日光温室黄瓜滴灌系统设计.doc

实习设计实习设计 题 目 日光温室黄瓜滴灌系统设计 学 院 工 学 院 专 业 农 业 水 利 工 程 姓 名 王 健 任淑媛 蔡文浩 指导教师 黄 彩 霞 目目 录录 1 基本资料 1 1 设计技术依据 2 设计任务 3 设计步骤 3 1 规划步骤 3 1 1 水源工程 3 1 2 首部枢纽 3 1 3 输配水管网 3 1 4 灌水器的布置 3 2 设计参数 3 2 1 灌水小区允许水头偏差计算 3 2 2 土壤湿润比 3 2 3 设计灌水定额 3 2 4 设计灌水周期 3 2 5 一次延续灌水时间 3 2 6 初定系统最大轮灌组数 3 3 灌水小区的水力设计 3 3 1 灌水小区允许水头 流量 偏差率 3 3 2 小区允许水头的分配 3 3 3 毛管极限孔数和极限长度 3 4 管网布置 3 5 系统工作制度 3 6 各级管道设计流量的确定 3 7 管网水力设计 3 7 1 毛管水头损失 3 7 2 支管设计 3 7 3 支管水头损失 3 7 4 干管设计 3 7 5 干管水头损失 3 7 6 毛管进口工作水头 3 7 7 支管进口工作水头 3 8 水头偏差率复核 3 8 1 毛管水头偏差率 3 8 2 支管水头偏差率 3 8 3 灌水小区水头偏差率 3 8 4 主干管进口工作水头 3 9 系统总扬程 4 首部枢纽设计 4 1 过滤器设计 4 2 施肥器设计 4 3 机泵选配 5 蓄水池设计 6 材料设备用量 参考文献 致 谢 1 摘 要 滴灌技术是当今世界上最节水的一种与机械化配套 易于实现自动化控制 特别适宜 于果树 蔬菜 设施农业和干旱缺水地区生态环境治理 大田行播作物种植的一种现代化 精准灌水技术 它是微灌的最主要的组成部分 滴灌工程的成功首先是规划设计必须合理 合理的规划设计是建立在正确认识和运用这一技术的基础之上的 其次对滴灌工程规划布 置 设计技术参数的确定 滴灌灌溉制度 滴灌系统的水力计算 首部枢纽的设计等过程 要有清晰的认识 关键字 节水灌溉 微灌 滴灌 1 1 基本资料 基本资料 基本情况 项目地块占地面积为 136 亩 在该地块拟建温室大棚 15 栋 其中 温室规格为 70m 60m 共 15 栋 两排温室间间距为 2 0 m 种植情况 项目地块温室主要种植蔬菜 均南北向栽植黄瓜 每垄种植一行 垄距 1 0m 株距 30cm 栽培管理 根据蔬菜生长周期和市场规律确定 一般每年 3 月至 11 月销售情 况比较好 气象资料 气候干旱 多年平均气温 9 7 多年平均降水量为 260mm 年 平均蒸发量 2350mm 土壤质地 该地块土壤主要为壤土 水源状况 灌溉水源为渠道水 位于南边 渠道供水为间歇性 周期较长 18 天一次 水温在 13 度左右 泥沙含量千分之 0 1 水质较好 但漂浮物较多 ph 值 8 4 1 1设计技术依据设计技术依据 1 节水灌溉技术规范 SL207 98 2 微管工程技术规范 SL103 95 3 喷灌与微管工程技术管理规程 SL236 1999 2 4 农田灌溉水质标准 GB5084 92 5 灌溉与排水工程设计规范 GB5088 99 6 项目区地形地貌勘测及种植现状调查结果 2 2 设计任务 设计任务 1 系统规划布置 系统选型 首部枢纽 输配水管网布置 蓄水池设计 2 滴水器选择 3 设计参数选定 4 水力计算 5 工程量 6 概预算 3 设计步骤 设计步骤 3 13 1 规划步骤规划步骤 3 11 水源工程水源工程 灌溉水源为渠道水 位于南边 水质较好 但漂浮物较多 需设置拦污栅 水质符合农田灌溉水质标准 水量能够满足总灌溉水量 3 1 2 首部枢纽首部枢纽 将首部枢纽设置在南边蓄水池处 动力设备采用水泵 提水加压 施肥装 置采用压差式施肥罐 并装有压力表 空气阀 闸阀 水表等设备和仪表 3 1 3 输配水管网输配水管网 管网由主干管 分干管 支管 毛管组成 主干管分干管采用 0 4MPa 的 PVC U 管以地埋型式铺设 支管毛管铺设于地面 3 1 