energia kinetyczna wzrośnie szesnastokrotnie – prędkość we wzorze na energię kinetyczną jest z wykładnikiem potęgowym 2. Wzrost energii kinetycznej jest powodem zawyżania wskazań przez wodomierz. Zarastanie kanałów następuje stopniowo. Intensywność narastania następuje w zależności od zawartości zanieczyszczeń i zawartości rozpuszczonych w wodzie soli mineralnych.

Oczywiście są w Polsce wodociągi, w których można z powodzeniem stosować wodomierze wielostrumieniowe. Przykładowo może być to Zakopane gdzie w sieci jest praktycznie deszczówka. Również  tam gdzie ujęcie wody jest na rzece lub jeziorze. GPW daje miękką wodę. Wówczas kanały wodomierzy wielostrumieniowych nie będą zarastać i wodomierz utrzymywał będzie właściwą metrologię przez dłuższy czas eksploatacji. Swego czasu dostałem do zbadania wodomierz wielostrumieniowy z Zakopanego, produkcji Metronu. Po 24 latach od ostatniej legalizacji trzymał metrologię w granicach dopuszczalnych dla wodomierzy w eksploatacji.  

W ostatnim czasie wszedłem w posiadanie wielu ekspertyz wodomierzy wielostrumieniowych z wodociągów w Ełku, które potwierdzają powyższe wnioski.  

Póki co oferuję wodomierze wielostrumieniowe w kooperacji z firmą Magdalena, ale to użytkownicy tych wodomierzy muszą sami odpowiedzieć sobie na pytanie czy mogą je stosować.

W wodomierzach jednostrumieniowych również kanał dolotowy, bo to on jest przede wszystkim odpowiedzialny za zawyżanie wskazań wodomierza, zarasta zanieczyszczeniami zawartymi w wodzie. Jeżeli kanał dolotowy ma wymiar 20  mm, i zarośnie również 1 mm, to przekrój zmalej o 19%, a energia kinetyczna wzrośnie o połowę /151%/. Jeżeli jest silna inkrustacja wirnika i jego łożyskowania, to ten przyrost energii kinetycznej nie zrównoważy wzrostu oporu ruchu wirnika wodomierza i wodomierz mimo wzrostu energii kinetycznej strugi wody, będzie zaniżał wskazania.

W jednej z ekspertyz z Ełku mamy, wydawałoby się niemożliwy przypadek. Przy przepływie minimalnym Q1 i pośrednim wodomierz Q2 wodomierz stał – -100%, zaś przy przepływie maksymalnym zawyżał 24,59%. Wodomierz ten był w sieci około 4 lat. Woda w Ełku ma twardość nieznacznie większą od średniej dopuszczalnej. Ośka i wirniki tak znacznie zarosły zanieczyszczeniami, że pęd strumienia pośredniego nie był w stanie pokonać opory ruchu wirnika. Jednak jak już ruszył przy większym przepływie, to znaczny przyrost energii strugi intensywnie napędzał wirnik prowadząc do zawyżania wskazań wodomierza. Ciekawym byłoby zbadanie progu rozruchu tego wodomierza.

Inkrustacja elementów łożyskowania wirnika jest groźna tam, gdzie dłuższy czas nie ma poboru wody. Zdarzały się wodomierze, które po 3-4 latach i stanie licznika 2-3 m3 miały tak zarośnięte osie wirnika, że trudno było rozdzielić wirnik wodomierza od korpusu.

Twardość wody jest wprawdzie, jak widać z powyższego, niekorzystna dla pracy wodomierzy, lecz jest korzystna dla zdrowia jej konsumentów. Tak więc, należy tak konstruować i produkować wodomierze, aby twardość wody miała minimalny wpływ na metrologię wodomierzy i ich niezawodność.

Są takie wodociągi, w których należy wymieniać wodomierze częściej niż wymagane prawnie, co 5 lat. Aby dokonać oceny o okresie wymiany wodomierzy nie ma innej metody, niż badanie ich metrologii w czasie eksploatacji. Najprostszą metodą jest ustawienie wodomierza wzorcowanego z badanym w szeregu. Po kilku dniach uzyskamy wiarygodny wynik, przy minimalnym koszcie badania. Szybszą metodą, ale droższą jest badanie na stanowiskach legalizacyjnych.

Jakby nie roztrząsać problemu, to jakość opomiarowania jest dokonywana na podstawie bilansu sieci wodociągowej. Dla wielu jest to wstydliwa sprawa i skrzętnie tę informację ukrywają. Sztumskie wodociągi razem z wodą do płukania sieci utrzymują się na poziomie 6% i ten poziom jest poziomem przyzwoitego opomiarowania. Co będzie jak zaczną stosować zawory antykropelkowe? Sądzę, że deficyt jeszcze będzie mniejszy.

Jak się okazało najstarsza konstrukcja wodomierza jakim jest wodomierz jednostrumieniowy, wychodzi zwycięsko. Również i z wodomierzem objętościowym, ale o nim w innych artykule. Pomysł, który wczoraj się zrodził w czasie biegania codziennych 10 km, sądzę, że pozwoli na uzyskanie wodomierza o R 1000 i to trwałego przez całych długich pięć lat, niezależnie od jakości wody.  

14.04.2016 r. Antoni Fila