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【爱科学】水车的广泛应用

有的水车是垂直安装的,驱动一根水平转杆。水车形式多样。在下水流水车中,下部涡轮叶浸没在溪流中,水流冲击涡轮叶使水轮转动,转动方向与水流方向一致。在其他垂直型水车中,则需要齿轮传动装置通过水平转杆转动磨石,因为重量的原因,磨石几乎都是水平安装的。早期的工程师将小木片插在木质圆盘上做成简易的齿轮。下水流水车以基本恒定的水流为推动力。为了保证这样恒定的水流,工程师们就在主河道上筑起大坝,修建蓄水池以保证稳定的流速,这也被称作“磨坊用水流”。在各种下水流水车中,有一种“齐胸水车”,也就是水流没过水车的一半,水的重力结合水流的冲击力推动水车转动。下水流水车有时也被称为“维特鲁威水轮”以纪念罗马建筑师马科斯·维特鲁威·伯利奥,他在约公元前20年详细描述了这种水车结构。

在上水流水车中,水流沿水渠或者水槽(称作“流水槽”)流出,到达水轮顶部。涡轮叶有一定的角度或扭曲,形成小的凹槽,落入凹槽中的水的重力驱动水轮向与水流相反的方向转动。当然,也可以将涡轮叶反方向扭转,这样水轮转动方向就与水流一致了。上水流水车的工作效率以及驱动动力较之下水流水车要高很多,一个直径为2米的上水流水车的驱动力可以高达6马力(1马力约合735瓦),而相同尺寸的下水轮水车只有约0.5马力。在约公元300年时,古罗马人在法国南部的巴比盖尔建造了一个有16个上水流水车的面粉磨坊,这个磨坊可以产生30马力的动力,平均每日磨谷物超过27吨。

上水流水车所需要的水量不及下水流水车那么多,也没有必要安装在激流附近以获得足够的动力。上水流水车的建造成本很高。但成本与其所带来的利润相比仍是小的。 在接下来的1000多年中,这种水车一直最受人们青睐——到11世纪末期,仅在英国就有近6000座这样的水车磨坊。除了为磨面作坊提供动力,水车还可以驱动锯子切割建筑石料,将原木劈成木板,将水抽起用于灌溉。公元725年,中国人甚至用水力驱动机械水钟。

大型的水车,又称作“戽水车”,直径达12米,修建在中东国家的河流上,给附近的农田供水。在工业革命初期蒸汽机出现以前,水车一直是人们使用的主要动力装置。返回搜狐,查看更多