توربين لولبي

التوربين اللولبي (المعروف أيضًا باسم توربين أرخميدس ، أو مولد لولبي أرخميدس ، أو ASG ، أو توربين لولبي أرخميدس ، أو AST ) هو توربين مائي يحول طاقة الوضع للماء في مستوى أعلى إلى شغل . يُدار هذا المحول الكهرومائي بوزن الماء، على غرار عجلات المياه ، ويمكن اعتباره آلة ضغط شبه ثابتة. تعمل مولدات لولبية أرخميدس في نطاق واسع من التدفقات (0.01${\displaystyle m^{3}/s}$إلى 14.5${\displaystyle m^{3}/s}$) والرؤوس (من 0.1 متر إلى 10 أمتار)، بما في ذلك الرؤوس المنخفضة ومعدلات التدفق المعتدلة التي لا تعتبر مثالية للتوربينات التقليدية ولا تشغلها التقنيات عالية الأداء.

يمكن استخدام لولب أرخميدس لتوليد الطاقة إذا تم تشغيله بواسطة سائل متدفق بدلاً من سائل الرفع. يُولّد الماء المتدفق عبر اللولب من مستوى مرتفع إلى مستوى منخفض عزم دوران على الأسطح المستوية الحلزونية، مما يؤدي إلى دوران اللولب. يتكون مولد لولب أرخميدس من دوار على شكل لولب أرخميدس يدور في حوض نصف دائري. يتدفق الماء إلى داخل اللولب، ويضغط وزنه على شفرات التوربين، مما يجبر التوربين بدوره على الدوران. يتدفق الماء بحرية من نهاية اللولب إلى النهر. يتم توصيل الطرف العلوي للولب بمولد كهربائي عبر علبة تروس. يُعد لولب أرخميدس نظريًا آلة هيدروليكية قابلة للعكس، وهناك أمثلة على منشآت فردية يمكن فيها استخدام اللوالب بالتناوب كمضخات ومولدات كهربائية.

تعود أولى السجلات التي تشير إلى مضخة لولبية إلى بلاد ما بين النهرين القديمة ، حيث يصف نقش مسماري للملك الآشوري سنحاريب (704-681 قبل الميلاد) صبّ المضخات اللولبية من البرونز. ويتوافق هذا مع ما ذكره الكاتب الكلاسيكي سترابو ، الذي وصف الحدائق المعلقة بأنها كانت تُروى بواسطة المضخات اللولبية. ^{[ 1 ]} أما المضخة اللولبية الأرخميدية فهي اختراع قديم يُنسب إلى أرخميدس السرقوسي (287-212 قبل الميلاد)، وكانت تُستخدم عادةً لرفع المياه من المجاري المائية لأغراض الري . في عام 1819، اقترح المهندس الفرنسي كلود لويس ماري هنري نافييه (1785-1836) استخدام المضخة اللولبية الأرخميدية كنوع من أنواع العجلات المائية. وفي عام 1916، تقدم ويليام مويرشر بطلب للحصول على براءة اختراع أمريكية لتوربين لولبي هيدروديناميكي. ^{[ 2 ]}

تُستخدم توربينات أرخميدس اللولبية في الأنهار ذات الارتفاع المنخفض نسبيًا (من 0.1  متر إلى 10  أمتار) والتدفقات المنخفضة (من 0.01 متر ^مكعب /ثانية إلى حوالي 10 أمتار ^مكعبة /ثانية على توربين واحد). وبفضل تصميمها وحركة شفراتها البطيئة، تُعتبر هذه التوربينات صديقة للحياة المائية، وغالبًا ما تُوصف بأنها "صديقة للأسماك". يُمكن استخدام توربينات أرخميدس في الحالات التي تتطلب الحفاظ على البيئة والحياة البرية ورعايتها.