4 灌水器的布置灌水器的布置 3 灌水器选用内镶式滴灌器 滴灌器间距 0 5m 流量 2 3L h 沿种植方向一 管一行 铺设间距 1m 滴灌器参数表滴灌器参数表 型号WDF16 2 3 100滴头间距 m e S0 5 设计工作水头 m hd8毛管布设间距 m 1 设计流量 L h d q2 3 毛管内径 d mm 16 3 23 2 设计参数设计参数 3 2 13 2 1 灌水小区允许水头 流量 偏差率 灌水小区允许水头 流量 偏差率 根据规范规定 本工程取 20 v q 水头偏差率 x 0 5 20 计算得 v h v q 1 0 15 v h 1 x v q 1x x v q 0 412 3 2 23 2 2 土壤湿润比土壤湿润比p 50 p pew tr N S S S S 式中 每棵作物的滴头 p N 滴头在毛管中间距 e S 湿润宽度 w S 株距 t S 行距 r S 3 2 33 2 3 设计灌水定额设计灌水定额 m m 已知 1 45 Z 计划土壤湿润层深度 0 5m 50 0 9 r 3 g cmp 90 25 22 5 65 25 16 5 max min m 0 1 Z rp max min 4 25 17mm 16 7 亩 3 m 3 2 43 2 4 设计灌水周期设计灌水周期 T T m 25 17mm 5mm 0 9 a I T m 5 7d 取 6 天 a I 此值为作物需水高峰期的灌水周期 3 2 53 2 5 一次灌水延续时间一次灌水延续时间 t t t 12h 组 取 12h 组 e t d ms s q 系统设计参数表系统设计参数表 序号参数名称参数值 1 灌溉补充强度 mm d a I 5 2灌溉水有效利用率 90 流量偏差率 v q 0 2 3 灌水小区允许偏差率 水头偏差率 v h 0 412 4 土壤湿润比 p 50 5 设计灌水定额 mm 25 17 6 设计灌水周期 T d 6 7 初设一次灌水延续时间 t h 组 12 3 2 63 2 6 初定系统最大轮灌组数初定系统最大轮灌组数 取 N 10 t CT N t CT 式中 N 为允许的轮灌组最大数目 取整数 C 为一天运行的小时数 一般为 12 20h 取 20h T 为灌水时问间隔 周期 d 5 t 为一次灌水持续时间 h 3 33 3 灌水小区的水力设计灌水小区的水力设计 一条支管控制的灌溉范围为一个灌溉小区 本设计中采用 毛管 支管 构成灌水小区形式 即一个温室为一个灌水小 区 3 3 13 3 1 灌水小区允许水头偏差灌水小区允许水头偏差 计算计算h 3 296mh v hhd 3 3 23 3 2 小区允许水头的分配小区允许水头的分配 分配比例取 0 55 0 45 1 2 毛管允许水头偏差 为 1 81m 1 h 1 h 1 h 支管允许水头偏差 为 1 48m 2 h 2 h 2 h 3 3 33 3 3 毛管极限孔数和极限长度毛管极限孔数和极限长度 毛管极限孔数 203 4 75 0 364 1 1 75 5 446 d h d NINT ksq 其中 毛管内径d 水头损失扩大系数k 毛管上滴头间距s 毛管极限长度 101 5m m L 0 1 mm Ls Ns 毛管实际单向铺设长度 65m 滴头数 130 个 满足要求 3 43 4 管网布置管网布置 毛管支管分干管毛管支管分干管 单行毛管沿作物种植方向直线布置 支管布设于分干管上 将分干管的水 流分配给毛管 在温室内单行毛管长度为 65m 支管长 59m 分干管 10m 6 3 53 5 系统工作制度设计系统工作制度设计 轮灌组的运行方式轮灌组的运行方式 作物工作日期工作分干管编号轮灌组编号工作时间同时工作分干管 1 1 1 2 10 00 12 002 第一天 1 2 2 1 216 00 10 003 1 2 2 1 210 00 16 003 1 3 2 4 316 00 20 003 第二天 1 4 2 3 40 00 4 003 1 4 2 3 44 00 