Первый запуск паровой машины ползунова где

Как известный алтайский изобретатель Иван Ползунов создавал первую в России паровую машину

Имя этого человека носит вуз и улица Барнаула. Именно Иван Ползунов в 1764 году создал первую в стране паровую машину, проект которой представили Екатерине II. Нигде не сохранилось его портретов, никто не знает точно, как он выглядел. Однако слава, которую принес Ползунов отечественной механике, навсегда войдет в историю. Алтайский краевед, писатель Александр Коленько напомнил историю создания знаменитой «огненной» машины».

Власти забраковали проект

Иван Ползунов родился в семье солдата, выходца из крестьян города Туринска. После окончания в 1742 году Горнозаводской школы в Екатеринбурге, Ползунов был «механическим учеником» у главного механика уральских заводов Н. Бахарева. В возрасте 18 лет с группой горных специалистов он приехал на Алтай, в следующем году был зачислен в штат Канцелярии Колывано-Воскресенских заводов гиттеншрейбером на сереброплавильный завод.

Две страсти неотступно владели Ползуновым. Он мечтал «измыслить способы» облегчить тяжелый труд «работных людей», добывающих и плавящих руды. С этим сливалось и второе страстное стремление — тяга к техническому творчеству. Он делал многое: занимался учетом металла, чертежным делом, выплавкой стекла, транспортировкой руды и разведкой для этого сухопутных и водных путей, строительством судов, пильной мельницы, амбаров для хранения руды и провианта, жилья для людей, энергетикой завода. Делал чертежи и расчеты, сопровождал в Петербург обозы с серебром и выполнял другие поручения.

Все свое свободное время Ползунов отдавал изобретениям. Одно из его технических детищ — тепловой двигатель, но все же изобретательством и рационализацией он занимался непрерывно. Именно Ползунов предложил экономичный способ постановки грузовых судов на зимнее хранение: на дне реки устанавливали деревянные настилы, на которые суда можно было заводить «без подъему». Когда вода спадала, суда оказывались на суше.

Известно, что самые большие трудозатраты на Колывано-Воскресенских заводах шли на транспортировку руды. В то время плавильные заводы приходилось строить на берегах рек, на большом удалении от рудников, и Ползунов поставил целью «огонь слугой к машинам склонить» и тем самым «водное руководство пресечь», то есть получить возможность строить заводы не на реках, а поблизости от рудников.

В возрасте 35 лет Ползунов подал начальнику заводов первый проект огнедействующей машины. Когда проект алтайского самородка попал в столицу, то процесс его реализации затянулся, но нашего земляка повысили по служебной лестнице и подняли жалование до 240 рублей в год. Ползунову повезло, что в годы создания машины главным командиром Колывано-Воскресенского горного округа был А.И.Порошин, поддержавший его изобретение.

Фото: Пресс-служба АлтГТУ

26 марта канцелярия во главе с Андреем Порошиным заслушала доклад Ползунова и согласилась с его предложением. А 31 марта алтайскому изобретателю выдали черновые материалы для строительства машины, 13 мая прошло ее первое испытание. Горное начальство пообещало не взыскивать с Ползунова убытки в случае неудачи с ее постройкой и дало ему в помощь несколько рабочих.

Строительство паровой машины обошлось Канцелярии в 7455 рублей 51 копейку. К слову, на эти деньги можно было построить два полноценных сереброплавильных завода, утверждает краевед Александр Коленько.

«Огненную машину» Ползунова на 12 печей воздвигли в предельно короткий срок — за два года. Двигатель его современники называли «плавиленной фабрикой», он развивал мощность около 40 лошадиных сил. Высота машины составляла 10 метров, а цилиндров — около трех метров.

Кстати

Вскоре после испытаний и работы «огненной машины» главный командир Колывано-Воскресенского горного округа был Андрей Порошин писал:

«Оная машина, как к выливанию из глубоких горных работ, так и как к подъему на какую-то высоту воды, а особливо к действию плавильных печей, где лесов довольно, а воды нет, весьма была бы способна, ибо чрез действие оной машины, раздувание в плавильных печах жару, при искустном и радетельном плавильщике, от беспрерывного течения воздуха несравненно полезнее и к выплавке металлов поспешнее, нежели от вододействующих при алавильных печах машин», — приводит слова командира Коленько.

Сооружение было настоящим подвигом

Все понимали новаторское значение машины Ивана Ползунова, в том числе и «иноземцы». Сооружение такой машины в тех условиях было сказочным подвигом. Ивана Ивановича отличало среди других офицеров отличное знание производства, новаторство, острота ума, смелость в решениях и твердость характера. Несмотря на то, что дело стремительно шло к пуску, изобретателю так и не суждено было дожить всего семь дней до этого счастливого часа. Иван Ползунов умер 16 мая 1766 года в возрасте 38 лет от чахотки, которая теперь называется туберкулезом.

Знаменитая машина даже не проработала двух месяцев, за это время при неполной нагрузке дала чистой прибыли 11 тысяч серебром. Потом начались проблемы — потек котел, появилась течь между поршнями и стенками цилиндров. Технически малограмотные работники не знали, как устранить естественно возникшие в ходе эксплуатации неисправности. Власти страны, не соглашавшиеся на строительство машины, после советов нескольких приближенных решили ее ликвидировать. Двигатель, принесший славу отечественной механике, уничтожили в 1782 году при главном командире заводов Меллере. После 15 лет бездействия машину разобрали, а детали ее сдали на склад. Аналогичный двигатель в России больше не строили. Лишь в 1825 году для Барнаульского металлургического музея изготовили ее модель, которая сохранилась до наших дней.

Уже позднее Алтайскому государственному техническому университету присвоили имя Ивана Ползунова, а напротив главного корпуса установили памятник прославившемуся изобретателю. Кстати, именем земляка названы улицы в 17 городах страны. А в 1970 году Международный астрономический союз присвоил имя И.И. Ползунова кратеру на обратной стороне Луны.

Из досье

Александр Петрович Коленько родился 1 января 1953 года в селе Хабары Алтайского края. Первые пробы пера относятся к школьным и студенческим годам. Статьи Александра Коленько печатали в хабарской районной газете «Вестник целины», газетах «Алтайская правда», «Молодежь Алтая», всесоюзном издании «Медицинская газета», институтской газете «Медик Алтая».

