Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с архимедова винта )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Винт Архимеда управляется вручную и может эффективно поднимать воду.

Винт Архимеда , также известный как винт воды , винтовой насос или египетский винт , [1] является машина используется для переноса воды из низменного тела воды в ирригационные 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 / генераторы Архимеда ). [2] Хотя его обычно приписывают Архимеду , есть некоторые свидетельства того, что это устройство использовалось вДревний Египет задолго до его времени. [3]

История [ править ]

Водяной насос в Египте 1950-х годов, в котором используется винтовой механизм Архимеда.

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 Нила , состоял из труб, намотанных на цилиндр; по мере того как весь блок вращается, вода поднимается внутри спиральной трубы на более высокую высоту. В более поздней конструкции винтового насоса из Египта была спиральная канавка, вырезанная 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 использовалось для орошения Висячих садов Вавилона , одного из семи чудес древнего мира . Клинописная надпись ассирийского царя Сеннахирима (704–681 до н.э.) была интерпретирована Стефани Далли [5] как описание отливки водяных винтов в бронзе около 350 лет назад. Это согласуется с классическим автором Страбоном , который описывает Висячие сады как орошаемые винтами. [6]

Винтовой насос позже был завезен из Египта в Грецию. [1] Он был описан Архимедом , [7] по случаю его визита в Египет , около 234 г. до н. [8] Эта традиция может отражать только то, что этот аппарат был неизвестен грекам до эллинистических времен. [7] Архимед никогда не заявлял о признании своего изобретения, но 200 лет спустя его приписал Диодор , который считал, что Архимед изобрел винтовой насос в Египте. [1] Изображения на греческом и римском языках Гидравлические винты показывают, что они приводятся в действие человеком, наступающим на внешний корпус, чтобы повернуть все устройство как одно целое, что потребует жесткого крепления корпуса к винту.

Немецкий инженер Конрад Кезер оснастил винт Archimedes кривошипно-шатунным механизмом в своем Bellifortis (1405 г.). Этот механизм быстро заменил древнюю практику работы с трубой топлением. [9]

Дизайн [ править ]

Винт Архимеда как форма искусства Тони Крэгга в 's-Hertogenbosch в Нидерландах

Винт Архимеда состоит из винта ( винтовая 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, нижний конец набирает объем воды. Затем эта вода выталкивается вверх по трубке вращающимся геликоидом, пока она 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, вытекающей 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 как единое целое из бронзы.

Конструкция обычного греческого и римского водяного винта, в отличие от тяжелого бронзового устройства Сеннахирима с его проблемными приводными цепями, отличается мощной простотой. Двойная или тройная спираль строилась 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 [ редактировать ]

Винт современного Архимеда, который заменил некоторые ветряные мельницы, используемые для слива польдеров в Киндердейке в Нидерландах.

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 Нидерландах и других местах при создании польдеров .

Винты Архимеда используются на очистных сооружениях, потому что они хорошо справляются с различными скоростями потока и с взвешенными твердыми частицами. Шнек в снегоочистителе или элеватор по существу является винт Архимеда. Многие виды насосов с осевым потоком 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 Пизанской башни в 2001 году . Небольшие количества грунта, насыщенного грунтовыми водами, были удалены далеко под северной стороной башни, и вес самой башни скорректировал наклон. Винты Архимеда также используются в шоколадных фонтанах .

Винтовые турбины Archimedes (AST) - это новая форма генераторов для малых гидроэлектростанций, которые могут применяться даже на объектах с низким напором. [2] Низкая скорость вращения AST снижает негативное воздействие на водные организмы и рыбу. [2]

Варианты [ править ]

Винт Архимеда на комбайне
Основная статья: Винтовой конвейер

Винтовой конвейер является винт Архимеда , содержащийся внутри трубки и превратили в движение двигателем таким образом , чтобы доставить материал от одного конца конвейера к другому. Он особенно подходит для транспортировки сыпучих материалов, таких как пластиковые гранулы, используемые при литье под давлением, и зерна злаков . Его также можно использовать для транспортировки жидкостей. В приложениях промышленного управления конвейер может использоваться как роторный питатель или питатель с переменной скоростью для подачи измеренного количества или количества материала в процесс.

