设施农业环境控制课设

微喷灌水器的设计及应用（旋转式微喷头）一、旋转式微喷头旋转式微喷头的主要特征是微喷头中设有运动部件，辅助水流成束状喷出并产生旋转。旋转式微喷头的喷洒图形一般呈圆形或扇形。依据不同的原理，旋转式微喷头有多种，但均用了水的反作用力，及水流流经可以转动的弯曲流道或可产生反作用效果的专用部件时，水的反作用力，使喷嘴产生转动，喷洒出水束随之做周向运动。并用喷洒的方式消能。旋转式微喷头的特点为：①出流流道相对较长，可有较远的射程；②水束做周向运动，降水强度大大降低。通过对出流流道的专门设计，可以获得不同降水曲线和满足不同的用途，从而获得较高的均匀度。微喷灌与滴灌相比，微喷灌的湿润面积较滴灌大，这样有利于消除含水饱和区，使水分能被土壤随时吸收，改善了根区的通气条件，可以调节田间小气候。且微喷灌适用于育苗和片状种植的叶菜类植物。鉴于微喷灌和旋转式喷头的各种特点，我选择设计旋转式微喷头。二、旋转式微喷头设计及工作性能的主要参数（一）、工作压力H工作压力是指微喷头水流入口处的水流压力，由于此处距喷嘴的距离很短，实用中往往可以反映喷嘴处的压力大小。工作压力影响微喷头性能的关键参数，微喷头的流量和雾化程度均随工作压力的升高而增加。设计时通常将微喷头进水口处的工作压力当作喷嘴的工作压力。且工作压力的设计不应过大，虽然喷洒水的粉碎性好，但射程小，可能使水量分布图产生极大的变化。因此，通过查相关资料，选取旋转式微喷头的工作压力为200kp,通过转换运算。P=ρgh，得到h=20.41ｍ(二)、流量q根据旋转微喷头的特性，选择了大旋轮微喷头，即旋选用微喷头流量为50L/h的旋转微喷头,该微喷头在200Pa工作水头时的流量为50L/h，湿润直径为8.0m(三)、孔口直径其工作水头是20.41m，孔口流量为50/h，管嘴特性的流量系数Cq取为0.7。根据滴头流量计算公式gHKaCqq2有：41.2081.927.0106.3056a可解的滴头的流到面积为：299.0mma进而可求滴头流到的直径为：mmd12.114.3/99.0*4旋转微喷头的具体形式和生产性图纸见图一和图二。三、利用所设计旋转微喷头进行微喷灌工程设计（一）、基本情况北方有两个日光温室，种植番茄，此温室使用微喷灌的方式灌溉。温室内的土壤为沙壤土，温室长为30m，宽为10m，两温室间距为1m，温室墙体厚1m，有0.5m的过道。（二）、设计参数的确定根据当地气候和作物灌溉的要求，确定温室微灌设计的有关参数如下：○1计耗水强度取8.9㎜/d；②采用全面喷洒灌溉方式，设计土壤湿润比为80%；③灌水均匀系数的确定：为了保证微灌的灌水质量，要求灌水均匀度达到一定要求。微灌灌水器的流量偏差率与工作水头偏差率的关系qv=−1+√1+0.6(1−x)HV0.3×X1−X且x1x取为0.5，HV=0.2则求得设计流量偏差率qv=−1+√1+0.6(1−0.5)0.20.3×0.51−0.5=9.9%，只考虑水力因素，由uC与vq关系uC（%）989592vq（%）102030可查得uC=98%（三）、主要设备的选择1、微喷头，按照设计的旋转式微喷头，额定工作压力250KPa时，流量为55.8L/h，湿润直径为5.5m。因此，考虑到温室的长和宽，横向布置三根毛管，每根毛管上有11旋转微喷头，每根毛管和每个喷头之间的距离如附图所示。2、微喷头的组合方式，考虑到温室长度，微喷头选择矩形的组合方式，组合间距Se=2.25m,Sl=2.3m,R=2.75m,,组合喷灌强度计算，ρs=qηs有效=qηseSl=.32*5.22.90*.855=9.715,故根据土壤特性表7-23知该喷头组合方式符合要求。3、管道与管件，选用国产管道与管件，其中温室田间输水管道采用耐候性好、易加工PE管，外部引水及给水支管和干管采用UPVC管并埋于地下。4、灌溉自动控制，选用进口灌溉时间控制器、配合进口的优质电磁阀实施全部温室的自动灌溉作业。