Archimedese kruvi — tööpõhimõte, ajalugu ja tänapäevased kasutusalad

Tutvu Archimedese kruvi tööpõhimõtte, ajaloo ja tänapäevaste kasutusaladega — alates veepumpadest ja niisutusest kuni tagurpidi kruviga elektritootmiseni.

Archimedese kruvi on masin. See on teatud tüüpi pump, mida kasutatakse vee tõstmiseks ja ülekandmiseks madalamatest tasanditest kõrgemale. Konstruktsioon koosneb spiraalselt keeratud terastorust või plaadist (kruvi ehk teljeline rootor), mis paikneb üsna tihedalt kinnitatud silindri või kitsa kanaliruumi sees. Kui kruvi alumine ots on vees, täituvad spiraalkambrid veega ja pöörlemisel liigub vesi mööda kruvi ülespoole, kuni voolab välja kõrgemal asuvast avast. Kruvi saab keerata käsitsi, tuuleveski või mootori abil ning seadmest saadav vooluhulk sõltub kruvi diameetrist, pöörlemiskiirusest ja spiraali sammust. Archimedese kruvi on lihtne ja töökindel ning seda kasutatakse sageli näiteks niisutuskraavide täitmiseks, äravoolu tõstmiseks ja reovesi‑jaamades.

Archimedes kirjutas sellest, kui ta oli Egiptuses Aleksandrias. Ei ole täiesti kindel, kas tema selle leiutas, kuid seadet omistatakse tavapäraselt talle ja nime järgi seda ka kutsutakse. Archimedese kruvi on läbi sajandite jäänud lihtsuse tõttu laialdaselt kasutusse ja seda valmistatakse ka tänapäeval paljudest materjalidest sõltuvalt rakendusest — puidust, terasest, roostevabast terasest või plastist. Archimedese kruvi kasutatakse endiselt palju kogu maailmas ning on kohandatud väga erinevateks töödeks, alates maalähedastest niisutussüsteemidest kuni tööstuslike dewatering‑lahendusteni.

Tööpõhimõte

Archimedese kruvi töötab põhimõtteliselt nii, et spiraal moodustab pöörlemisega järjest täituvaid ja tühjenevaid kambreid, mis kannavad vett allikast väljapääsu suunas. Lihtsustatult võib vooluhulka kirjeldada kui maht vett ühe pöörde kohta korda pöörete arv sekundi kohta. Peamised tegurid, mis määravad pumba võimsuse ja tõstemehhanismi, on:

• kruvi diameeter ja pikkus,
• spiraali samm (pitch) ja kambrite ruumala,
• pöörlemiskiirus (rpm),
• kinnitus- ja tihendustiheduse kvaliteet (suu tihedus),
• vett tõstetav kõrgus ehk head.

Piirang: Archimedese kruvi sobib eelkõige madala kuni keskmise tõste kõrguse (tavaliselt kuni mõne meetri) jaoks; suured kõrgused nõuavad mitmekordset etappi või muud tüüpi pumpa.

Tänapäevased kasutusalad

• Irrigatsioon ja põllumajandus — veekogude või kraavide tõstmine põllule.
• Vee äravool ja kanalisatsioon — reovee ja sadevete ülekandmine, samuti üleujutuste juhtimine.
• Tööstuslik dewatering — ehitus- ja kaevandustööd, kus tuleb eemaldada suurtes kogustes vett koos muda ja tahkistega.
• Jõgede ja kanalite kallastel asuvad pumpjaamad — madalate peadega veekogude nihutamiseks.
• Haridus- ja muuseumieksponaadid — lihtsa mehhanismina tehnoloogiaajaloos.

Tagurpidi kruvi ja hüdroenergeetika

On olemas ka seade, mida nimetatakse tagurpidi või pööratava Archimedese kruviks: vesi liigub madalamalt kõrgemale suurema voolu või kõrguse tõttu, keerates kruvi, millele on ühendatud elektrigeneraator. Pöörlemine ajab generaatori, mis toodab elektrit. Selliseid süsteeme kasutatakse väikese (low‑head) hüdroenergeetika paikades, kus traditsioonilised turbiinid ei pruugi olla majanduslikult või tehniliselt sobivad. Tagurpidi kruvide eelised on järgmised:

• head töökindlus ja lihtne konstruktsioon,
• sõbralikkus kaladele ja veeökosüsteemile — madal pöörlemiskiirus ja suured kambrid vähendavad kalade vigastamise riski,
• suudab töödelda vett koos setete ja prahiga ilma kergesti ummistumata,
• toimib hästi muutuvate vooluhulkade puhul.

Selliseid väiketootmise (micro ja small hydro) lahendusi on rakendatud mitmes Euroopa riigis ja mujalt, kus on kättesaadavad madalad kukkumised (enne vee langust). Pöördseade võib olla atraktiivne kohalikuks taastuva energia tootmiseks väikestes kogustes ning kombineerituna näiteks jalgrada/veekäigu taristuga toimida ka avalikuks paigaks.

Eelised ja piirangud

• Eelised: lihtne tehnika, vähe liikuvad osasid, kõrge tolerants tahkete osakeste suhtes, kalasõbralikkus, lihtne hooldus ja võimalik töö väga musta vee korral.
• Piirangud: suur füüsiline ruumivajadus (pikad ja laiad), piiratud tõstekõrgus ühe etapina, madalam absoluutne efektiivsus mõne kõrge efektiivsusega turbiini või pumba suhtes suure pea korral, vajadus korraliku tihenduse ja laagrite järele.

Paigaldus, hooldus ja materiaalvalik

Korralik paigaldus tagab kruvi pikaealisuse: oluline on korrektne kaldenurk, tugeva alusraamistiku ehitus, sobivad laagrid ja tihendid ning korrosioonikindlad materjalid. Sõltuvalt veekvaliteedist kasutatakse roostevaba terast või plastkatteid. Hooldus sisaldab regulaarset laagrite ja mootorühenduse kontrolli, tihendite vahetamist ning kanalite puhastust setetest ja rohust. Tagurpidi kruvide puhul on vaja jälgida generaatori seadistusi ja pidurdussüsteeme voolumuutuste tagajärgede jaoks.

Keskkonnamõju ja ohutus

Archimedese kruvid on keskkonna suhtes sageli leebem valik võrreldes teatud teiste tehnoloogiatega: madal pöörlemiskiirus ja suured kambrid vähendavad kalade vigastamise riski ning seadmed taluvad setet ja prahi, mis aitab vähendada sagedast sekkumist. Samas tuleb arvestada maapinna ja kallaste muutustega paigaldamisel, võimaliku müra ja vibratsiooniga ning tagada ohutud kandepiirded ja käitamisjuhised inimestele.

Kokkuvõttes on Archimedese kruvi lihtne, töökindel ja mitmekülgne lahendus vee liigutamiseks või väikese hüdroenergiaga elektri tootmiseks. Tänapäevased materjalid ja generaatoritehnoloogiad on võimaldanud seda sajanditevanust ideed edukalt kohandada tänaste nõudmistega.

Küsimused ja vastused

K: Mis on Archimedese kruvi?

K: Kuidas töötab Archimedese kruvi?

K: Mis on Archimedese kruvi eesmärk?

K: Kes arvatakse olevat leiutanud Archimedese kruvi?

K: Kus kirjutas Archimedes kruvi kohta?

K: Mis on Archimedese kruvi vastupidine?

K: Millised on vastupidise Archimedese kruvi kasutamise eelised?

Otsing