Когда ползунов изобрел паровую машину
Иван Ползунов – создатель «огненного двигателя»
Автором одного из самых прорывных изобретений человечества — паровой машины — считается англичанин Джеймс Уатт. Обидно — ведь первенство в этом изобретении принадлежит России. Уатт пользуется мировой славой, а русский изобретатель Иван Ползунов, сделавший двигатель на 18 лет раньше англичанина, фактически забыт на родине.
Автором одного из самых прорывных изобретений человечества — паровой машины — во всем мире считается англичанин Джеймс Уатт, механик из университета в Глазго. Если спросить об авторстве этого агрегата у нас в России, то подавляющее большинство тоже, наверняка, укажет на жителя туманного Альбиона. Обидно — ведь первенство в изобретении парового двигателя принадлежит именно России. Дж. Уатт пользуется мировой славой, а русский гениальный изобретатель Иван Ползунов, сделавший этот двигатель на 18 лет раньше англичанина, фактически забыт на родине.
Русский самородок Иван Иванович Ползунов появился на свет в семье солдата в 1729 г. в Екатеринбурге. Употребляя современную терминологию, можно сказать, что родился он и рос в центре крупнейшей на тот момент промышленной агломерации. История города началась с указа Петра I, повелевшего заложить на Урале металлургический завод. Исполняя указ самодержца, историк, экономист и государственный деятель В.Н.Татищев, а также инженер и металлург В.Г. де Генин после долгих поисков нашли превосходное место для завода. И весной 1723 г. года на берегах реки Исеть развернулось строительство самого большого в России железоделательного завода.
В общем, металлургия предопределила жизненный путь Ивана Ползунова. После окончания арифметической школы в 1742 г. он был определен «механическим» учеником на завод к мастеру Никите Бахореву. В 1749 г. молодого горнозаводского специалиста перевели на Колывано-Воскресенские заводы Алтая, где добывались драгоценные металлы для казны. Толковому работнику Ползунову начальство поручило произвести разведку залежей руды в окрестностях реки Чарыш. Иван Ползунов блестяще справился с поручением — сделал карту рудников и произвел математические расчеты. Вскоре с учетом его прикидок началось строительство нового завода.
В 1763 г. проект был завершен и подан на рассмотрение заводскому начальству, которое направило бумаги в столицу. Через год (рекордно короткий срок, если учитывать тогдашнюю скорость прохождения документов и принятия решений) «прожект» Ползунова получил «милость» императрицы, которая в восторге назвала уральского изобретателя «техническим феноменом». Своим распоряжением она произвела его в «механикуса с чином и званием инженерного капитан-поручика», приказала выделить денежное вознаграждение в 400 рублей и, по возможности, направить для учебы в Академию наук. И, главное, дала «добро» на реализацию проекта, приказав «людей давать столько, сколько у него работы случится».
В 1764 г. Ползунов приступил к строительству машины. Ее размеры впечатляли — металлическая махина собиралась в «машинной хоромине», высотой в 18,5 метра, при этом некоторые детали агрегата весили более двух с половиной тонн. Сохранившиеся чертежи позволяют понять принцип работы первой в мире паровой машины. Вода разогревалась в котле, склепанном из металлических листов. Пар поступал через распределительные устройства в два вертикальных трехметровых цилиндра, поршни которых действовали на коромысла. Эти коромысла были связаны с мехами для поддува рудоплавильных печей, а также с водяными насосами-распределителями. Котел автоматически снабжался подогретой водой. Было предусмотрено использование отработанного пара.
13 месяцев непрерывной работы, требовавшей от изобретателя полной отдачи сил и нервной энергии, подорвали его здоровье. В результате скоротечной чахотки русский гений в возрасте всего 38 лет скоропостижно скончался 6 мая 1766 г., не дожив буквально несколько дней до пуска своего детища.
На испытаниях паровая машина показала блестящий результат — плавка металла продолжалась целые сутки. В течение нескольких месяцев она исправно обслуживала заводские рудоплавильные печи. За это время она не только окупила затраты на свое строительство (7 200 рублей), но и дала свыше 12 тысяч рублей прибыли. 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. Обернули было поршни берестой, чтобы устранить зазоры, но береста, понятное дело, весьма непрочный материал. Машина окончательно стала и, простояв в бездействии 15 лет, была разобрана, а детали ее сданы на склад. Ползуновскую паровую машину в России больше не строили. Лишь в 1825 г. для Барнаульского металлургического музея изготовили ее модель, которая сохранилась до наших дней.
А что же Дж. Уатт? В 1784 г. он запатентовал свой универсальный тепловой двигатель. К 1800 г., к моменту завершения срока патента, дававшего Уатту монопольное право строить такие машины, фирма «Уатт и сыновья», в которой капиталами участвовал бирмингемский промышленник М.Болтон, выпустила 250 паровых машин. Ну, и, конечно, всемирное признание и память благодарных потомков. Может быть, и у нас в России все-таки когда-нибудь воздадут по заслугам своему техническому гению — Ивану Ивановичу Ползунову?