比较时间控制器选择美国亨特公司生产的控制器，电磁阀选择美国Hunter公司生产的ICV系列灌溉用电磁阀。传感器选择Hunter生产的，自动灌溉施肥机选择以色列爱尔达公司生产的Fertigal系列施肥器，注意的是要按实际情况（流量、压力选则）5、施肥装置，采用德国MSR公司生产的可调施肥比例的水动注肥泵，该水动注肥泵技术含量高，结构复杂，投资较高，但是其产生的供水压力比较小，能够根据灌溉水量大小调节废水吸入量，是灌溉系统实现按比例施肥。6、首部设备①水泵的选择水泵的选择要按最不利轮灌组的流量和扬程进行选择。②过滤器的选择为满足干管的流量要求，水沙过滤器应选择其流量范围满足干管流量要求，使其符合要求。网式过滤器，与叠片式过滤器配合使用，提高过滤的精度。③其他设备的选择压力表、测量与控制设备、安全设备等的选择则根据经济等具体情况进行考虑选择即可。7、灌溉自动控制器，我们采用的时间控制器，可以预先设定的灌溉时间、灌溉延续时间、灌溉次数等自动化实现各轮灌区的灌溉作业。该控制器同时自动控制灌溉系统供水水泵的启动和关闭，以保证自动轮灌的供水要求。（四）、微灌灌溉制度1、设计灌水定额：选取计划湿润层深度Z=30cm，土质为砂壤土，α=30%，P=80%，η=0.88，查表取β=0.35，则一次性灌水量为I=ZP1000≈28.6（mm）2、设计灌水周期T=EaI=28.6/8.9≈3(d)3、一次灌水延续时间t：t=qISeSt=059.025.275.26.28≈3.9（h）（五）、各级管道的设计1、毛管的设计：已知毛管长度为L=30ｍ,ｓ=2.75ｍ，故ｘ=1，N=11，ｍ=1.75，查表5-6得多口系数Ｆ=0.410，不考虑温度的影响，且Hv=20％，Hd=20.41ｍ,ｑ=50l/h=0.050ｍ3/h,则Q毛=N×q=0.55ｍ3/h.假设毛管直径为D毛,而毛管允许的水头差为△H毛分=0.55HvHd=0.55×0.2×20.41=2.245(ｍ)①按照勃拉修斯公式有：△Hm设=8.4×104×Q毛1.75D毛4.75×L毛×F=8.4×104×0.551.75D毛4.75×30×0.410=362927D毛4.75②由①②可得到D毛=12.49㎜，根据标准，选择PE素材毛管直径为D毛实=15㎜。那么△H毛实=8.4×104×0.551.75154.75×30×0.410=0.92（ｍ）则△H支分=Hv×Hd－△H毛实=0.2×20.41－0.92=3.162（ｍ）③2、支管的计算已知支管的长度为5ｍ，Q支=3×0.55=1.65（ｍ3/h），假设设计支管管径为D支按照勃拉修斯公式有△H支设=8.4×104×Q支1.75D支4.75×L支=8.4×104×1.651.75D支4.75×5=100.89×104D支4.75④由③④有D支=14.41㎜，按照标准选择PVC材料支管直径为32㎜。△H支实=8.4×104×1.651.7532.04.75×5=100.89×104324.75=0.071（ｍ）3、干管的计算由于每个温室支管的流量为1.65（ｍ3/h），那么干管的流量为Q干=2×1.65=3.30ｍ3/h，考虑干管流量选择干管直径为40㎜。又已知x=0.5,N=1,L干=100ｍ，m=1.75,查5-6表得多口系数F干=0.65，不考虑温度的影响，则按勃拉修斯公式有△H干实=8.4×104×Q干1.75D干4.75×L干×F干=8.4×104×3.301.75404.75×100×0.65=1.08（ｍ）（六）、各级管道进口处的水头据实际情况取流态系数x=0.5，已知HV=0.2,那么按照公式5-48有qv=−1+√1+0.6(1−x)HV0.3×X1−X且x1qv=−1+√1+0.6(1−0.5)0.20.3×0.51−0.5=0.099Hmax=（1+0.62qv）1xHd=（1+0.62×0.099）10.520.41=22.99（ｍ）Hmin=（1−0.38qv）1xHd=（1−0.38×0.099）10