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唧筒汲桶与激桶 -- 谈古代灭火射水手段的变迁

已有 15545 次阅读 2011-8-3 00:32 |系统分类:科普集锦

  唧筒汲桶与激桶  -- 谈古代灭火射水手段的变迁 

说起灭火原理,不外是把正确的灭火剂,通过正确的方式(灭火设备)投放到正确的地点(火区)。古往今来,最常见的灭火剂是水,而水不能随意施放,需要采取一定的射水手段,来保证操作者在足够的安全距离以外进行灭火操作,为此需要产生压头的泵浦。说起我国古代的泵浦技术历史,人们通常无法区别三种设备(唧筒、汲桶与激桶,三者发音相近,几乎没有差别)的原理,因此导致混用的发生。这里谈一谈各种设备的使用原理和历史。 

唧筒,其实是一种注射器,学名应该是Syringe。我国的唧筒,最早出现于唐代(杜佑的《通史》),主要用于宋代的城防,以《武备志》中的绘图为典型,就是竹筒中空,使用柱塞(piston)挤压流体,从小孔射出,可以达到较远的射程。仅就设备材料而论,宋代的唧筒不如罗马,罗马的唧筒三人操作,两人抓住筒体,维持平衡,而第三人推动柱塞,以达到较远的射程。宋代的唧筒是一人操作的,射程有限。

宋代泵浦的雏形,唧筒,单人操作,非常原始。

汲桶,其实是一种抽水器,学名应该是Suction Pump。激桶,才是正常的灭火工具,也称水龙,学名是Piston Pump。汲桶与激桶的区别在于柱塞上是否有阀门,如果有阀门,就可以抽水。而没有阀门,也可以抽水,但抽水的开关在筒体上,不在柱塞上了。 汲桶主要用于矿山排水和民用取水,其中的流量比压头更重要。美国西部片中的取水装置,基本都是抽水型的汲桶。而激桶则用于产生高压头,提供更大的射程,因此是消防灭火工作的首选。这些手动灭火装置,目前都不再使用,其工作原理,仍然保留在各种阀门设备上。

 

使用筒体抽水和射水的泵浦,最早出现在希腊统治下的亚历山大,为亚历山大图书馆馆长特希庇乌斯所发明,后经过希罗的改进,广泛用于罗马军团的取水工作。由于设备密封性的原因(其实就是加工能力问题),早期泵浦的出力不足,水压不足,不能远程射水,所以对于公元64年发生的罗马(尼禄)大火是杯水车薪,于事无补的。 

罗马大军的泵浦,随着罗马军团的撤离而撤离(英国伦敦),炎热漫长的中世纪,没有关于手动泵浦的任何记载。但是,收藏在亚历山大图书馆的文献,却被马背上的阿拉伯人所继承和翻译。13世纪初,全球变冷,水源紧张,阿拉伯的杰出工程师Al Jazari设计了多种泵浦,包括链式泵和汲桶,用于沙漠的取水工作(阿拉伯学者就属他最接近达芬奇,是传奇式的超级工程师)。真正让泵浦技术发扬光大的,还是十字军东征,从中东带回欧洲很多欧洲失传的古希腊罗马的工程技术(包括中国的火药技术),通过再次翻译,欧洲的技术得到复活和复兴,文艺复兴的工匠们,或多或少受益于中东技术,意大利的达芬奇就曾对泵浦技术大感兴趣。 

1518年,德国马车匠首先移植了泵浦技术,改造出一种可以移动的泵浦,效果似乎不是很好。1650年,德国工匠Hans Hausch又一次改造泵浦技术,设计了28人水平操作的泵浦和连续射水工作的气压装置。真正成熟的手动泵浦技术出现在1720年间的英国,Newshame泵浦,兼顾压头和可移动性,得到最广泛的应用。1860年,蒸汽泵浦开始逐步取代手动泵浦。1920年,芝加哥淘汰了最后一辆马车,成为美国第一支全自动的消防队伍,这意味着汽油机驱动,而不再使用蒸汽机,大大加快了火场的反应速度。 

1627年,《远西奇器图说》的发明,标志着西方泵浦技术正式引入中国。在次之前的徐光启,已经翻译了一些泵浦的工作原理(1612年)。但《远西奇器图说》的插图(见下图),表明泵浦技术与火灾的首次关联,是水龙技术引入中国的开端。

日本很快从该书中学到泵浦技术(时间不详,但日本把《远西奇器图说》的发表,当作科技史重大事件,想来受益不小)。另据韩国《李朝实录》记载,清朝雍正年间,曾有“观象监启请制西洋国水铳器,上从之。本监官员许远入望燕中得来,乃救火灾者也。”就是说曾有一位名叫许远的高丽国使节,在北京看过一种救火器具的救火表演之后,回国禀奏国王,表示要向中国购买。引文中的“上”指韩国皇帝;“水铳器”即激桶;“燕中”即北京皇宫。有专家认为,这可能是中国救火设备与技术走出国门、传入襊尔小邦的最早历史文献记载了。 

所以,泵浦技术的演化和流传,是从希腊化的埃及到阿拉伯,从阿拉伯到意大利,再从德国到中国,并转往日本和韩国的。泵浦溯源,原来和希腊文化下的亚历山大图书馆的消防工作有关,技术流传就是那么神妙。 

有道是,泵浦史久远,火场显神通,人人可取水,技术源希腊。

 

中国第一台手动消防泵浦使用示意图。原载于邓玉函口译,王徵笔述绘图的《远西奇器图说》,这也是世界上最早用于火灾的手动消防泵浦记录。




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