Машина – на пару
25 апреля 1763 года, 250 лет назад, барнаульский изобретатель Иван Ползунов завершил проект «огнедействующей машины», который был представлен Екатерине II
00:00, 26 апреля 2013г, Общество 2768
С постройкой в 1766 году двухцилиндрового двигателя непрерывного действия началась новая эпоха производства, когда любой механизм мог работать не как водяной насос, а как машина для заводских нужд.
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.
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.
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.
Но если говорить о времени изобретения постоянно действующей паровой машины, то, бесспорно, приоритет за Иваном Ползуновым, нашим земляком.
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.
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.
Пароатмосферный двигатель И. И. Ползунова
В апреле 1763 г. создан проект пароатмосферного двигателя И. И. Ползунова.
Ползунов Иван Иванович (1729–1766) – выдающийся изобретатель, российский теплотехник, создатель первого в мире пароатмосферного двигателя для приведения в действие заводских механизмов.
Макет паровой машины И.И. Ползунова. Алтайский краеведческий музей
В XVIII в. производственные процессы горно-металлургической промышленности Алтая, как и всей России, находились в полной зависимости от работы водяного колеса – основного источника энергии. Задавшись целью «водяное руководство пресечь», И. И. Ползунов в апреле 1763 г. представил начальнику Колывано-Воскресенских заводов А. И. Порошину проект «огненной машины». Идею пароатмосферного двигателя он, скорее всего, взял из книги И. А. Шлаттера «Обстоятельное наставление рудному делу…» (СПб, 1760). Но двигатель Ползунова коренным образом отличался от английских, Т. Севери и Т. Ньюкомена, которые были одноцилиндровыми и пригодными лишь для откачки воды из шахт. Двигатель И. И. Ползунова состоял из двух цилиндров, был ориентирован на непрерывное действие, отвечал требованиям универсальности применения – он мог подавать дутье в печи, откачивать воду.
Проект пароатмосферной машины И. И. Ползунова состоял из трех документов: докладной записки, описания оригинальной огнедействующей машины и ее чертежа. Докладная записка содержала анализ недостатков старой энергетики, неизбежных при использовании гидротехники; предложение «сложением огненной машины водяное руководство пресечь»; практические указания о том, что «вся машина должна быть сделана из металла» и требования к квалификации работников, необходимых для построения машины. В своем проекте И. И. Ползунов давал физическое обоснование работы огнедействующей машины. Он писал: «За главные в машине члены следственно предпочесть: воздух, воду и пар, которые в беспрерывном действии машину содержать повинны».
Машина, изобретенная И. И. Ползуновым, состояла из следующих основных частей: котельная установка, пароатмосферная машина, водяная коммуникация, передаточный механизм, воздуходувная установка. Паровой котел, предложенный итобретателем, был той же конструкции, что и котлы, применявшиеся в то время в ньюкоменовских машинах.
Принцип работы двигателя по ранее известному пароатмосферному циклу был принят И. И. Ползуновым без всяких изменений. Внимание механика было сосредоточено прежде всего не на улучшении цикла, а на создании машины, способной осуществлять работу непрерывно. Устройство двигателя таково: котел трубами соединялся с цилиндрами машины, внутри которых находились поршни, или «эмволы», имевшие форму диска. Цилиндры с поршнями – основное звено установки И. И. Ползунова. Движения поршней были связаны: когда опускался поршень одного цилиндра, поршень другого цилиндра поднимался, и наоборот. Поршни поднимались вверх под действием пара, поступавшего в цилиндр из котла. Опускались – под давлением атмосферного воздуха, как только происходила под действием впрыска воды в цилиндр конденсация пара и образование под поршнем разреженного пространства. Именно поэтому машина и называется «пароатмосферной»: она работает за счет действия пара и «атмосферы».
Пароводораспределительное устройство в двигателе являлось оригинальным, автоматическим механизмом, с помощью которого поворачивались краны, подававшие воду и пар в цилиндры.
Во всех ранее известных «огнедействующих» машинах в качестве передаточного механизма использовались балансиры. В этой области оригинальным решением И. И. Ползунова стала их замена на шкивы, с помощью которых от поршней непрерывное рабочее усилие передавалось на рукоятки воздуходувных мехов. В качестве рабочего орудия использовались воздуходувные клинчатые мехи.
Проект был представлен в Кабинет е. и. в., о нем доложили Екатерине II. Императрица распорядилась произвести И. И. Ползунова в «механикусы с чином и званием инженерного капитан-поручика», наградить его 400 руб. и по возможности направить на учебу в Академию наук. И. А. Шлаттер (1708–1768), президент Берг-коллегии, представил отзыв на проект, в котором отмечал, что «сей его [Ползунова] вымысел за новое изобретение почесть должно», но в то же время доказывал невыгодность машины И. И. Ползунова и предлагал использовать одноцилиндровые машины Т. Ньюкомена.
