Оглавление
Применение
Кто изобрел паровую машину, уже известно. Осталось узнать, где их применяли. До середины ХХ века паровые машины применяли в промышленности. Также их использовали для железнодорожного и парового транспорта.
Заводы, которые эксплуатировали паровые двигатели:
- сахарные;
- спичечные;
- бумажные фабрики;
- текстильные;
- пищевые предприятия (в отдельных случаях).
Паровые турбины также относятся к данному оборудованию. С их помощью до сих пор работают генераторы электроэнергии. Около 80% мировой электроэнергии вырабатывается с применением паровых турбин.
В свое время были созданы различные виды транспорта, работающие на паровом двигателе. Некоторые не прижились из-за нерешенных проблем, а другие продолжают работать и в наши дни.
Транспорт с паровым двигателем:
- автомобиль;
- трактор;
- экскаватор;
- самолет;
- локомотив;
- судно;
- тягач.
Такова история изобретения паровых машин. Кратко можно рассмотреть удачный пример о гоночном автомобиле Серполле, созданном в 1902 году. На нем был установлен мировой рекорд по скорости, который составил 120 км в час на суше. Именно поэтому паровые авто были конкурентоспособными по отношению к электрическим и бензиновым аналогам.
Так, в США в 1900 году больше всего было выпущено паровых машин. Они встречались на дорогах до тридцатых годов ХХ века.
Большая часть подобного транспорта стала непопулярной после появления двигателя внутреннего сгорания, чей КПД значительно выше. Такие машины были более экономичными, при этом легкими и скоростными.
Тени облика новатора
Почти всё, что связано с именем русского изобретателя, обросло легендами, мифами, домыслами – от даты его рождения, облика и других биографических подробностей до утверждений о «недоучке», «забытом изобретателе», «кознях начальства» и «борце за народные права». Как это часто бывает, недостоверные сведения перекочёвывают из одной публикации в другую, обрастая новыми, порой невероятными подробностями.
Сотрудник Главного управления Алтайского округа краевед Пётр Чупин предполагал, что «годом рождения механика надо принимать либо 1730 год, либо какой-нибудь из смежных с ним, но который именно, сказать не можем».
Поныне в «Википедии» значится, что Иван Ползунов появился на свет 14 марта 1728 года, другие справочные издания сообщают общо: 1728 год. На этой дате настаивал и биограф изобретателя Виктор Данилевский, неверно прочитавший архивный документ: «Механической ученик Иван Ползунов, от роду 14 лет в службу вступил в 1742 году апреля с 19 дня в механические ученики, из солдатских детей, поместья не имеет».
В 1955 году уральский историк Анатолий Козлов привёл архивный документ, сообщавший, что отец привёл Ваню Ползунова в школу в 1736 году. В те годы в школу принимали с семи лет. Получается, что будущий изобретатель родился в первой половине 1729 года. Именно эта дата и считается официально принятым временем рождения Ивана Ползунова.
Имеются попытки показать, что наш земляк был «недоучкой», неспособным к новаторскому поиску.
Бывший научный сотрудник Института истории естествознания и техники АН СССР Гелий Салахутдинов, с треском уволенный из науки, в статье «Мастер паровых дел» (журнал «Инженер», 2000 г., № 2, с.12-14) рассуждал: «Изучив зарубежные чертежи, алтайский рабочий Ползунов решил: да что же мы совсем уже тюхи-матюхи, да неужто не построим такую же машину, какую англичане сделали?! Умные люди ему говорили: это невозможно сделать в России, поскольку здесь нет необходимых технологий. Но у Ползунова было шесть классов образования, про технологии он мало чего понимал…»
Оставим на совести автора его непозволительный тон, но зачем же передёргивать факты?! Ползунов был не рабочим, а горным офицером. За 20 лет службы на Колывано-Воскресенских заводах много чего понимал «про технологии» и машину всё-таки построил! А шесть лет его учёбы в школе плюс постоянное самообразование и практическая работа на горнорудных предприятиях – чем же плохи его университеты XVIII века?!
