Ползунов Иван Иванович Ползуно́в Иван Иванович
(1728-1766), российский теплотехник. В 1763 разработал проект универсального парового двигателя - первой в мире двухцилиндровой машины непрерывного действия, осуществить который ему не удалось. В 1765 построил по другому проекту первую в России паросиловую установку для заводских нужд, проработавшую 43 дня; скончался за неделю до её пробного пуска.
ПОЛЗУНОВ Иван ИвановичПОЛЗУНО́В Иван Иванович (1728, Екатеринбург – 16 (27) мая 1766, Барнаул), выдающийся российский теплотехник. В 1763 разработал проект универсального парового двигателя - первой в мире двухцилиндровой машины непрерывного действия, осуществить который ему не удалось. В 1765 построил по другому проекту первую в России паросиловую установку для заводских нужд, проработавшую 43 дня; за неделю до ее пробного пуска Ползунов скончался.
* * *
Детство, учеба
Ползунов родился вдали от столицы, под Екатеринбургом, его отец – солдат, но не воинской службы, а государственных строительных работ. Отец Ползунова был неграмотен, однако сына в словесную школу определил. С сентября 1738 Ползунов обучался в арифметической школе и закончил ее очень рано по тем временам, в 14 лет. В 1742 он был определен учеником к мастеру Н. Бахореву. Механик Бахорев учился в свое время в Петербургской морской академии, изучал машинное дело в Швеции, затем на Красносельском медном заводе. Ползунов прошел полный цикл ученических работ: механику, расчеты, чертежи, знакомство с работой заводских машин и металлургическим производством.
Поступление на работу
В конце 1747 Ползунов получил назначение на Барнаульский медеплавильный завод на должность гиттеншрейбера – смотрителя и учетчика при плавильных печах. Ползунов оказался хорошим организатором и способным управленцем. Поэтому помимо основной работы, заводское начальство всячески загружало его различными организационными заботами завода.
Это очень мешало ему: даже тогда, когда Ползунов был произведен в офицерский чин шихтмейстера (1759) после выполнения важнейшего государственного поручения – сопровождения в Петербург обоза с золотом и серебром, возможности повышения образования, к чему он страстно стремился, у него были крайне ограничены.
Самообразование по книгам
Источником образования для него оставались книги. Но в барнаульской библиотеке можно было найти лишь «Курс математики» 1739 и «Механику с чертежами», правда в 8 томах, однако на немецком языке, которым Ползунов не владел. Можно думать, что он тогда уже легко читал чертежи. Лишь в 1760 в Петербурге вышла книга И. Шлаттера «Обстоятельные наставления по рудному делу», на русском языке, с чертежами многих паровых машин, в том числе и типа машины Ньюкомена. По-видимому, в это время у Ползунов появляются мысли об усовершенствовании труда на рудных промыслах с помощью машин, действующих не силой воды, как это было на Алтае, но огнем.
Проект «огнедействующей машины»
В апреле 1763 Ползунов направил в Колыванско-Воскресенскую канцелярию проект своего изобретения, где описывался первый в мире двухцилиндровый двигатель с объединением работы цилиндров на один общий вал. Это был результат долгого труда, выполнявшегося урывками. Проект был переслан в Петербург в Кабинет Ее Величества с просьбой о поощрении изобретателя – награждении чином механикуса и деньгами свыше годового жалования до 200 рублей. Бумаги Ползунова попали не к обычному российскому чиновнику, а к европейски образованному специалисту, Президенту Берг-Коллегии Шлаттеру (см.
ШЛАТТЕР Иван Андреевич)
, который дал высокую оценку изобретению Ползунова: «сей его вымысел за новое изобретение почесть должно…». Получив письмо с высокой оценкой от Шлаттера, Канцелярия распорядилась «такую машину построить и в действие произвести».
