高架桥雨水收集及自动浇灌系统 (2).doc

浙江科技学院转向设计论文 本 科 专 项 设 计 题 目 高架桥雨水收集及自动浇灌系统 学 院 专 业 班 级 组 员 组员学号 指导老师 完成日期 2012/10/25 摘 要 雨水收集和利用并非是新鲜事，我国早在秦汉时期就有修建池塘拦蓄雨水用于生活的记录，而西北地区水窖的修筑已有几百年的历史。国外收集利用雨水的记录也不乏其例。而真正现代意义的雨水收集利用尤其是城市雨水的收集利用是从20世纪80年代到90年代20年时间里发展起来的。随着城市化的进一步加速，城市缺水的矛盾进一步加深，环境与生态问题也同步发展。为了解决缺水、环境、生态等一连串的矛盾，人们把注意力放到雨水的收集和利用。这一课题正好是解决了缺水、环境、生态着一连串的问题。国外对这一课题的研究起步较早，国内城市收集利用雨水起步较早的首都北京，而上海尽管水的质量不好但并不缺水。然而雨水的收集和利用解决的并不仅仅是水的问题，它还可以减轻诸如上海地区日显巨大的自来水的供水压力、路面积水等问题。对水土流失、河水污染等问题也有一定的缓解作用。 高架桥如今在大中型城市中非常常见，桥下一般设有绿化带，但是由于高架桥桥面的阻挡，下雨的时候，雨水经常无法淋到下面的绿化带，这使得相关管理部门不得不安排一定的人力资源来浇灌绿化带。桥面上的雨水经排水管网，也直接流入下水管道，如果能把桥面上雨水收集起来，并用于桥下的绿化带浇灌，将可以减少很大一部分人力和财力。同时也可以减轻城市绿化用水的压力，高架桥雨水的收集利用作为城市雨水收集利用的一部分，对城市的可持续发展有着重要意义。 高架桥雨水收集及自动浇灌系统可以总的分成两个部分，一个是雨水收集系统，如何有效的收集桥面上的雨水并储存，是我们首先要解决的问题，现有排水管道与雨水收集系统的结合利用对随见成本有很大的帮助。二是自动浇灌系统，浇灌系统需要解决的是雨水的增压，定时自动控制和管网的布置。关键词：高架桥，雨水收集，蓄水箱，喷灌Abstract Rainwater collection and utilization is nothing new, our country early in Qin and Han dynasties have built ponds retain rainwater for life records, while the northwest water cellar construction already had history of hundreds of years. Foreign collection of rainwater utilization in recording and that is the example of. But the real significance of modern rainwater collection and utilization especially city collected rainwater utilization is from the nineteen eighties to 90 time 20 years developed. With the further acceleration of city, city is short of water contradiction further, environmental and ecological problems are synchronous development. In order to solve the water shortage, ecological environment, such as a series of contradiction, people focus on the rainwater collection and utilization. This problem is solved, the ecological environment water, a series of problems. Foreign research on this topic starts earlier, the collection of city rainwater utilization started earlier in the capital of Beijing, and Shanghai, although the water quality is not good but not