《设施农业工程学》课程设计.docx

设施农业工程学课程设计设施农业工程学课 程 设 计学校河海大学 班级07 级设农 1 班学号0716020234姓名景亚红2023 年 7 月 1 日2023 年 7 月 9 日第 10 页共 18 页名目一、根本状况31、地理位置与地形32、土壤条件与种植状况33、气候条件34、水源资料3二、微灌系统规划设计参数4三、灌水器选择4四、微灌工程的规划布置51、工程规划52、管网布置5（1） 毛管与喷头布置。5（2） 干、支管布置。5（3） 掌握、调整和保护设备布置。6五、浇灌及微灌系统工作制度确实定61、一次浇灌用水量灌水定额计算62、设计灌水周期的计算63、一次灌水连续时间计算74、轮灌组数计算7六、系统流量推算8七、管网水力计算81、毛管上允许安装微喷头数及毛管允许最大长度82、毛管水力计算93、支管及干管水力计算94、干管水力计算105、泵型选择10八、首部枢纽的设计11九、工程用材量单11十、工程技术经济分析 1、工程投资132、年运行治理费133、增产效益计算134、经济分析13投资回收年限计算14效益费用比14十一、微灌系统部件安装使用说明书151、产品性能特点152、使用说明16试运转16(2)各零部件的使用16正常使用173、留意事项174、维护和保养185、水泵的使用与维护保养18一、根本状况1、地理位置与地形该蔬菜园区位于徐州地势平坦地区2、土壤条件与种植状况质地：沙壤土容重：1.50 gcm3田间持水率占土壤体积33%作物：番茄、辣椒、茄子株距：30cm；行距：大行 50cm，小行 30cm亩产：番茄 1.0t；辣椒 1.0t；茄子 1.0t依据温室工程设计手册表 7-23，自行选择3、气候条件徐州为暖温带半潮湿季风气候，四季清楚，夏无酷暑，冬无严寒， 年平均气温为 14。年日照时数为 22842490 小时，日照率为 52%57%。多年平均降水量为 860mm，雨季 6 到 9 月降水为全年降水的56%，可达 590mm，其中 1 到 3 月降水较少。多年平均风速 3.5m/s。土壤温度和冻土层深度历年10 年80cm 内土温在 12以上，冻土层深度为 240cm4、水源资料假定水源为井水，水量充分，水质满足浇灌要求，不记提水高度无视蓄水池，不记水井建设费用。二、微灌系统规划设计参数该区属于暖温带半潮湿季风气候，夏季高温潮湿，以番茄结果器水分消耗量最大，依据资料，本设计承受的设计参数如下1、微喷灌设计日耗水强度Ed =8mm/d2、设计工作压力hd=200kPaP3673、微喷灌均匀度Cu=95%14、流量偏差qv 与工作压力偏差Hvqv=20%， Hv=q (1 + 0.121 - x q xvxv) =41%流态指数 x=0.5 的灌水器5、喷灌强度沙壤土允许值15mm/h 6、浇灌水有效利用率 =90%温室设计手册P364 7、设计潮湿土层深度Z=0.3m8、设计土壤潮湿比考虑番茄、辣椒、茄子的生长适宜土壤潮湿比资料，选择P=80% 9、 设计温度修正系数设计温度为 20，温度修正系数 为 1.00三、灌水器选择选择微喷灌形式的灌水器。由于温室内高温高湿，为满足沙壤土喷灌强度较低，番茄种植室内雾化程度低的要求，选择旋转式微喷头WPX。该微喷头在 20m 工作水头时的流量为 50L/h，潮湿直径为5.5 m，平均喷洒强度为 mm/h,喷头的流态指数x=0.50。四、微灌工程的规划布置1、工程规划徐州蔬菜生产基地一连片日光温室，单栋温室长×宽为50×9m， 每栋之间间隔为 4m，中间有一道路宽 10m，将地块分为东西两大块， 以路为中心对称分布，共 24 个温室。依据蔬菜生产基地的的总体规划，水源在基地北边，是一水井。为了削减输水干管长度，节约投资， 系统首部枢纽布置在水源四周，用干管将压力水流输送进微喷管网。2、管网布置（1） 毛管与喷头布置。