金属冶炼与成形均需要高温。因此冶铸过程中离不开鼓风设备的帮助。我国很早就有了人力鼓风工具——“橐”，这是一种牛皮制成的囊，用人力使橐一张一合，便可把风鼓入炉中。冶炼规模不断扩大，对鼓风设备性能的要求相应增高，于是人们常在一座炉子上并排多个橐，称“排”。这些排若用人力操作就称作 “人排”，用马力驱动则称“马排”。橐排比单个的橐鼓风能力要大得多，但无论是人排还是马排，都是以人力与畜力的巨大消耗为代价的。传说春秋时铸剑师干将在铸宝剑时，帮助鼓风装炭的人就有300个，而马排也需上百匹马来拉动。东汉初年，南阳太守杜诗发明了用水力驱动的水排，据《后汉书》记载，杜诗 “造作水排，铸为农器，用力少，见功多，百姓便之”。

东汉最初的水排具体构造已很难了解，直到元代，王祯的《农书》中才有了对水排结构的详细说明。王祯将水排按水轮放置方式的不同，分为卧轮式和立轮式两种，其中卧轮式要更复杂一些，而且传动机构也更精巧，所以更值得一提。按 《农书》的介绍，卧轮式水排有两个轮，分别装在一根竖轴的上下端，下轮浸在流水中为主动轮，上轮为从动轮。上轮通过一根带子(弦索)与一个鼓形小轮(旋鼓)相联，旋鼓上装有曲柄(掉枝)和连杆(行桄)。曲柄及连杆带动卧轴，卧轴上的复杆拉动前方的木扇扇动鼓风。上述水排中已具有了后来许多传动机构的雏形，它不仅运用了主动轮、从动轮、曲柄、连杆等，而且采用皮带传动，因而成功地改变了机构运行的速度，卧轮转动一周，旋鼓可以转动好几周，所以水轮运动一周，风扇可以启闭多次，“搧冶甚速，过于人力”。当然，王祯介绍的水排与汉代的水排还是有重要差别的，那就是 “古用韦囊，今用木扇”。“韦囊” 即牛皮囊，用韦囊的水排就是杜诗发明的皮橐式水排。在唐宋时期，木板制的箱式木扇取代了韦囊。王祯未提及两类水排还有其他什么差别，因此，可以推断，杜诗水排的结构与王祯介绍的差别不大，总体技术水平也基本相当。

大约在宋代，我国出现了活塞式风箱，于是水力鼓风技术又有了突破性的进展。《天工开物》中有多种风箱图，这些风箱的原理十分巧妙，以至于西方学者称，最完美的鼓风机和改良泵都是中国风箱的仿制品。

水力鼓风，实现了人类以机械形式对自然能加以利用的愿望，实现了一种自然能(水能)向另一种能量形式(风能)的转化。它提供的气流量大，风压高，因此提高了冶金生产效率，也为冶金新技术的采用提供了可能。从杜诗时代开始的对自然力成规模的开拓利用，在中国科学史上也具有独特意义。水排发明不久，张衡就发明了水运浑象。此后，中国历代机械设计中，不仅多次出现像水排、浑象那样的传动装置，而且很多装置的动力源都是水能。所以，水排的发明是中国科技史上一个重要篇章的开始。

水排模型

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