water. However, rainwater collection and use to solve the problem is not just water, it can also reduce the area such as Shanghai is huge water pressure, surface water problems. On Soil and water loss, water pollution has some relief.The viaduct is now very common in large and medium-sized city, under the bridge are generally equipped with a green belt, but due to the elevated bridge of the barrier, when it rains, the rain often cannot be caught in the green belt below, this makes the relevant management department to arrange a certain amount of human resources to irrigate green belt. Deck water by the drainage pipe network, also directly into the sewer, if the deck rainwater collected under the bridge, and for the green belt to irrigate, can reduce a large part of human and financial resources. At the same time can also relieve the city virescence water pressure, elevated bridge rain collection and utilization of rainwater collection and utilization as a part of the city, the city s sustainable development is of great significance.Overpass rainwater collection and automatic irrigation system can be generally divided into two parts, one is a rainwater collection system, how to effectively collect and store the rainwater on the bridge, is that we must first solve the problem, the existing drainage and rainwater collection system using combined with see cost has a great help. Two is the automatic watering system, irrigation system is to solve the water pressure, timing and automatic control of pipe network layout.Key words: viaduct, rainwater collection, storage tank, spray irrigation.目录摘 要2Abstract3目录4第一章：国内外雨水利用情况及其意义71.1国外雨水利用发展简介71.1.1德国71.1.2日本的贮、渗性雨水排放系统71.1.3英国屋面雨水利用71.1.4其他国家的利用情况81.2我国雨水利用情况81.2.1北京81.2.2香港81.3高架桥雨水收集利用的意义81.4主要研究内容9第二章：高架桥雨水的污染分析102.1雨水污染分类102.2雨水径流中的污染物来源102.3绿化用水标准102.3.1基本原则102.3.2城市绿地水质要求10第三章：雨水集蓄系统的设计123.1引流123.1.1对高架桥原有排水管道的修改示意图123.2过滤123.2.1弃流过滤133.2.1.1产品参数133.2.1.2工作原理及特点133