中國古代的“水泵”

陳康

水泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械?，F(xiàn)代水泵種類繁多，用途廣泛，多以電力、油汽機(jī)為動力。開啟水泵，水便從管道中噴涌而出，滿足人們的各種需要。那么，在沒有電力、油汽機(jī)的古代，人們是如何提水的呢？一起來看中國古代的幾種“水泵”。

杠桿原理的“水泵”——桔槔

桔槔是一種原始的提水工具，應(yīng)用很廣。桔槔的裝置很簡單，用一根長桿，中間較高的橫掛在架上，長桿的一頭掛水桶，另一頭綁上或懸掛一塊重石。汲水時，把掛水桶的一頭向下拉，使桶下垂入井中或池塘里，這時綁重石的一頭高高翹起。桶中裝水后輕輕上提，因?yàn)殚L桿另一頭的重石下壓，所以不必費(fèi)多大力氣，水桶就能被提到地面上來，然后傾入田中。桔槔利用杠桿的原理，比完全憑雙手從井中提水省力多了。

據(jù)考證，桔槔大約創(chuàng)始于商代初期。春秋時期，桔槔已有文字記載，并被普遍使用。

曲軸轉(zhuǎn)動的“水泵”——刮車

刮車是一種手搖式提水工具。轉(zhuǎn)輪直徑約5尺（1尺≈0.33米，下同），輪上幅條寬約6寸（1寸≈0.03米，下同）。使用刮車時，需先在流水岸邊挖水槽，以岸的高低決定水輪大小，以人力驅(qū)動水輪運(yùn)轉(zhuǎn)，輪輻將水刮上岸，以便灌溉農(nóng)田。刮車除用手操作外，也有在水輪軸上附設(shè)機(jī)件以便腳踏。除灌溉外，刮車也用于鹽田刮鹵水。

王禎《農(nóng)書》對刮車有記載。刮車簡便易制，古代被普遍用于農(nóng)業(yè)灌溉，其應(yīng)用的條件是“水陂下田”。如果沒有急流，只有一般的“水陂”，水面與岸高只差一兩尺，在灌溉或排水時，人們一般使用刮車。直到20世紀(jì)50年代以后，大部分刮車才被現(xiàn)代水泵所取代。

輪軸原理的“起重機(jī)”——轆轤

轆轤由轆轤頭、支架、井繩、水斗等部分構(gòu)成，是利用輪軸原理提取井水的起重裝置。使用轆轤時，需在井上豎立井架，上裝可用手柄搖轉(zhuǎn)的軸，軸上繞足夠長的繩索，繩索一端系水桶，用人力或畜力轉(zhuǎn)動曲柄提起水桶。輪軸的實(shí)質(zhì)是可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)的杠桿。轆轤改變了施力方向，方便用力和省力，逐漸成為使用最為普遍的提水機(jī)械。

轆轤的起源很早。據(jù)《物源》記載，是“史佚始作轆轤”，史佚是公元前1100年左右周初的史官。到春秋時期，轆轤就已經(jīng)流行。解放前在我國的北方缺水地區(qū)，仍有人在使用轆轤提水灌溉小片土地。

輪軸運(yùn)作的“水泵” ——井車

井車是由轆轤發(fā)展而來的深井提水工具，約產(chǎn)生于隋唐時代（公元618—907年）。 它是專用于水井的提水機(jī)具，使用人力或畜力通過相應(yīng)裝置驅(qū)動立輪工作。井車的出現(xiàn)適應(yīng)了雨水缺少、地下水位低的特點(diǎn)。在中國西南地區(qū)，井車也用于鹽井汲取鹽水。

井車的工作原理是：在井口安裝一組臥齒輪和立輪，相嚙合，立輪上掛有一串盛水筒;用畜力或人力拉動套桿，隨著立輪轉(zhuǎn)動，盛水的水斗連續(xù)上升，繞過大輪后，里面的水流進(jìn)旁邊的水槽，再流入田地中，空水斗由另一邊下降，如此周而復(fù)始。

高揚(yáng)程的“水泵”——高轉(zhuǎn)筒車

元代王禎《農(nóng)書》記載的高轉(zhuǎn)筒車也是一種提水機(jī)械。它以人力或畜力為動力，外形如龍骨車，運(yùn)水部件如井車，其上、下都有木架，各裝一個木輪，輪徑約四尺，輪緣旁邊高、中間低，當(dāng)中留有凹槽，以加大輪緣與竹筒的摩擦力;下面輪子半浸水中，兩輪上用竹索相連，竹索長約一尺，竹筒間距離約五寸，在上下兩輪之間、在上面竹索與竹筒之下，用木架及木板托住，以承受竹筒盛滿水后的重量;上輪轉(zhuǎn)動帶動竹索及下輪轉(zhuǎn)動，水筒也隨筒索上下運(yùn)動，當(dāng)水筒下行到水中時，就兜滿水，而后隨筒索上行，到達(dá)上輪高處時，水筒將水傾瀉到水槽內(nèi)，如此循環(huán)往復(fù)。

高轉(zhuǎn)筒車最早出現(xiàn)在晚唐時期，其提水高度大于一般筒車，但必須借助湍急的河水來沖動。

齒輪和鏈傳動裝置的“水泵”——翻車

翻車，又名龍骨車、水車、踏車，是利用齒輪和鏈傳動原理來汲水的灌溉農(nóng)具。車身由木板做成槽形，長約兩丈，寬四寸或七寸，高約一尺，槽中架有一條行道板，闊狹與槽接近，木板槽的上下部各安裝一個轉(zhuǎn)動輪軸，軸心平行;上面為大輪軸，為主動輪，下面為小輪軸，為從動輪;通過人力或畜力轉(zhuǎn)動大輪軸，由鏈條帶動小輪軸，水通過一系列行道板，被不斷地帶向高處。

據(jù)史書記載，翻車是漢代晚期的畢嵐發(fā)明制作的。翻車的提水效率高，深受人們歡迎，因此被廣泛推廣使用。至唐代，翻車已經(jīng)發(fā)展到手搖、腳踏、牛轉(zhuǎn)數(shù)種，成為最重要的灌溉農(nóng)具。到了宋代，出現(xiàn)了兩人、四人甚至七人踩踏的腳踏翻車。宋元之際，還出現(xiàn)了利用水流為動力的水轉(zhuǎn)翻車。

水轉(zhuǎn)翻車除了使用鏈傳動裝置外，還使用了多組齒輪傳動。它利用水力驅(qū)動水輪，再帶動翻車工作，將人力徹底解放了出來，實(shí)現(xiàn)了“全自動化”。水轉(zhuǎn)翻車不僅省力，而且輸水灌溉可日夜不息，極大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的工作效率。