Archimédův šroub
(Vynalezen řeckým fyzikem Archimedem ve 3 stol.před.n.l. na čerpání vody. Tento systém pracuje však i v obrácené funkci jako turbína. Duchovním otcem šnekových čerpadel a turbín v ČR je Profesor Karel Brada. Výrobou těchto strojů až do výkonu 150 kW se u nás zabývá firma GESS-CZ s.r.o. )
Jedná o dvou až tříchodý šnek uložený šikmo ve žlabu nebo trubce. Využívá potenciální energie vody. Účinnost 70 až 82% a to již od 15% hltnosti.
| spád [m] | průtok [ltr./sec.] |
|---|---|
| 1...8 | 100..5000 |
Voda přitéká volně k prvním závitům šroubu, do nichž se vlévá. Na jejich zakřivenou plochu působí svou hmotností. Šnekovnice se v důsledku jejího působení odvíjí směrem dolů. Voda klesá dolů ve šnekovnici, uzavřená odděleně mezi jednotlivými závity šneku. Působí svou hmotností po celé dráze svého klesání. Na konci šneku je voda volně vypuštěna z posledního závitu do odpadního kanálu. Poslední závit šneku se proto brodí v odpadním kanále.
Tento nový systém se používá výlučně jako vodní motor pro malé vodní elektrárny pracující s asynchronním generátorem do veřejné sítě. Používá se na nečisté vodě jako náhrada starých vodních kol. Požití má i jako doplňkový vodní motor využívající energii jinak mařenou jalovými přepady u rybníků a rekreačních nádrží. Stavebně výhodné je jeho osazování na šikmý svah sypaných hrází. Nevyžaduje jemné česle a je šetrný k vodním živočichům. Okysličuje vodu. Nekrytý však může v zimě namrzat. Spodní kluzné ložisko je nutné mazat ekologickými tuky. Je to vodní motor robustní, odolný, spolehlivý i při velmi proměnném průtoku. Bohužel obtížně regulovatelný, tuto funkci musí převzít dostatečně tvrdý asynchronní generátor. Při ztrátě zatížení se šnek roztočí průběžnými otáčkami a výrazně se zvýší průtok.
výkon šroubu P [W] = 8 x hltnost Q [ltr./sec.] x spád H [metry]
(Přesný výpočet tohoto vodního motoru nemám k dispozici. Stroj je v současnosti stále ve vývoji a konstrukční detaily jsou duševním majetkem výrobních firem.)
Délka šroubu je dána spádem a sklonem. Sklony se používají od 22 o do 35 o . Na větší spád se používá strmější žlab, méně chodů šneku. Strmější a vícechodý šnek má výrazně menší hltnost, ale trochu vyšší účinnost.
Průměr šroubu je závislý na požadované hltnosti. Tabulka průměru v závislosti na hltnosti (údaje platí pro šroub o sklonu 26 o):
| hltnost Q [ltr./sec.] | průměr šneku D [metr] |
|---|---|
| 100 | 0,9 |
| 250 | 1,2 |
| 500 | 1,5 |
| 750 | 1,7 |
| 1000 |
1,9 |
| 1500 | 2,2 |
| 2000 | 2,5 |
| 3000 | 2,9 |
| 4000 | 3,3 |
| 5000 | 3,6 |
Dutý hřídel ze silnostěnné trubky má průměr zhruba poloviny průměru šnekovnice. Šnek je dvouchodý, při menších sklonech i tříchodý. Horní ložisko je kuličkové nebo soudečkové naklápěcí a zachycuje i axiální sílu. Vývod hnací síly na převodovku a generátor je výlučně na horní straně. Šnek se může plnit jen tak vysoko, aby se voda při zastaveném šneku nepřelévala do následujícího závitu. Šnek nesmí být zcela zahlcen. Žlab bývá betonový - opatřený nátěrem, aby byl hladký, může být také plechový či laminátový do betonu zalitý. Aby při nátoku a unášením voda ze závitů nepřestřikovala, lze podél této strany žlabu umístit zaoblený plechový kryt. Šnek může být také vsunut do velké trubky, která plní funkci žlabu i krytu současně. Mezera mezi šnekem a žlabem je co nejmenší - cca 5mm. Otáčky se u malých šneků volí do 80 ot./min u velkých jen do 20 ot./min. Šnekovnice musí být co nejhladší, bez vystouplých svarů na náběžné straně, její okraj může být vyztužen.
(Kdo chce s tímto způsobem pohonu nezávazně experimentovat, nechť u menšího stroje použije sklon žlabu 26 o až 30 o , stoupání šroubovice dvouchodého šneku 40 o a uvažuje přibližně 45 ot./min. Navíc může použitím výměnného řemenového převodu otáčky doexperimentovat k maximální účinnosti.)
Pro větší spády než cca 8 metrů a výkony nad 150 kW se šrouby většinou nestaví. Problém je průhyb hřídele a značné rozměry stroje ve srovnání s rychloběžnými vrtulovými turbínami.