Arhimēda skrūve — sūknis ūdens pacelšanai un elektroenerģijas ražotājs
Arhimēda skrūve — tradicionāls sūknis ūdens pacelšanai un moderns reversais risinājums elektroenerģijas ražošanai upēs ar zemu kritumu; efektīva, vienkārša un uzticama.
Arhimēda skrūve ir mašīna — vienkāršs un efektīvs sūkņa veids, ko izmanto ūdens pacelšanai no zemāka līmeņa uz augstāku. Tā ir spirālveida skrūve, kas saritināta cieši pieguļošā cilindrā vai kanālā. Ar apakšējo galu iegremdētu ūdenī skrūve, griežoties, pacels ūdens pilienus vai slāni uz augšu pa spirāli un atbrīvos to no augšējā gala iztekā. Skrūvi var griezt ar rokām, ar vējdzirnavām, ar dzinēju vai citu mehānismu. Šneku bieži izmanto apūdeņošanas grāvju, drenāžas sistēmu un lauku lauku teritoriju uzpildīšanai, kā arī notekūdens pārsūknēšanai un lauksaimniecībā.
Darbības princips
Arhimēda skrūves darbības pamatideja ir vienkārša: slīpā korpusā esošā spirāle sadala ūdeni uz atsevišķiem iecirkņiem, kuri pārvietojas uz augšu kopā ar skrūves rotāciju. Svarīgi elementi ir skrūves leņķis, pakāpiena (pitch) garums, diametrs un rotācijas ātrums — no tiem atkarīgs pacelamā ūdens daudzums un efektivitāte. Šo ierīci var darbināt ar zemu rotācijas ātrumu, tādēļ tā labi iederas situācijās, kur nepieciešams apstrādāt ūdeni ar cietvielu daļiņām vai mainīgu plūsmu.
Vēsture
Par šo ierīci rakstīja Arhimeds, kad viņš atradās Aleksandrijā, Ēģiptē. Nav pilnīgi droši zināms, vai tieši viņš to izgudroja, tomēr izgudrojumu tradicionāli piedēvē Arhimedam. Kopš senatnes Arhimēda skrūve tiek lietota dažādos veidos — no lauksaimniecības lauku laiku apūdeņošanas līdz mūsdienīgu rūpniecisku sūkņu un hidroģeneratoru risinājumiem.
Pielietojumi
- Apūdeņošana un drenāža: ūdens pacelšana no grāvjiem un lauku zemēm;
- Notekūdeņu apstrāde: spēj apstrādāt ļoti netīru ūdeni ar cietvielu daļiņām bez vieglas aizsprostojuma;
- Rūpniecība un lauksaimniecība: uzticams risinājums lielu plūsmu pārvadāšanai zemā kritumā;
- Klīniskā un kultūras mantojuma vietās: vienkārša uzstādīšana un zema uzturēšana;
- Mikrohidroelektrostacijas: reversā skrūve var darboties kā turbīna un ražot elektrību.
Reversā Arhimēda skrūve — ģeneratora režīms
Ir arī apgrieztā jeb reversā Arhimēda skrūve: ūdenim ieplūstot no augšas uz skrūves, straume liek tai griezties, un griešanās enerģija tiek pārnesta uz elektrisko ģeneratoru, kas ražo elektrību. Šīs turbīnas ir īpaši piemērotas upēm vai kanāliem ar zemu ūdens kritumu (zemu head) — parasti dažu desmitu centimetru līdz dažiem metriem, bieži 0,5–6 m diapazonā atkarībā no projektētā risinājuma. Reversajai skrūvei ir tās pašas priekšrocības kā sūknēšanas skrūvei: tā var apstrādāt ļoti netīru ūdeni, ir maigāka pret dzīvniekiem (salīdzinoši zivīm draudzīgāka) un labi strādā pie mainīgas plūsmas ar salīdzinoši augstu kopējo efektivitāti.
Priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības:
- Vienkārša konstrukcija un uzturēšana;
- Spēj strādāt ar ļoti netīru vai abrazīvu ūdeni, jo nav smalku atveru, kas aizsērētu;
- Efektīva pie zema krituma un lielas plūsmas apstākļos;
- Var darbināt ar dažādiem enerģijas avotiem — roku spēku, vēju, motoru vai tieši ar tekoša ūdens spēku ģenerācijas režīmā;
- Reversā režīmā — zema ietekme uz zivju migrāciju un ekosistēmu salīdzinājumā ar daudziem citiem hidroturbīnu veidiem.
