Śruba Archimedesa jest maszyną. Jest to rodzaj pompy służącej do podnoszenia wody do góry. Jest to śruba znajdująca się wewnątrz dość ciasno dopasowanego cylindra. Śruba, której dolny koniec znajduje się w wodzie, podnosi wodę do góry, gdzie wylewa się ona z wylewki. Śruba może być obracana ręcznie, za pomocą wiatraka lub silnika. Śruba jest często używana do napełniania rowów irygacyjnych.

Zasada działania

Śruba Archimedesa to proste urządzenie hydromechaniczne o budowie śrubowej (spiralnej). Gdy śruba obraca się wewnątrz cylindra, w przestrzeniach między zwojami spiralnymi tworzą się „kieszenie” wypełnione wodą. Obracanie śruby przesuwa te kieszenie w górę, dzięki czemu woda jest transportowana pod górę bez znacznego mieszania z otoczeniem. Kluczowe elementy wpływające na wydajność to:

  • średnica śruby,
  • skok (pitch) spirali,
  • liczba zwojów i długość śruby,
  • prędkość obrotowa (obr./min),
  • dopasowanie śruby do cylindra (uszczelnienie i luz),
  • spadek geometryczny (wysokość podnoszenia).

Konstrukcja i materiały

Tradycyjna śruba Archimedesa ma prostą budowę: wał z nawiniętą na nim spiralą (płatem) osadzony w rurze lub rękawie. Współczesne wykonania są z metalu (stal nierdzewna w instalacjach zanieczyszczonych), tworzyw sztucznych (PE, PVC) lub kompozytów. W większych instalacjach stosuje się łożysko bierne, uszczelnienia i napęd mechaniczny z przekładnią redukcyjną, by dopasować prędkość obrotową do optymalnej wydajności.

Historia

Archimedes pisał o niej, gdy przebywał w Aleksandrii w Egipcie. Nie wiadomo na pewno, czy rzeczywiście ją wynalazł, ale zawsze przypisuje się to jemu. Śruba Archimedesa była używana od starożytności do podnoszenia wody na potrzeby nawadniania, odwadniania i zasilania młynów wodnych, a jej prostota sprawiła, że przetrwała jako rozwiązanie praktyczne do dziś.

Odmiany i odwrócona śruba

Istnieje również rodzaj odwróconej śruby Archimedesa. Woda wlewana na górę obraca śrubę. Obrót ten napędza generator elektryczny, który wytwarza energię elektryczną. Jest to dobre rozwiązanie dla rzek o niewielkich spadkach wody ("low heads"). Odwrócona śruba ma te same zalety, co wykorzystanie śruby do pompowania: może obsługiwać bardzo brudną wodę i bardzo zróżnicowane prędkości przepływu, z wysoką wydajnością.

W praktyce śruba odwrócona jest stosowana jako turbina w małych elektrowniach rzecznych: wysoka tolerancja zanieczyszczeń i kształt pozwalają na stabilną pracę przy niskich różnicach poziomów (rzędu kilkudziesięciu centymetrów do kilku metrów). Konstrukcje te zwykle zawierają układ hamowania/regulacji obrotów oraz przekładnię do optymalnego dopasowania do generatora.

Zastosowania

  • irygacja pól i podnoszenie wody z kanałów,
  • odwadnianie terenów rolniczych i osuszanie kopalń,
  • przepompownie ścieków i systemy kanalizacyjne (ze względu na odporność na zanieczyszczenia),
  • małe elektrownie wodne (odwrócona śruba),
  • transport materiałów sypkich w postaci suchych śrub (odmiana mechaniczna śruby transportującej).

Zalety i ograniczenia

Zalety:

  • prosta budowa i łatwa obsługa,
  • możliwość pracy z wodą zawierającą osady i drobne zanieczyszczenia,
  • niska prędkość obrotowa — mniejsze zużycie i hałas,
  • stabilna praca przy zmiennych przepływach,
  • łatwość montażu i serwisu, także w trudno dostępnych miejscach.

Ograniczenia:

  • ograniczona wysokość podnoszenia na jedną sekcję (zwykle do kilku metrów),
  • wrażliwość na złe dopasowanie średnicy lub skoku (spadek wydajności przy nieszczelnościach),
  • konieczność regularnej konserwacji łożysk i uszczelnień,
  • efektywność zależna od właściwego doboru parametrów (średnica, skok, prędkość obrotowa) do warunków pracy.

Parametry i wydajność

Wydajność śruby Archimedesa zależy od geometrii i prędkości obrotowej. Przybliżone zasady doboru:

  • większa średnica i większy skok zwiększają objętość przetransportowanej wody na obrót,
  • zwiększenie prędkości obrotowej zwiększa przepływ, ale może obniżyć sprawność (większe przecieki i turbulencje),
  • typowe sprawności praktyczne dla pomp to 70–85% w optymalnym zakresie pracy; jako turbiny sprawność może być podobna przy niskich spadach, zależnie od projektu.

Montaż i konserwacja

  • regularna kontrola i smarowanie łożysk,
  • sprawdzanie stanu powłok antykorozyjnych i ewentualna wymiana zużytych elementów,
  • usuwanie większych zatorów i pływających odpadów,
  • kontrola luzów między śrubą a cylindrem (zbyt duże luzy zwiększają przecieki i obniżają wydajność).

Śruba Archimedesa pozostaje popularnym, trwałym i prostym rozwiązaniem tam, gdzie potrzeba niezawodnego pompowania lub wykorzystania niskich spadków wody. Przy odpowiednim doborze parametrów i regularnej konserwacji może pracować przez wiele lat z niewielkimi kosztami eksploatacji.