.520.41=18.90（ｍ）1、毛管进口水头H毛进=Hd+△H毛实2=20.41+0.922=20.87（ｍ）验证H毛进=Hmin+△H毛实=18.90+0.92=19.82（ｍ）2、支管进口水头H支进=H毛进+△H支实+△Z=20.87+0.071+2=22.94（ｍ）3、干管进口水头H干进=H支进+△H干实=22.94+1.08=24.02（ｍ）设管网的损失系数k=1.1则H泵ΔH首+1.1×24.02=10+26.422=36.422(ｍ)所以在选择泵时要选择其H36.422mQ3.30m3/h的水泵选择QXN40-63/3-11型号的水泵较为合适，其扬程63m，额定流量40m3/h，功率为11KW。选择的过滤器的型号为：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行过滤,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）。设施环境控制系统设计一、设施环境控制设备手动系统设计（一）、设施环境控制设备手动系统设计要求某温室配置了下列环境调控设施：外遮阳、内遮阳、顶开窗、环流风机、湿帘风扇系统和顶喷淋。其中环流风机3台，湿帘风扇系统包括6台湿帘风扇、湿帘和外翻窗组成。且湿帘风扇系统工作分为三种状态，强制通风一（部分湿帘风扇开启）、强制通风二（全部湿帘风扇开启）和湿帘工作（全部的湿帘风扇开启，同时湿帘泵工作）。请设计该温室环境调控设备的手动控制系统。（二）、设施环境控制系统设计说明温室主电路图和控制电路图见附图。1、外遮阳系统打开：闭合常开开关SB2，使得正向电路联通，电机正转，外遮阳幕缓慢打开，同时KM1开关因电路联通而闭合，而SB2自锁断开。当外遮阳幕全部打开时，限位开关SQ1使得电机停止转动，电路断开，KM1断开，外遮阳幕打开过程完成。关闭：闭合常开开关SB3，使得反向电路联通，电机反转，外遮阳幕缓慢收拢，同时KM2开关因电路联通而闭合，而SB3自锁断开。当外遮阳幕全部收拢时，限位开关SQ2使得电机停止转动，电路断开，KM2断开，外遮阳幕关闭过程完成。2、内遮阳系统打开：闭合常开开关SB5，使得正向电路联通，电机正转，内遮阳幕缓慢打开，同时KM3开关因电路联通而闭合，而SB5自锁断开。内外遮阳幕全部打开时，限位开关SQ3使得电机停止转动，电路断开，KM3断开，内遮阳幕打开过程完成。关闭：闭合常开开关SB6，使得反向电路联通，电机反转，内遮阳幕缓慢收拢，同时KM4开关因电路联通而闭合，而SB6自锁断开。当内遮阳幕全部收拢时，限位开关SQ4使得电机停止转动，电路断开，KM4断开，内遮阳幕关闭过程完成。3、顶开窗控制系统（由于顶开窗1和顶开窗二的原理一样，这里就只解释顶开窗1的工作原理）开启：合常开开关SB8，使得正向电路联通，电机正转，顶开窗缓慢打开，同时KM5开关因电路联通而闭合，而SB8自锁断开。当顶开窗全部打开时，限位开关SQ5使得电机停止转动，电路断开，KM5断开，顶开窗打开过程完成。关闭：闭合常开开关SB9，使得反向电路联通，电机反转，顶开窗缓慢闭合，同时KM6开关因电路联通而闭合，而SB9自锁断开。当顶开窗全部打开时，限位开关SQ6使得电机停止转动，电路断开，KM6断开，顶开窗关闭过程完成。4、环流风机控制系统启动：闭合常开开关SB14，使得环流风机电路联通，KM9因电路联通而闭合，SB14发生自锁而断开，从而环流风机的开启过程完成。关闭：按下SB13，KM9失电断开，环流风机的关闭过程完成。5、湿帘风扇系统强制通风系统分为三种状态：强制通风一、强制通风二和湿帘工作。其中，强制通风状态一时启动三台湿帘风扇，强制通风状态二时启动全部湿帘风扇，而当湿帘工作时启动全部湿帘风扇和湿帘泵。6、湿帘外翻窗打开：闭合常开开关SB16，使得正向电路联通，电机正转，湿帘外翻窗缓慢打开，同时KM12开关因电路联通而闭合，而SB16自锁断开。当湿帘外翻窗完全打开时，限