中国古代的“水泵”

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  水泵是输送液体或使液体增压的机械。现代水泵种类繁多,用途广泛,多以电力、油汽机为动力。开启水泵,水便从管道中喷涌而出,满足人们的各种需要。那么,在没有电力、油汽机的古代,人们是如何提水的呢?一起来看中国古代的几种“水泵”。
  杠杆原理的“水泵”——桔槔
  桔槔是一种原始的提水工具,应用很广。桔槔的装置很简单,用一根长杆,中间较高的横挂在架上,长杆的一头挂水桶,另一头绑上或悬挂一块重石。汲水时,把挂水桶的一头向下拉,使桶下垂入井中或池塘里,这时绑重石的一头高高翘起。桶中装水后轻轻上提,因为长杆另一头的重石下压,所以不必费多大力气,水桶就能被提到地面上来,然后倾入田中。桔槔利用杠杆的原理,比完全凭双手从井中提水省力多了。
  据考证,桔槔大约创始于商代初期。春秋时期,桔槔已有文字记载,并被普遍使用。
  曲轴转动的“水泵”——刮车
  刮车是一种手摇式提水工具。转轮直径约5尺(1尺≈0.33米,下同),轮上幅条宽约6寸(1寸≈0.03米,下同)。使用刮车时,需先在流水岸边挖水槽,以岸的高低决定水轮大小,以人力驱动水轮运转,轮辐将水刮上岸,以便灌溉农田。刮车除用手操作外,也有在水轮轴上附设机件以便脚踏。除灌溉外,刮车也用于盐田刮卤水。
  王祯《农书》对刮车有记载。刮车简便易制,古代被普遍用于农业灌溉,其应用的条件是“水陂下田”。如果没有急流,只有一般的“水陂”,水面与岸高只差一两尺,在灌溉或排水時,人们一般使用刮车。直到20世纪50年代以后,大部分刮车才被现代水泵所取代。
  
  轮轴原理的“起重机”——辘轳
  辘轳由辘轳头、支架、井绳、水斗等部分构成,是利用轮轴原理提取井水的起重装置。使用辘轳时,需在井上竖立井架,上装可用手柄摇转的轴,轴上绕足够长的绳索,绳索一端系水桶,用人力或畜力转动曲柄提起水桶。轮轴的实质是可以连续旋转的杠杆。辘轳改变了施力方向,方便用力和省力,逐渐成为使用最为普遍的提水机械。
  辘轳的起源很早。据《物源》记载,是“史佚始作辘轳”,史佚是公元前1100年左右周初的史官。到春秋时期,辘轳就已经流行。解放前在我国的北方缺水地区,仍有人在使用辘轳提水灌溉小片土地。
  轮轴运作的“水泵” ——井车
  井车是由辘轳发展而来的深井提水工具,约产生于隋唐时代(公元618—907年)。 它是专用于水井的提水机具,使用人力或畜力通过相应装置驱动立轮工作。井车的出现适应了雨水缺少、地下水位低的特点。在中国西南地区,井车也用于盐井汲取盐水。
  井车的工作原理是:在井口安装一组卧齿轮和立轮,相啮合,立轮上挂有一串盛水筒;用畜力或人力拉动套杆,随着立轮转动,盛水的水斗连续上升,绕过大轮后,里面的水流进旁边的水槽,再流入田地中,空水斗由另一边下降,如此周而复始。
  
  高扬程的“水泵”——高转筒车
  元代王祯《农书》记载的高转筒车也是一种提水机械。它以人力或畜力为动力,外形如龙骨车,运水部件如井车,其上、下都有木架,各装一个木轮,轮径约四尺,轮缘旁边高、中间低,当中留有凹槽,以加大轮缘与竹筒的摩擦力;下面轮子半浸水中,两轮上用竹索相连,竹索长约一尺,竹筒间距离约五寸,在上下两轮之间、在上面竹索与竹筒之下,用木架及木板托住,以承受竹筒盛满水后的重量;上轮转动带动竹索及下轮转动,水筒也随筒索上下运动,当水筒下行到水中时,就兜满水,而后随筒索上行,到达上轮高处时,水筒将水倾泻到水槽内,如此循环往复。
  高转筒车最早出现在晚唐时期,其提水高度大于一般筒车,但必须借助湍急的河水来冲动。
  齿轮和链传动装置的“水泵”——翻车
  翻车,又名龙骨车、水车、踏车,是利用齿轮和链传动原理来汲水的灌溉农具。车身由木板做成槽形,长约两丈,宽四寸或七寸,高约一尺,槽中架有一条行道板,阔狭与槽接近,木板槽的上下部各安装一个转动轮轴,轴心平行;上面为大轮轴,为主动轮,下面为小轮轴,为从动轮;通过人力或畜力转动大轮轴,由链条带动小轮轴,水通过一系列行道板,被不断地带向高处。
  据史书记载,翻车是汉代晚期的毕岚发明制作的。翻车的提水效率高,深受人们欢迎,因此被广泛推广使用。至唐代,翻车已经发展到手摇、脚踏、牛转数种,成为最重要的灌溉农具。到了宋代,出现了两人、四人甚至七人踩踏的脚踏翻车。宋元之际,还出现了利用水流为动力的水转翻车。
  水转翻车除了使用链传动装置外,还使用了多组齿轮传动。它利用水力驱动水轮,再带动翻车工作,将人力彻底解放了出来,实现了“全自动化”。水转翻车不仅省力,而且输水灌溉可日夜不息,极大提高了农业生产的工作效率。
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