作物沿南北方向成行种植，毛管沿东西方向布置，每栋温室内布置两条毛管，与北墙距离分别为2.8m、6.5m。微喷头用一条长0.6m， 直径 4mm 的软管与毛管连接，微喷头距地高度 2.2m。微喷头的组合方式为等腰三角形，同一条毛管上两相邻微喷头的间距Se=3.0m，相邻两根毛管的间距 Sl=3.7m。组合喷灌强度计算：s= qh= 50 ´ 0.9 =4.1mm/h，SeSl3.0 ´ 3.7s=4.115，符合要求。为使喷灌水尽量不喷洒在温室墙体上，毛管布置向中心收缩。有少量区域不被理论喷洒面积掩盖，然而此区域占总浇灌面积比例极 小，可以无视。依据水力计算结果知见第七局部毛管允许最大长度为 78m，毛管直径D=16mm。每条毛管上有 16 个出水口，16 个微喷头.（2） 干、支管布置。干管南北走向埋入温室区道路中间地下，支管与干管垂直，从干管连接到温室内。（3） 掌握、调整和保护设备布置。在水泵的出口处安装逆止阀。干管进口处、支管出口处安装掌握阀门，干管的末尾安装冲泥、排水阀。在干管上端安装进、排气阀。压力调整装置装在毛管进口。五、浇灌及微灌系统工作制度确实定1、一次浇灌用水量灌水定额计算I= 1000abZPh= 1000abZP =h式中I一次灌水量，mm; 最大有效水重量田间持水率，占土壤体积，取 33% 有效水分含量，取 40%； P土壤潮湿比，80%； Z打算潮湿土层深度，取 0.3mh 浇灌水的利用率；取 90%将以上数据带入公式中计算得设计一次灌水量I= 1000 ´ 0.4 ´ 0.33 ´ 0.8 ´ 0.3 =35.2 mm0.92、设计灌水周期的计算两次灌水之间的时间间隔又称灌水周期或轮灌周期，计算公式为T= IEa式中 Ea作物日耗水量，依据番茄需水量取Ea=8mmdT轮灌周期，d。将I 和 Ea值代入公式计算得T= 35.2 =4.4d，取 T=4d83、一次灌水连续时间计算一次灌水连续时间与微灌系统的水力学性能和工作压力有关，可用下式计算：t= ISeSlh q式中t一次灌水时间，hI一次灌水量，mm Se毛管上相邻微喷头间距， 3.0m Sl毛管间距， 3.7m q灌水器流量，L/h 浇灌水有效利用率， =0.9代入公式可得t= 35.2 ´ 3.0 ´ 3.7 =8.7h，取 t=9h0.9 ´ 504、轮灌组数计算N£ c TtN轮灌组数目 c微喷灌系统一天运行时间，取 12h T轮灌周期，dt一次灌水时间，h因此可得轮灌组数目N12´ 4 =5.39本着经济高效、便利操作治理的原则，将灌区划分为 4 个轮灌组。轮灌组的具体划分见表。六、系统流量推算1、毛管流量计算Q 毛=nq=16×50=800(L/h)2、支管流量计算Q 支=2Q 毛=2×800=1600(L/h)3、干管流量的推求干管流量按不同轮灌组从下之上推求。Q 干=6Q 支=6×1600=9600L/h七、管网水力计算计算水头损失承受勃拉休斯方程：D H= 8 . 4 ´ 10 4Q 1 . 75 LFD 4 . 751、毛管上允许安装微喷头数及毛管允许最大长度毛管上出水口流量qd=50L/h，毛管直径D=16mm以阅历确定，取局部水头损失系数=1.1，按式5-51”计算得毛管上允许的出é5.533 D4.75 h Hù 0.3636水口数目Nm = êdv ú+ 0.52ëûêkSq1.75údé5.533´164.75 ´ 20 ´ 0.41ù 0.3636= êú+ 0.52ëê1.1´ 3.0 ´ 501.75úû=26.4，取Nm=26毛管允许最大长度Lm=NmS=26×3.0=78m所选用的毛管长度分别为 48m、46.5m，x进口端至第一个出水口的距离与孔口间距之比为 1、0.5，毛管上安装的微喷头数都为16 个。2、毛管水力计算Q=0.8 m毛3 /h，L 毛=48m，D 毛=16mm。