Винт Архимеда - Википедия - Archimedes screw

Винт Архимеда управлялся вручную и мог эффективно поднимать воду.
Принцип работы механизма винтовой турбины / генератора Архимеда
Принцип работы механизма винтовой турбины / генератора Архимеда
Винт Архимеда в Хусебю к югу от Векшё, Швеция
Винт архимеда
Римский винт для обезвоживания шахт в Испании
Современные винты Архимеда, которые заменили некоторые из ветряные мельницы используется для слива польдеры в Kinderdijk в Нидерланды
Винт Архимеда как искусство. Тони Крэгг в 's-Hertogenbosch в Нидерланды
Рабочий винт Архимеда, modern.gif

В водяной винт, широко известный как Винт архимеда а также известный как винтовой насос, Архимедов винт, или же Египетский винт,[1] это машина используется для перенос воды из низко расположенного водоема в орошение канавы. Вода перекачивается поворотом винтовой поверхности внутри трубы. Винты Архимеда также используются для таких материалов, как порошки и зерна. Более того, винты Архимеда могут производить энергию, если они приводятся в движение потоком жидкости вместо подъема жидкости (Винтовые турбины Архимеда / генераторы).[2] Хотя обычно приписывают Архимед, есть некоторые свидетельства того, что устройство использовалось в Древний Египет задолго до своего времени.[3]

История

Винтовой насос является самым старым поршневым насосом прямого вытеснения.[1] Первые упоминания о водяном винте или винтовом насосе относятся к эллинистическому Египту до III века до нашей эры.[1][4] Египетский винт, используемый для подъема воды из Нил, состоял из трубок, намотанных на цилиндр; по мере того как весь блок вращается, вода поднимается внутри спиральной трубы на большую высоту. Более поздняя конструкция винтового насоса из Египта имела спиральную канавку, вырезанную на внешней стороне твердого деревянного цилиндра, а затем цилиндр был покрыт досками или листами металла, плотно закрывающими поверхности между канавками.[1]

Некоторые исследователи предположили, что это устройство, используемое для орошения Висячие сады Семирамиды, один из Семь чудес древнего мира. Клинописная надпись Ассирийский король Сеннахирим (704–681 гг. До н.э.) был интерпретирован Стефани Далли[5] описать отливку водяных винтов из бронзы 350 лет назад. Это соответствует классическому автору Страбон, который описывает Висячие сады как орошаемый винтами.[6]

Винтовой насос позже был завезен из Египта в Грецию.[1] Это было описано Архимед,[7] по случаю его посещения Египет, около 234 г. до н. э.[8] Эта традиция может отражать только то, что этот аппарат был неизвестен грекам раньше. Эллинистический раз.[7] Архимед никогда не заявлял о признании своего изобретения, но 200 лет спустя он был приписан ему. Диодор, который считал, что Архимед изобрел винтовой насос в Египте.[1] Изображения Греческий и Римский Гидравлические винты показывают, что они приводятся в действие человеком, наступающим на внешний корпус, чтобы повернуть все устройство как единое целое, что потребовало бы жесткого крепления корпуса к винту.

Немецкий инженер Конрад Кизер снабдил винт Архимеда кривошипным механизмом в своем Bellifortis (1405). Этот механизм быстро заменил древнюю практику работы на трубе с помощью протектора.[9]

Дизайн

Винт Архимеда состоит из винта (a спиральный поверхность, окружающая центральный цилиндрический вал) внутри полой трубы. Винт обычно вращается с помощью ветряной мельницы, ручного труда, крупного рогатого скота или с помощью современных средств, таких как двигатель. Когда вал вращается, его нижний конец набирает объем воды. Эта вода затем выталкивается вверх по трубке вращающимся геликоид пока он не выльется из верхней части трубки.

Поверхность контакта между винтом и трубой не обязательно должна быть полностью водонепроницаемой, если количество воды, забираемой за каждый оборот, велико по сравнению с количеством воды, вытекшей из каждой секции винта за один оборот. Если вода из одной секции просочится в следующую, нижнюю, она будет перемещена вверх следующим сегментом винта.