В 1978 году окончил Алтайский государственный медицинский институт. Работал в Хабарской центральной районной больнице (ЦРБ) заведующим педиатрическим отделением, педиатром в Павловской детской поликлинике, врачом инфекционного отделения Павловской ЦРБ. Еще в начале трудовой деятельности Александр Петрович увлекся историей района, а позже — Павловского сереброплавильного завода, поселка.

Ползунов Иван

Талантливый изобретатель Иван Ползунов родился в 1728 году в Екатеринбурге в семье отставного солдата. Обучение начал в арифметической школе, которую основал Василий Никитич Татищев. После окончания школы, в 1742 году, Ползунова направили на один из уральских заводов учеником к мастеру Никите Бахореву. После обучения, в возрасте 20 лет, он был переведен на Колывано-Воскресенские заводы Алтая. На этих заводах для государственной казны добывались драгоценные металлы. Обязанностью Ползунова стала подготовка отчетов о ходе производства. Принято считать, что первый опыт конструкторской деятельности Иван Иванович приобрел в 1754 году, когда для нужд завода начал строительство «вододействующей лесопилки».

Ползунов все время активно занимался самообразованием, изучал книги по металлургии и минералогии. В результате Иван Иванович стал одним из самых технически грамотных специалистов на заводе. Важной задачей для себя он ставил вопросы облегчения труда работающих людей. Было много остроумных и интересных проектов, но все они пылились в архивах.

Большим авторитетом в науке для Ивана Ивановича был Михаил Васильевич Ломоносов. Ползунов подробнейшим образом изучал его труды в области химии, физики, добычи и плавки руд. Не остались для него незамеченными и труды российского ученого И. А. Шлаттера: в них описывались английские и венгерские паровые машины, которые все больше внедрялись в промышленность Европы.

В то время русские горнозаводские процессы полностью зависели от водяного колеса. Ползунов поставил перед собой цель заменить водяные процессы и уже в 1763 году представил руководству завода проект «огненной машины». Русская машина отличалась от использующихся за границей. Она имела два цилиндра и могла подавать дутьё в печи и откачивать воду. В дальнейшем Ползунов собирался усовершенствовать ее, планировал использовать и для других нужд.

Данный проект был представлен Екатерине II. Императрица по достоинству оценила работу и своим распоряжением произвела Ивана Ползунова в «механикуса с чином и званием инженерного капитан-поручика». Изобретатель получил в награду четыреста рублей, также было рекомендовано направить его на учебу в Академию наук.

В 1764 году с одобрения Канцелярии Иван Ползунов принялся за изготовление новой машины – в 15 раз мощнее предыдущей. 13 месяцев понадобилось инженеру, чтобы собрать утвержденный агрегат. Его высота составила 18,5 метра, некоторые детали по весу достигали 2 720 килограмм. Пришлось создавать и новые сопутствующие инструменты, в том числе специальный токарный станок.

Изготовление новой машины потребовало от конструктора максимального напряжения душевных и физических сил и ослабило его здоровье. Иван Иванович Ползунов заболел чахоткой и умер, не дожив буквально неделю до пробного запуска созданного им агрегата.

7 августа 1766 года паровая машина заработала, и работала она до ноября. За короткое время изобретение оправдало все надежды своего создателя. В итоге за небольшой период работы машина не только полностью окупила все расходы на постройку, но и принесла значительную прибыль. Тем не менее, когда прогорел котел, было принято решение машину не восстанавливать. Ее разобрали на части, а об Иване Ползунове надолго забыли.

Сегодня его имя носит Алтайский государственный технический университет, рядом с ним установлен памятник изобретателю Ползунову.

Забытая история русского энтузиаста-одиночки: первый запуск паровой машины Ивана Ивановича Ползунова

Мировая слава за изобретение парового двигателя досталась англичанину Джеймсу Уатту. Однако первое место должен был получить Иван Ползунов из России, который фактически на 18 лет ранее изобрел такой двигатель, но был незаслуженно забыт у себя на родине и в мире.

О паровой машине Ползунова расскажем в статье.

Главные факты об изобретателе

Несмотря на отсутствие денег в семье, после окончания школы, Иван с большим усердием учился непосредственно на заводе, куда попал в подчинение к механику.

Уже к 20 годам он стал специалистом высокой квалификации. Его отправили на Алтай, где планировалось открытие новых заводов по разработке месторождений и добыче золота, серебра. С этой задачей он справился блестяще.

Есть несколько интересных фактов о Ползунове:

1. Он окончил лишь 4 класса, где изучал арифметику и словесность.
2. Первый в мире изобрел двухцилиндровый двигатель.
3. Совершенно неизвестно, как выглядел изобретатель, не сохранилось даже одного наброска его внешнего облика.
4. В 1753 году Ива подал прошение, чтобы его отправили на обучение по пробирному и горному делу, но заявку так никогда и не удовлетворили.
5. Официальная версия гибели изобретателя – скоротечная чахотка. Одновременно с этим, нет ни одного подтверждения, что Иван когда-либо имел такое заболевание.

Об изобретателе его современники придумывали множество небылиц. Необразованные рабочие считали, что Иван схватил жар-птицу за хвост и заставил ее трудиться на благо людей, забывая, сколько ему пришлось перед этим изучить книг и трудов ученых.

Год создания аппарата

В апреле 1763 году Иван Иванович подает докладную записку с описанием своего изобретения – паровой машины. Канцелярия Колывано-Воскресенского горного начальства принимает положительное решение.

Работа по созданию машины началась в 1764 году. В основу был положен принцип работы парового двигателя Ньюкомена. Благодаря доработке российского изобретателя, машина работала без рывков и непрерывно.

Когда и как состоялся 1-й запуск?

16 декабря 1765 года уведомляет руководство, что его паровая машина построена и проводит первый пробный пуск, который проходит успешно. Однако принимается решение поставить ее на меха и пристроить временные плавильные печи.

18 апреля 1766 года у изобретателя начинается чахотка. 16 мая того же года, Иван умирает. 22 мая машину проверяют и принимается решение о вводе ее в эксплуатацию. 7 августа 1766 года машину запускают.

