水轮

水轮是以流水为动力,进行旋转的动力装置,又称“水车”。早在公元前1世纪,东西方几乎同时发明了水轮。水轮分立式、卧式两种,即在垂直轴或水平轴上安装数片叶片,靠水流冲击叶轮而旋转。卧式水轮适用于水量小而流速高的地方,功率有限。立式水轮的类型、结构各异,分别按轮周进水的冲击点取名,分为上冲式水轮、中冲式水轮和下冲式水轮。水轮的注水方法有多种:从主河道开辟支流,从蓄水池引水,由堰坝形成人工落差,利用潮汐等。水轮用途广泛,可以带动碓、磨、风箱、抽水装置、纺车、榨油和制革机械乃至发电机等。

在中国,水轮的历史久远,应用地域广泛,江南水乡、中原地区及至新疆的河溪处均有应用。汉代桓谭的《桓子新论》里就有关于水碓的记载,水碓是利用水力舂米的机械。据陆延烂《南村随笔》描叙:“水碓闽浙最多。凡山溪急流处,皆可为之。以木为轮,植木于傍岸水中,置轮其上,水冲轮转,昼夜不停,屋内排碓具数只,以机拨杵,逐臼自舂,周而复始,不用人力”。唐代诗人白居易就有:“云碓无人水自舂”的诗句。

中国大约在晋代发明了水磨,一个水轮通过齿轮传动,可带动好几台磨,日磨麦300余斗,可供千家食用。14世纪初,中国发明由水轮、大绳轮和纺纱机构成的水力大纺车,纺车有32个纱绽,24小时可纺麻百斤以上。

唐宋时期利用水车驱动灌溉机械更为普遍,先后发明了水转筒车、水转龙骨水车等。

在西方,水轮是最早的机械动力来源之一,公元前100年希腊的典籍中就提到了一种简单的水轮。古罗马时代已开始流行下冲式和上冲式两种水轮,起先只用来碾磨谷物和橄榄,后来罗马人又用来切割和磨光大理石。全欧洲在18世纪末大概有50万座水轮,除了用来碾磨谷物外,还用来驱动炼铁厂的风箱和锻锤,破碎矿石、镗孔、拔丝、织布、碾磨颜料及造纸。

1771年,英国人阿克顿特在德贝郡克罗夫德兴建纺纱厂,用水流作动力,是英国第一座工厂。当时在英国北部,工厂一概称作磨坊。19世纪初,英国的伦尼和布伦诺尔爵士两位工程师制成第一批有铁轴的大水轮,直径达1 5尺以上,此后铁水轮取代了木水轮。中世纪的水轮最多只能产生10马力,平均不到5马力。然而,它日夜不停地运转,因此能顶20匹马用。最强的水轮于17世纪末安装在法国塞纳河上,向马里小镇和凡尔赛宫供水。

世界上最大的水车当数叙利亚哈马的默罕默德水车,设于奥伦提斯河上,直径达40米,是典型的阿拉伯式水轮。它把水提进基兰尼宫.一部分引入渠道灌溉花园和农田,一部分留作宫中的日常用水。该水轮建于17世纪。

蒸汽机发明以后,人们并没有立刻淘汰水轮。1827年法国人弗尔内伦制出了比以前的水车效益更高的水轮机,1882年美国的贝尔顿对冲击式水轮进行了改进,使之作为水力发电厂的动力。如今,全世界的电力四分之一是以水轮机为动力发出的。

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