В январе 1764 г. канцелярия Колывано-Воскресенского горного начальства приняла решение о постройке «огнедействующей машины» И. И. Ползунова. А в марте того же года изобретатель подает в канцелярию, по сути, новый проект пароатмосферной машины, в 15 раз более мощной по сравнению с проектом 1763 г. Именно по второму проекту и велось строительство пароатмосферной машины для Барнаульского сереброплавильного завода. 12 марта 1766 г. были установлены воздуходувные мехи к машине, строительство ее завершилось. 16 (28) мая 1766 г. И. И. Ползунов скончался от чахотки, не дожив до начала испытаний неделю.
После проведения испытаний под руководством учеников механика И. И. Ползунова – Ивана Черницына и Дмитрия Левзина, «огнедействующая» машина 7 августа 1766 г. вступила в действие по обслуживанию дутьем трех плавильных печей. Она проработала с небольшими перерывами до 10 ноября того же года, пока не прогорел котел двигателя. Простояв без действия, машина была разобрана в 1782 г.
В Алтайском государственном краеведческом музее хранится модель пароатмосферного двигателя И. И. Ползунова проекта 1763 г. Она была создана для Барнаульского музеума в 1825 г. по инициативе начальника округа Колывано-Воскресенских заводов и Томского гражданского губернатора П. К. Фролова стараниями шихтмейстера П. Г. Ярославцева и унтер-шихтмейтера И. С. Климова. Экспонат имеет статус памятника науки и техники федерального значения.
Ю. А. Абрамова, кандидат ист. наук,
гл. хранитель фондов Алтайского государственного краеведческого музея
Литература
Источник информации: Алтайский край. 2013 г.: календарь знаменат. и памят. дат. Барнаул, 2012. (текст в формате pdf)
Ползунов, Иван Иванович
Ива́н Ива́нович Ползуно́в (14 марта 1728, Екатеринбург — 27 мая 1766, Барнаул) — русский изобретатель, создатель первой в России паровой машины и первого в мире двухцилиндрового парового двигателя.
Содержание
Детство и юность
Переезд в Барнаул и начало карьеры
В ноябре 1753 года Ползунов получает очередные назначения — сперва смотрителем за работой плавильщиков, а потом командирование на Змеиногорский рудник. Здесь он принимает участие в постройке новой лесопилки близ плотины. Эта пильная мельница стала первым серьёзным заводским сооружением, возведённым под руководством Ползунова. Она представляла собой следующий механизм: от вращающегося водяного колеса осуществлялась передача двум лесопильным рамам, на которых перемещались брёвна. Механизм передачи представлял сложный комплекс движущихся деталей, в состав которого входили: кулачковая передача, зубчатая передача, валы, кривошипы, шатуны, храповые колёса и канатные вороты.
Поездка в Петербург
Потратив 64 дня на дорогу, и посетив проездом родной Екатеринбург, Иван благополучно прибыл вместе с грузом в Санкт-Петербург. После этого он провёл ещё 3 месяца в Москве, занимаясь приобретением необходимых товаров — полотна, бумаги, тканей, книг, упряжи для лошадей, мелкой утвари и т. д.
Повышение по службе
В 1759 году Иван Ползунов получил первый обер-офицерский чин. Изучал книги по металлургии и минералогии. В 1763 разработал «огненный» (паровой) двигатель и произведён в «механикусы» с чином и жалованием инженерного капитан-поручика.
Паровая машина
Проект парового двигателя мощностью 1,8 л.с. Ползунов разработал в 1763 году.
Это был первый в мире двухцилиндровый двигатель с работой цилиндров на один общий вал, что впервые в мире позволило ему работать без какого-либо использования гидравлической энергии, то есть в том числе на совершенно сухом месте, что было огромным шагом вперед по сравнению с существовавшими тогда паровыми машинами, не способными обходиться без вспомогательного гидравлического привода.
Проект был послан Екатерине II, и она наградила его 400 рублями и повысила в чине на две ступени (до капитан-поручика). Президент Берг-коллегии А.И.Шлаттер при этом оценил проект словами: «за новое изобретение почесть должно», однако, очевидно, недостаточно вник в его суть, т.к. предложил объединить новый двигатель с водяными колесами в соответствии с британским опытом.
В 1764—1766 гг. сконструировал новый паровой двигатель для привода дутья плавильных печей. Двигатель имел рекордную для своего времени мощность 32 л.с., и впервые позволил отказаться от водяных колес в реальном заводском производстве.
Новизну установки и её достоинства оценил Э. Г. Лаксман, посетивший в 1765 году Барнаул. Он писал, что Ползунов — «муж, делающий честь своему отечеству. Он строит теперь огненную машину, совсем отличную от венгерской и английской».
Ползунов умер от чахотки за неделю до пробного пуска машины, по всей видимости напряжение работы сыграло в этом свою роль.
Модель этой машины была взята в Кунсткамеру, сама же машина была испытана учениками Ползунова, окупила себя и успела даже принести прибыль. Однако после поломки после трех месяцев работы была разобрана и заменена на обычный гидравлический привод.
Действующая модель машины Ползунова хранится в музее Барнаула.