局部水头损失系数 =1.1。孔口数 N=16，x=1，m 取 1.75，查表得，多口系数F=0.395.DH=8 . 4 ´ 104 kQ1 . 75LF毛实际D4 . 75=8 . 4 ´ 100 . 8 1 . 754´ 1 . 1 ´´48´0 . 395164 . 75=2.26m令最不利位置点A 点的压力H = h=hd DH =20- 2.26 =18.87mAmin22则毛管进口B 点的压力HB=HA+ DH=18.87+2.26=21.13m毛3、支管及干管水力计算DH= h H - DH=20×20%-2.26=1.74m支dv毛Q=1.6 m支3/h, L支=6.0+2.6=8.6m考虑支管悬挂在空中的距离,局部水头损失系数 =1.05。支管上以三通方式与 2 条毛管相连，取F=1.令支管上的实际损失水头与支管的允许损失水头相等，DH=8 . 4´10支Q1 . 75k4LFD4 . 75= 8 . 4 ´ 101 . 6 1 . 754 ´ 1 . 05 ´´ 8 . 6 ´ 1解得D=1.74m=18.30mm，18.25D 4 . 75支选用直径为 20mm 的PE 管1 . 6 1 . 75则DH= 8 . 4 ´ 10 4 ´ 1 . 05 ´´ 8 . 6支实际20 4 . 75DH = DH实=1.14m+ DH毛实际支实际=2.26+1.14=3.40(m) 4m,满足要求。4、干管水力计算干Q =9.6 m 3 /h，N=6，x=0.5，F=0.401L 干=71.5m，L 干”=107.65m，L 干= L 干+L 干”=179.15m，假设D 干=63mm则DH = DH + DH ”干干干=8.4´104 ´9.61.75634.759 .61 .75+´71.5´0.401 8 .4 ´ 10 4 ´´ 107 .6563 4 .75=1.70m接近 2m，符合要求，所以干管直径可取 63mm 5、泵型选择H=HA+ H 毛+ H 支+ H 干+H 首部+H 悬挂高度=18.87+2.26+1.14+1.70+10+2.2=36.17m注：首部水头损失H 首部=排气阀+H 逆止阀+网式过滤器+H 施肥器+H 叠式过滤器干+H 压力表+H 水表 其大小以 10m 计。Q=Q =9.6 m3 /h需满足流量大于 9.6 m3 /h，扬程大于 36.17m 的水泵。查表ISG系列立式管道离心泵 40-200(I)A 型号，其性能为H=11.7 m，Q=44 m3 /h，配套功率N=4.0kW，转速n=2900 r/min。配套电机型为 JQ2-32-2。八、首部枢纽的设计微喷灌系统的首部枢纽设备包括水泵、电动机、过虑器、化肥注入器、水表、闸阀、逆止阀、进排气阀和压力表等。各种设备的选用如下。水泵与电机。依据上节水力计算的结果，本系统加压水泵选用ISG 系列立式管道离心泵 40-200(I)A 型。配套电动机承受为 JQ2-32-2。过滤器。本微喷灌系统的水源为井水，水质良好，可用网式过滤器和叠片式过滤器进展过滤,网式过滤器选用SQWSS-40 型参考价750叠片式过滤器选用SQDP-40 型参考价 850。化肥注入器。承受压差式化肥罐SFG-50×16，压力损失较小、且投资不大。逆止阀。选用双盘绕轴式逆止阀。水表和压力计。水表用容积水表，压力表用弹力压力表。进排气阀。