توربین پیچ ارشمیدس

پیچ ارشمیدس ( به انگلیسی: Archimedes Screw ) یکی از قدیمی ترین ماشین های هیدرولیکی است [ ۱] که به عنوان پمپ، توربین و دستگاه دوکاره پمپ - توربین استفاده می شود [ ۲] . توربین پیچ ارشمیدس ( به انگلیسی: Archimedes Screw Turbine/Generator ) در واقع یک ژنراتور هیدرولیکی با سازوکاری قابل مقایسه با چرخ آبی است[ ۳] 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. [ ۲] [ ۱]
توربین پیچ ارشمیدس شامل یک روتور به شکل یک پیچ ارشمیدس است که در یک کانال نیم دایره می چرخد. آب به داخل توربین می ریزد و وزن آب خود توربین را به گردش وامی دارد. آب از انتهای توربین آزادانه به رودخانه وارد می شود. انتهای فوقانی پیچ از طریق جعبه دنده به ژنراتور متصل می شود.
توربین پیچ ارشمیدس یک گرینه مناسب برای رودخانه هایی 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 ) [ ۳] می باشد. به دلیل ساختار و سرعت حرکت آرام پره ها، این توربین آثار منفی کمی بر حیات وحش آبزیان خصوصاً ماهی ها دارد. [ ۳] بنابراین توربین پیج ارشمیدس می تواند زمانی که توسعه مشروط به حفظ و مراقبت از محیط زیست و حیات وحش باشد مورد استفاده قرار گیرد.
مطالعات نشان داده است که مقدار حجم عبوری جریان ( Q ) از پیچ ارشمیدس تابعی از عمق ورودی، قطر ( D O ) و سرعت چرخش توربین ( ω ) است. [ ۴] بنابراین ا استفاده از معادله تحلیلی زیر قطر کلی توربین قابل محاسبه خواهد بود:[ ۱]
D O = ( 16 π Q / σ ω ( 2 θ O − s i n 2 θ O ) − δ 2 ( 2 θ i − s i n ( 2 θ i ) ) 1 / 3
فرمول فوق بر اساس طراحی های صنعتی موجود به صورت زیر قابل ساده سازی است: [ ۲]
D O ≈ η Q 3 / 7
مقدار η به سادگی از گراف η [ ۱] یا گراف Θ [ ۲] 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. [ ۱] [ ۲]