Arkhimédész-csavar – mi az, működése és felhasználása

Arkhimédész-csavar: egyszerű, hatékony szivattyú és fordított generátor — működése, előnyei és gyakorlati felhasználásai öntözéstől energia-termelésig.

Arkhimédész csavarja egy gép. Egyfajta szivattyú, amelyet víz felemelésére használnak. Ez egy csavar egy meglehetősen szorosan záródó henger belsejében. Ha a csavar alsó vége vízben van, a csavar felemeli a vizet a tetejére, ahol az egy kifolyócsőből kiömlik. A csavart kézzel, szélmalommal vagy motorral lehet forgatni. A csigát gyakran használják öntözőárkok töltésére.

Működési elv

Az archimédeszi csavar alapelve egyszerű: a csavarorsó (a menetes elem) és a héj (vagy henger) közötti terekben víz „beszorul”, majd a csavar forgásával a terek fokozatosan felfelé vándorolnak és a felső kifolyón át távoznak. A szállított térfogatot befolyásolja a csavar átmérője, a menetemelkedés (pitch), a fordulatszám és a cső ferdeségi szöge. Alacsony fordulatszám mellett is képes nagy mennyiségű vizet mozgatni, ezért különösen alkalmas alacsony emelési magasságok (kis fej) esetén.

Történet

Arkhimédész írt róla, amikor az egyiptomi Alexandriában tartózkodott. Nem tudni biztosan, hogy valóban ő találta-e fel, de mindig neki tulajdonítják. Az archimédeszi csavart még ma is sokat használják szerte a világon: az ókorban öntözésre és vízelvezetésre, később pedig a XIX–XX. században is elterjedt különböző mezőgazdasági és ipari alkalmazásokban.

Felhasználási területek

• Öntözés és árkok feltöltése, mezőgazdasági vízellátás.
• Vízelvezetés és polderek leürítése (például Hollandiában híres alkalmazása van).
• Szennyvíz- és iszapszállítás: jól kezeli a szennyezett, rostos vagy nagyobb szilárd részecskéket.
• Anyagmozgatás: szemcsés anyagok (pl. gabona, pellet) továbbítása bizonyos kivitelekben.
• Fordított kialakításban mikro-hidro erőművek: a tetejére érkező víz elfordítja a csavart, ami egy elektromos generátort hajt meg, és így áramot termel.

Fordított (turbina) alkalmazás

A fordított archimédeszi csavar alacsony esésű (low-head) folyóknál különösen hasznos. A víz áramlása közvetlenül hajtja a csavart, amely alacsony fordulatszámmal, de nagy nyomatékkal üzemel, így könnyen kapcsolható egy generátorhoz. Előnyei közé tartozik, hogy halbarát (a halak általában át tudnak haladni rajta sérülés nélkül), jól működik törmelékkel terhelt vízben, és képes széles tartományban fogadni az áramlások változásait. Hatékonysága gyakran jó (típustól és kivitelezéstől függően jellemzően a 60–85% közötti tartományban), különösen alacsony fej és nagy átfolyás esetén.

Előnyök

• Egyszerű szerkezet: kevés mozgó alkatrész, robusztus kivitel.
• Karbantartás-barát: könnyen hozzáférhető és javítható elemek.
• Szennyezett vízzel is működik: jól kezeli a rostos, iszapos anyagokat.
• Alacsony fordulatszámon is hatékony: ideális nagy térfogat, kis emelés esetén.
• Környezeti előnyök (turbina módban): halbarát és viszonylag kis beavatkozást igényel a mederben.

Hátrányok és korlátok

• Nagy fizikai méretei miatt helyigénye jelentős lehet, ha nagy kapacitásra van szükség.
• Magasabb emelési magasság esetén más típusú szivattyúk hatékonyabbak lehetnek.
• Szivárgás a menetek között (peremveszteség) rontja a hatékonyságot, ezért a jó tömítettség és illeszkedés fontos.
• Forgó alkatrészek tengelytámogatást, csapágyakat igényelnek, amelyek karbantartást kívánnak.

Méretezés, anyagok és karbantartás

Modern kivitelben az archimédeszi csavarokat acélból (gyakran korrózióálló acélból vagy bevont acélból), üvegszálas kompozitból vagy más tartós anyagokból készítik. A méretek kis kézi csavaroktól több méter átmérőjű építményekig terjednek. A megfelelő méretezéshez figyelembe kell venni a kívánt térfogatáramot, a rendelkezésre álló emelési magasságot (fejet), a vízszennyezettséget és a telepítési hely adottságait.

A karbantartás általában egyszerű: időszakos ellenőrzés és kenés a csapágyaknál, a héj és a csavar tisztítása (ha szükséges), valamint a korrózióvédő bevonatok állapotának vizsgálata. Megfelelő telepítéssel és karbantartással nagyon hosszú élettartam érhető el.

Összegzés

Az archimédeszi csavar egy univerzális, egyszerű és robusztus megoldás víz emelésére vagy (fordítottan) kis esésű vízenergia hasznosítására. Különösen ott értékes, ahol alacsony fej, nagy térfogatáram, vagy szennyezett víz kezelésére van szükség. A modern anyagok és kivitelezések révén továbbra is gyakori és hatékony eszköz mind mezőgazdasági, mind környezetvédelmi és energetikai alkalmazásokban.

Kérdések és válaszok

K: Mi az archimédeszi csavar?

K: Hogyan működik az arkhimédeszi csavar?

K: Mi a célja az Arkhimédész-csavarnak?

K: K: Kinek tulajdonítják az archimédeszi csavar feltalálását?

K: Hol írt Arkhimédész a csavarról?

K: Mi a fordított archimédeszi csavar?

K: Milyen előnyökkel jár a fordított archimédeszi csavar használata?

Keresés betűvel