Arkhimedeen ruuvi – vesipumppu, toiminta ja käyttö
Tutustu Arkhimedeen ruuviin: perinteinen vesipumppu, sen toiminta ja käyttö kastelussa sekä käänteiset sovellukset sähköntuotantoon ja likaveden tehokkaaseen käsittelyyn.
Arkhimedeen ruuvi on kone, eräänlainen pumppu, jota käytetään veden tai muun nesteen nostamiseen ylöspäin. Se koostuu ruuvimaisesta kierteestä, joka kiertyy melko tiiviissä sylinterissä. Kun ruuvi on alapäässään vedessä, sen kierteisiin tarttuu vettä, joka kulkeutuu kiertyvän liikkeen myötä ylöspäin ja valuu ulos suuaukosta. Ruuvia voidaan kääntää käsin, tuulimyllyllä tai moottorilla. Sitä käytetään perinteisesti muun muassa kastelukanavien ja ojien täyttämiseen, imeytys- ja kuivatusjärjestelmissä sekä jäte- ja sadevesien siirrossa.
Toimintaperiaate
Arkhimedeen ruuvi on yksinkertainen mekaaninen laite: helix- eli ruuvilapa pyörii kotelon sisällä ja kuljettaa nesteen pulleissa osioissa ylöspäin. Ruuvin kulma, kierteen askelpituus (pitch), halkaisija ja pyörimisnopeus määräävät nostettavan vesimäärän ja pumpun kapasiteetin. Ruuvipumpun toiminta perustuu suhteellisen tiiviiseen välitilaan ruuvin ja kotelon välillä, mutta pientä vuotoa kierteiden yli tapahtuu aina, mikä rajoittaa pumppaukseen sopivaa nostokorkeutta.
Käyttökohteet
- Irrigaatio ja pellon kastelu
- Ojien ja kanavien täyttäminen sekä tulvasuojelu
- Teollisuuden ja kunnallisten järjestelmien jätevesien siirto
- Kaivosten ja työmaiden kuivatus (dewatering)
- Pienimuotoinen vesivoiman tuotanto käänteisellä ruuvilla
- Hätä- ja varajärjestelmät alueilla, joissa tarvitaan yksinkertaista ja luotettavaa laitetta
Käänteinen Arkhimedeen ruuvi (turbini)
Arkhimedeen ruuvi voidaan käyttää myös käänteisesti: kun vettä lasketaan ruuviin päältäpäin, virtaus pyörittää ruuvia ja tämä pyörimisliike voidaan muuttaa sähköksi liittämällä akseli sähkögeneraattoriin. Tällä tavalla saadaan sähköä erityisesti paikoissa, joissa veden pudotus on pieni mutta virtaus on tasainen. Käänteinen ruuvi soveltuu hyvin jokiosuuksiin ja kanaviin, ja se on usein kalaystävällisempi ja vähemmän haitallinen ympäristölle kuin nopeat turbiinit.
Historia ja nimitys
Arkhimedes, joka vaikutti Egyptin Aleksandriassa, kuvaili laitetta antiikin lähteissä. Ei ole aivan varmaa, kehittikö hän ruuvin itse vai sovelsiko joku muu iän myötä syntynyttä keksintöä, mutta laite on jäänyt hänen nimeensä. Arkhimedeen ruuvi on ollut käytössä vuosisatojen ajan ja sitä käytetään edelleen laajalti ympäri maailmaa.
Rakentaminen ja materiaalit
Historiallisesti ruuvit tehtiin puusta; nykyaikaiset versiot valmistetaan yleensä teräksestä, ruostumattomasta teräksestä tai kestävästä muovista. Valintaan vaikuttavat käyttökohde, käsiteltävän veden likaisuus ja korroosiovaara. Ruuvin kallistus kulmassa 20–45° on yleinen asennustapa: jyrkempi kulma vaatii vähemmän pituutta tietyn nostokorkeuden saavuttamiseksi, mutta vaikuttaa virtausominaisuuksiin.