Высокоодаренная личность
Во всей бюрократической переписке Ползунов предстает перед читателем как высокоодаренная личность, ориентированная на нужды промышленности и общественное благо. Его поощряют, повышают в должности, он получает даже офицерское звание, но ему не оказывают серьезной помощи в его самом важном деле. Объективные причины этого (кроме «культурного» контекста российского общества той эпохи) – дешевая рабочая сила крепостных и обилие на Алтае, где все происходило, водной энергии быстрых рек.
Строительство машины
Для выполнения работ, по расчетам Ползунова, необходимо было 76 человек, в том числе 19 высококвалифицированных рабочих, которых он намеревался пригласить с Уральских заводов. Канцелярия распорядилась по-своему: было разрешено взять всего троих, причем учеников. Постройка установки (полностью железной, в доме высотой более 20 м), начатая в январе 1764 на Барнаульском заводе, протекала в трудных условиях. Ползунову приходилось одновременно выступать в роли проектировщика, конструктора, технолога, строителя и воспитателя кадров.
Смерть изобретателя, судьба установки
Чрезмерное напряжение подорвало здоровье Ползунова. Весной 1766 он заболел скоротечной чахоткой и 16 (27) мая скончался. В июне, уже без него, было проведено успешное испытание «огненной машины», а в августе она была пущена в действие. Но в ноябре была остановлена из-за течи котла. Несмотря на очевидную эффективность (прибыль в 12 418 рублей за 43 суток работы), она была заброшена, а в 1780 разрушена. Модель установки, переданная в Академию наук, бесследно исчезла.
Значение изобретения
В Англии с изобретения такой же (двухцилиндровой) паровой машины, сделанного немного позднее Дж. Уаттом (см.
УАТТ Джеймс)
, началась промышленная революция, охватившая затем Европу. Где похоронен наш гениальный соотечественник Иван Иванович Ползунов, никто не может сказать. Портрет его не найден.
Энциклопедический словарь . 2009 .
Смотреть что такое "Ползунов Иван Иванович" в других словарях:
Русский теплотехник, один из изобретателей теплового двигателя, создатель первой в России паросиловой установки. Родился в семье солдата из крестьян г. Туринска, В 1742 после… … Большая советская энциклопедия
- (1728 66) российский теплотехник. В 1763 разработал проект универсального парового двигателя первой в мире двухцилиндровой машины непрерывного действия, осуществить который ему не удалось. В 1765 построил по другому проекту первую в России… … Большой Энциклопедический словарь
Ползунов (Иван Иванович) русский механик построил первую паровую машину в России, действовавшую в 1766 г. на Барнаульском заводе. Модель ее хранится в Барнаульском горном музее (XXII, 864). См. Брандт История паровых машин (СПб., 1892) … Биографический словарь
Ползунов, Иван Иванович - ПОЛЗУНОВ Иван Иванович (1728 66), российский теплотехник, один из изобретателей теплового двигателя. В 1763 разработал проект парового двигателя первой в мире двухцилиндровой машины непрерывного действия. В 1765 построил по другому проекту первую … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Механик, устроивший первую в России паровую машину; сын солдата Екатеринбургских горных рот, он десяти лет от роду поступил в Екатеринбургскую арифметическую школу, где кончил курс со званием механического ученика. В числе нескольких молодых… … Большая биографическая энциклопедия
Иван Иванович Ползунов Дата рождения: 14 марта 1728 Место рождения: Екатеринбург Дата смерти: 27 мая 1766 Место смерти: Барнаул Гражданство … Википедия
) - русский изобретатель, создатель первой в России паровой машины и первого в мире двухцилиндрового парового двигателя .