10 003 第三天 1 5 2 6 510 00 16 003 1 6 2 5 616 00 20 003 第四天 1 7 2 8 70 00 4 003 1 7 2 8 74 00 10 003 1 8 2 7 810 00 14 003 第五天 1 9 2 10 914 00 20 003 1 9 2 10 90 00 6 003 黄 瓜 第六天 1 10 2 9 106 00 10 003 3 63 6 各级管道设计流量的确定各级管道设计流量的确定 滴头设计流量为 2 3L h 一条毛管上有 130 个滴头 一条毛管流量为 130 2 3 299L h 一条支管同时给 59 条毛管供水 一条支管的流量为 59 299L h 17 641 m h 按照系统设计运行工况 出现水泵出口压力最大的水 力路线为 O A B C D E 路线简图附图 推算分干管 1 EE 2 EE 主干管的流量 各级管道流量表各级管道流量表 系统供 水 m h 主干管供 水 m h 分干管供 水 m h 支管进口 处 m h 一条支管上的 毛管数 个 一条毛管 进口流量 L h 滴头 流量 L h 180176 435 2817 641592992 3 3 73 7 管网水力设计管网水力设计 7 3 7 13 7 1 毛管水头损失毛管水头损失 滴头数 N 130 个 流量指数 m 1 75 流态指数 x 0 5 毛管进口流量的 计算用公式 毛 Q 滴 nq 3 6 式中 毛 Q 毛管进口流量 L h 滴 n 毛管上滴头个数 为 65 0 5 130 个 毛 Q 130 2 3 299 L h 毛管内径为 16mm 8mm 可以认为管内流态为光滑紊流 故按勃拉修 斯公式计算其沿程水头损失 也可按下式计算 S m fS s N N d q h m m b m 0 1 11 48 0 毛 3 7 式中 h毛 等距多孔毛管沿程水头损失 m f 摩阻系数 0 505 S 分流孔间距 0 5m S0 多孔管进口至首孔的间距 0 15m N 分流孔总数 q 单孔设计流量 q 2 3L h d 管道内径 16mm m 流量指数 1 75 b 管径指数 4 75 8 将上述数据代入上式 得 0 49m h f 毛 毛管局部水头损失按沿程水头损失的 15 计算 0 49 15 0 0735m w h 毛 0 5635m hhh fw 毛毛毛 3 7 23 7 2 支管设计支管设计 根据工程布置 支管铺设长度为温室宽度 即 60m 一条支管上有 59 条 毛管 即支管上有 59 个出水孔 支管上单孔流量为 299L h 支管流量为 59 299L h 17641L h 支管实际水头损失为 1 h h h 毛 3 296 0 5635 2 73m 代入下式 63 9mm 1m 1 0 4 75 1 0 48 d 1 1 m m d kfsqsN N hms 故支管选用 PE D75 管 外径为 75mm 壁厚 4 5mm 压力等级为 1 0Mpa 3 7 33 7 3支管水头损失支管水头损失 0 732mh支 3 7 43 7 4 毛管进口工作水头毛管进口工作水头 压比 1 75 4 75 kfs d d q G h d 7 5 69 10 h 2 75 0 52 2 75 d GhN 8m 1 0 5 1 d hhR hNJS 式中 G 毛管最下游管段总水头损失与孔口设计水头比值 9 R 0 73 S 0 5 J 0 008 故毛管进口设计水头为 8m 1 754 75 0100 HhRkfSNqdJS 3 7 53 7 5 支管进口工作水头支管进口工作水头 压比 1 75 4 75 kfs d d q G h d 6 3 4 10 h 0 71m 2 75 0 52 2 75 d GhN 8 29m 1 0 5 1 d hhR hNJS 故支管进口设计水头为 8 31m 1 754 75 0100 HhRkfSNqdJS 3 83 8 水头偏差率复核水头偏差率复核 3 8 13 