水力鼓風機的發明者杜詩

杜詩 (? ～公元38年) 字君公，東漢河內汲 (今河南衛輝市) 人。他在總結前人經驗的基礎上，發明創造了水力鼓風機——水排，用于鼓鑄冶鐵，這是我國機械制造史上一項具有重大意義的偉大發明。

杜詩少有才能，仕郡功曹，辦事公允。西漢末更始年間 (公元21～23年)，被征辟到大司馬府。東漢建武元年 (公元25年)，三遷為侍御史，并安集京師洛陽。當時由于“將軍蕭廣放縱兵士，暴橫民間，百姓惶擾”，杜詩勸曉之，蕭廣仍不知改，“遂格殺廣，還以狀聞”。劉秀召見杜詩后，特“賜以棨戟，復使之河東，誅降逆賊楊異等”，并翦滅之。后拜成皋 (今河南鄭州西汜水一帶)令，視事三歲，舉政優異。再遷為沛郡 (今江蘇沛縣一帶) 都尉，轉汝南都尉，所在均有治績。

建武七年，又調任南陽郡太守。由于南陽是東漢開國皇帝劉秀的老家，當時統治集團中的一些重要人物又大多出自當地的豪強富戶，各種關系盤根錯節，他們依仗權勢，魚肉百姓，橫行鄉里，因此，為官者都視去南陽為畏途。杜詩到任后，“性節儉而政治清平，以誅暴立威，善于計略，省愛民役”。他本人以身作則，執法嚴厲，敢于碰硬的，對那些作惡多端，民憤極大的豪強地主嚴厲打擊，通過誅暴來立威，有效地遏制了豪強惡勢力的囂張氣焰。另一方面又通過發展生產來安撫百姓，“修治陂池，廣拓土田”，帶領郡內百姓大搞水利建設，擴大耕地面積，出現了“郡內比室殷足” 的 “小康” 景象。杜詩在領導郡內百姓恢復發展農業生產的過程中，鑒于當時由于鼓風機具的落后，使冶鑄事業發展緩慢，農業生產農具嚴重不足，不能適應當時農業生產的需要，他就召集冶鐵工匠，來總結前人的經驗并進行改進，從而設計“造作水排，鑄為農器”。這一創造性的發明提高了勞動生產效率，“用力少，見功多，百姓便之”。時人比方他為 “召信臣”。召信臣在西漢時曾任南陽太守，其為民興利，務在富之，曾開通溝渠十多處，百姓懷念。故南陽百姓歌謠說： “前有召父(召信臣)，后有杜母 (杜詩)。”杜詩因為當地百姓辦了好事，受到人民的擁護和尊敬，以 “杜母” 稱頌之。

杜詩“自以無勞，不安久居大郡，求欲降避功臣”，并上疏劉秀。由于劉秀賞識其才能，辦事干練又有決斷，“遂不許之”。“視事七年，政化大興”。后被征提升，不幸因病離開了人世。

杜詩創制的水排，是其一生中最大的成就和貢獻。但關于其水排的具體結構，當時沒有被記載下來。元人王楨在其所著《農書》 中曾記載說，水排“去古已遠，失其制度”，經過他 “多方搜訪”，才對水排的結構作了詳細的說明，并繪制了一種臥輪式水排示意圖，使后人得以窺一斑而知全豹。杜詩所創制的水排即水力鼓風機，把自然界的水流作為原動力，來沖擊水輪上的葉片使之快速轉動，通過一系列的機械裝置傳動，使皮囊循環往復不斷開合，把風吹入冶鐵爐中，來提高煉爐功率。

王禎的《農書》 曾介紹了兩種式樣的水排，即立輪式和臥輪式。其中立輪式水排結構簡單，易制造，可在水流落差不大的地方推廣，適用于小型冶鐵作坊。而臥輪式水排結構較復雜，如運用了主動輪、從動輪、曲柄、連桿等機構以及皮帶運動，從而把圓周運動改變成了拉桿的直線運動。特別是它采用了直徑比從動輪小的一種變速裝置——旋鼓，這就避免了立輪式水排的間歇動作，可連結快速運動，有利于提高工作效率。這種水排要求水流落差大，在水流平緩之地需筑壩來抬高水位，才能有效地沖動水輪來帶動水排，它適用于規模較大的冶鐵工場。王禎認為，他所記述的兩種水排和古代的水排在形制上無大的差別，區別僅在于排囊用料不同，即“以今稽之，此排古用韋囊(牛皮囊)，今用木扇”。

從杜詩所處時代的技術條件來看，他有可能創制出立輪式和臥輪式兩種水排。因為立輪式水排的形式構造較近似水碓，或可能是根據水碓的構造改制成之和在此基礎上發展而來。雖然臥輪式水排的制造和使用要求具備較高的技術和必要的條件，而當時南陽已形成了長期的冶鐵傳統和具有比較大規模的冶煉工場。1959年2月曾在南陽發掘的西漢鐵工廠遺址中，發現兩座坩堝煉鐵爐，可見其規模之大。并且南陽郡的冶鐵勞動者在生產實踐中，已積累了豐富的冶煉經驗。尤其是在西漢時，已經能夠制造和使用復雜的齒輪傳動機械，并出現了畜力舂碓。由此可以想見，當時的機械制造技術已達到了一個較高的水平。由于杜詩創制出這兩種水排，是以自然的水流作為原動力，并在構造上具有動力機構、傳動機構和工作機構三個機器所必需的主要特征，從而使勞動者用機械代替了手工工具，擺脫了笨重的體力勞動，以至出現了“用力少，見功多，百姓便之”的效果。這就發展了當時的生產力。

杜詩創制的水排，使當時冶鐵程序和工藝進一步完善，有利于煉爐的爐型擴大，多產出鐵，鑄造出更多的農具。就是對于后來機械設計制造也影響深遠。如：東漢張衡創制的天文儀器——水運渾象，就是借用水力來轉動的。三國時馬鈞吸取前人經驗創造了翻車，并巧妙地制成“水轉百戲”。晉朝杜預發明的以水力作動力的糧食加工機械——連機碓和水轉連磨，比歐洲的水磨早12個世紀。到了元代，又出現了水轉翻車和水轉大紡車。以上這些以水力作動力機械的發明，都和杜詩發明的水排有著不可分割的關系。水排在1900多年前作為一種完整的水力機械出現，是人類對自然力的一次成功利用，在我國及世界科技史上占有重要地位。歐洲直到11世紀和12世紀之間才出現水力鼓風設備的鼓風爐，到14世紀才被普遍使用。而水力鼓風機的被取代，是在近代蒸汽機的鼓風爐出現后。由此可以看出，我國古代勞動人民高度的智慧和創造才能的偉大。

杜詩主持制造的威力強大的水力鼓風機——水排，使人類的冶煉史從此揭開了新的一頁，他不愧為一位偉大的技術發明家。