История изобретения

Будущий изобретатель родился в городе Екатеринбурге в 1728 году в солдатской семье. Иван обучался в Горнозаводской школе. Школа существовала при Екатеринбургском металлургическом заводе, поэтому Иван в 14 лет, после окончания обучения, попал учеником к главному механику.

Именно на этой должности он научился «читать» чертежи, делать расчеты, узнал многое о заводских машинах. Иван Иванович был смышленым молодым человеком, поэтому уже к 19 годам получил должность плавильного писаря на Барнаульском заводе. Уже к 31 году (1759) он получил звание офицера.

Все свое свободное время Ползунов проводил в заводской библиотеке. Он тщательно изучил труды М. Ломоносова и Ньюкомена, буквально пачками выписывал из столицы технические книги.

В 1763 году Иван Иванович предлагает своему руководству сооружение машины, которая позволит приводить в движение воздуходувные меха. Руководство одобряет его идею и направляет материалы в столицу. Уже через 12 месяцев приходит ответ, а это небывало короткий срок для таких заявок.

Ползунов получает звание инженерного капитана-поручика, «перепрыгнув» сразу через 2 чина. В придачу он получил 400 рублей в качестве вознаграждения. Но, самое главное, что императрица дает добро на создание так называемого «огненного двигателя».

В 1764 году Иван Иванович приступает к сооружению своего изобретения. У него получается поистине огромная махина, высотой 18,5 метров. Часть деталей была очень тяжелой, от 2,5 тонн.

Принцип работы и схема

Как работала паровая машина? Если верить сохранившимся чертежам, принцип был прост – в котле (7 метров высотой) из металлических листов вода подогревалась. Пар через специальные распределительные устройства поступал в цилиндры (длина 3 метра) и воздействовал на поршни.

Последние работали по принципу коромысла и были связаны с мехами, которые служили для поддува рудоплавильных печей. Вода в котел поступала автоматически. Мощность агрегата была 2,9 кВт.

Получается, что машина одновременно выполняла 2 действия – запускала и поддерживала работу водяного насоса и воздуходувных мехов.

Особенности

Современный ученные настаивают на том, что существенным недостатком «огненной машины» Ползунова, и всех подобных, является впрыскивание холодной воды. Есть если бы пар конденсировался за пределами цилиндра, то КПД было бы намного выше.

Несмотря на такие скромные показатели, экономический эффект от использования машины на тот момент был очень большим. Буквально за полтора месяца удалось окупить строительство и даже получить прибыль.

Есть несколько интересных фактов об изобретении Ползунова:

1. Иван Иванович применил оригинальное решение в своем изобретении – вместо балансиров он использовал шкивы, которые передавали непрерывное рабочее усилие на рукоятки мехов. На тот момент у изобретателя получился оригинальный автоматический механизм.
2. Паровая машина Ползунова, в отличие от иностранных аналогов, имела два цилиндра. Именно поэтому она могла не только откачивать воду, но и подавать дутье в печи.
3. Машина не требовала проточной воды и водяного колеса, то есть работала без вспомогательного гидравлического привода.

После остановки изобретения Ивана Ивановича, машину больше никогда не сделали заново.

Использование

В общей сложности машина отработала 1023 полезных часа. 10 ноября 1766 года она остановилась, треснул котел.

Хотя сам Иван Иванович предупреждал, что он подойдет исключительно для опытных работ, так как сооружен из очень тонкого металла.

На заводе не оказалось настолько технически подкованных сотрудников, чтобы отремонтировать котел. После нескольких неудачных попыток ремонта, ее оставили гнить на 15 лет, после чего разобрали.

Несмотря на такой короткий срок службы, машина полностью себя окупила (7 200 рублей) и даже принесла порядка 11 000 рублей прибыли, за вычетом всех расходов, включая заработную плату плавильщиков. За это короткое время удалось получить 14 фунтов золота и 14 пудов серебра. При этом машина работала не на полную мощь.

Значение

В те далекие времена практически все горные предприятия возводились близ рек, ведь для работы использовали водяные колеса, лошадиную и людскую силу.

Видео по теме статьи

О паровой машине Ползунова расскажет видео:

Заключение

Ивана Ползунова можно смело назвать энтузиастом-одиночкой, который был сам себе:

• чертежником,
• строителем,
• конструктором,
• поставщиком,
• механиком и организатором.

Но в то время не было большой надобности в таких машинах, ведь было огромное количество дешевой рабочей силы. Ползунов опередил свой век, поэтому его «детище» было заброшено.

Создание первой в мире универсальной паровой машины

История

Видный естествоиспытатель XVIII века, член-корреспондент, а потом ординарный член Петербургской Академии наук, Эрик Лаксман писал 11 февраля 1765 года с Алтая:

«…Другой, с чем наибольше имею знакомство, есть горный механик Иван Ползунов… Он строит теперь огневую машину, совсем отличную от венгерской и английской. Машина сия будет приводить в действие мехи или цилиндры в плавиль­нях посредством огня; какая же от того последует выгода! Со временем в России, если потребует надобность, можно будет строить заводы на высоких горах и в самих даже шахтах».

Алтайские горные заводы во 2-й половине XVIII века

К середине XVIII века на отечественных рудниках работы велись почти исключительно вруч­ную, а если и применялись механизмы (вороты и т.д.), то с мускульны­ми приводами. Примером может служить Алтай, который к середине XVIII века стал центром рудной промышленности России.

Змеиногорский рудник счи­тался тогда основным местом добычи серебряных руд. В основном на руднике применялись ручные вороты для подъема добытой руды на поверхность. Применение первых вододействующих механизмов на Змеиногорском руднике (вернее на заводах, связанных с этим рудником) относит­ся к концу 40-х годов XVIII века. А в 1752 году на одной из шахт начал строиться конный ворот; на остальных шахтах еще долгое время применяли ручные вороты.

Ручной ворот для подъёма руды на Змеиногорском руднике. Чертёж выполнен выдающимся российским гидротехником XVIII века К.Д. Фроловым

На Колыванском заводе в конце 30-х годов XVIII века имелось только шесть во­дяных колес. Они обслуживали семь пар воздуходувных мехов, три тол­чеи и одну лесопильную раму.

