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