Csavaros turbina

Az arkhimédészi csavar fordított működése, az elve, hogy a csigaturbina a csavaron keresztül átfolyó vízből nyer energiát

A csavarturbinák általában három vagy négy járattal rendelkeznek (második sor)

Két párhuzamos csavarturbina, amelyek 75 kilowattórát képesek egyenként megtermelni, Monmouth, Wales

Videofelvétel egy 40 kW-os csavarturbina működéséről. München, Németország

Az Archimedesi csiga tervezéséhez szükséges paraméterek. Az Archimedesi csigasor tervezési paraméterei hasonlóak az Archimedes csavarturbinák (generátorok) és az Arkhimédészi csigaszivattyúk tervezésénél

A csigaturbina (más néven Archimedian turbina, Archimedes csavargenerátor vagy ASG, vagy Archimedes csavarturbina vagy AST ) olyan vízturbina, amely a víz potenciális energiáját a felhajtóerő hasznos munkává alakítja. Ezt a vízenergia-átalakítót a víz súlya hajtja, hasonlóan a vízikerekekhez, és kvázi statikus nyomású gépnek tekinthető. Az Archimedes csavargenerátorok széles áramlási tartományban (0,01 m³/s-tól 14,5 m³/s-ig ) és magasságban (0,1 m és 10 m között)működnek, beleértve az alacsony emelőmagasságot és a mérsékelt áramlási sebességet, amelyek nem ideálisak a hagyományos turbinákhoz, és amelyek nagy teljesítményű technológiák által nem kihasználhatóak és gazdaságosak. Az Archimedes csavargenerátorok hossza 1 és 30 m között van.

Arkhimédész csavarja felhasználható áram előállítására, ha azokat áramló folyadék hajtja, nem pedig emelő folyadék. A csavaron magasról alacsonyra haladó víz nyomatékot generál a spirális sík felületeken, ami a csavar forgását okozza. Az Archimedes csavargenerátor egy archimédeszi csavar alakú rotorból áll, amely egy félkör alakú vályúban forog. A víz beáramlik a csavarba, és súlya lenyomja a turbina lapátjait, ami viszont a turbinát elfordulásra kényszeríti. A víz a csavar végéről szabadon folyik a vízfolyásba. A csavar felső vége egy sebességváltón keresztül egy generátorhoz csatlakozik. Az Archimedes csavar elméletileg egy megfordítható hidraulikus gép, és vannak példák egyedi telepítésekre, ahol a csavarok felváltva használhatók szivattyúként és generátorként.

Csigaturbina egy kis vízerőműben Gorynban, Lengyelországban

Az arkhimédeszi csiga egy ősi találmány, amelyet a szirakuszai Arkhimédésznek (i. e. 287–212) tulajdonítottak, és általában arra használták, hogy vizet emeljenek ki a vízfolyásból öntözési célokra. 1819-ben a francia mérnök, Claude Louis Marie Henri Navier (1785–1836) javasolta az archimédeszi csavar használatát vízikerékként. 1916-ban William Moerscher amerikai szabadalmat kért a hidrodinamikus csigaturbinára.

12 kW csavarturbina a Cragside birtokon

Az archimédeszi csigaturbinát viszonylag alacsony esésű (0,1-től 10 m) kis áramlású (0,01 m³/s- kb. 10 m³/s/turbina) folyókon alkalmazzák. A turbina lapátjainak felépítése és lassú mozgása miatt a turbina a vízi élővilág számára barátságosnak tekinthető. Gyakran "halbarát" címkével látják el. Az archimédeszi turbina olyan helyeken használható, ahol a környezet megőrzésére és a vadon élő állatokra fokozottan kell figyelni.

Az Archimedes Screw Turbine (AST) vízerőmű három fő alkotóelemből álló rendszernek tekinthető: egy tározóból, egy gátból és az AST-ből (amely vezérlőkapuval és hordalékfogóval kapcsolódik a rendszerhez). A legtöbb valódi AST helyen a bejövő áramlást meg kell osztani az AST és egy párhuzamos gát között. Általában a helyi környezet védelme érdekében a gáton kivüli egyéb minimális elfolyás kötelező. A rendszer további elemeinek tekinthetők más kivezetések, mint például egy hallépcső. Az Archimedes csavarturbinák és csavaros vízerőművek tervezésének alapelveiről szóló átfogó útmutató elérhető az "Archimedes csavarturbinák: Fenntartható fejlesztési megoldás a zöld és megújuló energiatermeléshez – a lehetőségek és a tervezési eljárások áttekintése" című kiadványban.