Биография
Ползунов родился в семье солдата, выходца из крестьян г. Туринска . После окончания в 1742 году Горнозаводской школы в Екатеринбурге был «механическим учеником» у главного механика уральских заводов Н. Бахарева. К тому времени он отучился 6 лет в словесной, а затем в арифметической школе при Екатеринбургском металлургическом заводе, что по тем временам было совсем немало. В Барнауле молодой Ползунов получил должность гиттеншрейбера, то есть плавильного писаря. Работа эта не только техническая, так как юноша узнавал, сколько и какой руды, угля, флюсов нужно для плавки в той или иной печи, знакомится, хотя и теоретически с режимом плавки. Одаренность молодого гиттеншрейбера была столь очевидна, что привлекала внимание заводского начальства.
В библиотеке Барнаульского завода он знакомится с трудами М. В. Ломоносова , а также изучает устройство паровых машин.
Менее чем через 3 года после переезда в Барнаул, 11 апреля 1750 года , по представлению одного из руководителей заводов и крупнейшего знатока горнозаводского дела, Самюэля Христиани, Ползунов был произведен в младший шихтмейстерский чин с увеличением оклада до 36 руб. в год. Одновременно с новым производством было постановлено, чтобы Христиани обучил Ползунова настолько, чтобы Ползунов «…мог быть достоин к производству в обер-офицерский ранг». Постановление объявляло Ползунову «… что ежели он упомянутые науки познает и в том числе искустен усмотрится, то имеет быть определен ему старший унтершихтмейстрерский оклад, и сверх того повышением чина оставлен не будет». Это решение, предоставлявшее Ползунову возможность осуществить его стремление к учению, не было реализовано. Христиани, занятый управлением заводами, возложенным на него после смерти Андреаса Беэра в мае 1751 г., стремился использовать Ползунова как надежного и добросовестного работника на разнообразных хозяйственных работах. Нехватка людей, особенно специалистов, была бичом Колывано-Воскресенских заводов. Многие работники умирали из-за плохого питания (хлеб доставлялся с перебоями за сотни верст), бытовой неустроенности, отсутствия медицинской помощи. 26 июня 1750 г. младший унтершихтмейстер Иван Ползунов получил задание проверить, правильно ли выбрано место для пристани на реке Чарыше, выше деревни Тугозвонной (ныне Чарышского района), а также измерить и описать дорогу до Змеиногорского рудника. К тому времени там скопились огромные кучи руды, которую не успевали вывозить. Ползунов осмотрел место для пристани, а затем прошел с мерной цепью до самого рудника. Он намерил 85 верст 400 сажен, всю трассу обозначил кольями, наметил даже «зимовья» - удобные места для ночевки обозов с рудой. Длина будущей дороги оказалась в 2 раза короче действующей рудовозной.
По результатам поездки он «учинил» чертеж с подробным описанием, показав себя еще и прекрасным чертежником (этот чертеж до сих пор хранится в госархиве Алтайского края). На завод Ползунов вернулся в июле, а в августе вновь был послан на Красноярскую пристань, где на сей раз пробыл целый год. Осенью он строил рудный сарай, караульную избу для солдат охраны, зимой принял от крестьян-возчиков пять тыс. пудов руды, а весной организовал ее отправку по Чарышу и Оби на Барнаульский завод; в гиттенштейбургскую он вернулся лишь осенью.
21 сентября 1751 г. Ползунов вместе со своим напарником А.Беэром вновь подали совместное прошение в Канцелярию с просьбой и напоминанием об обещании обучать их горным наукам. Но лишь в ноябре 1753 г. Христиани выполняет, наконец, его просьбу. Он определяет Ползунова смотрителем за работой плавильщиков на целых полгода, а затем на Змеиногорский рудник. Это и было учебой. Приходилось учиться у плавильной печи, в руднике, перенимая опыт и знания у практиков, ведь ни вузов, ни техникумов, ни даже школ на Алтае в ту пору не было, как не было технической литературы на русском языке. Кроме изучения различных горных работ Ползунов именно здесь впервые проявил себя как изобретатель. Он принял участие в постройке близ плотины новой лесопилки. Пильная мельница была первым заводским сооружением, возведенным под руководством И. И. Ползунова.