.2.1.3产品参数143.2.2深度过滤143.2.2.1过滤网参数153.3消毒163.4蓄水箱的设计173.4.1蓄水箱的外形借鉴173.4.2蓄水箱外形尺寸183.4.3蓄水箱壁厚设计193.4.3.1水箱材料选取213.4.3.2立式圆筒水箱设计213.4.3.3方形水箱的设计223.4.4蓄水箱结构简介243.4.4.1深度过滤模块简介24第四章：喷灌系统264.1喷灌系统的组成264.2喷头的选型与布置264.2.1喷头的选型264.2.1.1小射程喷头264.2.1.2中等射程喷头274.2.1.3大射程喷头274.2.1.4选定的喷头284.2.2喷头的布置284.2.2.1正方形布置294.3管道系统294.3.1支管水力计算294.3.2干管水力计算294.3.2.1管径的初步确定294.3.2.2干管水力计算304.4喷灌系统的自动控制304.4.1时序控制灌溉系统304.4.2中央计算机控制灌溉系统30第五章：组装模型与工作原理325.1系统模型组合图及简介32第六章结论33致 谢34参考文献35附图36 第一章：国内外雨水利用情况及其意义1.1国外雨水利用发展简介1.1.1德国 德国是国际上城市雨水利用技术最发达的国家之一，1989年就出台了雨水利用设施标准。 在2000年初，德国在设备方面已经形成集成化、成品化，可以完成雨水截污、调蓄、渗透、提升等。截止1999年，德国约有20万套雨水利用设备投入使用，取得了良好的环境效益和社会公益，使雨水系统得到很好的控制盒利用。1.1.2日本的贮、渗性雨水排放系统 日本是一个山地丘陵国家，早在20世纪五六十年代，由于迅速的城市化带来了日趋严重的水涝灾害，政府就开展对新型雨水排放系统投入大量资金进行研究与实践。1955年由建设省发出倡议，给出相应的优惠政策，要求房地产商在开发区中引入“防灾调蓄池”与“就地”雨水处理系统。日本于1963年开始兴建滞洪和储蓄雨水的蓄洪池，还将蓄洪池的雨水用作喷洒路面、灌溉绿地等城市杂用水。近年来各种雨水入渗设施在日本得到迅速发展，包括渗井、渗沟、渗池等，这些设施占地面积小，可因地制宜的地修建在楼前屋后。在日本，集蓄的雨水主要用于冲厕所，浇灌草坪、消防和应急。日本于1992年颁布了“第2代城市下水总规划”，正式将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市总体规划的组成部分，要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置雨水就地下渗设施。1.1.3英国屋面雨水利用 英国泰晤士河水公司为了研究不同规模的水循环方案，设计了2000年的展示建筑世纪园顶示范工程。在该建筑物内，回收水量500m/d，用以冲洗该建筑内的厕所，其中100m/d为来自屋顶的雨水。这是欧洲最大的建筑物内的循环设施，从面积为100000的园顶盖上收集的雨水，经过24个专门设置的汇水斗进入地表水排放管中，初降水含有从园顶上冲下来的污染物，通过地表水排放管道直接排放到泰晤士河。由于储存容积有限，收集的雨水量仅100m/d，多余的雨水排入泰晤士河。 英国伦敦圆顶雨水处理系统(图1.1)1.1.4其他国家的利用情况 澳大利亚主要采用透水铺装并在下层修建蓄水管网，在底下利用化学、生物方法对雨水进行处理，最后作为工业用水。由于地下水过度开采，丹麦的雨水利用主要集中在屋面雨水收集用于冲厕所与洗衣用。泰国在20世纪80年代，建造了0.12亿多个家庭集雨缸，解决了30多万人的吃水问题。加拿大、瑞典、印度、巴西、墨西哥、以色列等国家，采取修建小型蓄水池、水仓、塘坝等工程措施，拦挡雨水进行灌溉，取得了良好的效果。 综上所述，国外雨水利用的主要经验是：制定一系列有关的法律规定，建立完善的屋顶蓄水和地表回灌系统，收集的雨水主要用于冲厕所、洗车、浇庭院、洗衣服和回灌地下水。从世界上多个国家雨水利用的经验来看，雨水的收集、利用时多种多样的，主要集中大型公共建筑、小区或者家庭雨水等场合的雨水收集利用，而对于道路路面上的雨水利用比较少。因此，道路雨水利用的研究价值有很大的创新和推广价值。1.2我国雨水利用情况 雨水利用在我国缺水地区的农村红歌乡村，已有远久的历史和成功经验，如：甘肃省实施的“121雨水集流工程”、内蒙古实施的“集雨结水灌溉工程”、宁夏实施的“小水窖工程”、陕西实施的“甘露工程”等促进雨水集蓄利用的研究和推广应用，产生了明显的经济效益、社会效益和生态效益、城市雨水利用在我国北京、香港特别行政区发展非常迅速。