Также несостоятельны утверждения, что «начальство строило козни» изобретателю. Ему благоволили, продвигали проект губернатор Андрей Порошин, директор Монетного двора Иван Шлаттер и императрица Екатерина II. И вовсе не забыт Иван Ползунов ни современниками, ни потомками. Долгое время было принято считать, что первая публикация о «совершенно забытом барнаульском механикусе» горного инженера Воейкова состоялась в журнале «Русская старина» лишь в 1884 году. Но, по подсчёту алтайского краеведа Якова Кривоносова, это была уже 17 публикация о Ползунове и его изобретении. Сейчас его имя носят улицы, заводы, вузы на Алтае и в других регионах страны.
Изобретения Дени Папена
Дени Папен был по образованию медиком. Родившись во Франции, в 1675 году он переехал в Англию. Он известен многими своими изобретениями. Одним из них является скороварка, которую называли «Папенов котел».
Ему удалось выявить зависимость между двумя явлениями, а именно температурой кипения жидкости (воды) и появляющимся давлением. Благодаря этому он создал герметичный котел, внутри которого давление было повышено, из-за чего вода закипала позже обычного и повышалась температура обработки помещенных в него продуктов. Таким образом увеличивалась скорость приготовления пищи.
В 1674 году медик-изобретатель создал пороховой двигатель. Его работа заключалась в том, что при возгорании пороха в цилиндре перемещался поршень. В цилиндре образовывался слабый вакуум, и атмосферное давление возвращало поршень на место. Образующиеся при этом газообразные элементы выходили через клапан, а оставшиеся охлаждались.
К 1698 году Папену удалось создать по такому же принципу агрегат, работающий не на порохе, а на воде. Таким образом, первая паровая машина была создана. Несмотря на существенный прогресс, к которому могла привести идея, существенной выгоды она своему изобретателю не принесла. Связано это было с тем, что ранее другой механик, Сейвери, уже запатентовал паровой насос, а другого применения для подобных агрегатов к этому времени еще не придумали.
Дени Папен умер в Лондоне в 1714. Несмотря на то, что первая паровая машина была изобретена им, он покинул этот мир в нужде и одиночестве.
Борьба за приоритет
Ещё в первом веке до нашей эры древнегреческий учёный Герон Александрийский в трактате «Пневматика» описал две машины, использовавшие энергию тепла. Одна из них – эолипил (шар Эола), вращающийся вокруг своей оси под действием выходящего из него пара, – фактически явилась прообразом будущих паровых турбин. Ещё одно замечательное устройство учёного – привод дверей храма, открывающихся под действием зажжённого на алтаре огня, – чем не первый паровой насос?!
Бум паровых машин пришёлся на XVII век. Одним из первых создал действующий прообраз паровой машины француз Дени Папен, правда, в виде набросков и модели.
Строго говоря, датой рождения парового двигателя следует считать 2 июля 1698 года, когда английский военный инженер Томас Севери получил патент на сконструированную и изготовленную им «пожарную установку». В шутку он называл своё детище другом рудокопа, поскольку это был первый паровой насос, способный откачивать воду на угольных шахтах. При этом устройство оказалось громоздким, небезопасным, поскольку трубопроводы иногда взрывались из-за высокого давления пара, с крайне низким КПД и высоким потреблением угля.
В 1712 году появилась паровая машина англичанина Томаса Ньюкомена, которая не изменила предназначения двигателя и сохранила его громоздкие размеры и низкую эффективность.
1763 год стал прорывным в развитии паровой машины: одновременно три человека в разных странах пришли к выводу о принципиально ином использовании пара. Русский Иван Ползунов в Барнауле, англичанин Джеймс Уатт (Ватт) в Глазго и француз Никола Кюньо в Париже. Первый заменил одноцилиндровый двигатель Томаса Ньюкомена на двухцилиндровый, построив такую машину в 1766 году. Второй усовершенствовал паровую машину Ньюкомена, снабдив её в 1765 году конденсатором и соорудив в 1782 году универсальную машину. Третий, сконструировав паровую повозку для перевозки артиллерийских снарядов, построил трёхколёсный прообраз будущего автомобиля в 1769 — 1770 годах.