На Барнаульском заводе также значительная часть операций произво­дилась вручную. Примером может служить кузнечный цех, в котором совсем отсутствовали вододействующие механизмы. Но в других цехах было немало водяных двигателей. В 1751 году там действовало 14 водяных колес. Они обслуживали восемь пар воздуходувных мехов, два молота, два мельничных постава для размола зерна, одну «мусорную толчею» и одну «пильную мельницу», т.е. всего 20 рабочих машин. На Барнауль­ском заводе лишь одни воздуходувные мехи были сгруппированы по две пары на водяное колесо, остальные рабочие машины имели каждая свой двигатель.

Объем рудничных работ, проводимых на Алтайских горных заводах, и их сложность возрастали, что требовало применения более совершенных технических средств.

Вентиляция подземных выработок осуществлялась через стволы шахт или через специальные вертикальные смотровые и вентиляционные ходы. Насыщенный пороховыми газами, сырой, спертый воздух близ за­боя содержал, помимо того, много рудной пыли, в состав которой вхо­дила вредная медная зелень и другие еще более ядовитые частицы. Чем глубже опускались подземные выработки, тем труднее было сдержать напор грунтовых вод, борьбу с которыми на всех этажах вели при помо­щи ручных насосов.

Тяжело было работать в забое, но еще быстрее изматывала людей работа у рукояток водяных насосов. Ее нельзя было прекращать, нельзя было делать даже кратковременных передышек. Лишь с напряжением всех сил удавалось работным людям держать на одной отметке уровень воды, стекающей со всех сторон в особые углубления, из которых воду поднимали с яруса на ярус.

Чем дальше углублялись выработки, тем все большее число работ­ников требовалось для обслуживания ручных насосов. При помощи та­ких примитивных технических средств становилось все труднее предот­вращать скопление воды в местах производства работ. В нижних гори­зонтах работа приостанавливалась в летнее время, так как их затопляла грунтовая вода.

Рудники представляли собой лабиринт шахт и галерей, идущих под разными уклонами. Там легко можно было заблудиться. Скудное осве­щение и крутые повороты подземных ходов сильно снижали производи­тельность труда, приводили к частым увечьям. Выработанные простран­ства заваливались «пустой» породой, к которой относили руды, содержа­щие менее 0,08% серебра на пуд руды.

Вид Змеиногорского рудника. С акварели Неелова. Из «Атласа Сибири 1805—1811 гг.»

Иногда горняки попадали в слои раздробленного камня и глины, и их засыпало породой. В большинстве случаев приходилось применять крепление, а крепежный лес спускать при помощи тех же ручных воро­тов, которыми поднимали руду на поверхность земли.

Узенькие лестницы без пе­рил почти вертикально опускались в те самые шахтные стволы, по которым поднималась в бадьях руда ручными воротами. Между лестницами и той частью стволов, где двигались бадьи, не было даже ограждения. Каждый пролет заканчивался небольшой площадкой. Спуск по многочисленным вертикальным лестницам, облепленным грязью, а зимой покрытым ледяной коркой, был очень изнурителен и опасен. Все это мало беспокоило администра­цию рудника. Лишь после не­скольких несчастных случаев производили технический ос­мотр, но и тогда ограничива­лись заменой лишь отдельных ступеней.

На многочисленных алтайских «приисках», как называли места закладок пробных шахт для разведки найденного месторож­дения, часто отсутствова­ли и ручные вороты, а руда поднималась попросту верёвкой, к концу которой привеши­валась бадья. Столь же при­митивным способом удалялась и грунтовая вода. Спуск в по­добные шурфы напоминал ла­зание по вертикальным скалам. Он осуществлялся при помощи шестов, и лишь с глубины 5-6 метров ставились лестницы.

Горный инженер И.И. Ползунов

В 1760 году в России было опубликовано руководство для металлургов и горняков под названием «Обстоятельное наставление рудному делу». Автор – руководитель канцелярии монетного департамента Иван Андреевич Шлаттер (до переезда в Россию — Иоганн-Виль­гельм Шлаттер, 1708-1768) — видный специалист в области горного дела, металлургии, пробирного и монетного дела. Поскольку написанное задолго до этого, но оставшееся в рукописи, аналогичное руководство М.В. Ломоносова было издано лишь три года спустя, книга Шлаттера явилась первым пособием такого рода. В этой книге было впервые дано изображение и подробное описание на русском языке паровой машины для откачки воды из шахт.

В 1761 году руководство Колывано-Воскресенских рудников обязало своих горных офи­церов (которых в то время называли на немецкий манер «шихтмейстерами») изучать эту работу Шлаттера.

Одним из таких горных инженеров был Иван Иванович Ползунов. После огромной подготовительной исследовательской работы, кото­рой Ползунов мог заниматься лишь урывками в немногие свободные часы, он подал в апреле 1763 года начальнику Колывано-Воскресенских заводов А.И. Порошину докладную записку, предлагающую начать широкое применение паровых («огнедействующих») машин, а также чертеж и описание такой машины, предна­значенной для заводских целей.

Иван Иванович Ползунов

Первые проекты использования силы пара для приведения в дейст­вие различных механизмов встречаются в работах многих изобретате­лей XVII века. Одни, как например С. де Ко во Франции или Э. Сомерсет, известный также под именем маркиза Ворчестера (по английскому про­изношению Вустера) в Англии, проектировали сосуды, вода из которых должна была бить фонтаном под действием пара, давящего на поверх­ность воды. Другие предлагали использовать струю пара для вращения своеобразной турбины (итальянец Дж. Бранка).

Как говорил Ф. Энгельс: «Паровая машина была первым действительно интернациональным изобретением, и этот факт в свою очередь свидетельствует об огромном историческом прогрессе».

Первые паровые машины

В создании первых паровых машин к концу XVII века видную роль сыграли проекты и опыты талантливого изобретателя Дени Папена, француза по происхождению, долго жившего в Англии и Германии и сотрудничавшего там с выдающимися учеными.