Вариант Архимеда винт также могут быть найдены в некоторых литьевых машинах , литье под давлением машины и экструзии пластмасс, которые используют винт уменьшения шага для сжатия и плавления материала. Он также используется в винтовых воздушных компрессорах . В гораздо большем масштабе винты Архимеда с уменьшающимся шагом используются для уплотнения отходов.

Обратное действие [ править ]

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 шнека для перекачивания: способность работать с очень грязной водой и широким изменением скорости потока при высоком КПД. Settle Hydro и Torrs Hydro - это две микрогидравлические схемы с обратным винтом , работающие в Англии. Винт хорошо работает как генератор на низких напорах , обычно встречающихся в английских реках, включая Темзу , питающую Виндзорский замок . [10]

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

См. Также [ править ]

  • Архимедова спираль
  • Винтовой автомобиль
  • СС « Архимед» - первый пароход с гребным винтом .
  • Винт (простая машина)
  • Винтовая турбина
  • Спиральный насос
  • Витрувий

Заметки [ править ]

  1. ^ a b c d e f Стюарт, Бобби Олтон; Терри А. Хауэлл (2003). Энциклопедия науки о воде . США: CRC Press. п. 759. ISBN. 0-8247-0948-9.
  2. ^ a b c ЮзефДуст, Араш; Любиц, Уильям Дэвид (2020). «Винтовые турбины Архимеда: решение для устойчивого развития для производства зеленой и возобновляемой энергии - обзор потенциальных и проектных процедур» . Устойчивое развитие . 12 (18): 7352. DOI : 10,3390 / su12187352 .
  3. ^ Новая стандартная энциклопедия . Standard Educational Corp. 1978. стр. А-257. ISBN 9780873921831. Проверено 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 . Энциклопедия Britannica Co. 2011 . Проверено 24 марта 2011 .
  5. ^ Стефани Далли, Тайна Висячего сада Вавилона: прослеженное неуловимое чудо света , (2013), OUP 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. DOI : 10.1353 / tech.2003.0011 . S2CID 110119248 . 
  7. ^ a b 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. Перейти ↑ White, Jr. 1962 , pp. 105, 111, 168
  10. ^ BBC. «Водяная турбина Виндзорского замка установлена ​​на Темзе» bbc.com , 20 сентября 2011 г. Дата обращения : 19 октября 2017 г.
  11. ^ HLADKY, ГРЕГОРИЙ Б. «Винт Архимеда, используемый для выработки электроэнергии на плотине Мериден» . courant.com . Проверено 1 августа 2017 .
  12. ^ "Электростанция Мериден использует винтовую турбину Архимеда" . Проверено 1 августа 2017 .

Источники [ править ]

  • PJ Kantert: "Руководство для винтового насоса Архимеда", 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-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), «Water-Lifting», в Wikander, Örjan (ed.), Handbook of Ancient Water Technology , Technology and Change in History, 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 ASCE по гидротехнике, опубликовано: 23 июля 2012
  • Nuernbergk DM: "Wasserkraftschnecken - Berechnung und optimaler Entwurf von archimedischen Schnecken als Wasserkraftmaschine", Verlag Moritz Schäfer, Detmold, 1. Edition. 2012 г., 272 папок, 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), Средневековая технология и социальные изменения , Оксфорд: в Clarendon Press

Внешние ссылки [ править ]

  • «Поворот винта: оптимальная конструкция винта Архимеда » Криса Рорреса, доктора философии.
  • «Архимедов винт» Шандора Кабая, Демонстрационный проект Вольфрама , 2007.