Burgu türbini

Arşimet burgu türbini,^[1] memba seviyesindeki suyun potansiyel enerjisini iş'e dönüştüren hidrolik bir makinedir.

Arşimet Burgusu, su değirmenleri ile uygulama yerleri açısından benzerlerdir. Ancak, burgu türbini su değirmenine göre daha yüksek verim ile enerji ürettiği tespit edilmiştir. Türbin; Arşimet Burgusu şeklindeki rotor ve bu rotoru barındıran yarı silindir yataktan oluşmaktadır. Türbine giren su, yarattığı atalet momenti ile bıçakların dönmesini ve türbinin çalışmasını sağlamaktadır. Türbinden çıkan su serbestçe akarsuya akmaktadır. Burgunun üst kısmında dişli kutusu ile bağlantılı jeneratör bulunmaktadır.^{[kaynak belirtilmeli]}

Arşimet burguları, kaldırma sıvısı yerine akan sıvı tarafından çalıştırılıyorsa güç üretmek için kullanılabilir.^[2] Vidayı yüksekten alçağa geçiren su, burgu düzlem yüzeylerinde bir tork oluşturur ve bu da burguyu döndürür.^[2]

Arşimet burgu jeneratörü, yarım daire biçimli bir oluk içinde dönen Arşimet burgusu şeklindeki bir rotordan oluşur. Su burguya akar ve ağırlığı türbin kanatlarına baskı yaparak ve türbini dönmeye zorlar. Su, burgunun ucundan nehre serbestçe akar. Burgunun üst ucu, dişli kutusu aracılığıyla jeneratöre bağlanır. Arşimet burgusu teorik olarak tersine çevrilebilir bir hidrolik makinedir ve burguların dönüşümlü olarak pompa ve jeneratör olarak kullanılabileceği tekli kurulum örnekleri vardır.^[3]

Tarihçe[değiştir | kaynağı değiştir]

Arşimet burgusu, antik çağlara ait bir buluş ve aynı zamanda basit bir makinedir. Burgunun Archimedes ze Syrakus (287–212 BC.) tarafından bulunduğu tahmin edilmektedir. 1819’de Fransız Mühendis Claude Louis Marie Henri Navier (1785–1836) Arşimet burgusunun su değirmeni olarak kullanılmasını önermiştir. 1922’de William Moerscher, Amerika’da hidrodinamik burgu türbinini patent altına almıştır. 1990’larda ise Ing. Karl-August Radlik (1912–2001) ve Profesör Karel Brada Arşimet burgusunun su türbini olarak kullanılabilmesi için yatak geliştirmişlerdir. İlk model türbin 1995 ve 1996 yıllarında Prag’da test edilmiştir. 1997 yılında Çek Firması SIGMA Hranice, Ing. Karel-August Radlik ve Profesör Karel Brada önderliğinde Arşimed burgu türbinine ait ilk prototipi geliştirmiştir. Bu prototip daha sonra Obere Schlägweidmühle’ye kurulmuştur. Özellikle Avrupa’da sayısız küçük-ölçekli hidro elektrik santralleri kurulmuştur. Polonya’daki ilk Arşimet Burgu Türbini, Hranice merkezli Çek Firması GESS-CZ, s.r.o. tarafından Haziran 2011’de Jastrzębia pod Radomilem Havzası’ndaki Radomka Nehri’ne kuruldu.^{[kaynak belirtilmeli]}

Uygulama[değiştir | kaynağı değiştir]

Arşimet burgu türbini, nispeten az düşülü (0,1 m ila 10 m)^[2] nehirlerde ve az debilerde (0,01 m³/sn'den yaklaşık 10 m³/sn'ye kadar) kullanılır. Türbin kanatlarının yapısı ve yavaş hareketi nedeniyle türbinin suda yaşayan vahşi yaşam için uygundur. Genellikle "balık dostu" olarak etiketlenir. Arşimet türbini, çevre ve vahşi yaşamın korunması istenen durumlarda kullanılabilir.

Debi Modeli[değiştir | kaynağı değiştir]

Arşimet burgu türbinleri ve hidroelektrik santrallerini tasarlamak için Arşimet burgu türbinince üretilen güç miktarı içinden geçen suyun debisiyle orantılı olduğundan burgu türbinden geçen su miktarının tahmini esastır.^[2] Arşimet burgu türbine giren suyun hacmi, giriş suyunun derinliğine ve burgu dönüş hızına bağlıdır.^[4] Farklı dönüş hızları için bir Arşimet burgu türbinden geçen toplam debiyi tahmin etmek için (ω) ve giriş suyu seviyeleri aşağıdaki denklemle kullanılabilir:^[2]^[4]

$Q=\alpha Q_{Max}(A_{E}/A_{Max})^{\beta }(\omega /\omega _{M})^{\gamma }$

Burada $\alpha$ , $\beta$ and $\gamma$ vida özellikleriyle ilgili sabit sayılardır. Ön araştırmalar gösteriyor ki $\alpha =1.242$ , $\beta =1.311$ , ve $\gamma =0.822$ küçük boyuttan tam ölçekli AST boyutlarına kadar $Q$ için gerçekçi tahminler verir.^[2]^[4]

Arşimet burgu geometrisi tasarımı[değiştir | kaynağı değiştir]

