●水排的發(fā)明者杜詩

6●水排的發(fā)明者杜詩

杜詩，字君公，河南汲縣（今衛(wèi)輝）人。光武帝時，為侍御史。他為官清廉，不畏強豪，為人民做了不少好事，很受當?shù)厝嗣駬碜o，有“杜母”之稱。南陽人稱贊他說：“前有召父（召信臣），后有杜母”。

秦漢時期，長江流域的灌溉以漢水支流唐白河地區(qū)的發(fā)展最為顯著，而唐白河的灌溉又以今河南的南陽、鄧縣、唐河、新野一帶較為發(fā)達。唐白河地區(qū)為浸蝕、沖積平原，年降雨量約九百毫米左右，氣候溫和，適于作物生長。這里開發(fā)較早，到西漢中期經(jīng)濟已相當發(fā)達，農(nóng)田水利在西漢后期有突飛猛進的發(fā)展。元帝時（公元前48—前33年），南陽太守召信臣對此地的水利和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有特殊貢獻，因而受到當?shù)匕傩盏膿泶鳎蛔u為“召父”。東漢時期，南陽水利事業(yè)進一步興盛，杜詩在這方面也作出了很大的貢獻。

杜詩發(fā)明了威力巨大的水力鼓風機——水排，使人類的冶煉史翻開了嶄新的一頁，這在世界科技史上也占有極其重要的位置。在歐洲，到公元十一、十二世紀才出現(xiàn)了使用水力作鼓風動力的鼓風爐。

當時，東漢王朝剛剛穩(wěn)定，戰(zhàn)亂留下了一片荒蕪，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭到了很大的破壞。為了恢復農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，需要有充足的農(nóng)具。但是由于當時冶煉技術(shù)落后，鼓風機具功效太低，很難適應(yīng)實際需要。

我國很早就發(fā)明了鼓風工具。最初是采用一種用牛皮制成的大皮囊，叫做橐。人們手持橐的把手，使之一張一合。把風鼓入爐內(nèi)，使炭火燒得更旺，使金屬融化。開始是一人一橐，通過一個進風管鼓風。后來發(fā)展成多橐，多管一起向爐里鼓風，稱為“排橐”，或簡稱“排”。這種鼓風方式的缺點是需要大量人力。再后來又出現(xiàn)了利用畜力代替人力的鼓風機，叫做“馬排”，但冶煉需要花費的畜力也相當驚人。據(jù)史籍記載，熔化一次礦石，需要上百匹馬來拉動鼓風機。

杜詩根據(jù)這種情況，在他到任不久，便召集冶鐵工匠，在前人的基礎(chǔ)上，設(shè)計并制造了水排。杜詩設(shè)計水排的具體情況早已失傳。后來元朝王禎在他的著作中介紹了水排，并繪制了水排圖。

王禎的《農(nóng)書》中介紹了兩種水排：一種是立輪式，一種是臥輪式。立輪式水排的結(jié)構(gòu)是：在排扇前安裝一根約三尺長的木榫，在木榫的頭部豎著一個半月形的“偃木”，并用繩索懸掛起來。同時在排扇前的適當位置豎埋一根“勁竹”，在頂端拴上繩索，繩索的另一頭和排扇相連。在水流湍急的河旁，安好豎立的大木輪，輪上安有葉片。立輪的中心貫通一根臥軸，軸上安裝拐木。當水流沖擊立輪葉片時，立輪轉(zhuǎn)動，帶動臥軸和拐木轉(zhuǎn)動，拐木打擊偃木，偃木通過木榫帶動排扇，使排扇關(guān)閉，這樣就把風鼓入爐里。當轉(zhuǎn)動的拐木離開偃木，在排扇關(guān)閉時被帶彎了的勁竹，就恢復到原來的直立狀態(tài)，因此又把排扇開啟。這樣循環(huán)往復，就能把風不斷地吹入爐內(nèi)。這種立輪式水排能大大提高工作效率，適于小型冶鐵作坊。

臥輪式水排比立輪式水排要復雜得多。在一根豎軸的兩端各安裝一個大型臥輪，下面一個是主動輪，上面是從動輪。在上臥輪前面有一鼓形小輪，上臥輪和鼓形小輪的周繞以“弦索”。在鼓形小輪的頂端安裝一個“掉枝”（可轉(zhuǎn)動木柄），掉枝上安裝著可以擺動的“行桄”（類似連桿）。“行桄”的另一端和臥軸上的一個“攀耳”（連桿）相聯(lián)，臥軸上的另一攀耳和排扇間安裝一根“直木”（相當往復桿）。這樣，當水流沖擊下臥輪時，就帶動上臥輪旋轉(zhuǎn)，上臥輪帶動鼓形小輪旋轉(zhuǎn)，引起掉枝、行桄和臥軸運動，使排扇一張一合，達到鼓風的目的。這種臥輪式水排要求有比較大的水流落差，適于規(guī)模較大的冶鐵工廠。

此后，東漢科學家張衡創(chuàng)制了利用水力的水運渾象，三國的馬鈞利用水力制造了翻車及水轉(zhuǎn)百戲，晉朝的杜預發(fā)明了水力糧食加工機械……這些發(fā)明創(chuàng)造是與水排創(chuàng)制的啟示分不開的。

◆杜詩當時做的水排是什么樣子？是臥輪式還是立輪式已很難考證了。但是杜詩水排的出現(xiàn)為進一步改造冶鐵條件打下了基礎(chǔ)，對后來的機械設(shè)計制造也有較深的影響。