水力鼓风机的发明者杜诗

水力鼓风机的发明者杜诗

杜诗 (? ～公元38年) 字君公，东汉河内汲 (今河南卫辉市) 人。他在总结前人经验的基础上，发明创造了水力鼓风机——水排，用于鼓铸冶铁，这是我国机械制造史上一项具有重大意义的伟大发明。

杜诗少有才能，仕郡功曹，办事公允。西汉末更始年间 (公元21～23年)，被征辟到大司马府。东汉建武元年 (公元25年)，三迁为侍御史，并安集京师洛阳。当时由于“将军萧广放纵兵士，暴横民间，百姓惶扰”，杜诗劝晓之，萧广仍不知改，“遂格杀广，还以状闻”。刘秀召见杜诗后，特“赐以棨戟，复使之河东，诛降逆贼杨异等”，并翦灭之。后拜成皋 (今河南郑州西汜水一带)令，视事三岁，举政优异。再迁为沛郡 (今江苏沛县一带) 都尉，转汝南都尉，所在均有治绩。

建武七年，又调任南阳郡太守。由于南阳是东汉开国皇帝刘秀的老家，当时统治集团中的一些重要人物又大多出自当地的豪强富户，各种关系盘根错节，他们依仗权势，鱼肉百姓，横行乡里，因此，为官者都视去南阳为畏途。杜诗到任后，“性节俭而政治清平，以诛暴立威，善于计略，省爱民役”。他本人以身作则，执法严厉，敢于碰硬的，对那些作恶多端，民愤极大的豪强地主严厉打击，通过诛暴来立威，有效地遏制了豪强恶势力的嚣张气焰。另一方面又通过发展生产来安抚百姓，“修治陂池，广拓土田”，带领郡内百姓大搞水利建设，扩大耕地面积，出现了“郡内比室殷足” 的 “小康” 景象。杜诗在领导郡内百姓恢复发展农业生产的过程中，鉴于当时由于鼓风机具的落后，使冶铸事业发展缓慢，农业生产农具严重不足，不能适应当时农业生产的需要，他就召集冶铁工匠，来总结前人的经验并进行改进，从而设计“造作水排，铸为农器”。这一创造性的发明提高了劳动生产效率，“用力少，见功多，百姓便之”。时人比方他为 “召信臣”。召信臣在西汉时曾任南阳太守，其为民兴利，务在富之，曾开通沟渠十多处，百姓怀念。故南阳百姓歌谣说： “前有召父(召信臣)，后有杜母 (杜诗)。”杜诗因为当地百姓办了好事，受到人民的拥护和尊敬，以 “杜母” 称颂之。

杜诗“自以无劳，不安久居大郡，求欲降避功臣”，并上疏刘秀。由于刘秀赏识其才能，办事干练又有决断，“遂不许之”。“视事七年，政化大兴”。后被征提升，不幸因病离开了人世。

杜诗创制的水排，是其一生中最大的成就和贡献。但关于其水排的具体结构，当时没有被记载下来。元人王桢在其所著《农书》 中曾记载说，水排“去古已远，失其制度”，经过他 “多方搜访”，才对水排的结构作了详细的说明，并绘制了一种卧轮式水排示意图，使后人得以窥一斑而知全豹。杜诗所创制的水排即水力鼓风机，把自然界的水流作为原动力，来冲击水轮上的叶片使之快速转动，通过一系列的机械装置传动，使皮囊循环往复不断开合，把风吹入冶铁炉中，来提高炼炉功率。

王祯的《农书》 曾介绍了两种式样的水排，即立轮式和卧轮式。其中立轮式水排结构简单，易制造，可在水流落差不大的地方推广，适用于小型冶铁作坊。而卧轮式水排结构较复杂，如运用了主动轮、从动轮、曲柄、连杆等机构以及皮带运动，从而把圆周运动改变成了拉杆的直线运动。特别是它采用了直径比从动轮小的一种变速装置——旋鼓，这就避免了立轮式水排的间歇动作，可连结快速运动，有利于提高工作效率。这种水排要求水流落差大，在水流平缓之地需筑坝来抬高水位，才能有效地冲动水轮来带动水排，它适用于规模较大的冶铁工场。王祯认为，他所记述的两种水排和古代的水排在形制上无大的差别，区别仅在于排囊用料不同，即“以今稽之，此排古用韦囊(牛皮囊)，今用木扇”。

从杜诗所处时代的技术条件来看，他有可能创制出立轮式和卧轮式两种水排。因为立轮式水排的形式构造较近似水碓，或可能是根据水碓的构造改制成之和在此基础上发展而来。虽然卧轮式水排的制造和使用要求具备较高的技术和必要的条件，而当时南阳已形成了长期的冶铁传统和具有比较大规模的冶炼工场。1959年2月曾在南阳发掘的西汉铁工厂遗址中，发现两座坩埚炼铁炉，可见其规模之大。并且南阳郡的冶铁劳动者在生产实践中，已积累了丰富的冶炼经验。尤其是在西汉时，已经能够制造和使用复杂的齿轮传动机械，并出现了畜力舂碓。由此可以想见，当时的机械制造技术已达到了一个较高的水平。由于杜诗创制出这两种水排，是以自然的水流作为原动力，并在构造上具有动力机构、传动机构和工作机构三个机器所必需的主要特征，从而使劳动者用机械代替了手工工具，摆脱了笨重的体力劳动，以至出现了“用力少，见功多，百姓便之”的效果。这就发展了当时的生产力。

杜诗创制的水排，使当时冶铁程序和工艺进一步完善，有利于炼炉的炉型扩大，多产出铁，铸造出更多的农具。就是对于后来机械设计制造也影响深远。如：东汉张衡创制的天文仪器——水运浑象，就是借用水力来转动的。三国时马钧吸取前人经验创造了翻车，并巧妙地制成“水转百戏”。晋朝杜预发明的以水力作动力的粮食加工机械——连机碓和水转连磨，比欧洲的水磨早12个世纪。到了元代，又出现了水转翻车和水转大纺车。以上这些以水力作动力机械的发明，都和杜诗发明的水排有着不可分割的关系。水排在1900多年前作为一种完整的水力机械出现，是人类对自然力的一次成功利用，在我国及世界科技史上占有重要地位。欧洲直到11世纪和12世纪之间才出现水力鼓风设备的鼓风炉，到14世纪才被普遍使用。而水力鼓风机的被取代，是在近代蒸汽机的鼓风炉出现后。由此可以看出，我国古代劳动人民高度的智慧和创造才能的伟大。

杜诗主持制造的威力强大的水力鼓风机——水排，使人类的冶炼史从此揭开了新的一页，他不愧为一位伟大的技术发明家。