Κοχλίας του Αρχιμήδη

Ιστορία

Η εφεύρεση της αντλίας νερού με κοχλία αποδίδεται στον πολυμαθή Αρχιμήδη από τις Συρακούσες τον 3ο αιώνα π.Χ.
Ένα μεγάλο μέρος του έργου του Αρχιμήδη στη μηχανική προέκυψε από την εκπλήρωση των αναγκών της γεννέτειρας πόλης του των Συρακουσών. Ο Έλληνας Αθηναίος συγγραφέας Ναύκρατις περιέγραψε πώς ο βασιλιάς Ιέρων Β΄ανέθεσε στον Αρχιμήδη να σχεδιάσει ένα τεράστιο πλοίο, τη  Συρακουσία, το οποία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για ταξίδια πολυτελείας, για μεταφορά προμηθειών και ως ναυτικό πολεμικό πλοίο. Σύμφωνα με τον Αθήναιο, ήταν ικανό να μεταφέρει 600 άτομα και περιλάμβανε διακοσμητικούς κήπους, ένα  γυμναστήριο και ένα ναό αφιερωμένο στη θεά Αφροδίτη μεταξύ των εγκαταστάσεών του. Δεδομένου ότι σε ένα πλοίο αυτού του μεγέθους θα διέρρεε ένα σημαντικό ποσό νερού διαμέσου του κύτους, ο κοχλίας του Αρχιμήδη υποτίθεται ότι αναπτύχθηκε με σκοπό την απομάκρυνση του νερού. Η μηχανή του Αρχιμήδη ήταν μια συσκευή με ένα περιστρεφόμενο κοχλία σε σχήμα έλικας μέσα σε έναν κύλινδρο. Γυρνούσε χειροκίνητα και μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά νερού από ένα χαμηλού επίπεδου σώμα του νερού σε κανάλια άρδευσης.
Ο κοχλίας του Αρχιμήδη όπως περιγράφονταν στα ρωμαϊκά χρόνια από τον Βιτρούβιο μπορεί να ήταν μια βελτίωση σε σχέση με μία μπρούντζινη αντλία-κοχλία που είχε χρησιμοποιηθεί για την άρδευση των Κρεμαστών Κήπων της Βαβυλώνας 350 χρόνια πριν. Σε αυτό συγκαταλέγεται και η περιγραφή του κλασικού συγγραφέα Στράβωνα ότι οι κρεμαστοί κήποι ποτίζονταν με κοχλίες.
Το πρώτο στον κόσμο θαλασσοπόρο ατμόπλοιο με βιδωτή έλικα ήταν το SS Archimedes, το οποία ξεκίνησε να λειτουργεί το 1839 και ονομάστηκε έτσι προς τιμήν του Αρχιμήδη και του έργου του πάνω στον κοχλία.

Σχεδιασμός

Ο κοχλίας του Αρχιμήδη αποτελείται από έναν κοχλία σε κενό σωλήνα (ελικοειδής επιφάνεια μέσα σε κύλινδρο). Ο κοχλίας περιστρέφεται μέσω ενός ανεμόμυλου ή ακόμα και χειροκίνητα. Ο κοχλίας βρίσκεται σε κλίση με το έδαφος και καθώς γυρίζει, ποσά νερού εγκλωβίζονται και μεταφέρονται μέχρι το πάνω μέρος της κατασκευής, από όπου το νερό χύνεται και τροφοδοτεί κανάλια άρδευσης. 
Η επαφή της κυλινδρικής επιφάνειας και του κοχλία δεν χρειάζεται να είναι υδατοστεγής, εφόσον το ποσό που ρίχνει μέσα στο κανάλι είναι μεγαλύτερο από αυτό που διαρρέει. Επίσης λόγω του σχεδιασμού, το νερό που διαρρέει πηγαίνει στο χαμηλότερο τμήμα, που με τη σειρά του ανεβαίνει, οπότε δημιουργείται μια μηχανική ισορροπία κατά τη χρήση.
Σε μερικούς σχεδιασμούς, ο κοχλίας είναι ενωμένος με το κυλινδρικό περίβλημα και περιστρέφονται μαζί, αντί να περιστρέφεται μόνο ο κοχλίας. Αυτό φαίνεται και σε απεικονίσεις της αρχαίας Ελλάδας και της αρχαίας Ρώμης, που δείχνουν συνήθως έναν άνδρα να περιστρέφει ολόκληρη την κατασκευή.