Решающие опыты Папена были произведены в Германии и связаны с теоретическими трудами знаменитого Лейбница, с которым Папен поддерживал переписку на протяжении ряда лет. Папен первый пред­ложил паровую поршневую машину (в 1690 г.), где, однако, паровой котел, цилиндр и конденсатор не были отделены один от другого (вода и кипятилась и охлаждалась в рабочем цилиндре). Кстати, Папен пред­полагал, что новый двигатель может быть применен не только «к подъе­му воды или руды из шахт», но и «для продвижения судов против ветра» и «для множества других подобных вещей». Но ни этот, ни последующие (например, предложенные в 1705-1706 годах) проекты и модели Папена практического примене­ния не получили.

В 1698 году английский инженер Томас Севери построил первую практически применимую паровую машину («огневой насос») своеобразной конструкции. Изо­бретатель назвал ее «друг горняка». Ма­шины Севери имели очень узкое назначение — откачку воды из подземных выра­боток, хотя теоретически Севери допускал возможность применения «огнедействующей» машины и для других нужд.

В машине Севери котел был отделен от рабочего сосуда, но работа пара, пере­гонявшего воду из сосуда вверх по трубе непосредственным давлением на ее по­верхность, и его конденсация происходи­ли в одном и том же сосуде. Ни цилиндра, ни поршня в машине не было. Машина такого типа и была первой паровой ма­шиной, появившейся в России. В 1717-1718 годах Петр I выписал из Англии маши­ну системы Севери, усовершенствованную физиком Жаном-Теофилем Дезагюлье. Этот «огневой насос», сферический котел которого вмещал 5-6 бочек воды, упот­реблялся для пуска фонтанов в Летнем саду.

Схематическое изображение паровой машины (насоса) Т. Севери в усовершенствованном виде 1702 г. (с двумя рабочими камерами). Внешний вид. Слева – рабочие камеры, справа- котельная установка

В 1711-1712 годах английский изобретатель, кузнечный мастер Томас Ньюкомен построил совместно с Джоном Колли (или Коули) первую паровую (точнее пароатмосферную) поршневую машину.

Изображение паровой машины Ньюкомена (в разрезе). Иллюстрация из книги Белидора «Гидравлические сооружения», 1739 г.

Двигатель Ньюкомена предназначался вначале также лишь для откачки воды. Посредством балансира он соединен был с насосной уста­новкой. Двигатель представлял собой пароатмосферную машину. В от­крытом сверху вертикальном цилиндре двигался поршень. Движение поршня вверх (холостой ход) совершалось под действием пара, посту­пающего под поршень из котла, расположенного под цилиндром. Подъе­му поршня содействовал также вес насосной штанги и добавочного груза, подвешенного на противоположном конце балансира. Движение поршня вниз (рабочий ход) совершалось силой атмосферного давления после того, как пар под поршнем охлаждался путем вбрызгивания в ци­линдр (под поршень) холодной воды.

Даже после усовершенствований, внесенных в конструкцию машины Ньюкомена Г. Бейтоном, Дж. Смитоном и, наконец, знаменитым англий­ским изобретателем Джемсом Уаттом в 1769-1774 годах, паровая машина Ньюкомена сохраняла это узкое назначение.

«…Паровая машина в том виде, как она была изобретена в конце XVII века, в мануфактурный период, и просуществовала до начала 80-х годов XVIII века, не вызывала никакой промышленной революции», — подчеркивал К. Маркс.

И на Урале еще в 50-х годах XVIII века ставился вопрос о применении паровой машины (по-видимому, системы Ньюкомена) для откачки воды из шахт. Так, например, канцелярия Гумешевского медного рудника весной 1752 года обратилась в Берг-коллегию с просьбой затребовать из Академии наук модель машины, которая «чрез огонь из глубоких ям воду вытягивает», а также «аккуратное об ней описание». Впрочем, это начинание осталось неосуществленным.

До весны 1763 года нигде в мировой практике паровые («огнедействующие») машины не применялись для непосредственного приведения в движение каких-либо заводских или транспортных механизмов, хотя теоретически такая возможность допускалась, как мы видели, Д. Папеном и Т. Севери, а также и некоторыми позднейшими конструкторами, например Дж. Хэллзом (Гулльзом) в Англии или И.-Э. Фишером в Германии в 30-х годах XVIII века.

В тех случаях, когда (к середине XVIII века) делались отдельные по­пытки использовать силу «огня» (пара) для приведения в действие за­водских механизмов (сверлильных станков, воздуходувок и т.д.), паро­вую машину (системы Севери или Ньюкомена) заставляли поднимать воду в резервуар, а затем пускали эту воду на колесо, которое приво­дило в движение данный механизм.

Проект универсальной паровой машины

В докладной записке к своему первому проекту 1763 году Ползунов выдвинул поразительное по смелости предложение — заменить всю си­стему водяных двигателей на заводах «огненными», т.е. паровыми дви­гателями, тем самым «облегчая труд по нас грядущим».

Проектируя свою паровую машину для различных заводских целей, Ползунов стремился прежде всего разрешить конкретные запросы алтай­ского и вообще русского горнометаллургического производства. В связи с необходимостью постройки алтайских заводов непременно на реках, часто вдали от рудников и лесов, увеличивались трудности перевозки руды и угля. Именно в период 1762-1763 годов Колывано-Воскресенское горное начальство получило задание построить ряд новых заводов. Между тем было трудно найти места, где бы имелись и рудные место­рождения, и леса (древесное топливо), и которые были бы вместе с тем удобны для создания крупных водохранилищ.

Модель паровой машины Ползунова, сделанная в 1825 г. по первому проекту изобретателя

Ползунов настойчиво стремился найти способ строить заводы в лю­бом безводном месте. Начиная свою докладную записку с анализа основных недостатков горного дела в России, он подчеркивал, что необ­ходимость строить заводы на реках ограничивает возможность строи­тельства новых заводов и вызывает огромные дополнительные расходы государственных средств.

Ползунов подчеркивал, что он замыслил «сложением огненной ма­шины водяное руководство пресечь и его, для сих случаев, вовсе уничто­жить, а вместо плотин за движимое основание завода ее (паровую ма­шину) учредить так, чтобы она была в состоянии все наложенные на себя тягости, каковы к раздуванию огня обычно в заводах бывают потребны, носить и по воле нашей, что будет потребно, исправлять (здесь в смысле исполнять)… Дабы сей славы (если силы допу­стят) Отечеству достигнуть и чтоб во всенародную пользу… в обычай, ввести».