В некоторых конструкциях винт приварен к корпусу, и они оба вращаются вместе, вместо того, чтобы винт вращался внутри неподвижного корпуса. Винт может быть прикреплен к корпусу смолой или другим клеем, или винт и корпус могут быть отлиты вместе как единая деталь из бронзы.

Дизайн бытового греческого и римского водяного винта в отличие от тяжелого бронзового устройства Сеннахирим, с его проблемными приводными цепями, обладает мощной простотой. Двойной или тройной спираль был построен из деревянных полос (или иногда из бронзовой пленки) вокруг тяжелого деревянного столба. Цилиндр был построен вокруг спиралей из длинных узких досок, прикрепленных к их периферии и гидроизолированных смолой.[6]

Использует

Шнек использовался преимущественно для транспортировки воды в ирригационные системы, а также для осушения шахт или других низинных территорий. Он использовался для осушения земли, которая находилась под морем в Нидерланды и другие места в создании польдеры.

Винты Архимеда используются в очистка сточных вод растения, потому что они хорошо справляются с различной скоростью потока и с взвешенными веществами. An шнек в снегоочиститель или же элеватор по сути, винт Архимеда. Многие формы осевой насос в основном содержат винт Архимеда.

Этот принцип также используется в пескалаторах, которые представляют собой винты Архимеда, предназначенные для безопасного подъема рыбы из прудов и их транспортировки в другое место. Эта технология используется в основном в рыбоводных заводах, где желательно минимизировать физическое обращение с рыбой.

Винт Архимеда был использован в успешной стабилизации 2001 г. Пизанская башня. Небольшое количество грунта, насыщенного грунтовыми водами, было удалено далеко под северной стороной башни, а вес самой башни исправил наклон. шоколадные фонтаны.

Винтовые турбины Архимеда (AST) - это новая форма генераторов для малых гидроэлектростанций, которые могут применяться даже на малых напорах.[2] Низкая скорость вращения AST снижает негативное воздействие на водную жизнь и рыбу.[2]

Варианты

Винт Архимеда на комбайн
Основная статья: Винтовой конвейер

А винтовой конвейер представляет собой винт Архимеда, заключенный в трубу и вращаемый двигателем, чтобы доставлять материал от одного конца конвейера к другому. Он особенно подходит для транспортировки сыпучих материалов, таких как пластиковые гранулы, используемые при литье под давлением, и злаки. Его также можно использовать для транспортировки жидкостей. В приложениях промышленного управления конвейер может использоваться как роторный питатель или же питатель с переменной скоростью для подачи измеренного количества или количества материала в процесс.

Вариант винта Архимеда также можно найти в некоторых термопластавтоматы, литье под давлением машины и экструзии пластмасс, в которых используется винт уменьшения подача сжать и расплавить материал. Он также используется в роторно-винтовой воздушный компрессор. В гораздо большем масштабе винты Архимеда уменьшающегося шага используются для уплотнение отходов.

Обратное действие

Основная статья: Винтовая турбина

Если вода подается в верхнюю часть винта Архимеда, она заставляет винт вращаться. Затем вращающийся вал можно использовать для привода электрогенератора. Такая установка имеет те же преимущества, что и использование винта для перекачивания: способность справляться с очень грязной водой и широкий диапазон значений расхода при высокой эффективности. Settle Hydro и Торрс Гидро два обратных винта микро гидро схемы, действующие в Англии. Винт хорошо работает как генератор при низкие головы, обычно встречаются в английских реках, включая Темза, питание Виндзорский замок.[10]