1.2.1北京 1998年北京城市节水办联合开展雨水利用的研究。从城市雨水水质、雨水收集利用方案及中水系统的关系、雨水的渗透方案及渗透装置、雨水的污染控制及净化措施、雨水利用与小区生态环境等诸多方面进行研究。在政府部门的支持下，目前已有近60个雨水利用工程得以实施，还有一批不同类型的雨水利用项目在设计或实施中。1.2.2香港 我国香港是充分利用水资源的典范。为了充分挖掘本地水资源潜力，香港根据自身的地理情况，充分利用及拓展水库集雨面积，实行流域外引水，使全港集雨区面积达香港总土地面积的三分之一，其中三分之二的集雨面积为间接引水流域外集雨面积。香港队集雨区实施立法保护，保护珍贵的水资源、保障供水水源的水质。 此外，上海、大连、哈尔滨、西安等诸多城市也相继开展研究，已显示出良好的社会发展趋势，这些省区雨水利用技术的研究和应用，取得了一批成果，产生了明显的经济效益、社会效益和生态效益，显示出强大的生命力，加快了我国雨水利用的步伐。但总体上，国内雨水利用技术还比较落后，仍缺乏系统性，缺少法律、法规保障体系。1.3高架桥雨水收集利用的意义 高架桥雨水利用首先保证快速排走路面积水，减少路面滑溜性污染，保障道路交通安全；其次，高架桥雨水利用考虑绿地的就地利用、涵养地表水；对于不透水性路面进行收集、处理及储存，用作桥下无法被雨水淋到的绿地的浇灌用水，无需绿化带管理人员另载浇灌用水过来浇灌；必要时刻还可作为消防用水。 现代城市雨水利用是一种新型的多目标综合性技术，其技术应用有着广泛额深远的意义。高架桥雨水收集利用的具体意义包括以下几个方面：（1） 雨水的集蓄利用，可以缓解目前城市水资源紧缺的局面，是一种开源节流的有效途径。经过收集和处理的雨水，不但可以用于亲水景观建设、绿化区代维护，更可起到蓄水、保水功能。（2） 雨水在路面积聚形成水膜，使路面抗滑能力大幅下降，对道路的行车安全造成严重危害；道路雨水中含有污染物，路面积水后容易造成滑溜性污染，影响交通安全。（3） 高架桥雨水利用大多为就近利用、处理，对于城市合流制排水管道，会减轻污水处理厂的负荷和减少水溢流而造成的环境污染。（4） 高架桥雨水收集并用作桥下绿化带灌溉用水可以减轻保洁员的工作负担，可以节省一定的人力物力。1.4主要研究内容 本文根据高架桥道路的特点，对道路区域进行划分并研究相应的雨水利用方式。在综合削减城市暴雨径流的不利因素和发挥城市潜在的水资源价值的正反两方面之间寻找平衡点，兼顾节水、节能、环保、景观等功效，高架桥道路雨水的有效利用可大量减少城市道路绿化用水，缓解城市用水紧张。论文研究的主要内容包括以下几个方面：（1）深入分析城市缺水的现状、原因，及城市绿化、特别是道路绿化植物用水现状，结合杭州道路绿化工作的实际，从充分挖掘利用城市道路水资源的角度，探讨利用水资源的可行性。（2）针对高架桥各部分的特点，提出使用的雨水收集、利用的方法。在人行道及绿化带，建议采用就地利用的方式，既可充分利用又不影响人行道的使用。在路面部分，从增加道路交通安全，降低路面滑溜性污染物的角度出发，争取避免路面积水，充分利用道路雨水，实现道路雨水的预处理及利用。在此基础上，提出路面雨水生态处理方法，结合具体的工程对雨水生态处理工艺进行研究。同时对道路雨水口间距、初期雨水弃流量的确定方法，弃流装置、蓄水箱的合理选择等进行一定的研究。（3）根据高架桥下绿化带的分布，设计自动喷洒管网的埋设、增压泵的选型以及定时喷洒的方案。第二章：高架桥雨水的污染分析2.1雨水污染分类 雨水的污染可分为自然污染和人为污染、 自然污染主要是天然降雨中含有的一些污染物，如大气污染严重导致的酸雨等。、 人为污染主要是一些新型材料的道路，或者人为的垃圾，汽车尾气的排放等使天然雨水降落到地面上，形成较大面积、深程度的污染，需要人为的实施一些水处理方法进行处理。2.2雨水径流中的污染物来源 城市雨水径流内的污染物有两部分组成，一部分为降水污染物背景值，一般比较稳定；另一部分是地表污染物，是路面径流污染物的主要部分。污染物以各种形式积蓄在街道、阴沟和其他排水系统直接相连的不透水面积上；例如，行人抛弃的废物，在庭院和其他开阔地上冲刷到街道上的碎屑和污染物，建造和拆除房屋的废土、粪便和随风抛洒的碎屑、汽油漏油，轮胎破损和排出废气，从空气中沉降的污染物等。排水管道、系统也对雨水径流水质有影响，主要有沉积池中沉积物、合流制排水系统益处污水。当雨水径流流苏较大时，排水管网在无雨期是将自污水中沉积下来的污染物被雨水冲起并带走，形成雨水径流污染物的又一来源。2.3绿化用水标准2.3.1基本原则（1）安全性原则雨水用于园林绿地浇灌应保证城市绿地土壤不会造成污染，应有利于城市绿地生态系统的可持续发展。