Trūkumi:
- Ierobežots piemērotības kritums — nav piemērota lieliem augstumiem (augstiem head);
- Lai gūtu nepieciešamo pacelšanas augstumu, dažkārt nepieciešams liels skrūves diametrs un garums, kas aizņem daudz vietas;
- Rotācijas ātruma un ģeneratora/vārpstas pieslēguma optimizācija var prasīt papildu pārnesumu vai elektroniku.
Uzstādīšana, materiāli un apkope
Skrūvju izgatavošanā parasti izmanto tēraudu (bieži ar aizsargpārklājumu), nerūsējošo tēraudu vai mūsdienīgus kompozītmateriālus (piemēram, HDPE). Korpusu var veidot no betona vai metāla. Uzstādīšanas laikā svarīgi nodrošināt pareizu ieplūdes un izplūdes laukumu, stabilu atbalstu gultņiem un aizsardzību pret aizsprostojumiem. Regulāra apkope ietver gultņu, blīvju un stiprinājumu pārbaudi, kā arī korpusa tīrīšanu no lieliem atkritumiem.
Modernas inovācijas
Mūsdienās Arhimēda skrūves tiek attīstītas ar fokusēšanos uz augstāku efektivitāti, ilgāku kalpošanas laiku un mazāku uzturēšanu: tiek izmantoti vieglākas un izturīgākas detaļas, modulāra uzbūve, optimizēta spirāles ģeometrija, kā arī integrētas ģeneratora un vadības sistēmas reversajām instalācijām. Tāpat pieaug intereše par skrūvju izmantošanu kā daļu no decentralizētām mikrohidro enerģijas risinājumiem mazām kopienām.
Noslēgums
Arhimēda skrūve ir vienkāršs, uzticams un daudzpusīgs risinājums ūdens pacelšanai un — reversajā režīmā — arī elektroenerģijas ražošanai. Tās priekšrocības pie zema krituma, spēja apstrādāt netīru ūdeni un relatīvi zemas apkopes prasības padara to par populāru izvēli lauksaimniecībā, kanalizācijas sistēmās un vietējās hidroenerģijas projektos.
Arhimēda skrūvi darbināja ar rokām, un tā varēja efektīvi pacelt ūdeni.
Arhimēda skrūve
Arhimēda skrūve Husebijā uz dienvidiem no Veksjē Zviedrija
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir Arhimēda skrūve?
A: Arhimēda skrūve ir ierīce, ko izmanto ūdens pacelšanai, un to veido skrūve, kas atrodas diezgan cieši pieguļošā cilindrā.
J: Kā Arhimēda skrūve darbojas?
A: Ar apakšējo galu ūdenī skrūve paceļ ūdeni uz augšu, kur tas izplūst no iztekas. Skrūvi var griezt ar rokām, ar vējdzirnavām vai motoru.
J: Kāds ir Arhimēda skrūves mērķis?
A: Arhimēda skrūvi bieži izmanto apūdeņošanas grāvju uzpildīšanai.
J: Kas, domājams, ir izgudrojis Arhimēda skrūvi?
A: Lai gan tas nav droši zināms, Arhimēdu vienmēr uzskata par skrūves izgudrotāju.
J: Kur Arhimeds rakstīja par skrūvi?
A: Arhimeds par skrūvi rakstīja, kad atradās Aleksandrijā, Ēģiptē.
J: Kas ir apgrieztā Arhimēda skrūve?
A: Arhimēda apgrieztā skrūve ir tāda veida skrūve, kas griežas, kad uz tās uzlej ūdeni. Griešanās darbina elektrisko ģeneratoru, kas rada elektrību.
J: Kādas ir reversās Arhimēda skrūves izmantošanas priekšrocības?
A: Reversā skrūve ar augstu efektivitāti var apstrādāt ļoti netīru ūdeni un ļoti mainīgu plūsmas ātrumu, tāpēc tā ir piemērota upēm ar nelielu ūdens kritumu ("zems ūdens augstums").
Meklēt