Archimedes 'skrue - Archimedes' screw
En Archimedes 'skrue , også kjent som vannskruen , skruepumpen eller egyptisk skrue , er en maskin som brukes til å overføre vann fra en lavtliggende vannmasse til vanningsgrøfter . Vann pumpes ved å snu en skrueformet overflate inne i et rør. Den er oppkalt etter den greske filosofen Archimedes som først beskrev den rundt 234 f.Kr., selv om det er bevis på at enheten hadde blitt brukt i det gamle Egypt lenge før hans tid. En skruetransportør er en lignende enhet som transporterer bulkmaterialer som pulver og korn. Archimedes -skruer kan også brukes til å generere kraft hvis de drives av flytende væske i stedet for å løfte væske. Archimedes Screw Turbine/Generator (AST/ASG) er en ny form for liten og mikro vannkraftteknologi som kan brukes selv på steder med lavt hode.
Historie
Skruepumpen er den eldste positive fortrengningspumpen . De første registreringene av en vannskrue, eller skruepumpe, dateres tilbake til det hellenistiske Egypt før det 3. århundre f.Kr. Den egyptiske skruen, som brukes til å løfte vann fra Nilen , var sammensatt av rør viklet rundt en sylinder; når hele enheten roterer, løftes vann inne i spiralrøret til den høyere høyden. En senere skruepumpedesign fra Egypt hadde et spiralspor kuttet på utsiden av en solid tresylinder, og deretter ble sylinderen dekket av brett eller metallplater som dekker overflatene mellom sporene tett.
Noen forskere har foreslått at denne enheten ble brukt til å vanne de hengende hagene i Babylon , et av de syv underverkene i den eldgamle verden . En kileskrift av den assyriske kong Sennacherib (704–681 f.Kr.) har blitt tolket av Stephanie Dalley for å beskrive støpevannskruer i bronse rundt 350 år tidligere. Dette stemmer overens med den klassiske forfatteren Strabo , som beskriver Hanging Gardens som vannet med skruer.
Skruepumpen ble senere introdusert fra Egypt til Hellas. Det ble beskrevet av Archimedes , i anledning hans besøk i Egypt , rundt 234 f.Kr. Denne tradisjonen gjenspeiler kanskje bare at apparatet var ukjent for grekerne før hellenistisk tid. Archimedes hevdet aldri æren for oppfinnelsen, men den ble tilskrevet ham 200 år senere av Diodorus , som trodde at Archimedes oppfant skruepumpen i Egypt. Skildringer av greske og romerske vannskruer viser at de drives av et menneske som tråkker på ytterhuset for å snu hele apparatet som ett stykke, noe som vil kreve at foringsrøret festes stramt til skruen.
Den tyske ingeniøren Konrad Kyeser utstyrte Archimedes -skruen med en sveivmekanisme i Bellifortis (1405). Denne mekanismen erstattet raskt den gamle praksisen med å bearbeide røret ved å tråkke.
Design
Archimedes -skruen består av en skrue (en spiralformet overflate som omgir en sentral sylindrisk aksel) inne i et hulrør. Skruen dreies vanligvis med vindmølle, manuelt arbeid, storfe eller med moderne midler, for eksempel en motor. Når akselen snur, øser bunnenden opp et volum vann. Dette vannet skyves deretter opp av røret av det roterende helikoidet til det renner ut fra toppen av røret.
Kontaktoverflaten mellom skruen og røret trenger ikke å være helt vanntett, så lenge vannmengden som skal tas ut for hver sving er stor sammenlignet med mengden vann som lekker ut av hver seksjon av skruen per omdreining. Hvis vann fra en seksjon lekker ut i den neste nedre delen, vil den bli overført oppover av det neste segmentet av skruen.
I noen utførelser er skruen smeltet til foringsrøret, og de roterer begge sammen, i stedet for at skruen snur i et stasjonært foringsrør. Skruen kan forsegles til foringsrøret med stigningsharpiks eller annet lim, eller skruen og foringsrøret kan støpes sammen som et enkelt stykke i bronse.
Utformingen av den daglige greske og romerske vannskruen, i motsetning til den tunge bronseenheten til Sanherib , med sine problematiske drivkjeder, har en kraftig enkelhet. En dobbel eller trippel helix ble bygget av trelister (eller tidvis bronse) rundt en tung trekolbe. En sylinder ble bygget rundt spiralene ved hjelp av lange, smale brett festet til deres periferi og vanntett med stigning.
Bruker
Skruen ble hovedsakelig brukt til transport av vann til vanningsanlegg og til avvanning av gruver eller andre lavtliggende områder. Det ble brukt til å drenere land som var under havet i Nederland og andre steder i etableringen av polders .
Archimedes -skruer brukes i renseanlegg fordi de takler godt varierende strømningshastighet og med suspenderte faste stoffer. En snegl i en snøfreser eller kornheis er egentlig en Archimedes -skrue. Mange former for aksial strømningspumpe inneholder i utgangspunktet en Archimedes -skrue.