园林绿地灌溉用水水质应保证园林植物的生长，发挥良好的生态和景观功能，同时有利于生物多样性的实现。保证人员安全，达到灌溉的水质要求的再生水用于园林绿地时应保证不会对操作人员、游人、行人等的健康造成不良影响，严禁饮用。（2）节水原则 在城市绿化行业中应积极推广使用再生水源，尤其在再生水输配水管线覆盖范围内，应采用先进的节水技术和节水灌溉方式，优先利用水质达到要求的再生水源。（3）灌溉设施正常使用原则 绿地灌溉用水水质应不会对灌溉设施的正常使用造成不良影响，不会引起灌溉设施的堵塞、锈蚀等。2.3.2城市绿地水质要求 遵循以上几项原则，总结最新的雨水利用研究成果并在整合现有水质标准的基础上，提出雨水用于灌溉城市绿地的水质要求，见表2.1：序号项目标准值1PH值（无量纲）6.5-8.52总磷（以TP计）103氨氮204化还需氧量205氯化物2506浊度（NTU）107全盐量（溶解性总固体）10008总余氯0.2管网末端0.5 （表2.1） 单位mg/L第三章：雨水集蓄系统的设计 雨水收集系统主要完成高架桥上雨水的引流、过滤、消毒和储存这些内容。3.1引流 引流就是将高架桥上的雨水引导进入雨水收集系统的管网中，这部分可以利用高架桥原有的雨水排放管道，对原有管道进行适当修改，将雨水引入过滤模块即可。我实地观察过，高架桥的桥墩有单柱式和双柱式两种。对于单柱式桥墩的高架桥，可以直接在排水管到下水道口之间接入雨水收集系统。对于双柱式桥墩的高架桥，则在贴近桥身底部将两侧的排水管汇聚到一侧的桥墩上，再以单条排水管将雨水引入雨水收集系统。 单柱式桥墩 双柱式桥墩 （图3.1） （图3.2）3.1.1对高架桥原有排水管道的修改示意图 双桥墩 单桥墩 （图3.3） （图3.4）3.2过滤 由于从高架桥上汇集过来的雨水中含有较大体积的杂质，所以要先进行初期弃流过滤出除去颗粒杂质，然后进深度过滤除去较细小的杂质，再汇入蓄水箱中。3.2.1弃流过滤 由于我们对弃流过滤并不是很了解，所以我就在网上搜索了一些现成的弃流过滤装置，以下两种较为符合要求：（1）JZQL型弃流过滤装置 图3.5 图3.6 （内部视图） （外部视图）3.2.1.1产品参数型号JZQL-100JZQL-200JZQL-300尺寸高度555mm，直径242mm高度1000mm，直径500mm高度1000mm，直径630mm进出口尺寸DN100DN200DN300排污方式自动排污自动排污自动排污排污口尺寸DN50DN110DN110控制方式雨量控制雨量控制雨量控制材质U-PVCU-PVC、PE、不锈钢304U-PVC、PE、不锈钢304 表3.1(产品参数)3.2.1.2工作原理及特点产品工作原理： 初期的雨水前2mm-5mm一般污染严重，流量也比较小，在流经初期弃流过滤装置时，因重力的作用，将首先通过低位敞口的排污管排放掉，在雨量增大后，位于排污管上端的浮球在水流压力的作用下将排污管关闭，雨水将被迫流向出水管；雨停后，随装置中存的雨水的减少，浮球将自动复位，从而完成弃流效果。在出水管上设置了不锈钢过滤网，可以对雨水进行预期过滤，过滤留下的污物将在下次降雨时通过排污管冲走，从而实现弃流、过滤、自动排污等多种功能。（2）截污挂篮装置图3.7（截污挂篮）概述:产品为PE成品材料制作而成，内置不锈钢和无纺布制作而成的提篮，同时有网径2mm的内置过滤网可以拦截较大垃圾和树叶。提篮设计有提手，可以在地面方便地将篮子中的沉淀沙粒和过滤产生的垃圾清理出去，有效保护后期装置的正常工作。安装方式：装置配有加高配件可以根据埋地的深度进行加高至地面，将管路连接好之后，直接回填土即可完成安装。3.2.1.3产品参数型号JZJW-200JZJW-300JZJW-500装置尺寸高度1000面貌，直径500mm高度1000mm，直径500mm高度1000mm，直径700mm接口尺寸DN200DN200DN300格栅精度2mm2mm2mm清洗方式地面手动清理地面手动清理地面手动清理材质PE/不锈钢304，配有无纺布不锈钢提篮，过滤格栅PE/不锈钢304，配有无纺布不锈钢提篮PE/不锈钢304，配有无纺布不锈钢提篮，过滤格栅 表3.2根据高架桥下实际安装环境的情况，JZQL型弃流过滤装置更适合我们设计的系统，从节省安装空间角度考虑，最终决定采用JZQL-100型弃流装置。3.2.2深度过滤 深度过滤我们计划采用3片不同网径的过滤网片经过3层过滤来实现，过滤装置将设置在蓄水箱顶部，与蓄水箱固连，过滤装置为长方体盒体，顶盖可以开启，内部有卡槽，过滤网片就卡在卡槽上，过滤网可以定期人工清理和更换。