Az Archimedes csigaturbinák és vízerőművek tervezéséhez elengedhetetlen a csigaturbinán áthaladó víz mennyiségének becslése, mivel az Archimedes csigaturbina által termelt energia mennyisége arányos a rajta áthaladó víz térfogatáramával. Az Archimedes-csiga turbinába belépő víz mennyiségétől, a belépő víz mélységétől, és a csavar forgási sebességétől függ. Az Archimedes csigaturbinán áthaladó teljes áramlási sebesség becsléséhez különböző forgási sebességek (ω) és belépő vízszintek esetén a következő egyenlet használható:

$Q=\alpha Q_{Max}(A_{E}/A_{Max})^{\beta }(\omega /\omega _{M})^{\gamma }$

Ahol $\alpha$, $\beta$ és $\gamma$ a csavar tulajdonságaival kapcsolatos állandók. Az előzetes vizsgálatok arra utalnak $\alpha =1.242$, $\beta =1.311$, és $\gamma =0.822$ észszerű előrejelzéseket adni $Q$ a kis és a teljes méretű AST méretek széles skálájához.

Meghatározásával $D_{O}$ Az Archimedes csavarok egyéb tervezési paraméterei könnyen kiszámíthatók egy egyszerű, lépésről lépésre végzett analitikai módszerrel. A vizsgálatok azt mutatják, hogy az Archimedes-csavarokon áthaladó áramlás térfogata a bemeneti mélység, a csavar átmérője és forgási sebességének függvénye. Ezért a kívánt térfogatáram $Q$ ban ben $(m^{3}/s)$ és forgási sebesség $\omega$ ban ben $(rad/s)$ a következő analitikai egyenlet használható az Archimedes csavarok teljes átmérőjének meghatározására $D_{O}$ ban ben $(m)$ :

$D_{O}=(16\pi Q}/{\sigma \omega (2\theta _{O}-sin2\theta _{O})-\delta ^{2}(2\theta _{i}-sin(2\theta _{i}))^{1/3}$

Az Archimedes csavartervezői által használt általános szabványok alapján ez az analitikai egyenlet a következőképpen egyszerűsíthető:

$D_{O}=\eta Q^{3/7}$

η értéke egyszerűen meghatározható a $\eta$ grafikon ill $\Theta$ grafikon. Meghatározásával $D_{O}$ Az Archimedes csavarok egyéb tervezési paraméterei könnyen kiszámíthatók egy egyszerű, lépésről lépésre végzett analitikai módszerrel.

 Magyarország

Szentgotthárdi Vizierőmű.

Egyesült Királyság

• Woolston, Cheshire gát a Mersey folyón 486 kW, építés alatt
• Devon, Totnes 320 kW, Üzembe helyezés: 2015. december
• Romney, Berkshire, 270 kW, A Windsor Castle megújuló energiaforrásának biztosítására telepítve, üzembe helyezve 2013 júliusában
• Bealey-gát, Radcliffe, 100 kW, 2012 májusában üzembe helyezve
• Mapledurham, Temze, az Egyesült Királyság legnagyobb Archimédészi egycsavaros áramlási kapacitása (8 m³/s) 99 kW.
• Buckfast, River Dart, csavaros turbina és halátjáró, 84 kW
• Az Egyesült Királyság első közösségi tulajdonában lévő vízi rendszer és halátjáró, 63 kW New Millsben.
• Az Egyesült Királyság első hálózatra csatlakoztatott csavarturbinája, 50 kW a River Dart Country Parkban.
• Bainbridge, közösségi tulajdonú csavarturbina, 37 kW
• Tipton, River Otter, 30 kW
• Rochdale, csavaros turbina és halátjáró, 20 kW
• Cragside, a vízienergia szülőhelye, 12 kW

Egyesült Államok

• Hannover-tó a Quinnipiac folyón Meridenben, Connecticutban, 105 kW (vagy 920 000 kWh/év), hálózatra kapcsolva, üzembe helyezve 2017. április; az első csavarturbina telepítés az Egyesült Államokban.

Kanada

• Az első Archimedes csavarturbinát 2013-ban telepítették Kanadában az ontariói Waterford közelében.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Screw turbine című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.