От водяной мельницы до «плавильной фабрики». Кто придумал двухцилиндровую паровую машину

Иван Ползунов родился в 1729 году в Екатеринбурге в крестьянской семье. Уже тогда город был одним из крупнейших центров металлургии в Российской империи. Там добывали и обрабатывали железную руду, серебро и золото. Таким образом, судьба великого изобретателя оказалась предопределена с самого начала: работать в Екатеринбурге, кроме как на градообразующих заводах, было просто негде.

Логистический гений Ползунова

Изучив основы арифметики, будущий инженер отправился трудиться подмастерьем на передовое предприятие. С работой Ползунов справлялся так хорошо, что в возрасте всего 20 лет получил от руководства завода ответственное задание. Изобретатель в одиночку отправился на Колывано-Воскресенские заводы Алтая, чтобы оценить условия труда и при необходимости составить план по их изменению. По прибытии на Алтай Ползунов увидел, что проблем там была масса: работники часто умирали из-за плохого питания, жили в ужасных условиях и в экстренной ситуации не могли получить медицинскую помощь, поскольку дорога от больницы до завода занимала слишком много времени. По той же причине не получалось в срок отправлять уже добытую железную руду в город на переработку.

Чтобы решить логистические проблемы, Ползунов спроектировал новую дорогу. Она пролегала в другом месте, была в несколько раз короче предыдущей и во много раз ускоряла доставку и ценных металлов, и провизии. В 1751 году инженер продолжил улучшать условия труда рабочих — на этот раз в Красноярске. Там он построил хранилище для руды и жилье для охранников, а также организовал перевозку сырья в Барнаул, где его должны были переработать в металл. Всего за несколько лет Ползунов стал заметным инженером, способным повысить эффективность работы практически любого российского предприятия.

Водяное колесо и карьерный рост

В 1753 году Ползунов стал на практике обучаться горным наукам. Сперва инженер отправился следить за рабочими в плавильном цеху, а потом — курировать добычу руды на Змеиногорском руднике. Никакой специальной литературы по горному делу Ползунов не читал, потому что на русский язык ее тогда почти не переводили, а отечественных книг на эту тему еще не существовало. Во время работы на руднике инженер спроектировал и построил инновационную лесопилку, источником энергии для работы которой служило водяное колесо — под воздействием падающей воды оно крутилось и приводило механизмы завода в движение. На фоне этого опыта Ползунов впервые задумался о поиске альтернативного источника энергии, который бы не зависел от наличия водоема поблизости.

До конца 1750-х Ползунов продолжал контролировать добычу и поставки руды. Благодаря авторитету инженера ему доверяли ценные грузы, сопровождая которые он побывал в самых отдаленных точках страны. В начале 1760-х, после более десяти лет работы, Ползунова назначили комиссаром Колыванского завода. Это означало, что на новом месте ему предстоит заниматься всеми хозяйственными вопросами.

Изобретение парового двигателя

Получив достаточную власть для проведения давно запланированных реформ на производстве, Ползунов представил начальнику завода проект «огненной машины» — первого в мире универсального парового двигателя. Изобретатель спроектировал технологию, основываясь на информации о силе воды и пара из трудов Михаила Васильевича Ломоносова. «Огненная машина» состояла из котла, пароатмосферных цилиндров, резервуаров, насосов и труб для циркуляции воды. Водяной пар нагревался до высокой температуры, поступал в один из цилиндровых поршней, поднимал его и путем преобразования тепловой энергии в механическую приводил машину в движение. Изобретение предполагалось использовать для того, чтобы подавать воздух в плавильную печь.

Руководству Колывано-Воскресенских заводов изобретение Ползунова показалось интересным, но недостаточно мощным. Начальник завода Иван Порошин предложил изобретателю усилить двигатель настолько, чтобы он мог обслуживать сразу несколько плавильных печей. Кроме того, руководитель предложил идею еще одной машины, которая помогала бы откачивать из рудников воду. Ползунов смог значительно увеличить мощность своей разработки, и совсем скоро сведения об изобретениях дошли до императрицы Екатерины Второй.

В конце 1763 года изобретателю выплатили 400 рублей премии (на один рубль тогда можно было купить более 120 буханок хлеба) и назначили жалованье в размере 240 рублей годовых. Несмотря на то что вознаграждение для своего времени было очень достойным, реальную важность изобретения «огненной машины» тогда не понимал почти никто. Учитывая, как сильно индустриализация уже совсем скоро преобразила мировую промышленность, деньги, которые Ползунов получил за прорыв в этой сфере, кажутся совсем незначительным поощрением.

«Плавильная фабрика» и смерть

Постепенно изобретатель делал свою «огненную машину» все сильнее, стремился превратить ее из небольшого двигателя в огромную тепловую станцию, от которой могло одновременно работать порядка 15 плавильных печей. Однако, чем более мощной становилась установка, тем сложнее шла работа. Требовалось огромное количество высококвалифицированных специалистов, которых просто не было. Материалов для производства таких двигателей также не хватало. В конечном итоге Ползунов собирал свою грандиозную паровую машину с командой из всего десяти человек, половина из которых были подмастерьями без большого опыта. По этой причине работа шла очень тяжело и привела к техническим проблемам при запуске.

Финальные испытания «огненной машины»

Спустя неделю после кончины Ползунова начались первые испытания «плавильной фабрики». В процессе выяснилось, что поршни и цилиндры недостаточно притерты друг к другу, между ними просачивается вода, из-за чего мощность машины сильно падает. По совету инженера Козьмы Фролова, который также участвовал в работе над машиной, гидравлические насосы заменили рудничными водоподъемниками — деревянными колесами вроде тех, которые Ползунов использовал при строительстве лесопилки. Их необходимо было крутить вручную, зато вода при перекачке не проливалась. Спустя еще полтора месяца, в августе 1766 года, «фабрику» решили запускать в эксплуатацию. Стабильной работы машины заводские инженеры добивались еще целый месяц — ее детали то и дело ломались или отваливались, из-за чего весь механизм выходил из строя.

«Плавильная фабрика» Ползунова проработала всего 42 дня. За это время она помогла заводу заработать более 11 тысяч рублей за счет быстрой переплавки ценных металлов. Результат был невероятным — и это притом, что вместо запланированных 15 печей двигатель обслуживал всего три. Тем не менее после месяца с небольшим непрерывной работы машины от ее использования отказались навсегда. Руководству заводов было намного проще и дешевле использовать труд крепостных, чем из раза в раз дорабатывать сложный механизм. В марте 1782 года «фабрику» разобрали. А всего пару лет спустя, в 1784-м, шотландский инженер Джеймс Уатт зарегистрировал патент на универсальный паровой двигатель, которым вскоре стали пользоваться по всему миру.

Подготовила Ольга Обыденская

Проект создан при поддержке АНО «Институт развития интернета»

В иллюстрациях использованы фото: Hulton Archive / Getty Images; Fox Photos / Getty Images; Brücke-Osteuropa / Wikipedia