Докладная записка 1763 года показывает также, что скромный алтай­ский шихтмейстер, непрестанно отвлекаемый текущими поручениями, ничего общего не имеющими с изобретательством и с науками, успел приобрести солидные практические и теоретические знания. Он трезво оценивал, например, состояние литературы о паровых машинах, говоря, что «действие огненных машин должно более примечаниями (наблюдениями) и опытами, нежели в тягостях (в расчетах нагрузок) — механическими, а в фигурах — геометрическими доводами, утверждать и теоретически доказывать».

Он правильно отмечал отставание современной ему теории от прак­тики «особливо в воздушных и огненных делах», т. е. в области учений о газах и о теплоте. Теоретические замечания Ползунова показывают, что он был в курсе борьбы научных мнений о природе тепловых явлений. Ему было знакомо как старое учение о теплороде, так и новая молекулярно-кинетическая теория теплоты, главным представителем которой в России был М.В. Ломоносов.

Круг литературных источников, использованных Ползуновым, нам мало известен (на русском языке в то время имелась лишь одна книга, содержавшая беглое упоминание об использовании паровых двигателей для откачки воды из шахт: Г. Крафт «Краткое руководство и познания простых и сложных машин, сочинённое для употребления российского юношества», СПб, 1738). Несомненно лишь, что изобретатель изучал вышедшую в 1760 году книгу И.А. Шлаттера «Обстоятельное наставление рудному делу», где на страницах 150-169 давалось описание паровой (точнее — пароатмосферной) машины Ньюкомена с соответствующими рисунками. Шлаттер в свою очередь позаимствовал это описание из книги фран­цузского инженера Б.-Ф. Белидора «Гидравлические сооружения» (1739). О знакомстве Ползунова с некоторыми трудами Ломоносова можно лишь высказывать предположения.

В своем проекте Ползунов, и в этом его огромная историческая заслуга, впервые дал подробное описание оригинальной паровой (точ­нее — пароатмосферной) машины, позволявшей осуществлять непрерыв­ность отдачи работы, а потому пригодной для применения в различных заводских операциях. Описание сопровождалось тщательными расчета­ми и чертежами машины во всех ее деталях.

Канцелярия Колывано-Воскресенского горного начальства во главе с Порошиным, рассмотрев 25 апреля 1763 года представленные Ползуно­вым документы, одобрила проект, хотя с оговорками и сомнениями («сумнительствами»), особо подчеркнув, что осуществление замысла изобретателя позволит «избегнуть против нынешнего знатных расходов, а именно строения чрез великую сумму на реках плотин», и что если «сверх сомнения» Ползунов построит машину, то она «не столько при одних здешних, но и при многих в России заводах, фабриках и мануфак­турах руководить может с немалою пользою».

Затем проект Ползунова с заключением Канцелярии послан был на заключение Шлаттеру. Последний также выдвинул против предложений изобретателя ряд оговорок, возражений и «сумнительств». В целом же Шлаттер приходил к положительному выводу и рекомендовал «велеть такую машину, какую он (Ползунов) проектировал, построить и в действие производить, дабы практикою теорию свою подтверждала». Он одобрил намерение Канцелярии поощрить изобретателя производст­вом в чин горного механика («берг-механикуса») и денежной наградой.

Екатерина II утвердила это решение и «великодушно» пожаловала Ползунову 400 р., которые, однако, были доставлены изобретателю, когда он лежал уже на смертном одре.

Создание И.И. Ползуновым универсальной паровой машины

К марту 1764 года Ползунов разработал подробный второй проект па­рового двигателя несколько иной конструкции, позволившего непосред­ственно приводить в действие воздуходувные мехи при сереброплавиль­ных печах.

В январе 1764 года заводское начальство вынесло решение о приме­нении машин системы Ползунова — как при Барнаульском заводе, так и на Новолазурском и Семеновском рудниках. Возможно, что на эти рудники предполагалось перенести барнаульскую машину.

Для производства деталей паровой машины Ползунов сконструиро­вал ряд станков — токарных и др. — с водяным приводом.

К числу серьезных ошибок, нередко повторявшихся в литературе о Ползунове, принадлежит утверждение, будто изобретатель был одиноч­кой и создавал все свои гидротехнические и теплотехнические установ­ки единолично.

Верно, конечно, что круг помощников Ползунова был еще узок. Но такие помощники были. Да было бы и физически невозможно одному человеку сооружать огромную по тем временам паровую машину.

К «механикусу» Ползунову было прикомандировано четыре учени­ка — Дмитрий Левзин, Федор Овчинников, Иван Черницын и Петр Вятченин, мастер по расковке меди Филат Медведев и отставной мастеро­вой Спиридон Бобровников.

19 марта 1764 года Ползунов просил также прикомандировать еще следующих мастеров по литейному делу: плавильщиков («шмельцеров») Ивана Шевангина, Сергея Трусова, Федора Кирсанова и Ивана Колмина, кузнеца Ефима Материна, обжигальщика Михайлу Густокашина и отставного мастерового Григория Бобровникова; по расковке меди — мастеров Семена Коренева и Козьму Девкина, по меднокотельному, паяльному, кузнечному и слесарному делу — Ивана Клюева, Андрея Зуева, Сафона Васильева и Григория Харитонова; столяров для изго­товления моделей и образцов — Игнатия Речкунова и Степана Худякова, а к ним работников из бочкарей — Ивана Сафонова и Петра Кунгурова. Кроме того, Ползунов просил дать ему чернорабочих из заводских кре­стьян по 40 человек на июль и август и с ними по 10 человек плотников.

Хотя в помощь изобретателю давали меньше людей, чем он просил, но все же частично его ходатайство удовлетворили. Помощники из чис­ла мастеров и чернорабочих у изобретателя были. Особенно значитель­ную роль в постройке машин играли механические ученики Иван Черни­цын и Дмитрий Левзин,

К декабрю 1765 года «огненная машина» была в основном закончена. Ползунов опробовал ее в действии, заменив для этого случая отсутство­вавшие мехи бревнами. Затем приступили к постройке мехов.

Алтайскому механику было несравненно труднее строить паровую машину, чем мастерам Англии, единственной страны, где вообще в то время производились такого рода двигатели.

