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中国古代水力机具

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所属类别:中国水利建设史

基本信息

中文名称:中国古代水力机具
外文名称:

公元前30年左右,中国与希腊在水力应用方面几乎同时起步,其技术完备,种类繁多,应用普及。中国古代有代表性的水力机具为水碓、水磨、水排、筒车和水转纺车等。

水碓

用水力驱动的杵舂,有去除谷壳、麦壳和捶纸浆、碎矿石等用途。东汉初年桓谭在其所著《新论》中提到,比之人力杵舂,“役水而舂,其利乃且百倍”。魏晋时期水碓已广泛应用。西晋权贵王戎有水碓40处,石崇有30处。水碓的传动方式是由水流冲动水轮,轮轴上的短横木拨动碓梢,碓头即一起一落舂捣。东晋学者杜预作“连机水碓”,即一个水轮带动几个或十几个杵舂。《王祯农书》将水碓称作机碓。水流自上冲动水轮者称作“斗碓”或“鼓碓”,自下冲动水轮者称作“撩车碓”。另有一种称作“懒碓”的(图1),碓梢为能容水二三十斤的碗形容器。引水注入碗内,注满时即将碓头压起,碗中的水也同时泄空,碓头随之自动落下,成为一舂。如此循环往复。

水磨

用水力驱动的磨。古代北方又称水硙,在魏晋南北朝时期已见记载。公元5世纪末南齐祖冲之曾造水碓、水磨。公元6世纪初北魏崔亮曾在洛阳附近“堰谷水,造水碾磨数十区,其利十倍,国用便之”。

《王祯农书》对古代水磨的传动方式有详细记载(图2)。其水力传动部分有卧轮式和立轮式2种。一个立轮带两磨的装置称为立轮连二磨。最多的有一立轮带动3个齿轮,每一齿轮带动1盘大磨,大磨再各带动2盘小磨,合计一个立轮带9盘磨,称作“水转连磨”。还有二船并联,中间安置立轮,两船各置一磨的,称“活法磨”,唐代又称“浮硙”,后代也叫“船硙”。

图1 水碓图

图2 水磨图

(a)水磨;(b)连二水磨;(c)水转连磨

图3 水排图

图4 筒车图

唐代水磨使用很普遍。关中地区的郑白渠上有许多属于王公贵族的水磨。大历十三年(778年)因水磨、水碾太多,妨碍灌溉,曾一次毁掉水磨、水碾80多座。北宋时期在今河南、山东、安徽等地修建有大量水磨,除磨面外,也用来磨茶。绍圣四年(1097年)“于长葛等处京、索、

水增修磨260余所”。北宋还在中央政府中专设“水磨务”的机构,隶属于司农寺。

古代还有水砻、水碾,其传动装置与水磨类似。砻是用来破除谷壳的。砻的上盘较磨轻,可与磨互换,多用木料制成。碾是用来去除米糠的。一个水力装置同时带动磨、砻、碾者,王祯称它为水轮三事。

水排

中国古代水力驱动的冶炼鼓风机。最早的记载是后汉建武七年(公元31年)南阳太守杜诗“造作水排”。其传动结构是利用水流冲动圆轮运转,通过连杆带动鼓风机,向冶炼炉鼓风(图3)。三国时期监冶谒者韩暨曾加以推广,“因长流水为水排,计其利益,三倍于前”。中国发明和使用水排的时间,比欧洲早1 000多年。和水排机械结构类似的是加工面粉的“水击面罗”。王祯说,“水击面罗”可以和水磨共同联结在一个水力转轮上,“筛面甚速,倍于人力”。

筒车

轮式提水机械,多用流水驱动(图4、参见彩图Ⅳ—38),也有的用畜力驱动(图5)。其结构是,在水流急湍处建设带有挡板(又称受水板)的水轮。轮轴固定在两边立柱上。水轮顶部高于河岸。四周倾斜绑扎若干竹筒。水流冲击受水板,带动水轮绕轴转动,底部的竹筒临流取水,随轮转至顶部并自动将竹筒中的水倒入木槽,实现提水的目的。筒车至迟在唐代已发明。陈延章有《水轮赋》,描写筒车的结构和功用。宋代,筒车已普及到今浙江、江西、湖南、广东、广西等地。南方的筒车多为竹制,北方筒车多为木制。今甘肃、宁夏黄河沿岸仍有大型筒车使用。《王祯农书》上还记载有高转筒车,可提水10丈以上,其形制与圆形筒车有较大差别,而与翻车(龙骨水车)接近。它有上、下两轮,直径各约4尺,两轮间有竹索联系,竹索上捆扎取水竹筒若干。转动上轮带动竹索和竹筒运转,达到提水的目的。其动力多为畜拉或人踏。

Ⅳ—38 筒车

李春生摄

水转纺车

中国古代以水驱动的纺织机具。纺车部分与人力纺车一样,用水力作为动力。古代的大纺车长2丈多,宽5尺左右,宋元时用来纺

麻。据《王祯农书》记载,其水力部分“与水转碾磨之法俱同”,即在临流处安置水轮,并通过机械传动,带动纺车转动(图6)。古代水力机具的水力部分大致相同,水轮只有卧式和立式的区别。

用来车水灌溉的有水转翻车、高转筒车等。用于粮食加工的有水磨、水碓等。用于鼓风冶炼的是水排。用于纺织的就是水转纺车。

图5 驴转筒车图

图6 水转纺车图

  
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