Читать книгу "Изобретено в России. История русской изобретательской мысли от Петра I до Николая II - Тим Скоренко"

Интересно, что прообразы паровых машин были и до Севери. Известнейший пример — это эолипил, паровая турбина Герона Александрийского. Герон описал ее аж в I веке нашей эры. Его система представляла собой вращающийся на оси шар с двумя выпускными трубками, ведущими в разные стороны. Шар наполняли водой, и, когда его нагревали, вырывающийся из трубок пар вращал шар, — по сути, это была реактивная турбина.

Затем британский историк Вильям Мальмсберийский (1090–1143) описал так называемый орган Гербертуса — установленный в одной из церквей Реймса музыкальный инструмент, движение воздуха внутри которого происходило за счет подаваемого снизу пара. Затем Леонардо да Винчи описал паровую пушку. Затем, в 1551-м, османский ученый Такиюддин аш-Шами разработал примитивную паровую турбину, аналогичную системе Герона. Схожие системы создали в XVII веке итальянец Джованни Бранка и англичанин Джон Уилкинс.

Наиболее приблизился к Севери в 1606 году гениальный испанский механик Херонимо де Айянс-и-Бомон. За свою жизнь он получил 48 королевских привилегий на различные системы, в основном связанные с водой, — от водолазного костюма до оригинальной конструкции плотины. В том числе он придумал паровой насос для откачки воды из шахт — за 92 года до Севери! Айянс-и-Бомон работал управляющим всеми испанскими шахтами Южной Америки (то есть под его началом было как минимум 550 шахт) и создал множество технических усовершенствований шахтерского дела. Его смерть в 1613 году помешала построить полноценный двигатель, изобретение осталось лишь в виде патента.

Схема парового двигателя И. И. Ползунова

Источник: П. С. Кудрявцев «История физики», том 1 «От античной физики до Менделеева» (Государственное учебно-педагогическое издательство Министерства просвещения РСФСР, 1948)

Последним упомяну знаменитого французского математика Дени Папена. В 1680 он создал паровой насос с цилиндром и подал заявку на патент. По сути, Папен построил полноценный одноцилиндровый паровой двигатель. Модель работала, но проблемой было то, что Папен не догадался производить пар в отдельном котле, а нагревал непосредственно цилиндр. Это приводило к большим потерям и крайне низкой эффективности машины. Зато француз первым применил предохранительный клапан. Впоследствии, познакомившись с работами Севери, Папен понял свою ошибку и создал несколько новых систем, усовершенствовав насос Севери. Впрочем, из-за неправильного подхода, имевшего место в самом начале, Дени Папена нельзя назвать первым.

Так или иначе, паровой насос усилиями целого ряда ученых и механиков появился на свет. Теперь дело было за двигателем. И да, до рождения Ивана Ивановича Ползунова оставалось еще 30 лет.

Номер второй — Ньюкомен

Достижением Севери был не столько факт постройки парового насоса, сколько то, что машина стала применяться в реальном деле, в промышленности, а не осталась лишь лабораторной игрушкой. Следующей значимой фигурой в этой области стал еще один англичанин — Томас Ньюкомен.

В 1712 году он сконструировал паровой двигатель, в котором собрал воедино все лучшие элементы, придуманные Папеном, Севери и их предшественниками. Собственно, Ньюкомен ввел в конструкцию прообраз системы «цилиндр-поршень» (идея Папена), заставив последний двигаться под действием образующегося в котле низкого давления (идея Севери). В результате получился насос, позволяющий поднимать воду на высоту, значительно превышающую 9 метров, предельные для системы Севери, и значительно более надежный. Его уже можно было полноценно использовать в горном деле, и в 1715 году как минимум один такой насос стоял в шахте Уил Вор в Корнуолле.

Проблем было две: юридическая и техническая. Первая состояла в формулировке патента Севери — расплывчатой и всеобъемлющей, а также в том, что срок действия документа заканчивался аж в 1733 году. Поэтому Ньюкомен, будучи хорошо знакомым с Севери, уговорил его разрешить строить подобные машины под своим патентом, то есть, по сути, они работали вместе. Техническая же проблема по-прежнему заключалась в низком КПД и чудовищных потерях.

Тем не менее насос Ньюкомена был значительно совершеннее машины Севери и потому широко разошелся по Англии и за ее пределами. На момент его создания до рождения Ивана Ивановича Ползунова оставалось еще 14 лет.

Уатт или Ползунов?

На самом деле людей, которые в разное время и в разных странах совершенствовали систему Ньюкомена и строили на ее основе различные паровые машины, было много. Перечислять их всех я просто замучаюсь, в конце концов, это же не книга по истории применения пара! В данный момент нас интересуют всего два человека: Джеймс Уатт и Иван Ползунов.

Джеймс Уатт родился в 1736 году в Гриноке (Шотландия) в достаточно обеспеченной семье средней руки судовладельца и городского бейли (нечто вроде шерифа, не буду углубляться в систему шотландских правовых норм). Учился он сперва на дому, затем в Гринокской грамматической школе, в возрасте 18 лет отправился в Лондон, где изучил механику и кузнечное дело, планируя стать мастером по приборостроению, — к этому занятию был склонен и его отец. Затем Уатт пытался открыть собственное дело в Глазго. Из-за отсутствия членства в гильдии ремесленников у него возникли проблемы, но дело спас Университет Глазго, взявший Уатта на работу мастером по научным и измерительным инструментам. Именно в университете молодой механик впервые столкнулся с паровой машиной Ньюкомена. Это произошло в 1759 году. Примерно тогда же он наконец основал свою компанию по производству различных инструментов и достаточно быстро разбогател.

Схема парового двигателя Boulton&Watt, 1784

Источник: Robert Thurston «James Watt and His Inventions», D. Appleton and Company, 1878

Иван Ползунов родился несколько раньше британского коллеги, в 1728 году, в Екатеринбурге в семье военного и получил схожее в принципе образование. Сперва он учился в горнозаводской школе при Екатеринбургском металлургическом заводе — градообразующем предприятии, как бы сейчас сказали. Сам город, напомню, был основан в 1723-м как раз для обслуживания нового завода. Затем Ползунов поступил на рабочее обучение и попал к самому Никите Бахареву — главному механику уральских заводов, знаменитому мастеру и конструктору различных станков и приспособлений. Пожалуй, лучшего технического образования в России на тот момент представить было невозможно.

В 1747 года Ползунов начал работать на Барнаульском медеплавильном заводе. Сперва был мастером, затем смотрителем плавильных печей, организатором различных производств и т. д. Начальство относилось к нему очень хорошо, его считали универсальным специалистом и организатором, он выполнял всевозможные задачи, порой далекие от техники (к примеру, в 1758 году возглавил караван с грузом в 24 килограмма золота и 3400 килограммов серебра, идущий в Петербург).