Чертёж машины Ползунова, выполненный в 1765 г.

Ещё в первой четверти XVIII века там был создан около Лондона специальный завод для выделки паровых цилиндров и других деталей «огнедействующих» машин. С этого завода посылались и мастера для сборки паровых машин (как правило, одноцилиндровых, системы Ньюкомена). И все же английским теплотехникам второй половины XVIII века (в том числе и Уатту) пришлось сталкиваться с огромными трудностями в деле производства деталей паровых машин, которые зачастую оказы­вались непригодными.

На Алтае не было машиностроительных заводов. Примитивные, поч­ти полностью деревянные машины и механизмы мануфактурных пред­приятий строились и собирались обычными заводскими плотниками столярами, кузнецами и слесарями.

Внешний вид здания, в котором помещалась машина Ползунова. Позднейшая репродукция чертежа 1765 г.

Ползунов должен был создавать не только детали машин (медные, железные, свинцовые, стальные), но и орудия для производства этих деталей.

И он действительно изготовил множество специальных инструмен­тов, сконструировал ряд станков — токарных и других, частично приво­димых в движение силой воды.

Устройство паровой машины И.И. Ползунова

Что же представляла собой ползуновская машина — первая паровая машина, для заводских целей построенная в России?

Схема паровой машины Ползунова

Недалеко от заводского пруда было построено высокое деревянное здание около 19 м высотой, где размещалась огнедействующая машина с котельной установкой, парораспределительным, водораспре­делительным и передаточным механизмами. Часть здания была низкой и вытянутой в длину. Там должны были находиться воздуходувные мехи, обслуживаемые паровой машиной.

Котельная установка занимала нижний ярус основной (высокой) части здания и выступала над полом второго яруса. Медный котел имел внизу вид усеченного конуса, а вверху — полушаровидную форму. Он имел прибор для автоматического питания котла водой и еще несколько остроумных приспособлений, введенных Ползуновым для обеспечения бесперебойной работы котла.

Над котлом, занимая все верхние ярусы здания, размещались ци­линдры паровой машины с водо- и парораспределительными устройст­вами, а также механизм для передачи движения воздуходувным мехам.

Макет здания, в котором размещалась паровая машина Ползунова

«Огнедействующая машина», построенная в 1764-1765 годах, относи­лась в основном к той же системе, которая предусматривалась проектом 1763 года но имела значительно большую мощность — 32 л.с. вместо 1.8 л.с.

Взяв в качестве исходной конструкцию ньюкоменовской пароатмосферной машины, Ползунов запроектировал машину не с одним, а с дву­мя такими цилиндрами. Каждый из этих медных цилиндров имел огром­ные по тем временам размеры — около 3 м в высоту и 0.8 м в диаметре (по проекту 1763 года цилиндры должны были иметь в четыре раза мень­ший диаметр). В цилиндрах двигались железные поршни (как тогда говорили «эмволы»), обтянутые кожей. Техника того времени была еще столь несовершенной, что плотно подогнать поршни к внутренней поверх­ности цилиндров не удавалось. Зазоры достигали 15 мм. С подобной же трудностью сталкивались и западные теплотехники. В цилиндрах их па­ровых машин зазоры были тоже очень велики, и пар то здесь, то там вырывался из них.

Поршни в двухцилиндровой машине Ползунова двигались в проти­воположных направлениях — когда один поднимался, другой опускался. Движение поршней передавалось двум балансирам, которые качались вверх и вниз также в противоположных направлениях (в проекте 1763 года Ползунов предусматривал не балансиры, а шкивно-цепную передачу, но впоследствии отказался от такого устройства). Вторые плечи балансиров должны были соединяться посредством тяг с рукоятками двух воздуходувных мехов.

Только что описанное устройство двухцилиндровой машины с двумя балансирами обеспечивало непрерывное дутье для плавильных печей. Воздухораспределительная и парораспределительная системы машины были устроены в высшей степени остроумно. Хотя, как уже отмечалось, Ползунов был знаком с книгой Шлаттера, а может быть, и с некоторыми другими чертежами созданных к этому времени паровых машин, но его изобретение было новым вкладом в мировую теплотехнику. Это признал и Шлаттер, отметивший в своем заключении: «…Он, шихтмейстер, так похвалы достойною хитростию оную машину умел переделать (по срав­нению с машиной Ньюкомена) и изобразить, что сей его вымысел за новое изобретение почесть должно», потому что Ползунов «вместо того что все в свете находящиеся такие машины одинаки и из одного цилиндра состоят, то он оную на две разделил…»

Итак, замечательное творение первого русского теплотехника было в основном завершено. Оставались лишь некоторые доделки — и маши­на могла войти в строй. Однако судьба самого Ползунова складывалась трагически. За несколько лет до этого у него началось легочное заболе­вание. Постоянная нужда, тяжелая и нервная работа, нередко сопряжен­ная с большой опасностью, способствовали усилению болезни.

Смерть И.И. Ползунова

Материальные условия жизни Ползунова почти не улучшились и по­сле того, как он стал «механикусом».

Он вынужден был, отказывая себе в самом необходимом, строить за свой счет модель «огнедействующей» машины, которую намеревался послать в Петербург. Впрочем, собрать изготовленные им детали этой модели механик уже не успел.

Болезнь его становилась все более тяжелой. Непомерное физическое и нервное напряжение зимой 1765-1766 годов во время сооружения огром­ной машины усугубило ход болезни. Тридцатисемилетний изобретатель в расцвете творческих способностей, накануне завершения своей замеча­тельной машины почувствовал приближение смерти. И только тогда — 21 апреля 1766 года — продиктовал он своему ученику Ивану Черницыну «челобитную» на имя Екатерины II — потрясающий документ, в котором особенно ярко отразился духовный облик выдающегося русского изобре­тателя — скромного, настойчивого, полного «благородной упрямки» (говоря словами Ломоносова) в достижении основной цели жизни — раз­вития отечественного производства.