选用 1.5 英寸塑料进排气阀九、工程用材量单序号品种规格型号单位计算数量订购数量单价元总价元备注1叠片式过滤器1.5SQDP-4个11850850塑料02网式过滤器1.5SQWSS-40个11750750单体式3微喷头WPX-只7688002.52023旋转4悬挂式喷头配50-200套7688005.74560式件5压差式施肥罐SFG-个117507506干管6350×16UPVC 管米179.20011.82360抗老4化7支管20PE 管米206.2307.31679抗老4化8毛管16PE 管米228425102.35773抗老.8化9掌握阀门 163个4438152球阀10掌握阀门 220个24247168球阀11水表只11505012压力表个5510050013水泵与配套电机个113000300014逆止阀75只1126926915连接件50016设备总投资2336117加上其他施工总估量费用2.9 万元十、工程技术经济分析1、工程投资全部投资总估量费用为 2.9 万元管道按 1.1 倍购置。2、年运行治理费能消耗： C = N ´ T ´ f = 4.0 ´ 3285 ´ 0.52 = 6832.8元其中：N 为配套电动机功率kW，T 为年运行小时h，f 为电价元/kW·h；修理费：由于机械设备在使用过程中不行避开的会消灭故障而需要修理，按整个喷灌系统设备投资的比例进展分摊，共计大约2023 元。治理费：由于此喷灌系统面积不大，因此治理费按 800 元计算。3、增产效益计算番茄等作物原平均亩产达 1.0t，阅历表示，微喷灌后可增产 40%，则微喷灌后的亩产量可达Yt=1.0×1.4=1.4t，全年增产值为：B=A(Yt-Y)E温室面积A=15.3 亩，微灌喷后平均亩产量Yt=1.t，微灌喷前平均亩产量Yt=1.3t，番茄等作物单价E=3500 元/t因此，微喷灌温室总增产值为B=15.3×(1.4-1.0)×3500=21420元 4、经济分析投资回收年限计算按静态法计算K=29000,B=21420,C=6832.8+2023+800=9633微喷灌投资回收年限 T =K=29000= 2.46 (年)B - C21420 - 9633按动态法计算lg(B - C) - lg(B - C - Ki)T =lg(1 + i)取年利率i=7%得回收年限T = lg(21420 - 9633) - lg(21420 - 9633 - 29000 ´ 0.07) = 2.79 (年)lg(1 + 0.07)效益费用比是将每年的纯收益之和与投总资进展比较，又称效益系数。要求效益系数不小于 0.12。按静态法计算B - C21420 - 9633R = 0.41 > 0.12K29000按动态法计算假定本工程使用年限n=15 年，折现率i=7%，差复利因子表计算(1+i)n得= 0.1098 ，故效益费用比1 + in -1R =B - C=21420 - 9633= 3.70 > 0.12K ( A / p × i% × n)29000 ´ 0.1098其他技术经济指标微喷灌工程亩投资= 29000 = 1895.4 元/亩15.3微喷灌设备亩投资= 23361 = 1526.9 元/亩15.3亩管道用量毛管以上= 2940 = 192.2 m/亩15.3亩装机功率=装机功率/面积=4.0 = 0.261 kW/亩 15.3亩年用电量=年用电量/面积= 12994 = 849.3 kW.h/亩15.3十一、微灌系统部件安装使用说明书微灌系统部件主要包括：首部枢纽泵及动力机，逆止阀，排气阀，过滤器，施肥器，压力表，水表，闸阀；尾部干管，支管， 毛管，微喷头，阀门。用途：该系统主要用于种植番茄、辣椒、茄子的浇灌，水源为井水。特点：承受的是轮灌的浇灌方式浇灌，有4 个轮灌区，一次浇灌持续时间为 9 小时，灌水的周期为4 天，浇灌精度较高，省水，使用寿命较长，承受的悬挂式的喷灌方式浇灌，能够使温室内的空气保持潮湿，为作物的生长供给良好的生长环境，而且是自动化治理，从而提高产量，降低了劳动强度，提高了劳动生产力，增加了利润。安装时必需在设计人员的指导下，将全部的管道冲洗干净后可安装喷头，以免打孔的时的碎屑堵塞喷头。1、产品性能特点（1） 旋转式喷头：WPX50200 大红色。