Изобретение Ползунова
Проект первой паровой машины, которая могла приводить в действие разнообразные рабочие механизмы, был создан в 1763 году. Разработал его русский механик И.Ползунов, работавший на горнорудных заводах Алтая.
Начальник заводов был ознакомлен с проектом и получил добро на создание устройства из Петербурга. Паровая машина Ползунова была признана, и работа по ее созданию была возложена на автора проекта. Последний хотел сперва собрать модель в миниатюре, чтобы выявить и устранить возможные недочеты, которые не видны на бумаге. Однако ему приказали начать строительство большой мощной машины.
Ползунову предоставили помощников, из которых двое были склонны к механике, а двое должны были выполнять подсобные работы. На создание паровой машины ушел один год и девять месяцев. Когда паровая машина Ползунова была почти готова, он заболел чахоткой. Умер создатель за несколько дней до проведения первых испытаний.
Все действия в машине проходили автоматически, она могла работать беспрерывно. Это было доказано в 1766 году, когда ученики Ползунова провели последние испытания. Спустя месяц оборудование было сдано в эксплуатацию.
Машина не просто окупила затраченные средства, но и дала прибыль своим владельцам. К осени котел дал течь, и работы остановились. Агрегат можно было починить, но это не заинтересовало заводское начальство. Машина была заброшена, а спустя десятилетие разобрана по ненадобности.
Первый в России, но не в мире
Но говорить, как об этом указывается в ряде источников, что Ползунов изобрёл первую в мире паровую машину, неверно. Ведь более чем за полвека до него машины, использующие силу пара, уже работали на английских шахтах, откачивая из них воду. Корректнее будет сказать, что Ползунов – создатель первой в России паровой машины и первого в мире двухцилиндрового парового двигателя непрерывного действия.
25 апреля 1763 года он положил на стол начальнику Колывано-Воскресенских заводов Андрею Порошину чертежи паровой машины. На них была нанесена небольшая конструкция для обслуживания воздуходувной установки одной плавильной печи, состоявшей из двух клинчатых мехов. Основой задумки горного офицера явилась машина Ньюкомена, только не с одним, а с двумя цилиндрами: пока один поршень двигался вверх, второй шёл вниз, обеспечивая беспрерывность рабочего процесса.
Алтайское горное начальство одобрило проект Ползунова и направило его на заключение в Петербург. Президент Берг-коллегии Иван Шлаттер высоко оценил идею Ползунова: «Сей его вымысл за новое изобретение почесть должно». Императрица Екатерина II также поддержала предложение алтайского новатора, произведя его в чин горного капитана с указанием выдать ему четыреста рублей.
Пока бумаги гуляли в столице, Иван Иванович разработал второй проект с мощным тепловым двигателем на 15 плавильных печей и рядом других крупных конструктивных изменений. Вот эта огромная машина и была построена, по сути дела, ценою жизни её изобретателя.
А первый проект так никогда и не был реализован. Модель данного двигателя, изготовленную в 1825 году, – раритетный экспонат Алтайского краеведческого музея – многие годы принимали за уменьшенную копию машины Ползунова.
Интересно, как сложились судьбы великих новаторов?
Иван Ползунов не дожил ровно неделю до первого испытания своего детища, а его машину, проработавшую три месяца и три дня, через 15 лет до основания разобрали.
Джеймс Уатт стал состоятельным человеком, заработав на своём изобретении неплохие деньги. Он также сконструировал ртутный манометр, водомерное стекло в котлах, индикатор давления. И получил общественное признание, став членом Эдинбургского и Лондонского королевских обществ, Парижской академии наук. Это он предложил в качестве единицы мощности лошадиную силу, но в 1882 году Британская ассоциация инженеров решила присвоить единице мощности имя самого изобретателя – мы её знаем со школьной скамьи как ватт.
Повозка для перевозки артиллерийских снарядов Николы Кюньо двигалась всего 12 — 15 минут, после чего вынуждена была останавливаться на такой же период. А тот самый прообраз автомобиля, сооружённый им в конце 1760 годов, пугал жителей Парижа тем, что налетал на дома, разрушая стены, поскольку был неуправляемым.
