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水桶提水机:波斯轮和Noria

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[[Image:bucket elev icon.png|right|80px]]

[[Image:persianWheel.jpg|thumb|right|200px|Persian wheel. Drawing: FAO]]

[[Image:noria.jpg|thumb|right|200px|Noria. Drawing: FAO]]
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对于简易的绳桶提水方法而言,有这样一种改良的方案,就是将若干个小桶依次置于一条首尾相连的传送带上,从而能用小桶连续提水。最早的时候,这被称为“波斯轮”,它虽起源洪荒却仍广泛使用。起初,它的形式包括用绳子把陶壶系在一条链子上,这条链子再挂在驱动轮上。另一种装置叫"noria",也就是一个将壶、 桶或空心的竹子等容器置于其边缘的水轮。水力驱动的“noria”采用的原理和如今的装置类似,只是这些桶状容器直接置于驱动轮的外沿一圈,而不是悬于其上的首尾相连的传送带。

以上每一种设备的运转都可以看成一种函数,和两个变量有关:其一是每个桶的容量,其二则是这些桶以何种速度通过水轮的顶部,并产生一个倾角将桶里的水倒入水轮的收集槽内,从而储存水桶提捞上的水。因此,对于一个给定的功率以及运转速度,桶状容器的数目基本相同,而和水压无关。换句话说,对于一个水压更高的波斯轮而言,桶与桶之间的间距按比例需要更大些;而如果水压翻倍,这一间距也需要翻倍。

从力学角度而言,尽管波斯轮和 noria都是相当高效的设备,但它们仍有不少功率损失。这主要是因为一些水会从水桶里溅洒出来,以及当水桶舀水时,拖拽所产生的摩擦阻力,从而再次降低了效率。此外,在将水排入水槽前,波斯轮的提水高度不得不比必要的高度高出1 米甚至更多,这会大大增加扬程,尤其是在低位提水时。传统的木制波斯轮直径也必须相当大,以容纳足够大的收集槽,从而来收集从桶里溅洒出的水;而这反过来也会增大对水槽直径的要求,从而增加了成本。

'''改进的波斯轮,(Zawaffa 或 Jhallar)'''<br>
[[Image:modified persian wheel.jpg|thumb|right|200px|Zawaffa type Persian wheel, a modified version. (side wall shown partially removed). Drawing: FAO.]]
传统的木制波斯轮都装有陶制的装水容器,然而后来,在中国、 印度、 巴基斯坦和埃及,多种全金属的改良型波斯轮问世,而其中也不乏一些被当作商品出售。金属的波斯轮直径可以小很多,这样一来,在将水注入收集槽前,额外的提水高度也能被降低,同时,水槽的直径也可以相应地减小。

波斯轮改良后在叙利亚和埃及盛行 (在那里它被叫做 Zawaffa 或 Jhallar)。这种水轮的水桶在驱动轮内部,也就是说水桶提起水后,将水从位于驱动轮中心附近侧板上的小孔注入收集槽。这将同时减少飞溅和泄漏的损失,并且降低倒水采集渠道上方的额外高度。在罗伯茨和辛格的设计中,现代化金属波斯轮每小时可提水153立方米,提水高度0.75米。这意味着这一现代化的设备效率可达75%,可谓相当不错。

'''畜力波斯轮'''<br>
有关畜力波斯轮性能的一些数据︰<br>

{|class="wikitable"
|-
! scope="col" |提水高度
! scope="col" |排水量
|-
|9米
|8-10立方米/时
|-
|6米
|10-12立方米/时
|-
|3米
|15-17立方米/时
|-
|1.5米
|20-23立方米/时
|}

从以上使用畜力的假设可以得出,如果提水高度适中(比如6米),则效率为50%左右,而高度每上升一些,效率也更高一些,反之则反是。

===适宜条件===
长久以来,波斯轮一直被广泛使用,特别是在印度次大陆的北部地区,如今依然如此。而 noria则曾被广泛使用于中国南部。如今,在亚洲以及中东的某些地区,人们通常都用水力作为驱动力。所以以上这两种设备将会被淘汰,因为他们太陈旧且效率低下,取而代之的是更多的现代机械提水技术。需要指出的是,"波斯轮"一词有时用于描述其他类型的畜力回转式容积泵。

水力驱动的 noria 和波斯轮采用相同的工作原理,因此它也需要更大的直径。这限制了它的提水高度,同时也使得设备巨大笨重,造价昂贵。泰国和中国使用的 noria体型较小,提水高度较低,所以它们都很便宜,而越南和叙利亚用的则大得多。现世最大的水轮有一些在叙利亚,其直径超过 10 米,然而和更现代化的提水系统相比,同一尺寸体型下,它们往往显得十分低效。

===建造、操作和维护===

====组装水轮====
[[Image: water wheel 1.jpg|thumb|right|200px|Assembling and fitting the 4 metre diameter waterwheel at Mazowe. Photo: Peter Morgan.]]

水轮的轮子一部分首先由布莱尔实验室组装完成。然后,它们被带到 Mazowe的灌溉渠进行组装。水轮的轮子主要由胶合板和松树梁组成。轮轴是由钢制管制成,通过把托座的直径减少到50毫米,轮轴的直径可减小至75毫米。轮轴是由置于两个砖砌支座上的两个密封的轴承固定的,这两个支座位于运河的河岸。

*竖立水轮和螺旋管装配。 直径50 毫米的聚乙烯管总长约 35 米,缠绕在泵的两边。这些管子穿过小孔,制成桨。 两个水收集器由直径150毫米的PVC管制成,每条管子长约一米。最内层的线圈的两端通过聚乙烯弯管连接到轮轴。

*横跨运河。轴承的砖结构支座已经制成。

*水轮的轮子已就位。请注意这两根管子从线圈进入轴。用交叉的电镀钢将两根管子连接到空心轴的方法并不成功。管道中的细线是很脆弱的,无法承受轮子的重量。我们用一根直径为75 毫米的钢制管替代原先的轮轴,并通过近轴承入口点将水导入其中。

我们把一个滚筒安装在运河之上八米高的平台上。来自线圈的水和空气,通过一个简单的水密封装置,从轮轴导入到了垂直管道,再进入到滚筒里。


组装水轮的完整图集:[http://lurkertech.com/water/pump/morgan/tripod/ The story of a waterwheel.]

=== 参考文献、视频和链接 ===

* [http://lurkertech.com/water/pump/morgan/tripod/ 水轮的故事l].

===鸣谢===
* [http://www.fao.org/docrep/010/ah810e/AH810E05.htm 水泵和提水技术的回顾。] 自然资源管理部门和粮食及农业组织(粮农组织)环境署。
* [http://lurkertech.com/water/pump/morgan/tripod/ 水轮的故事。]

翻译:新南威尔士大学翻译专业硕士学生 陈力骏
Translated by Lijun Chen, Master of Translation and Interpreting Program, UNSW
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