价格廉价，拆装便利，接在毛管上，在作物上面喷灌，对植物进展叶面喷洒，喷洒的范围能够掩盖到温室里的整个作物种植面积，且出水量保持均匀一 致。用于温室，大棚中的加湿，降温。使用寿命，拆装便利便于清理（2） 承受的是网式过滤器和叠片式过滤器，网式过滤器本钱低，能随杂质进展较好的过滤，并具有自动冲洗性能；叠片式过滤器有良好的防腐性能，安装、使用便利，过滤牢靠，滤芯可清洗，更换。（3） 承受压差式施肥器，加工制造简洁，造价较低，不需其它动力，并联在管路中，安装在两个过滤器之间。（4） 所用的PE、PVC 管材均为抗老化材料，抗老化，耐压性好， 在-10°50°温度变化范围内其性能保持相对稳定。2、使用说明试运转系统安装完毕后，检查各部件是否按设计要求安装完毕。清污。在系统试运转和每次浇灌前先运转泵，在首次启动泵前请认真阅读水泵的使用与维护保养，回水阀全开，关闭主干道阀门和施肥器阀门，使泵中的锈污排尽，出清水后，方可进展以下操作。喷头压力调整。将主干道阀门、施肥器阀门、肥量调整阀和其中一个轮灌组的阀门翻开，关闭棚内微喷阀门，开启泵，观看首部和尾部压力表示值，调整回水阀和主干管阀门，将尾部滴头表压力调至0.05或者 0.1MPa，试运转 510 分钟，观看各连接处有无渗漏、脱扣现象，假设尾部压力达不到，将首部回水阀关小，直至压力到达要求，并登记首、尾压力表“读数”。微喷头压力调整。将喷头阀门和支管阀门关闭，完全开启全部棚内微喷阀门，调整回水阀和主干道阀门，将棚内压力表调至0.2MPa， 喷洒 510 分钟，观看各连接处有无渗漏。(2)各零部件的使用微喷头使用压力不要超过工作压力，如不在工作压力上，测试并计算出实际流量，再依据所种植作物的需水量计算出所需灌水时间。前一灌组灌组灌完后，开启下一个轮灌组阀门，进展轮灌，再将该小区阀门关上。过滤器叠片式过滤器使用时将尾部的压力表调至工作压力，登记首部和尾部压力表的压力差，此时为清洁时的差值。在使用一段时间后，污物堵塞，差值增大。将过滤器放水管翻开，防水冲洗至清水再关闭。施肥器施肥器：使用步骤：把可溶性肥料或肥料溶液装入贮液罐内，然后把罐口封好，关紧罐盖。接通输液管和进水管，并关小主阀门，调整施肥量， 使肥料进入输水管道。当化肥罐内肥料液浓度降至接近零时，即需重添加肥料或溶液，连续施肥。正常使用每次使用前，先将回水阀全开，将泵内锈水排净前方可浇灌。按试运转步骤，使首部压力表调至“读数”，尾部压力即在所需位置上，进展喷灌作业。假设低于这个压力，一般状况下是过滤器堵塞。假设清洗过滤器后仍低，检查各处是否有渗漏。3、留意事项系统轮灌组划分如图纸 1 所示，每次浇灌时必需严格安设计翻开同一轮灌组的六个阀门，关闭其它全部阀门，保证系统能安全高效的运作。系统在开启前，肯定要检查各阀的开启和关闭状况，严禁尾部全部阀门关闭，否则会使管道中压力过大而爆破。每次使用时都要检查首、尾部压力表是否在正常使用压力上，假设不在要准时调整处理。入冬是肯定要将管道中的水放尽，以免管道冻坏。4、维护和保养 (1每隔一段时间定期检查喷头和过滤器的滤网，准时去污。(2)一季作物收获以后，要检查首部和尾部部件的状况，准时做好清理工作。5、水泵的使用与维护保养（1） 水泵的安装高度应低于允许吸上真空高度 12 米。机组安放位置的土质要坚实，以防倒塌或陷入地面，安放要平稳。（2） 进水管的安装要特别留意防止漏气。滤网应完全漂浮在水中，并与池底，池壁保持肯定距离，防止泥沙等杂质和空气吸入。（3） 启动前应检查泵转动是否均匀，不能有卡住、异声等现象。（4） 在启动前必需向泵体内灌水储水，以免影响自吸。严禁未加储水运转，防止烧坏密封部件。（5） 水泵运行中，如觉察不正常现象杂音、振动、出水量变化等应马上停机。要留意轴承温升，温度不能超过 75。（6） 当长时间停顿使用时，必需将泵体里的存水放掉，拆检水泵、擦尽水迹，涂油装配，进出口用纸包好，以免异物落入。