水排的发明者杜诗

●水排的发明者杜诗

6●水排的发明者杜诗

杜诗，字君公，河南汲县（今卫辉）人。光武帝时，为侍御史。他为官清廉，不畏强豪，为人民做了不少好事，很受当地人民拥护，有“杜母”之称。南阳人称赞他说：“前有召父（召信臣），后有杜母”。

秦汉时期，长江流域的灌溉以汉水支流唐白河地区的发展最为显著，而唐白河的灌溉又以今河南的南阳、邓县、唐河、新野一带较为发达。唐白河地区为浸蚀、冲积平原，年降雨量约九百毫米左右，气候温和，适于作物生长。这里开发较早，到西汉中期经济已相当发达，农田水利在西汉后期有突飞猛进的发展。元帝时（公元前48—前33年），南阳太守召信臣对此地的水利和农业生产有特殊贡献，因而受到当地百姓的拥戴，被誉为“召父”。东汉时期，南阳水利事业进一步兴盛，杜诗在这方面也作出了很大的贡献。

杜诗发明了威力巨大的水力鼓风机——水排，使人类的冶炼史翻开了崭新的一页，这在世界科技史上也占有极其重要的位置。在欧洲，到公元十一、十二世纪才出现了使用水力作鼓风动力的鼓风炉。

当时，东汉王朝刚刚稳定，战乱留下了一片荒芜，农业生产遭到了很大的破坏。为了恢复农业生产，需要有充足的农具。但是由于当时冶炼技术落后，鼓风机具功效太低，很难适应实际需要。

我国很早就发明了鼓风工具。最初是采用一种用牛皮制成的大皮囊，叫做橐。人们手持橐的把手，使之一张一合。把风鼓入炉内，使炭火烧得更旺，使金属融化。开始是一人一橐，通过一个进风管鼓风。后来发展成多橐，多管一起向炉里鼓风，称为“排橐”，或简称“排”。这种鼓风方式的缺点是需要大量人力。再后来又出现了利用畜力代替人力的鼓风机，叫做“马排”，但冶炼需要花费的畜力也相当惊人。据史籍记载，熔化一次矿石，需要上百匹马来拉动鼓风机。

杜诗根据这种情况，在他到任不久，便召集冶铁工匠，在前人的基础上，设计并制造了水排。杜诗设计水排的具体情况早已失传。后来元朝王祯在他的著作中介绍了水排，并绘制了水排图。

王祯的《农书》中介绍了两种水排：一种是立轮式，一种是卧轮式。立轮式水排的结构是：在排扇前安装一根约三尺长的木榫，在木榫的头部竖着一个半月形的“偃木”，并用绳索悬挂起来。同时在排扇前的适当位置竖埋一根“劲竹”，在顶端拴上绳索，绳索的另一头和排扇相连。在水流湍急的河旁，安好竖立的大木轮，轮上安有叶片。立轮的中心贯通一根卧轴，轴上安装拐木。当水流冲击立轮叶片时，立轮转动，带动卧轴和拐木转动，拐木打击偃木，偃木通过木榫带动排扇，使排扇关闭，这样就把风鼓入炉里。当转动的拐木离开偃木，在排扇关闭时被带弯了的劲竹，就恢复到原来的直立状态，因此又把排扇开启。这样循环往复，就能把风不断地吹入炉内。这种立轮式水排能大大提高工作效率，适于小型冶铁作坊。

卧轮式水排比立轮式水排要复杂得多。在一根竖轴的两端各安装一个大型卧轮，下面一个是主动轮，上面是从动轮。在上卧轮前面有一鼓形小轮，上卧轮和鼓形小轮的周绕以“弦索”。在鼓形小轮的顶端安装一个“掉枝”（可转动木柄），掉枝上安装着可以摆动的“行桄”（类似连杆）。“行桄”的另一端和卧轴上的一个“攀耳”（连杆）相联，卧轴上的另一攀耳和排扇间安装一根“直木”（相当往复杆）。这样，当水流冲击下卧轮时，就带动上卧轮旋转，上卧轮带动鼓形小轮旋转，引起掉枝、行桄和卧轴运动，使排扇一张一合，达到鼓风的目的。这种卧轮式水排要求有比较大的水流落差，适于规模较大的冶铁工厂。

此后，东汉科学家张衡创制了利用水力的水运浑象，三国的马钧利用水力制造了翻车及水转百戏，晋朝的杜预发明了水力粮食加工机械……这些发明创造是与水排创制的启示分不开的。

◆杜诗当时做的水排是什么样子？是卧轮式还是立轮式已很难考证了。但是杜诗水排的出现为进一步改造冶铁条件打下了基础，对后来的机械设计制造也有较深的影响。