Она представляла одно из наиболее сложных технических сооружений того времени. От вращающегося водяного колеса осуществлялась передача двум лесопильным рамам, к «саням», на которых перемещались распиливаемые бревна, и к бревнотаске. Механизм передачи представлял сложный комплекс движущихся деталей, в состав которого входили: кулачковая передача, зубчатая передача, валы, кривошипы, шатуны, храповые колеса, канатные вороты. Здесь Ползунов получил практическую школу по конструированию и монтажу сложных передаточных механизмов, содержащих элементы автоматизации. Очень интересным было решение Ползунова о расположении лесопилки не у плотины, а в некотором отдалении от реки Змеевки на деривационном (отводном) канале.
В ноябре 1754 года Ползунов был определен на завод вести «раскомандировку мастеровым и работным людям в работы», а также «чинить над всеми работами надзирание». Ползунов к этому времени завоевал у начальства такой авторитет, какого не имел ни один из его товарищей унтершихтмейстеров.
В январе 1758 года намечалась отправка в Петербург очередного каравана с серебром. Доверить такой груз, а это ни много ни мало 3600 кг серебра и 24 кг золота, можно было только офицеру. Но их к тому времени оказалось в наличии всего четверо. Обойтись без любого из них восемь - десять месяцев (столько времени занимала поездка в столицу) было «не можно» без ущерба для дела. И Канцелярия придумала такой выход; караванным офицером назначили армейского капитана Ширмана, а поскольку он был не в курсе заводских дел, в помощь ему на случай, «если что спроситца, ясно и пространно донести мог» способным был признан унтершихтмейстер Ползунов. Ему же был вручен для передачи в Кабинет, пакет с документами, а также большая сумма денег для закупки нужных заводу товаров.
Поездка эта была вдвойне, втройне радостной для Ползунова. Он получил возможность побывать, хотя и проездом, в родном Екатеринбурге, посмотреть столицу, Москву, Россию. На 64-е сутки караван прибыл в Петербург. Сдать драгоценные металлы было доверено опять же Ползунову. Принимал их лично директор Монетного двора Иоганн Вильгельм Шлаттер, крупнейший в России специалист в области горного, монетного дела, металлургии. После Петербурга Ползунов еще три месяца задержался в Москве, чтобы закупить заказанные Канцелярией товары. Здесь он и нашел свое личное счастье - познакомился с молодой солдатской вдовой Пелагеей Поваляевой. В Сибирь они отправились вдвоем.
В январе 1759 года Ползунов был направлен на Красноярскую и Кабановскую пристани руководить приемом руды. Здесь он и получил в марте письмо от Христиани, которое начиналось так: «Благороднейший и почтенный господин шихтмейстер».Сбылась заветная мечта, увенчались успехом десять лет беспорочной службы - Ползунов стал офицером и переведен на офицерскую должность - комиссар Колыванского завода «у прихода и расхода денежной казны» или, применительно к нынешним понятиям, заместителем управляющего заводом по хозяйственной части.
Между тем дела на Колывано-Воскресенских заводах начали приходить в упадок. Так, если в год смерти Беэра в 1751 г. выплавка серебра достигла 366 пудов, то к 1760 году она снизилась до 264 пудов. С такой потерей доходов Кабинет, а точнее коронованная хозяйка заводов, мириться не хотела. В октябре 1761 г. начальник заводов А. И. Порошин, незадолго перед тем произведенный в генерал-майоры, был возвращен на Алтай. Он привез с собой целый пакет мер «для улучшения заводов», разработанных Кабинетом (с его участием) и одобренных императрицей. Одной из этих мер было строительство нового сереброплавильного завода.