3.2.2.1过滤网参数序号1号片2号片3号片材质不锈钢不锈钢不锈钢丝径D0.64mm0.457mm0.254mm孔径d1.91mm1.13mm0.38mm尺寸长250mm，宽200mm长250mm，宽200mm长250mm，宽200mm 表3.3图3.8（过滤网） 上图3.8位过滤网示意图。过滤网片被一长方形框架夹于中间 过滤网目数：丝网目数指的是每平方厘米(cm2)丝网所具有的网孔数目。丝网产品规格中用以表达目数的单位是孔/厘米或线/厘米。使用英制计量单位的国家和地区，以孔/英寸或线/英寸来表达丝网目数。目数一般可以说明丝网的丝与丝之间的密疏程度。目数越高丝网越密，网孔越小。反之，目数越低丝网越稀疏，网孔越大，如150目/英寸，即1英寸内有150根网丝。网孔越小，油墨通过性越差，网孔越大，油墨通过性就越好。在选用丝网时可根据承印的精度要求，选择不同目数的丝网。目数，就是孔数，就是每平方英寸上的孔数目。目数越大，孔径越小。一般来说，目数孔径（微米数）15000。(比较确切的应该是15400)，比如，400目的筛网的孔径为38微米左右；500目的筛网的孔径是30微米左右。由于存在开孔率的问题，也就是因为编织网时用的丝的粗细的不同，不同的国家的标准也不一样，目前存在美国标准、英国标准和日本标准三种，其中英国和美国的相近，日本的差别较大。我国使用的是美国标准，也就是可用上面给出的公式计算。1号滤网目数； （1）目数取整约为8，即单位平方厘米丝网网孔数目为8；丝网实际面积； （2）实际通流面积； （3）2号滤网目数； （4）取整为14，即2号滤网单位平方厘米丝网网孔数目约为14；实际通流面积； （5）3号滤网目数； （6）取整为41，即3号滤网单位平方厘米丝网网孔数目为41；实际通流面积。 （7）经过以上3片过滤网的过滤，雨水中残留的杂质颗粒直径不超过0.38mm。再经过在蓄水箱中的沉淀，基本保证了在浇灌过程中，喷头不会被杂质堵住。以上三种过滤网可以再市场上直接买到，由于装载过滤网的箱体是和蓄水箱固连的，所以，具体形制尺寸将在蓄水箱设计部分阐明。3.3消毒 考虑到降低成本和方便执行，我们决定采用向蓄水箱中投放缓释消毒剂的方式来对收集的雨水进行消毒，以避免蓄水箱中的雨水因长时间封闭而滋生细菌和蚊虫等。缓释消毒剂可以直接在市场上购买到。我们在网上找了一些缓释消毒剂产品，拟采用下面这种消毒剂。昆顶牌缓释消毒剂（图3.9）描述：其主要成分为氯制剂及其、控释剂等。本品能杀灭病原微生物，可有效预防多种传染病和肠道疾病的传播，同時具有灭藻、除臭、漂白之功效，对人畜无害。与其它常用消毒剂相比，其主要优点：化学稳定性好，储存时不变质；有效氯含量极高，杀菌力強；安全可靠，无沉渣，不堵塞管道；释放时间长，一次加药，数十日有效，不需专人管控。【产品名称】昆顶牌缓释消毒剂。【主要成分及含量】有效氯90%（W/W）。【剂型、规格】片剂，0.2kg/片（每片有效氯含量180000mg），5片/筒，10筒/箱。粉剂，1kg/袋，（每kg有效氯900000mg），10袋/箱。【批准文号】渝卫消证字（2002）第205号；渝卫水字（2004）0132号。【执行标准】HG/T3263-2001【使用范围】饮用水、二次供水、地麦水、井水的消毒；工业污水、医院污水、生活污水的消毒、除臭；电厂、化肥厂、化工厂、石化工业等循环冷凝水的消毒、灭藻、除臭；游泳池水的消毒、灭藻、除臭。【使用方法】使用中，可结合自身条件，采用与本产品配套的缓释消毒装置（专利号：99351725.7），并安装在水池进水处，旋开装置上端的加药盖，将本品加入盖好，打开装置的进水阀即可。片剂可采用其他用具如：带孔篮筐、网袋等，可将本品放入其中，悬挂于进水处或浸入水池使其逐渐水解，保持长效消毒效果。【使用浓度、余氯检测】根据不同消毒对象和环境状况确定使用浓度。装置或用具运行正常，对水体消毒60钟后管水人员随时用余氯比色仪，按国家或行业标准规范检测水体的余氯浓度。若余氯浓度过高（低），采用装置的可调节进水量的大小，采用其他用具的可增减药片数量，保持余氯浓度恒定。3.4蓄水箱的设计3.4.1蓄水箱的外形借鉴图3.10水箱的具体参数和实际造型参见三维文件及其截图 下图是蓄水箱的三维造型截图：图3.11(水箱三维图)3.4.2蓄水箱外形尺寸圆弧部分直径：500mm总长：1500mm总高：1500mm图3.12（主视图）图3.13（俯视图）图3.14（侧视图）设计容积：V=DH+10005001500=3.145001500+10005001500=1.9275m2m （8）（根据水的密度可知2m水总重约2吨）3.4.3蓄水箱壁厚设计为避免热胀冷缩引起部分地方的收缩或膨胀，蓄水箱的壁厚应保持一致，在转角处也同样需要。