Edut
- Yksinkertaisuus ja kestävyys: vähän liikkuvia osia, helppo korjata
- Kestää kiinteitä aineita: soveltuu lietteelle ja roskille
- Alhainen huoltotarve: pitkäikäinen oikealla materiaalivalinnalla
- Monikäyttöisyys: toimii matalalla vedenkorkeudella ja vaihtelevilla virtaamilla
- Voidaan käyttää uusiutuvaa energiaa: tuuli- tai vesivoiman avulla
Haitat ja rajoitukset
- Ei sovellu suuriin nostokorkeuksiin—vuotohäviöt rajoittavat tehokasta käyttöä korkeilla päillä
- Vaatii hyvän asennuksen ja tiivistyksen optimaalisen toiminnan saavuttamiseksi
- Hyötysuhde voi laskea pienissä mitoissa ja huonosti mitoitetuissa järjestelmissä
Hyötysuhde ja suorituskyky
Suunnitelluissa ja kunnolla mitoitetuissa suurissa ruuveissa hyötysuhteet voivat olla hyvinkin korkeat (joissain tapauksissa yli 70–80 %). Pienemmät tai huonosti sovitetut laitteet kärsivät enemmän vuodoista ja kitkasta, jolloin hyötysuhde laskee. Kapasiteetti riippuu ruuvin halkaisijasta, kierteen askelpituudesta, kallistuskulmasta ja pyörimisnopeudesta.
Ylläpito ja käyttö
Yleisiä huoltotoimia ovat laakerien tarkastus ja voitelu, ruuvin pinnan ja kotelon kulumisen seuranta sekä tukkeutumisten poisto. Jos ruuvi altistuu korroosiolle tai kulutukselle, materiaalin vaihto tai pintakäsittely pidentää käyttöikää. Asennuksessa tulee huomioida riittävä tuki akselille ja asianmukaiset tiivisteet veden vuodon minimoimiseksi.
Ympäristövaikutukset
Arkhimedeen ruuvi on usein ympäristöystävällinen vaihtoehto, koska sen pyörimisnopeudet ovat suhteellisen hitaita ja se aiheuttaa vähemmän haittaa kalastolle kuin monet muut vesilaitteet. Lisäksi se pystyy käsittelemään sameaa ja kiintoainespitoista vettä ilman suurta riskiä tukoksille.
Yhteenvetona Arkhimedeen ruuvi on yksinkertainen, luotettava ja monikäyttöinen laite sekä pumpun että pienen vesiturbiinin tehtäviin. Sen soveltuvuus riippuu nostokorkeudesta, virtaamasta ja käytettävissä olevista materiaaleista ja energianlähteistä.
Arkhimedeen ruuvia käytettiin käsin, ja sillä pystyttiin nostamaan vettä tehokkaasti.
Arkhimedeen ruuvi
Arkhimedeen ruuvi Husebyssä Växjön eteläpuolella Ruotsissa.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on Arkhimedeen ruuvi?
A: Arkhimedeen ruuvi on veden nostamiseen käytetty kone, joka koostuu melko tiukasti kiinni olevan sylinterin sisällä olevasta ruuvista.
K: Miten Arkhimedeen ruuvi toimii?
V: Kun ruuvi on alapäässään vedessä, se nostaa vettä ylöspäin, jossa se valuu ulos suuaukosta. Ruuvia voidaan kääntää käsin tai tuulimyllyllä tai moottorilla.
K: Mikä on Arkhimedeen ruuvin tarkoitus?
V: Arkhimedeen ruuvia käytetään usein kasteluojien täyttämiseen.
K: Kenen uskotaan keksineen Arkhimedeen ruuvin?
V: Vaikka sitä ei tiedetä varmasti, Arkhimedeen katsotaan aina keksineen ruuvin.
K: Missä Arkhimedes kirjoitti ruuvista?
V: Arkhimedes kirjoitti ruuvista ollessaan Aleksandriassa Egyptissä.
K: Mikä on käänteinen Arkhimedesin ruuvi?
V: Käänteinen Arkhimedeen ruuvi on eräänlainen ruuvi, joka kääntyy, kun sen päälle kaadetaan vettä. Kääntyminen pyörittää sähkögeneraattoria, joka tuottaa sähköä.
K: Mitä etuja käänteisen Arkhimedeen ruuvin käytöstä on?
V: Käänteinen ruuvi pystyy käsittelemään erittäin likaista vettä ja hyvin vaihtelevia virtausnopeuksia suurella hyötysuhteella, minkä vuoksi se soveltuu hyvin jokiin, joissa on vain vähän vesipisaroita ("matalat vedenkorkeudet").
Etsiä