8 1 毛管水头偏差率毛管水头偏差率 G毛 N 0 52 2 75 2 75 r毛 N 1 0 041 v h 毛 1 0 6 1 x hv 毛 1 21 0 3 x 1 x 0 006qv毛 符合条件 3 8 23 8 2 支管水头偏差率支管水头偏差率 hv 支 G支 N 0 52 2 75 2 75 r支 N 1 0 072 3 8 33 8 3 灌水小区水头偏差率灌水小区水头偏差率 hv hv 支 hv 毛 0 17 0 015 0 113 灌水小区流量偏差率按下式计算 qv 1 0 6 1 x hv 1 21 0 3 x 1 x 0 056 10 支管流量偏差率 qv 支 qv qv 毛 0 05 计算出灌水小区滴头的最大工作水头 hmax 1 0 65qv 毛 1 x 1 0 65qv 支 1 xhd 8 6m 支管与毛管连接的 16 按扣三通水头损失采用式 hj v2 2g 计算可得 hj 0 2m 故灌水小区进口工作水头值为 8 8m 3 93 9 干管管径的确定和水头损失计算干管管径的确定和水头损失计算 干管管径的确定 系统设计运行工况长生水泵出口压力最大的水力路线为 O A B C D E 路线简图附图 干管管径的确定也采用经济流速 1 EE 2 EE 法 分干管各管段管径的确定 管段 1 EE 2 EE 11 0 5 4 EEEE dQv 0 5 4 35 28 3 14 1 5 3600 91 2mm 主干管管径的确定 DE 管段 0 5 4 DEDE dQv 0 5 4 70 4 3 14 1 5 3600 129mm CD 管段 0 5 4 CDCD dQv 0 5 4 105 6 3 14 1 5 3600 158mm BC 管段 11 0 5 4 BCBC dQv 0 5 4 140 8 3 14 1 5 3600 182mm OAB 管段 0 5 4 OABOAB dQv 0 5 4 176 3 14 1 5 3600 204mm 干管管径选择见表 干管水头损失计算 已知 k 1 1 f 0 505 m 1 75 b 4 75 依据干管水头损失计算公式 可以计算主干管和分干管各管段水头损失 mb f hkfQ L d 综上所述 系统设计工况下生产水泵出口压力最大使得各级管道水头损 失如表所示 管管 径径 计计 算算 与与 选选 择择 表表 选 择 管 道管 段流 量 m3 h 计 算 管 道 内径 mm 内 经 mm 外径 mm OAB176204210219 BC140 8182190199 主干管 CD105 6158175 9180 DE70 4129135144 1 EE 35 2891 2100110 分干管 2 EE 35 2891 2100110 12 产生水泵出口压力最大时系统的水头损失计算表产生水泵出口压力最大时系统的水头损失计算表 各 级 管 网 管外径 mm 管内径 mm 管段长 m 流 量 m3 h 总水头损失 m 毛 管161300 6380 5635 支管756611817 640 732 灌水小区进口调压阀前水头8 6 出地管110100135 280 024 1 EE 110100335 282 19 分 干 管 2 EE 110100335 281 3 DE1441356870 41 08 CD180175 968105 61 15 BC19919068140 81 23 主干管 OAB2192101061762 27 沿程水头损失合计 10 5 干 管 局部水头损失 0 75 主干管进口压力水头 m 8 8 0 024 10 5 0 75 20 074 首部枢纽水头损失初估 m 10m 水泵出口压力水头 m 20 074 10 30 074 节点压力均衡验算表节点压力均衡验算表 节点管段 L m D m Q l h f h m w h m 0 h m b z m p z m H m O20 07 AOA682191760000 760 0828 02 BAB682191408001 