$D_{O}$ belirlenerek Arşimet burgularının diğer tasarım parametreleri adım adım analitik yöntemle hesaplanabilir.^[1]^[3]

Araştırmalar Arşimet vidalarından geçen deninin burgunun giriş derinliği, çapı ve dönüş hızının bir fonksiyonu olduğunu gösterir.^[2]^[4] Bu nedenle, istenen debi $Q$ $(m^{3}/s)$ ve dönüş hızı $\omega$ $(rad/s)$ cinsinden aşağıdaki analitik denklemle Arşimet burgusunun çapını $D_{O}$ $(m)$ cinsinden hesaplamada kullanılabilir:^[1]

$D_{O}=(16\pi Q}/{\sigma \omega (2\theta _{O}-sin2\theta _{O})-\delta ^{2}(2\theta _{i}-sin(2\theta _{i}))^{1/3}$

Arşimet burgu tasarımcılarının kullandığı ortak standartlara dayanarak bu analitik denklem şu şekilde basitleştirilir:^[1]

$D_{O}=\eta Q^{3/7}$

η'in değeri $\eta$ graph^[1] ya da $\Theta$ graph.^[3] $D_{O}$ bularak Arşimet burgusunun diğer tasarım parametreleri adım adım analitik yöntemle hesaplanabilir.^[1]^[3]

Literatür[değiştir | kaynağı değiştir]

P. J. Kantert: "Manual for Archimedean Screw Pump", Hirthammer Verlag 2008, ISBN 978-3-88721-896-6.
P. J. Kantert: "Praxishandbuch Schneckenpumpe", Hirthammer Verlag 2008, ISBN 978-3-88721-202-5.
William Moerscher - Patent US143413812 Haziran 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
K. Brada, K.-A. Radlik - Water Screw Motor to Micro Power Plant - First Experiences of Construction and Operation (1998)
K. Brada - Micro Power Plant with Water Screw Motor (1995)
K. Brada, K.-A. Radlik - Water Power Screw - Characteristic and Use (1996)
K. Brada, K.-A. Radlik, (1996). Water screw motor for micropower plant. 6th Intl. Symp. Heat exchange and renewable energy sources, 43–52, W. Nowak, ed. Wydaw Politechniki Szczecińskiej, Szczecin, Poland.

İlgili Makaleler[değiştir | kaynağı değiştir]

Dış bağlantılar[değiştir | kaynağı değiştir]

Küçük hidroelektrik santralleri
Arşimet vidası9 Şubat 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
Foto Galeri26 Nisan 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
Üreticilerinden biri ile ilgili bilgiler16 Aralık 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
(Lehçe) Polonya'da ilk vida türbini26 Nisan 2014 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.

Kaynakça[değiştir | kaynağı değiştir]

^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (January 2021). "Archimedes Screw Design: An Analytical Model for Rapid Estimation of Archimedes Screw Geometry". Energies (İngilizce). 14 (22): 7812. doi:10.3390/en14227812 .
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (2020). "Archimedes Screw Turbines: A Sustainable Development Solution for Green and Renewable Energy Generation—A Review of Potential and Design Procedures". Sustainability (İngilizce). 12 (18): 7352. doi:10.3390/su12187352 . Text was copied from this source, which is available under a Creative Commons Attribution 4.0 International License 16 Ekim 2017 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..
^ ^a ^b ^c ^d ^e YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (December 2021). "Design Guideline for Hydropower Plants Using One or Multiple Archimedes Screws". Processes (İngilizce). 9 (12): 2128. doi:10.3390/pr9122128 .
^ ^a ^b ^c ^d YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (2021), Ting, David S.-K.; Vasel-Be-Hagh, Ahmad (Ed.), "Development of an Equation for the Volume of Flow Passing Through an Archimedes Screw Turbine", Sustaining Tomorrow (İngilizce), Cham: Springer International Publishing, ss. 17-37, doi:10.1007/978-3-030-64715-5_2, ISBN 978-3-030-64714-8, erişim tarihi: 9 Şubat 2021

[:3-1] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (January 2021). "Archimedes Screw Design: An Analytical Model for Rapid Estimation of Archimedes Screw Geometry". Energies (İngilizce). 14 (22): 7812. doi:10.3390/en14227812 .

[:1-2] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (2020). "Archimedes Screw Turbines: A Sustainable Development Solution for Green and Renewable Energy Generation—A Review of Potential and Design Procedures". Sustainability (İngilizce). 12 (18): 7352. doi:10.3390/su12187352 . Text was copied from this source, which is available under a Creative Commons Attribution 4.0 International License 16 Ekim 2017 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi..

[:4-3] YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (December 2021). "Design Guideline for Hydropower Plants Using One or Multiple Archimedes Screws". Processes (İngilizce). 9 (12): 2128. doi:10.3390/pr9122128 .

[:2-4] YoosefDoost, Arash; Lubitz, William David (2021), Ting, David S.-K.; Vasel-Be-Hagh, Ahmad (Ed.), "Development of an Equation for the Volume of Flow Passing Through an Archimedes Screw Turbine", Sustaining Tomorrow (İngilizce), Cham: Springer International Publishing, ss. 17-37, doi:10.1007/978-3-030-64715-5_2, ISBN 978-3-030-64714-8, erişim tarihi: 9 Şubat 2021

[1]

[2]

[3]

[4]