توربین پیچ ارشمیدس

پیچ ارشمیدس (به انگلیسی: Archimedes Screw) یکی از قدیمی ترین ماشین های هیدرولیکی است که به عنوان پمپ، توربین و دستگاه دوکاره پمپ-توربین استفاده می شود . توربین پیچ ارشمیدس (به انگلیسی: Archimedes Screw Turbine/Generator) در واقع یک ژنراتور هیدرولیکی با سازوکاری قابل مقایسه با چرخ آبی است که با استفاده از مبانی پیچ ارشمیدس انرژی بالقوه (پتانسیل) آب بالادست را به کار تبدیل می کند. بنابراین در ادبیات مربوط به پیچ ارشمیدس، از آن به عنوان ژنراتور یا مولد پیچ ارشمیدس (Archimedes Screw Generator) یاد شده است.

دو توربین پیچ ارشمیدس موازی در ولز (Monmouth, Wales) هر توربین با قابلیت تولید ۷۵ کیلووات

سازوکار (مکانیزم) پیچ ارشمیدس به عنوان توربین در نیروگاه‌های کوچک/خیلی کوچک برق آبی

توربین پیچ ارشمیدس شامل یک روتور به شکل یک پیچ ارشمیدس است که در یک کانال نیم دایره می‌چرخد. آب به داخل توربین می‌ریزد و [اختلاف فشار ایجاد شده توسط نیروی] وزن آب خود توربین را به گردش وامی‌دارد. آب از انتهای توربین آزادانه به رودخانه وارد می‌شود. انتهای فوقانی پیچ از طریق جعبه دنده به ژنراتور متصل می‌شود.

توربین پیچ ارشمیدس یک گرینه مناسب برای رودخانه‌هایی با ارتفاع (هد) آب نسبتاً کم (از ۰٫۱ متر تا ۱۰ متر) با دبی کم (۰٫۰۱ متر مکعب در ثانیه تا حدود ۱۰ متر مکعب در ثانیه) می‌باشد. به دلیل ساختار و سرعت حرکت آرام پره‌ها، این توربین آثار منفی کمی بر حیات وحش آبزیان خصوصاً ماهی‌ها دارد. بنابراین توربین پیج ارشمیدس می‌تواند زمانی که توسعه مشروط به حفظ و مراقبت از محیط زیست و حیات وحش باشد مورد استفاده قرار گیرد.

طراحی پیچ ارشمیدس

مطالعات نشان داده است که مقدار حجم عبوری جریان (Q) از پیچ ارشمیدس تابعی از عمق ورودی، قطر ( $D_{O}$

) و سرعت چرخش توربین (

\omega

) است. بنابراین ا استفاده از معادله تحلیلی زیر قطر کلی توربین قابل محاسبه خواهد بود:

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

فرمول فوق بر اساس طراحی های صنعتی موجود به صورت زیر قابل ساده سازی است:

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

مقدار η به سادگی از گراف $\eta$

یا گراف

\Theta

قابل تعیین است. با تعیین

D_{O}

سایر پارامترهای طراحی پیچ ارشمیدس با روش تحلیلی گام به گام Yoosefdoost-Lubitz به سادگی قابل تعیین و طراحی خواهند بود.

نیروگاه برق آبی پیچ ارشمیدس

با استفاده از دستورالعل Yoosefdoost-Lubitz طراحی نیروگاه برق آبی پیچ ارشمیدس به سادگی قابل انجام است. بر اساس مطالعات بیش از 180 نیروگاه برق آبی توربین پیچ ارشمیدس درحال بهره برداری است.

در ایالات متحده:

اولین توربین پیچ ارشمیدس در ایالات متحده در آوریل، ۲۰۱۷ و در دریاچه هانوفر در رودخانه کوینی پیاک در مریدن، کانتیکت با ظرفیت ۱۰۵ کیلووات (۹۲۰٬۰۰۰ کیلووات ساعت در سال) راه اندازی و به شبکه متصل شد.

در کانادا:

اولین توربین پیچ ارشمیدس در کانادا در سال ۲۰۱۳ در حوالی واترفورد در ایالت آنتاریو نصب شد.

مراجع طراحی توربین پیچ ارشمیدس

راهنمای طراحی نیروگاه های برق آبی با توربین پیچ ارشمیدس، doi:10.3390/pr9122128

مدل تحلیلی طراحی توربین پیچ ارشمیدس، doi:10.3390/en14227812

مبانی طراحی نیروگاه های برق آبی کوچک توربین پیچ ارشمیدس، ملاحضات اجرایی و توسعه پایدار، doi:10.3390/su12187352

جستارهای وابسته

منابع

↑ YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (2021-01). "Archimedes Screw Design: An Analytical Model for Rapid Estimation of Archimedes Screw Geometry". Energies (به انگلیسی). 14 (22): 7812. doi:10.3390/en14227812.
↑ YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (2021-12). "Design Guideline for Hydropower Plants Using One or Multiple Archimedes Screws". Processes (به انگلیسی). 9 (12): 2128. doi:10.3390/pr9122128.
↑ YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (2020). "Archimedes Screw Turbines: A Sustainable Development Solution for Green and Renewable Energy Generation—A Review of Potential and Design Procedures". Sustainability (به انگلیسی). 12 (18): 7352. doi:10.3390/su12187352.
↑ YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (2021). Ting, David S.-K.; Vasel-Be-Hagh, Ahmad (eds.). "Development of an Equation for the Volume of Flow Passing Through an Archimedes Screw Turbine". Sustaining Tomorrow. Springer Proceedings in Energy (به انگلیسی). Cham: Springer International Publishing: 17–37. doi:10.1007/978-3-030-64715-5_2. ISBN 978-3-030-64715-5.
↑ Andrew Ragall, Ancient technology in Meriden's Hannover Pond dam begins generating electricity, Meriden Record Journal, April 27, 2017.
↑ New England Hydropower Energizes First Archimedes Screw Turbine in U.S., PR Newswire, April 27, 2017.

[:0-1] YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (2021-01). "Archimedes Screw Design: An Analytical Model for Rapid Estimation of Archimedes Screw Geometry". Energies (به انگلیسی). 14 (22): 7812. doi:10.3390/en14227812.

[:2-2] YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (2021-12). "Design Guideline for Hydropower Plants Using One or Multiple Archimedes Screws". Processes (به انگلیسی). 9 (12): 2128. doi:10.3390/pr9122128.

[:1-3] YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (2020). "Archimedes Screw Turbines: A Sustainable Development Solution for Green and Renewable Energy Generation—A Review of Potential and Design Procedures". Sustainability (به انگلیسی). 12 (18): 7352. doi:10.3390/su12187352.

[4] YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (2021). Ting, David S.-K.; Vasel-Be-Hagh, Ahmad (eds.). "Development of an Equation for the Volume of Flow Passing Through an Archimedes Screw Turbine". Sustaining Tomorrow. Springer Proceedings in Energy (به انگلیسی). Cham: Springer International Publishing: 17–37. doi:10.1007/978-3-030-64715-5_2. ISBN 978-3-030-64715-5.

[5] Andrew Ragall, Ancient technology in Meriden's Hannover Pond dam begins generating electricity, Meriden Record Journal, April 27, 2017.

[6] New England Hydropower Energizes First Archimedes Screw Turbine in U.S., PR Newswire, April 27, 2017.