450 1526 42 CBC681991056001 380 1225 07 DCD68180704001 330 1223 51 EDE68144352801 300 1322 03 13 1 E 1 EE 3110352800 460 0524 56 2 E 2 EE 3110352801 300 1324 56 A1443528028 02 1 A 1 AA 3110352800 460 0527 15 2 A 2 AA 3110352801 300 1327 15 B1443528026 42 1 B 1 BB 3110352800 460 0525 91 2 B 2 BB 3110352801 300 1325 91 C1443528025 07 1 C 1 CC 3110352800 460 0523 57 2 C 2 CC 3110352801 300 1323 57 D1443528023 51 1 D 1 DD 3110352800 460 0522 07 1 D 2 DD 3110352801 300 1322 07 3 103 10 水锤压力验算与防护水锤压力验算与防护 本滴灌系统只对主干管 OA 进行验算 该管外径为 219mm 壁厚 4 5mm 材质为 PVC U 其弹性模量为 250 流速变化值为 0 86m s 一条分干管突 a MP 然关闭计算求得 依据以下公式计算水锤压力 H C V210 0 86 9 81 18 41m 14351 S CDeE e 143512100 2194 5 2500 4 5 226 3 式中 H 直接水头的压力水头增加值 14 C 水锤波再管中的传播速度 m s V 管中流速变化值 为初流速减去末流速 m s g 重力加速度 m s2 D 管道外径 mm e 管壁厚度 mm Es 管材的弹性模量 聚乙烯管取 Es 2500 3000Mpa 经计算 H 18 14m 则计入水锤后的管道工作压力水头为 20 1 18 14 38 24m 小于管道允许压力的 1 5 倍 故不必采取水锤防护措施 3 113 11 系统总扬程系统总扬程 水泵扬程为 H H0 H首部 30 074m 4 4 首部枢纽设计首部枢纽设计 4 14 1 过滤器设计过滤器设计 灌区水源为渠道水 所含泥沙较少 但漂浮物较多 多以选用拦污栅 再选用筛网式过滤器 4 24 2施肥器设计施肥器设计 净化装置之后 需要安装施肥装置来控制土地的施肥 为此我们安装了 压差式肥料罐 其工作原理是待微灌系统正常运行后 首先把可溶性肥料装 入肥料罐内 然后把灌口封好 接通输液管并打开其上的阀门 再接通进水 管打开肥料罐的进水阀门 此时肥料罐的压力与灌溉输水管道压力相等 为 此关小微灌输水管道上的施肥调压阀门 使其产生局部阻力水头损失 使阀 后输水管道内压力变小 阀前管道压力大于阀后管道压力 在肥料的进 出 口形成一定得压差 使灌溉水由供水管进入化肥罐内 罐中肥料通过输肥管 进入阀后输水管道中 当化肥罐内肥料液浓度降至接近零时 即需重新添加 肥料 根据本项目区灌溉面积选用 150L 施肥罐 15 4 34 3 机泵选配设计机泵选配设计 水泵设计流量为 180 h 水泵设计扬程为 30 074m 根据设计流量和 3 m 设计扬程 可选用 IS150 125 315 水泵 额定流量 200 m3 h 配套动力机额 定功率 30 KW 5 5 蓄水池设计蓄水池设计 因灌溉水为渠道水 渠道供水为间歇性 周期较长 18 天一次 因此需设 计蓄水池 3400 k ATI V H 蓄 3 m 需设计 3400的蓄水池一座 采用长 30 米 宽 29 米 深 5 米的挖方蓄水 3 m 池 在蓄水池内部用混凝土覆盖 6 6 材料设备用量材料设备用量 序 号 分项材料 设备名称规格 单 位 数量备注 1单级离心泵IS150 125 315台1 配套电机功率为 30KW 2筛网式过滤器Q 180m h套1 3施肥罐150L套1 4水表 与或滤器出水管配