尖锐的圆角通常会导致部件有缺陷及应力集中，集中应力会在受负载或撞击的时候破裂。较大的圆角提供了这种缺点的解决方法，不但减低应力集中因素，且令冲压件在成品脱模时更容易。下图3.15转角位的设计图供参考。图3.15（转角位置的设计）转角位的设计图说明如果转角弧位R太小时会引致其应力集中系数过大，因此，产品弯曲时容易折断，弧位R太大的话容易出现收缩。因此，圆弧位和壁厚有一定的比例。一般介乎0.2致0.6之间，理想数值是在0.5左右。图3.16应力集中系数与圆弧/壁厚之间的关系见下表3.4表3.4（应力集中系数与圆弧/壁厚关系）水箱的设计高总高为1.5m，假设最高蓄水水位为1.5m，则此时水箱中的水压最大，水箱最容易变形。我所设计的水箱可视为由一圆筒形水箱和方形水箱组成，两种形制的水箱壁厚有不同的计算方式。我将计算两种形状的水箱应取得壁厚，取所需壁厚较大的为整个水箱的壁厚。3.4.3.1水箱材料选取市场上常用的金属水箱一般都选用不锈钢304，为方便购买和制作，我们也选取不锈钢304作为本设计水箱的材料。304不锈钢是一种通用性的不锈钢材料，防锈性能比200系列的不锈钢材料要强。耐高温方面也比较好，一般使用温度极限小于650。304不锈钢具有优良的不锈耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能。对氧化性酸，在实验中得出：浓度65%的沸腾温度以下的硝酸中，304不锈钢具有很强的抗腐蚀性。对碱溶液及大部分有机酸和无机酸亦具有良好的耐腐蚀能力。 物理性能：抗拉强度 b (MPa)520 ；条件屈服强度 0.2 (MPa)205 ；伸长率 5 (%)40 ；断面收缩率 (%)60 ；硬度：187HB;90HRB;200HV3.4.3.2立式圆筒水箱设计 392012/10立式圆筒形水箱（见图3.17）在容水时，Z轴向应力为零，仅有圆周向拉应力： （9）式中，D、R分别为筒体的直径、半径；p为筒体z处的压力（）；h为筒体在z处的厚度，为筒体在z处的周向拉应力。于是立式筒形水箱z处箱体厚度为： （10）在水的侧压力的作用下，筒体水平直径将增大，z处增量为： （11）该式可用来校核筒形水箱的变形量。图3.17根据帕斯卡定律： （12）式中为标准大气压，= 帕斯卡，为水的密度，=1000kg/m，h为水深，即为z，g为重力，g=9.8N/kg。根据式10和12，可知 （13）（已知R=250mm）显然，水箱在水深最深处所需的壁厚最大，所以z取1.5m，根据不锈钢304的抗拉强度可知，在水深1.5m处，水箱所能承受的最大周向拉应力为： （14）根据式（13）和（14）可得所需最大壁厚h=5.9mm，从取整与安全的角度考虑，壁厚h取6mm。3.4.3.3方形水箱的设计方形水箱的每块侧板和底板、可视为由沿水平方向的许多微条拼接而成，每根微条可作为两端固定的梁，于是可按固定梁受均布载荷模式计算应力等。我在这里引用文献理论力学的简支梁公式计算，这种简化近似值在工程实践中仍符合使用要求。于是由材料力学理论、推得下式： （15）式中，为箱体侧板和底板在z处的应力；E、分别为所选材料的弯曲弹性模量、泊松比；、分别为所选材料的挠度常数、最大弯矩常数；z为板条距水平距离。式中可由下式求出： （16）令1+=x,代入（16）式，得： （16）从（16）式求出x值，从（16）式求出值，最后从（16）式求得。至于则可根据，从表3.5中查的。从（14）、（15）两式发现，水压对板壁产生的应力随的增大而增大，为减小应力就必须缩短。减小的办法是在箱壁上等间距地搪制加强筋（通常用金属或木棒）。这样，可取两增强筋间的板宽来为计算应力。越小求得的壁厚就越薄。 表3.5以壁板宽度与其厚度比(1h)为参变数，用(10)式可以画出对应不同深度z处的壁板应力曲线(见图3)。用这些曲线可以方便地计算出方形水箱的梯级壁厚，其方法和步骤是：(1)选取水箱板材的许用应力；(2)在应力坐标上找出点，自该点作平行于横坐标的直线(称之为许用应力线)(3)从横坐标上选取相应深度的点，过该点作竖直线(称之为深度线)与许用应力线相交(4)与交点所近的应力曲线的参数值Zh，即是相应深度处的值。由给定的z即可计算得值。 图3.18（不锈钢304水箱平板壁应力随水深度的变化）取两加强筋板宽200mm，根据表3.18不锈钢304水箱所需壁厚最大处的壁宽与其厚度之比约为80，则其壁宽h=200/80=2.5mm。