Archimedean screw hydro turbine

The Archimedean screw hydro turbine is relative newer to small scale having arrived around the last ten years….小水力で、ここ 10 年でようやく登場しました。 しかし、ポンプとしては何十年も前から存在し、特に下水処理場では世界中で何万台も設置されています。 ポンプ市場を独占するメーカーが、水力発電市場にも主要な供給元となっているのだ。

その名が示すように、アルキメデスは紀元前 250 年にねじを発明したと広く認められていますが、実際にはそれよりもずっと前からエジプトで使用されていたので、間違った評価になったのでしょう。 歴史的には灌漑用水として使われ、牛や、小型のものでは人間によって動かされた。 アルキメデス式スクリューポンプの基本原理は、上の図のとおりである。

水力タービンとして使用する場合、原理は同じですが、逆に作用します。

水車として使う場合も原理は同じですが、逆に作用します。水が上部のスクリューに入り、水の重みでらせん状のフライトが押され、水が下方に落ち、スクリューが回転します。

水力発電用のアルキメデススクリューは、低揚程/高流量の場所で使用されます。

水力発電用のアルキメデススクリューは、低揚程/高流量の場所で使用されます。彼らは1メートルの低揚程で効率的に作業できますが、1.5メートル未満の揚程では一般に使用されません（技術的というよりは経済的な理由による）。 しかし、多くの場合、8 メートル以上の水位では、はるかに小さなフットプリントでより適切なタービンが利用できるかもしれません。 最も小さいスクリューは直径 1 メートルで、250 リットル/秒を流すことができ、その後 250 mm 単位で直径 5 メートルまで増加し、最大流量は約 14.5 m3/s になります。 最大5mというのは、実際に納入する際の制約を考慮したもので、多くの場合、3mが現場に納入できる最大径です。

出力に関しては、非常に小さなアルキメデス式スクリューはわずか 5 kW、最大のものは 500 kW を生成できます。

水力発電機として使用されるアルキメデス式スクリューの主要部品を以下に示します。 実際のスクリューは、上部のベアリングの下にあります。 螺旋状のスクリューまたは「フライト」は、圧延された平らな鋼板から作られ、中央の鋼鉄の芯に溶接されている。 ほとんどのアルキメデススクリューは、3つのフライト、つまり3つの別々のらせんが、中央のコアに巻きついています。

Archimedean screwは通常約26 rpmで回転し、その回転数は1/100です。 そこで、スクリューの上部にギアボックスを接続し、回転数を750～1500rpmに上げることで、一般的な発電機と互換性を持たせています。 アルキメデス・スクリューは、比較的ゆっくり回転しても水が飛び散ることがありますが、下図のようにスクリューの左側を走るスプラッシュガードを使用することで大幅に軽減しています。

また、かなりの数の Archimedean screw がスクリュー自体に保護ガードを付けずに取り付けられていますが、大きな破片、動物、または人が落ちて巻き込まれるのを防ぐためにスクリュー全体をカバーすることをお勧めします。

アルキメデス スクリューの水力タービン スクリューは、通常、水平から 22 度の角度に設定されており、これは最もコスト効率のよい設置に最適です。

最高のアルキメデス スクリュー水力タービン スクリューは、操作で可変速であり、スクリューの回転速度は、川で利用できる流量に応じて増加または減少させることができることを意味します。 これは、固定速度のスクリューを持ち、自動水門を通して流量を変化させるよりもはるかに優れており、高い揚力損失を生じ、システム全体の効率に影響を与えます。

良質の可変速アルキメデス スクリューの典型的な効率曲線は、以下のとおりです。 これは機械的な効率であり、ギアボックス、発電機、およびインバータの損失は含まれていません (これらは合計で約 15% です)。 アルキメデス・スクリューのサプライヤーには、スクリューの効率を「売り込みすぎ」ているところがあるので、性能を比較するときは注意が必要です。 効率が低いと主張するのは、特定のスクリューが劣っているからではない可能性があります。

良質のアルキメデス水車は 30 年の設計寿命を持ち、これはスクリュー フライトの再調整を含むメジャー オーバーホールで延長可能です。

アルキメデス スクリュー水力タービンの大きな利点は、その破片に対する耐性です。 スクリューのフライトの寸法が比較的大きく、回転速度が遅いため、比較的大きなゴミはスクリューを傷つけることなく通過でき、葉のような小さなゴミもまったく問題なく通過できる。 つまり、スクリューの吸入口には細かいスクリーンは必要なく、バー間隔が100mmや150mmのコーススクリーンを使えば何とかなる。 このため、コーススクリーンに蓄積されるゴミの量は比較的少なく、大型の低揚程水力発電システムに通常必要とされる（高価な）自動取水スクリーンクリーナーの必要性がなくなります。

低い回転速度と大きな流量通過寸法によるアーキムドン スクラブの水車ねじによって、魚も比較的安全にねじを通して下流を通過するようになりました。 アルキメデス式スクリューは、しばしば「魚にやさしい」水力タービンとして宣伝され、それは間違いなくそうですが、リニューアブルズ ファーストでは、タービンの種類にかかわらず、すべての水力システムが魚にやさしいはずだと言っています。 非スクリュー水力システムでは、これは単によく設計されたインテークスクリーンと魚のパス/バイパスが必要であろうことを意味します。

アルキメデス式スクリュー水車の最後の利点は土木工事と基礎の簡略化にあります。 スクリューにはドラフトチューブや吐出水槽がないため、スクリューの下流側のコンクリート工事の深さが比較的浅くなり、建設コストが削減されることになります。 土木工事も比較的簡単で、主なものは上部・下部軸受の下にある耐荷重基礎です。

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