Но если говорить о времени изобретения постоянно действующей паровой машины, то, бесспорно, приоритет за Иваном Ползуновым, нашим земляком.
Изобретения Томаса Ньюкомена
Более удачливым в плане дивидендов оказался англичанин Ньюкомен. Когда Папен создал свою машину, Томасу было 35 лет. Он внимательно изучил работы Сэйвери и Папена и смог понять недостатки обеих конструкций. Из них он взял все лучшие идеи.
Уже к 1712 году в сотрудничестве с мастером по стеклам и водопроводам Джоном Калли он создал свою первую модель. Так продолжилась история изобретения паровых машин.
Кратко можно пояснить созданную модель так:
- Конструкция совмещала в себе вертикальный цилиндр и поршень, как у Папена.
- Создание пара происходило в отдельном котле, который работал по принципу машины Сэйвери.
- Герметичность в паровом цилиндре достигалась за счет кожи, которой был обтянут поршень.
Агрегат Ньюкомена подымал воду из копей с помощью воздействия атмосферного давления. Машина отличалась солидными размерами и требовала для работы большого количества угля. Несмотря на эти недостатки, модель Ньюкомена использовали в шахтах полвека. Она даже позволила вновь открыть шахты, которые были заброшены из-за подтопления грунтовыми водами.
В 1722 году детище Ньюкомена доказало свою эффективность, откачав воду из корабля в Кронштадте всего за две недели. Система с ветряной мельницей смогла бы сделать это за год.
Из-за того, что машина была создана на основе ранних вариантов, английский механик не смог получить на нее патент. Конструкторы пытались применить изобретение для движения транспортного средства, но неудачно. На этом история изобретения паровых машин не прекратилась.
Двигатель заводского применения
Иван Ползунов прожил всего 37 лет. Буквально сгорел на работе, скончавшись от скоротечной чахотки, которая теперь называется туберкулёзом. Всего неделю не дожил до пробного пуска своего детища – «огнедействующей машины». И всё же успел воплотить выстраданную идею.
До него в фабрично-заводском и иных производствах основным двигателем было старое водяное колесо, привязывавшее предприятия к водоёмам. А Иван Ползунов соорудил свою машину в полукилометре от берега Барнаулки, там, где позже построили здание дрожжевого завода, существующее поныне.
До этого машины действовали исключительно в качестве насоса для откачки воды. Его же предназначалась для подачи воздуха в плавильные печи. Предшествующие механизмы были одноцилиндровыми, а наш земляк приспособил на один вал два цилиндра, обеспечив непрерывную работу машины. Применил вращающиеся детали передаточного механизма, оригинальное крановое паро- и водораспределение, изобрёл способ питания парового котла подогретой водой, балансирный передаточный механизм для двухцилиндрового двигателя, аккумулятор дутья – воздушный ларь, шарнирные цепи для передаточного механизма… Ни одна из требуемых деталей прежде не изготовлялась не только в Барнауле, но и в стране!
Значимость машины Ползунова огромна. Но ею не ограничивается его вклад в развитие Алтая, страны. Он был не только изобретателем и проектировщиком, но и конструктором и машиностроителем, архитектором и чертёжником, строителем пильных мельниц и рудотолчейно-промывальных предприятий, метеорологом и рудознатцем, горняком и металлургом, математиком и физиком.
Иван Иванович, составив в 1757 году план посёлка Барнаульского завода и его окрестностей, по сути дела, выступил в качестве главного архитектора населённого пункта. Историки утверждают, что Ползунов участвовал в проектировании Новопавловского сереброплавильного завода на речке Касмале.
Толковый юноша мастерски подготовил градостроительную документацию по выбору трассы гужевой дороги Тугозвоново – Змеиногорск для доставки по ней руды. Спроектированная и построенная по его чертежам в Змеиногорске новая лесопилка расположена не у плотины, а отнесена в некоторое отдаление от речки Змеёвки на деривационный (отводной) канал. Данный чертёж поныне хранится в Государственном архиве Алтайского края.
Ползунов был первым капитаном речного флота на Алтае, возглавляя рудовозную флотилию на реках Чарыш и Обь, распоряжаясь дюжиной грузовых судов и командой в 200 солдат.