水箱圆筒部分所需最大壁厚为6mm，方形部分所需最大壁厚为2.5mm，按照壁厚均等的原则，取最大壁厚值作为整个水箱的壁厚，所以，最终水箱壁厚为6mm。水箱壁上设加强筋，两筋条间距为200mm，转角R取0.6h为3.6mm。3.4.4蓄水箱结构简介 整个箱体主体为蓄水模块，顶部的方形盒体为深度过滤模块，右侧上下两个分别为雨水溢出口和浇灌出水口。顶部盒体覆盖部分有一进水口，盒体右侧为过滤入水口。以上除去浇灌出水口其他3个口子的直径均为100mm，浇灌出水口直径为20mm。3.4.4.1深度过滤模块简介 图3.17 图3.18上图3.17为深度过滤模块的三维示意图，盒体高200mm，长320mm，宽270mm，内壁上有3对插槽，对应3片不同网径的过滤网片，过滤网插在对应的插槽上，经过弃流后的雨水通过盒体右侧的进水口进入过滤箱，雨水从右到左依次经过3片过滤网，最终通过过滤箱底的口子进入到蓄水箱。过滤网可以定期清理和更换，以达到最佳过滤效果。图3.18为过滤箱的俯视尺寸图，图中的尺寸与实际尺寸比例为1：10。深度过滤为有盖无底箱体，材料用与水箱相同的不锈钢304，与水箱通过焊接连接在一起。第四章：喷灌系统4.1喷灌系统的组成一个完整的喷灌系统一般由喷头、管网、首部和水源组成。1.喷头：喷头用于将水分散成水滴，如同降雨一般比较均匀地喷洒在草坪种植区域。 2.管网：其作用是将压力水输送并分配到所需灌溉的草坪种植区域。由不同管径的管道组成，分干管、支管、毛管等，通过各种相应的管件、阀门等设备将各级管道连接成完整的管网系统。现代灌溉系统的管网多采用施工方便、水力学性能良好且不会锈蚀的塑料管道，如PVC管、PE管等。同时，应根据需要在管网中安装必要的安全装置，如进排气阀、限压阀、泄水阀等。 3.首部：其作用是从水源取水，并对水进行加压、水质处理、肥料注入和系统控制。一般包括动力设备、水泵、过滤器、施肥器、泄压阀、逆止阀、水表、压力表，以及控制设备，如自动灌溉控制器、衡压变频控制装置等。首部设备的多少，可视系统类型、水源条件及用户要求有所增减。如在利用城市供水系统作为水源的情况下，往往不需要加压水泵。 4.水源：井泉，湖泊、水库，河流及城市供水系统均可作为喷灌水源。在草坪的整个生长季节，水源应有可靠的供水保证。同时，水源水质应满足灌溉水质标准的要求。4.2喷头的选型与布置4.2.1喷头的选型选择喷头时，除需考虑其本身的性能，如喷头的工作压力、流量、射程、组合喷灌强度、喷洒扇形角度可否调节之外，还必须同时考虑诸如土壤的允许喷灌强度、地块大小形状、草坪品种、水源条件、用户要求等因素。另外，同一工程或一个工程的同一轮灌组中，最好选用一种型号或性能相似的喷头，以便于灌溉均匀度的控制和整个系统的运行管理。在已建项目中，有的为片面追求水景效果，安装了各种性能截然不同的喷头，致使灌溉均匀度无法保证。选择喷头时需特别注意的是，灌溉系统不是喷泉，其目的是为了弥补植物需水时空上的不足，而不是创作人工水景。因此，只能在首先满足草坪需水的前提下，尽量照顾到景观效果。目前，草坪喷灌系统一般均采用埋藏升降式草坪喷头。此类喷头品种繁多，以美国雨鸟公司（RAIN BIRD）的产品为例，按射程分，有0.96.1米的小射程喷头，6.415.3米的中等射程喷头，11.625.0米的大射程喷头；按驱动机构分，有球驱动、齿轮驱动和摇臂喷头；按调节方式分，有无工具调节和有工具调节喷头，等等。这些喷头均可在加压喷水时自动弹出地面，而灌水停止时又缩入地面，不会影响园林景观和草坪上的机械作业。4.2.1.1小射程喷头一般为非旋转散射式喷头，如雨鸟1800系列、UNI-Spray系列。这些喷头的弹出高度有50mm、75mm、100mm、150mm和300mm，可选配喷洒形式繁多或可调角度的喷嘴，喷灌强度较大。不但适用于小块草坪，也可用于灌木、绿篱的灌水和洗尘。这类喷头的喷嘴大多为“匹配灌溉强度喷嘴”，即无论全圆喷洒，还是半圆或90度及其他角度，其灌溉强度基本相同。这种特性对保证系统的喷洒均匀度极为有利。4.2.1.2中等射程喷头多为旋转喷头，如雨鸟T-Bird系列齿轮驱动无工具调节喷头、R-50球驱动无工具调节喷头、Maxi-Paw摇臂式无工具调节喷头、5004齿轮驱动有工具顶部调节喷头。这些喷头适用于中型面积绿地的灌溉。其中T-Bird、R-50和5004喷头均配有雨鸟公司性能独特的雨帘（Rain Curtain）喷嘴，使喷洒均匀度大为提高；Maxi-Paw喷头尤其适合水源水质较差的条件。 4.2.1.3大射程喷头 如雨鸟Falcon和Talon系列均为旋转式齿轮驱动顶部有