В 2017 году в США открылась первая оборотно-винтовая гидроэлектростанция. Мериден, Коннектикут.[11][12] Проект Meriden был построен и управляется New England Hydropower с паспортной мощностью 193 кВт и коэффициентом мощности примерно 55% в течение 5-летнего периода работы.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б c d е ж Стюарт, Бобби Олтон; Терри А. Хауэлл (2003). Энциклопедия науки о воде. США: CRC Press. п. 759. ISBN  0-8247-0948-9.
  2. ^ а б c ЮсефДуст, Араш; Любиц, Уильям Дэвид (2020). «Винтовые турбины Архимеда: решение для устойчивого развития для производства зеленой и возобновляемой энергии - обзор потенциальных и проектных процедур». Устойчивость. 12 (18): 7352. Дои:10.3390 / su12187352.
  3. ^ Новая стандартная энциклопедия. Standard Educational Corp. 1978. стр. А-257. ISBN  9780873921831. Получено 30 апреля 2020. Винт Архимеда был разработан в Древнем Египте и впоследствии использовался Архимедом (287–212 гг. До н. Э.)
  4. ^ "Винт". Британская энциклопедия онлайн. Британская энциклопедия, 2011 г.. Получено 2011-03-24.
  5. ^ Стефани Далли, Тайна Висячего сада Вавилона: обнаружено неуловимое чудо света, (2013), ОУП ISBN  978-0-19-966226-5
  6. ^ а б Далли, Стефани; Олесон, Джон Питер (2003). «Сеннахирим, Архимед и водяной винт: контекст изобретения в древнем мире». Технологии и культура. 44 (1): 1–26. Дои:10.1353 / тех.2003.0011. S2CID  110119248.
  7. ^ а б Олесон 2000, стр. 242–251
  8. ^ Хейвен, Кендалл Ф. (2006). Сто величайших научных изобретений всех времен. США: безлимитные библиотеки. С. 6–. ISBN  1-59158-264-4.
  9. ^ Уайт-младший, 1962 г., стр.105, 111, 168
  10. ^ BBC. «Водяная турбина Виндзорского замка установлена ​​на Темзе» bbc.com, 20 сентября 2011. Дата обращения: 19 октября 2017.
  11. ^ ГЛАДКИЙ ГРИГОРИЙ Б. «Винт Архимеда используется для выработки электроэнергии на плотине Мериден». courant.com. Получено 2017-08-01.
  12. ^ «На электростанции Мериден используется винтовая турбина Архимеда». Получено 2017-08-01.

Рекомендации

  • П. Дж. Кантерт: "Руководство для винтового насоса Архимеда", Hirthammer Verlag 2008, ISBN  978-3-88721-896-6.
  • П. Дж. Кантерт: "Praxishandbuch Schneckenpumpe", Hirthammer Verlag 2008, ISBN  978-3-88721-202-5.
  • П. Дж. Кантерт: "Praxishandbuch Schneckenpumpe" - 2-е издание 2020 г., DWA, ISBN  978-3-88721-888-1.
  • Олесон, Джон Питер (1984), Греческие и римские механические водоподъемные устройства. История технологии, Дордрехт: Д. Рейдел, ISBN  90-277-1693-5
  • Олесон, Джон Питер (2000), «Подъем воды», в Викандер, Орджан (ред.), Справочник по древней водной технологии, Технологии и изменения в истории, 2, Leiden, pp. 217–302 (242–251), ISBN  90-04-11123-9
  • Нюрнбергк Д. и Роррес Ч .: «Аналитическая модель притока воды из винта Архимеда, используемого в гидроэнергетике», Журнал гидротехнической инженерии ASCE, опубликовано: 23 июля 2012 г.
  • Нюрнбергк Д. М .: "Wasserkraftschnecken - Berechnung und optimaler Entwurf von archimedischen Schnecken als Wasserkraftmaschine", Verlag Moritz Schäfer, Detmold, 1. Edition. 2012 г., 272 бумаги, ISBN  978-3-87696-136-1
  • Роррес Ч .: «Поворот винта: оптимальная конструкция винта Архимеда», Журнал ASCE по гидротехнике, том 126, номер 1, январь 2000 г., стр. 72–80
  • Nagel, G .; Радлик, К .: Wasserförderschnecken - Planung, Bau und Betrieb von Wasserhebeanlagen; Удо Пфример Бухверлаг ин дер Бауверлаг ГмбХ, Висбаден, Берлин (1988)
  • Уайт, младший, Линн (1962), Средневековые технологии и социальные изменения, Оксфорд: в Clarendon Press

внешняя ссылка