يمكن اعتبار محطة توليد الطاقة الكهرومائية باستخدام توربينات أرخميدس اللولبية (AST) نظامًا يتكون من ثلاثة عناصر رئيسية: خزان، وسد، وتوربينات أرخميدس اللولبية (المتصلة بالنظام عبر بوابة تحكم وشبكة ترشيح). في معظم مواقع توربينات أرخميدس اللولبية، يجب تقسيم التدفق الداخل بين التوربينات وسد موازٍ. عادةً ما يُشترط حد أدنى للتدفق عبر السد لحماية البيئة المحلية. يمكن اعتبار منافذ أخرى، بالإضافة إلى ممر للأسماك، عناصر أخرى لهذا النظام. يتوفر دليل شامل حول مبادئ تصميم توربينات أرخميدس اللولبية ومحطات الطاقة الكهرومائية اللولبية في كتاب "توربينات أرخميدس اللولبية: حل للتنمية المستدامة لتوليد الطاقة الخضراء والمتجددة - مراجعة للإمكانيات وإجراءات التصميم". ^{[ 3 ]}

المملكة المتحدة

• سد وولستون، تشيشاير على نهر ميرسي 486  كيلوواط، قيد الإنشاء ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}
• ديفون، توتنيس 320  كيلوواط، تم تشغيلها في ديسمبر 2015 ^{[ 7 ]}
• رومني، بيركشاير ، 270  كيلوواط، تم تركيبها لتوفير مصدر طاقة متجدد لقلعة وندسور ، تم تشغيلها في يوليو 2013 ^{[ 8 ]}
• سد بيلي، رادكليف ، 100  كيلوواط، تم تشغيله في مايو 2012 ^{[ 9 ]}
• طاحونة مابلدورهام المائية ، نهر التايمز  ، أكبر طاحونة ذات سعة تدفق (8 م³/ث) في المملكة المتحدة، ذات لولب واحد، 99  كيلوواط. ^{[ 10 ]}
• باكفاست، نهر دارت ، توربين لولبي وممر للأسماك، 84  كيلوواط ^{[ 10 ]}
• أول مشروع كهرومائي مملوك للمجتمع في المملكة المتحدة، وممر للأسماك، بقدرة 63  كيلوواط في نيو ميلز . ^{[ 10 ]}
• أول توربين لولبي متصل بالشبكة في المملكة المتحدة، بقدرة 50  كيلوواط في منتزه ريفر دارت الريفي. ^{[ 10 ]}
• بينبريدج ، توربين لولبي مملوك للمجتمع، 37  كيلوواط ^{[ 10 ]}
• تيبتون، نهر أوتر ، 30  كيلوواط ^{[ 10 ]}
• روتشديل ، توربين لولبي وممر للأسماك، 20  كيلوواط ^{[ 10 ]}
• كراغسايد ، مهد الطاقة الكهرومائية، 12  كيلوواط ^{[ 11 ]}
• تيليدرون ، طاقة مجتمع أبردين ، 100  كيلوواط، أول محطة طاقة كهرومائية حضرية صغيرة في المملكة المتحدة ^{[ 12 ]}
• حديقة موردن هول ، نهر واندل ، جنوب لندن، لتزويد مركز الزوار بالطاقة. ^{[ 13 ]}

الولايات المتحدة

• بركة هانوفر على نهر كوينيبياك في ميريدن، كونيتيكت ، بقدرة 105  كيلوواط (أو 920,000 كيلوواط ساعة/سنة)، متصلة بالشبكة، تم تشغيلها في أبريل 2017؛ أول تركيب لتوربين لولبي في الولايات المتحدة. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

• بي جيه كانترت: دليل مضخة أرخميدس اللولبية ، دار نشر هيرثامر 2008، رقم ISBN 978-3-88721-896-6
• بي جي كانترت: براكسيشاندبوخ شنكنبامب . هيرثامر فيرلاج 2008، ISBN 978-3-88721-202-5
• ك. برادا، ك.-أ. رادليك - محرك لولبي مائي لمحطة طاقة صغيرة - التجارب الأولى في البناء والتشغيل (1998)
• ك. برادا - محطة طاقة صغيرة بمحرك لولبي مائي (1995)
• ك. برادا، ك.-أ. رادليك - برغي الطاقة المائية - الخصائص والاستخدام (1996)
• ك. برادا، ك.-أ. رادليك، (1996). محرك لولبي مائي لمحطة الطاقة الصغيرة. الدولي السادس أعراض. التبادل الحراري ومصادر الطاقة المتجددة، 43-52، دبليو نواك، أد. Wydaw Politechniki Szczecińskiej، شتشيتسين، بولندا.

• لاندستري - معلومات عن أحد المصنعين
• spaansbabcock.com/products/screw-turbine معلومات عن أحد المصنّعين
• (باللغة البولندية) أول توربين لولبي في بولندا