Механик напоминал там о состояв­шемся в свое время одобрении его проекта «с планом и описанием новой машины», отметив, между прочим, и произвол горного начальст­ва, не выдавшего ему обещанной награды. Он предвидел возможность смерти, «о его больше всего беспокоила судьба машины. Вынужденный просить об увольнении по болезни «от всего того машинного производ­ства», изобретатель подчеркивал, что его ученики Левзин и Черницын при поддержке Порошина и других горных офицеров смогут довести его дело до конца, что Левзин и Черницын поняли устройство машины во всех деталях «и производство знают».

Видимо, заводские чиновники испугались нагоняя из Петербурга за то, что задержали наградные. В тот же день 21 апреля 1766 года они отослали прикованному к постели Ползунову, изнемогавшему от жесто­кого горлового кровотечения, жара и невыносимых болей, 400 рублей серебром. Лекарь Яков Кизинг стал более внимательно, чем прежде, «пользовать» больного. Но было уже поздно. 16 мая 1766 года первый рус­ский теплотехник скончался.

Паровая машина И.И. Ползунова в действии

Паровая машина была введена в строй его учениками и соратни­ками, среди которых был другой талантливый русский изобретатель Козьма Фролов.

Так оборвалась короткая, но славная жизнь «механикуса» Ползунова, сделавшего первый шаг не только в России, но и во всем мире к созданию такой паровой машины, которая была бы способна «по воле нашей, что будет потребно, исправлять», иначе говоря, к созданию уни­версального парового двигателя. Это дело завершено было в Англии Уаттом пятнадцать лет спустя.

Результаты работы первой русской паровой машины оказались вполне удовлетворительными. Как сообщал Порошин Кабинету рапортом от 29 января 1767 года, с помощью этой машины было проплавлено значительное количество руды, перевозимой со Змеиногорского рудника, причем чистая прибыль от работы парового двигателя составила 11 тыс. рублей. Однако из-за аварии котла (который признавался ненадежным самим Ползуновым) машина в ноябре 1766 года была остановлена и боль­ше не применялась.

Весной следующего 1767 году Д. Левзин и И. Черницын со всеми доку­ментами об окончании ползуновской машины и с моделью её были от­правлены Порошиным в Петербург. Порошин пытался заинтересовать изобретением покойного механика кабинетное начальство и Академию наук. М.В. Ломоносова уже не было в живых, но в академии работали его ученики. Один из них, математик С.К. Котельников, вскоре возгла­вивший академический музей (кунсткамеру), должен был обучить Д. Левзина математике и механике (для чего решено было приобрести два экземпляра книги Г.В. Крафта «Краткое руководство к познанию простых и сложных машин»). Черницын был сразу же возвращен на Алтай. Машину Ползунова признали полезной. Ее модель поместили в кунсткамере, причем намечено было провести сопоставление работы ползуновской машины (на примере этой модели) с предыдущими конст­рукциями паровых двигателей.

Однако эта инициатива передовых ученых ломоносовской школы, натолкнулась на бездушное, а иногда и просто недоброжелательное отношение горных чиновников.

Они не были заинтересованы в распространении паровых двигате­лей. По их твердому убеждению, на Алтае и в других промышленных районах достаточно было дешевого крепостного труда. А если уж прихо­дилось применять какие-то двигатели, кроме ручных, то следовало огра­ничиться более привычными, простыми и недорогими конными и водя­ными двигателями.

Судьба паровой машины И.И. Ползунова

В 1768 году А.И. Порошин ушел в отставку. Во главе заводов был по­ставлен горный чиновник Андрей Ирман, сторонник традиционной, ста­рой техники. Д. Левзин был скоро возвращен на Алтай.

Свое мнение о паровых машинах новый начальник Колывано-Воскресенских заводов вполне отчетливо выразил в рапорте от 1 февраля 1768 года:

«Вышеписанная машина до сего уже давно оставлена, да и пущать в действо, по изобилию при здешнем заводе воды, за ненужно (за ненужностью) не признавается».

Что касается переноса машины Ползунова на один из двух ранее намеченных рудников, или на какой-либо другой завод (Черницин предлагал это в 1769 году) то и это пред­ложение было отвергнуто Канцелярией «по неимению здесь искусных ремесленников». Нечего говорить, что на Колывано-Воскресенских заво­дах было множество «искусных ремесленников». Не раз в последующие десятилетия барнаульские механики выступали с замеча­тельными проектами паровых машин разных конструкций и систем, но им не удалось воплотить в жизнь свои замыслы. Горное начальство ни­чего не сделало, чтобы на родине первого русского парового двигателя, на Колывано-Воскресенских заводах, вместо водяных двигателей были введены паровые машины той или иной конструкции.

В 1778 году Ирман обратился в Кабинет с официальной просьбой разобрать ползуновскую машину. Ирман вновь подчеркивал, что в такой машине впредь никогда надобности не будет, «потому что при здешних заводах расплавка руд и получение серебра производится по довольству воды, чрез вододействуемые машины».

В 1780 году при преемнике Ирмана Меллере огромная машина и зда­ние, где она стояла, были разобраны. Медные цилиндры и другие части машины долгое время валялись без всякого присмотра под открытым небом на берегу заводского пруда. Еще в начале XIX века дети, играя у пруда, прятались в эти цилиндры.

Дело смелого новатора не замерло. На Алтае остались его ученики и последователи. Они стремились искать новые решения, соответствую­щие быстро растущему уровню мировой техники.

Попытки обеспечить непрерывность работы двигателя путём сочета­ния двух пароатмосферных цилиндров, делавшиеся в последующие годы и в других странах (например, Н.-Ж. Кюньо во Франции, Фальком в Англии), характерны для первого этапа разработки проектов универ­сальной паровой машины.

Второй и решающий этап борьбы за создание универсальной паро­вой машины относится уже к началу 80-х годов. Он связан прежде всего с деятельностью знаменитого английского механика Джемса Уатта.

Передовые русские теплотехники конца XVIII и начала XIX веков исхо­дили уже в своем творчестве из достижений Уатта. Однако при всех преимуществах второй паровой машины Уатта по сравнению с «огнедействующей машиной» Ползунова необходимо еще раз подчеркнуть, что Ползунов задолго до Уатта в тяжелых условиях крепостного Алтая выступил как пионер в деле создания универсального парового двига­теля для заводских целей.

А потому совершенно прав был Эрик Лаксман, давший оценку дея­тельности Ползунова в словах: «Муж, делающий истинную честь своему Отечеству».