Prinsippet finnes også i pescalators, som er Archimedes -skruer designet for å løfte fisk trygt fra dammer og transportere dem til et annet sted. Denne teknologien brukes først og fremst på fiskefiskanlegg, hvor det er ønskelig å minimere den fysiske håndteringen av fisk.
En Archimedes -skrue ble brukt i den vellykkede stabiliseringen av Det skjeve tårnet i Pisa i 2001 . Små mengder undergrunn mettet av grunnvann ble fjernet langt under nordsiden av tårnet, og selve tårnets vekt korrigerte mageriet. Archimedes -skruer brukes også i sjokoladefontener .
Archimedes Screws Turbines (AST) er en ny form for generatorer for små vannkraftverk som kan brukes selv på steder med lavt hode. Den lave rotasjonshastigheten til AST reduserer negative påvirkninger på liv i vann og fisk.
Varianter
En skruetransportør er en Archimedes -skrue som er inne i et rør og dreies av en motor for å levere materiale fra den ene enden av transportøren til den andre. Det er spesielt egnet for transport av granulære materialer som plastgranulat som brukes i sprøytestøping og korn . Det kan også brukes til å transportere væsker. I industrielle kontrollapplikasjoner kan transportøren brukes som en roterende mater eller mater med variabel hastighet for å levere en målt hastighet eller mengde materiale til en prosess.
En variant av Archimedes -skruen kan også finnes i noen sprøytestøpemaskiner , støpemaskiner og ekstrudering av plast, som bruker en skrue med redusert stigning for å komprimere og smelte materialet. Den brukes også i en luftkompressor med skruer . I en mye større skala brukes Archimedes skruer med synkende stigning for komprimering av avfallsmateriale.
Omvendt handling
Hvis vann mates inn i toppen av en Archimedes -skrue, vil den tvinge skruen til å rotere. Den roterende akselen kan deretter brukes til å drive en elektrisk generator. En slik installasjon har de samme fordelene som å bruke skruen for pumping: evnen til å håndtere veldig skittent vann og vidt varierende strømningshastigheter ved høy effektivitet. Settle Hydro og Torrs Hydro er to mikroskruer med omvendt skrue som opererer i England. Skruen fungerer godt som en generator ved lave hoder , som vanligvis finnes i engelske elver, inkludert Themsen , som driver Windsor Castle .
I 2017 åpnet den første omvendte skruekraften i USA i Meriden, Connecticut . Meriden-prosjektet ble bygget og drives av New England Hydropower med en navneskiltkapasitet på 193 kW og en kapasitetsfaktor på omtrent 55% over en 5-års driftsperiode.
Se også
- Arkimedisk spiral
- Skruekjøretøy
- SS Archimedes - det første dampskipet drevet av en skruepropell .
- Skrue (enkel maskin)
- Skru turbin
- Spiral pumpe
- Vitruvius
Merknader
Kilder
- PJ Kantert: "Manual for Archimedean Screw Pump", Hirthammer Verlag 2008, ISBN 978-3-88721-896-6 .
- PJ Kantert: "Praxishandbuch Schneckenpumpe", Hirthammer Verlag 2008, ISBN 978-3-88721-202-5 .
- PJ Kantert: "Praxishandbuch Schneckenpumpe"-2. utgave 2020, DWA, ISBN 978-3-88721-888-1 .
- Oleson, John Peter (1984), greske og romerske mekaniske vannløfteanordninger. The History of a Technology , Dordrecht: D. Reidel, ISBN 90-277-1693-5
- Oleson, John Peter (2000), "Water-Lifting", i Wikander, Örjan (red.), Handbook of Ancient Water Technology , Technology and Change in History, 2 , Leiden, s. 217–302 (242–251), ISBN 90-04-11123-9
- Nuernbergk, D. og Rorres C.
- Nuernbergk DM: "Wasserkraftschnecken - Berechnung und optimaler Entwurf von archimedischen Schnecken als Wasserkraftmaschine", Verlag Moritz Schäfer, Detmold, 1. Edition. 2012, 272 paveer, ISBN 978-3-87696-136-1
- Rorres C .: "Skruens sving: Optimal design av en Archimedes -skrue", ASCE Journal of Hydraulic Engineering, bind 126, nummer 1, januar 2000, s. 72–80
- Nagel, G .; Radlik, K .: Wasserförderschnecken - Planung, Bau und Betrieb von Wasserhebeanlagen; Udo Pfriemer Buchverlag in der Bauverlag GmbH, Wiesbaden, Berlin (1988)
- White, Jr., Lynn (1962), Medieval Technology and Social Change , Oxford: At Clarendon Press
Eksterne linker
- The Turn of the Screw: Optimal Design of an Archimedes Screw , av Chris Rorres, PhD.
- "Archimedean Screw" av Sándor Kabai, Wolfram Demonstrations Project , 2007.
- "Eksempler på skruer fra Archimedes Ulike kilder, 2021