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水排是中国古代汉族劳动人民的一项伟大的发明,是机械工程史上的一大发明,约早于欧洲一千多年。建武七年(公元三十一年),杜诗创造了利用水力鼓风铸铁的机械水排,引 这种钢材的制作方法。[1]

最初的鼓风设备叫人排,用人力鼓动。继而用畜力鼓动,因多用马,所以也叫马排。直到杜诗时改用水力鼓动,称水排

背景

金属冶炼中,为了使燃料充分燃烧,以提高冶炼或浇铸金属熔炉的炉温,一般都有鼓风设备。鼓风技术如何,是衡量冶金水平的重要标志。向炉中压送空气的装置,称为“排”。最初的“排”是牛皮袋,以后演变为由活塞送风的风箱。在炉前并排放几只“橐”(皮囊)列成一排,冶铸鼓风之动力主要是人力、畜力,即“人排”与“马排”。水排是利用水力驱动的一种鼓风机,水排的出现,是我国古代冶铁技术的重大创新。汉光武帝建武七年(31年),南阳郡太守杜诗造水排,用于冶铁铸造。水排能加大风量、提高风压,增强风力在炉中的穿透力,提高冶炼强度,扩大炉缸,加高炉身,增大有效容积,较原来用人力、畜力鼓风省力而功效大。韩暨用水排冶铁,比用马排利益多得三倍。其法宋朝时失传。中国国家博物馆有复原模型。

结构

杜诗创制的水排,具体的结构当时缺乏记载,一直到元朝王祯在他著的《王祯农书》中,才对水排作了详细的介绍。 “其制,当选湍流之侧,架木立铀,作二卧轮;用水激下轮。则上轮所用弦通缴轮前旋鼓,棹枝一侧随转。其棹枝所贯行桄而推挽卧铀左右攀耳,以及排前直木,则排随来去, 揙冶甚速,过于人力。”——王帧《农书》

选择湍急的河流的岸边,架起木架,在木架上直立一个转轴,上下两端各安装一个大型卧轮,在下卧轮(水轮)的轮轴四周装有叶板,承受水流,是把水力转变为机械转动的装置;在上卧轮的前面装一鼓形的小轮(“旋鼓”),与上卧轮用“弦索”相联(相当于传送皮带);在鼓形小轮的顶端安装一个曲柄,曲柄上再安装一个可以摆动的连杆,连杆的另一端与卧轴上的一个“攀耳”相联,卧轴上的另一个攀耳和盘扇间安装一根“直木”(相当于往复杆)。这样,当水流冲击下卧轮时,就带动上卧轮旋转。由于上卧轮和鼓形小轮之间有弦索相连,因此上卧轮旋转一周,可使鼓形小轮旋转几周,鼓形小轮的旋转又带动顶端的曲柄旋转,这就使得和它相连的连杆运动,连杆又通过攀耳和卧轴带动直木往复运动,使排扇一启一闭,进行鼓风。

参考文献

  1. 水排,pwsannong