Ему по плечу было решение сложных технических задач. Построенный в 1755 году в верховьях Барнаульского заводского пруда стекольный завод выдавал продукцию с браком – посуда не была прозрачной. Ползунов, вникнув в неизвестную технологию, обнаружил причину, которая крылась в неправильном охлаждении готовой продукции. Кстати, спустя десяток лет именно на этом месте он соорудил свою машину, обессмертившую его.
Механик увлекался изготовлением диковинных вещиц. К примеру, построил в селе Тугозвоново метеорологическую будку, соорудив для неё приборы, в том числе барометр.
Недаром за десять лет беспорочной службы на Алтае Иван Ползунов – сын солдата и простой гиттеншрейбер, то есть смотритель и учётчик при плавильных печах, стал шихтмейстером – офицером, а ещё через пять лет – механикусом, иными словами – капитаном. Но главное всё же в другом – он изобрёл машину, которая впервые в мире могла работать непрерывно.
Изобретение Уатта
Первым изобрел оборудование компактных размеров, но достаточно мощное, Джеймс Уатт. Паровая машина была первой в своем роде. Механик из университета Глазго в 1763 году принялся чинить паровой агрегат Ньюкомена. В результате ремонта он понял, как сократить расход топлива. Для этого необходимо было держать цилиндр в постоянно нагретом состоянии. Однако паровая машина Уатта не могла быть готова, пока не решилась проблема конденсации пара.
Решение пришло, когда механик проходил мимо прачечных и заметил, что клубы пара выходят из-под крышек котлов. Он понял, что пар – это газ, и ему нужно перемещаться в цилиндре с пониженным давлением.
Добившись герметичности внутри парового цилиндра с помощью пеньковой веревки, пропитанной маслом, Уатт смог отказаться от атмосферного давления. Это стало большим шагом вперед.
В 1769 году механик получил патент, в котором прописывалось, что температура двигателя в паровой машине будет всегда равна температуре пара. Однако дела незадачливого изобретателя шли не так хорошо, как ожидалось. Он был вынужден заложить патент за долги.
В 1772 году он знакомится с Мэтью Болтоном, который был богатым промышленником. Тот выкупил и вернул Уатту его патенты. Изобретатель вернулся к работе, поддерживаемый Болтоном. В 1773 году паровая машина Уатта прошла испытание и показала, что потребляет угля значительно меньше своих аналогов. Через год в Англии начался выпуск его машин.
В 1781 году изобретателю удалось запатентовать свое следующее творение – паровую машину для приведения в движение промышленных станков. Спустя время все эти технологии позволят двигать при помощи пара поезда и пароходы. Это полностью перевернет жизнь человека.
Одним из людей, изменивших жизнь многих, стал Джеймс Уатт, паровая машина которого ускорила технический прогресс.
Стимпанк как веяние эпохи паровых машин
Говоря о паровых машинах, хочется упомянуть о популярном направлении – стимпанке. Термин состоит из двух английских слов — «пар» и «протест». Стимпанк — это вид научной фантастики, которая повествует о второй половине XIX века в викторианской Англии. Данный период в истории часто упоминается как Эпоха пара.
Все произведения имеют одну отличительную особенность – они повествуют о жизни второй половины XIX века, стиль повествования при этом напоминает роман Герберта Уэллса «Машина времени». В сюжетах описываются городские пейзажи, общественные строения, техника. Особое место уделяется дирижаблям, старинным машинам, причудливым изобретениям. Все металлические детали крепились при помощи клепок, поскольку сварку еще не применяли.
Термин «стимпанк» возник в 1987 году. Его популярность связана с появлением романа «Разностная машина». Написан он был в 1990 году Уильямом Гибсоном и Брюсом Стерлингом.
В начале XXI века в этом направлении было выпущено несколько известных кинофильмов:
- «Машина времени»;
- «Лига выдающихся джентльменов»;
- «Ван Хельсинг».
К предтечам стимпанка можно отнести произведения Жюля Верна и Григория Адамова. Интерес к этому направлению время от времени проявляется во всех сферах жизни – от кинематографа до повседневной одежды.