Χρήσεις

Εκτός από το να τροφοδοτεί κανάλια άρδευσης, ο κοχλίας του Αρχιμήδη, χρησιμοποιούνταν για άντληση νερού από ορυχεία ή από χαμηλές περιοχές που γέμιζαν ανεπιθύμητο νερό. Χρησιμοποιείται για να αποστραγγίσει ξηρά που βρίσκεται κάτω από το επίπεδο της θάλασσας (όπως στην Ολλανδία) και σε περιοχές για τη δημιουργία πόλντερ, περιοχές που περιφράσσονται από θαλάσσης και το νερό που περικλείεται αντλείται ώστε να χρησιμοποιηθεί η γη για γεωργία.
Ο κοχλίας του Αρχιμήδη είναι ακόμα σε χρήση για την άντληση υγρών και στερεών σε κόκκους, όπως ο άνθρακας και το σιτάρι. Σε θεριζοαλωνιστικές μηχανές, σε μηχανές απομάκρυνσης χιονιού και σε υδραυλικές αντλίες.
Η αρχή του κοχλία, μπορεί να βρεθεί ακόμα σε ανυψωτήρες, όπως αυτές που χρησιμοποιούνται από ιχθυοτροφεία για τα ψάρια, για την ασφαλή μεταφορά τους από λίμνες σε άλλη τοποθεσία, καθώς θέλουν να μειώσουν όσο γίνεται τη φυσική επαφή με αυτά.
Ο κοχλίας του Αρχιμήδη χρησιμοποιήθηκε το 2001, από τον Βρετανό μηχανικό John Burland, στην επιτυχή σταθεροποίηση του πύργου της Πίζας. Μικρές ποσότητες του υπεδάφους που μαλάκωσαν λόγω υπόγειων υδάτων, αφαιρέθηκαν κάτω από τη βόρεια πλευρά του πύργου και το βάρος του Πύργου διόρθωσε από μόνο του την κλίση.
Τέλος, μπορεί να βρίσκεται σε συντριβάνια σοκολάτας.

Παραλλαγές

Ένας κοχλίας μεταφοράς είναι στην ουσία ένα κοχλίας τους Αρχιμήδη σε ένα σωλήνα που περιστρέφεται με μοτέρ, για να μεταφέρει υλικό από τη μια άκρη στην άλλη. Χρησιμεύει ιδιαιτέρα για τη μεταφορά υλικών σε κόκκους, όπως κόκκοι πλαστικών για την χύτευση με έγχυση και η μεταφορά δημητριακών. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμα για τη μεταφορά υγρών και ως περιστροφικός τροφοδότης ή μεταβλητής ροής τροφοδότης για συγκεκριμένες ποσότητες υλικού.
Επίσης παραλλαγή του χρησιμοποιείται σε αεροσυμπιεστές και σε συμπύκνωση αποβλήτων.

Αντίστροφη δράση

Αν νερό χυθεί στο πάνω μέρος του κοχλία του Αρχιμήδη, θα αναγκάσει τον κοχλία να περιστραφεί. Ο περιστρεφόμενος άξονας μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη συνέχεια με μια ηλεκτρική γεννήτρια, ώστε να παραχθεί ηλεκτρική ενέργεια. Μια τέτοια εγκατάσταση, λόγω του κοχλία, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολύ βρώμικο νερό και σε διαφορετικά ποσά ροής του νερού, με πολύ υψηλή απόδοση. Τέτοιες γεννήτριες παράγουν υδροηλεκτρική ενέργεια και χρησιμοποιούνται σε ποτάμια με τρεχούμενο νερό (όχι φράγματα) για μικρά ποσά ενέργειας (μέχρι 100 kW).