Винт Архимеда

Анимация работы архимедова винта

Архимедов винт в шведском посёлке

Схема архимедова винта

Архимедов винт, винт Архимеда — это механизм, исторически использовавшийся для передачи воды из низколежащих водоёмов в оросительные каналы. Он был одним из нескольких изобретений и открытий, традиционно приписываемых Архимеду, жившему в 3-ем веке до н. э. Архимедов винт стал прообразом шнека.

Принцип работы

Машина состоит из винта внутри полой трубы. Она была изобретена Архимедом примерно в 250 году до н. э. либо в Греции ранее. Винт можно представить как наклонную плоскость, навёрнутую на цилиндр.

Винт вращается обычно с помощью ветряного колеса либо вручную. В то время, как поворачивается нижний конец трубы, он собирает некоторый объём воды. Это количество воды будет скользить вверх по спиральной трубе во время вращения вала, пока наконец вода не выльется из вершины трубы, снабжая ирригационную систему.

Контактная поверхность между винтом и трубой не обязана быть идеально водонепроницаемой, потому что относительно большое количество воды черпается за один поворот по отношению к угловой скорости винта. Кроме того, вода, просачивающаяся из верхней секции винта, попадает в предыдущую секцию и так далее, таким образом, в машине достигается динамическое равновесие, что препятствует уменьшению механической эффективности.

«Винт» не обязан поворачиваться внутри неподвижной оболочки, он может вращаться вместе с нею как одно целое. Винт может быть герметично прикреплён с помощью смолы или другого связующего к оболочке либо отлит из бронзы как одно целое с оболочкой, как, по предположению некоторых исследователей, были сделаны устройства, орошавшие висячие сады в Вавилоне. Изображения древнегреческих и древнеримских водяных винтов показывают, что винт двигался человеком, наступавшим на внешнюю оболочку, чтобы вращать весь аппарат как единое целое, что требовало, чтобы корпус был жестко скреплён с винтом.

Современные архимедовы винты, используемые для осушения польдеров в Голландии.

Применение

Издавна архимедов винт применялся для подъёма воды в оросительные каналы. Кроме того, это устройство также использовалось для «кражи» земли у моря в Голландии и других местах при создании польдеров. Часть моря перекрывалась дамбой, и вода удалялась из огороженного участка, начиная процесс осушения земли для использоваия в земледелии. В зависимости от длины и диаметра винтов, более чем одна машина могли использоваться, чтобы успешно поднять ту же самую воду.

Архимедовы винты использовались в установках по обработке сточных вод, потому что они успешно справляются с разными мощностями потока и с суспензиями.

Тот же принцип можно увидеть в пескалаторах, которые являются архимедовыми винтами, предназначенными для безопасного подъёма рыбы из прудов и перевозки её в другое место. Эта технология в основном применяется рыбоводных заводах (рыбопитомниках), где она предпочтительна для уменьшения грубого обращения с рыбой.

Математическое описание

Наклон поверхности спиралевидных лопастей по отношению к его краю равен 2. Это требует, чтобы наклон винта по отношению к горизонту был меньше 2 (угол около 63 градусов) с целью образовать ковши или карманы воды. В профиле винта, проекция каждой спиралевидной лопасти состоит из двух синусоидальных кривых с одинаковыми периодами и фазами.

Основные размеры винтового насоса

Одна кривая имеет амплитуду, равную внутреннему радиусу цилиндрической оболочки, а другая кривая имеет амплитуду, равную радиусу внутреннего цилиндра (вала). Горизонтальный уровень воды в каждом полном «ковше» воды является касательной к внутренней синусоиде. Поэтому, если уравнение внутренней синусоиды y = sin x, то уровень воды — это касательная к ней при x = arccos(−3/4) = 138.59°.

d = диаметр вала

D = диаметр лопастей

β = угол установки

H₀ = высота наклона

H₁ = разность уровней воды

H₂ = высота наклона

H₃ = высота подъёма воды

J = число параллельных спиралей

L = длина спирали

S = длина шага спирали

См. также

• Архимед
• Винт
• Насос
• Шнек

Ссылки

• «Archimedean Screw» by Sándor Kabai, The Wolfram Demonstrations Project, 2007.

Внешние ссылки

• Technology and Culture Volume 44, Number 1, January 2003 (PDF) Dalley, Stephanie. Oleson, John Peter. «Sennacherib, Archimedes, and the Water Screw: The Context of Invention in the Ancient World»
• The Turn of the Screw: Optimal Design of an Archimedes Screw, by Chris Rorres, PhD.
• Plywood archimedean screw water pump , how to build a functioning Archimedes' screw pump
• Manual for Screw Pumps , publisher

raxishandbuch Schneckenpumpe