С приездом А. И. Порошина поиски приобрели широкий размах. В них были привлечены все горные офицеры, не привлекался лишь И. И. Ползунов. Незадолго перед тем он возглавил повытье (контору) «у лесных и куренных дел» Барнаульского завода, ему дали время освоиться с новой хлопотной должностью. Но он не захотел оставаться в стороне от того, чем жило все «горное общество», тоже искал выход, только мысли его пошли в другом направлении: как преодолеть зависимость горно-заводского производства от водяного колеса?
В апреле 1763 г. он положил на стол начальника завода неожиданный и дерзкий проект «огненной» машины. И. И. Ползунов предназначал ее для приведения в действие воздуходувных мехов; а в дальнейшем мечтал приспособить «по воле нашей, что будет потребно исправлять», но сделать это не успел. В то время в России и мире ни одного парового двигателя еще не было. Единственным источником, из которого ему стало известно, что есть такой на свете, было книга И. В. Шлаттера «Обстоятельное наставление рудокопному делу», изданная в Петербурге в 1760 году. Но в книге были только схема да принцип действия одноцилиндровой машины Ньюкомена, о технологии же ее изготовления - ни слова.
Ползунов позаимствовал у И. В. Шлаттера лишь идею пароатмосферного двигателя, до всего остального додумался сам. Необходимые познания о природе теплоты, свойствах воды, воздуха, пара он почерпнул из трудов М. В. Ломоносова. Трезво оценивая трудности осуществления совершенно нового в России дела, Ползунов предлагал построить вначале в порядке эксперимента одну небольшую машину разработанной им конструкции для обслуживания воздуходувной установки (состоявшей из двух клинчатых мехов) при одной плавильной печи.
На чертеже, приложенном к записке, в объяснительном тексте установка, согласно первому проекту Ползунова, включала: котел - в общем той же конструкции, которая применялась в ньюкоменовских машинах; пароатмосферную машину, состоявшую из двух цилиндров с поочередным движением в них поршней («эмволов») в противоположных направлениях, снабженных парораспределительной и водораспределительной системами; резервуары, насосы и трубы для снабжения установки водой; передаточный механизм в виде системы шкивов с цепями (от балансира Ползунов отказался), приводящей в движение воздуходувные меха. Водяной пар из котла поступал на поршень одного из рабочих цилиндров. Этим выравнивалось давление атмосферного воздуха. Давление пара лишь незначительно превышало давление атмосферного воздуха. Поршни в цилиндре были соединены цепями, и при подъеме одного из поршня второй опускался. Когда поршень достигал верхнего положения, доступ пара автоматически прекращался, и внутрь цилиндра вбрызгивалась холодная вода. Пар конденсировался и под поршнем образовывался вакуум (разреженное пространство). Силою атмосферного давления поршень опускался в нижнее положение и тянул за собою поршень во втором рабочем цилиндре, куда для уравнивания давления впускался пар из того же котла автоматом, действующим от передаточного механизма двигателя. Тот факт, что поршни с системой передачи движения были связаны цепями, показывает, что при подъеме поршней по цепи нельзя было передавать движения (цепь при этом не натянута). Работали все части двигателя за счет энергии опускающегося поршня. то есть того поршня, который двигался под действием атмосферного давления. Пар не производил полезной работы в двигателе. Величина этой работы зависела от затраты тепловой энергии на протяжении всего цикла. Количество затраченной тепловой энергии выражало собою величину потенциальной энергии каждого из поршней. Это - сдвоенный пароатмосферный цикл. Ползунов отчетливо представлял принцип работы теплового двигателя. Это видно на примерах, которыми он характеризовал условия наилучшей работы изобретенного им двигателя. Зависимость работы двигателя от величины температуры воды, конденсирующей пар, он определял следующими словами: «действие эмволов и их подъемы и спуски тем сделаются выше, чем в фанталах будет вода холоднее, а паче от такой, которая близ пункта замерзания доходит, а еще не сгустеет и от того во всем движении многую подаст способность».
Это положение, известное ныне в термодинамике в качестве частного случая одного из основных ее законов, до Ползунова еще не было сформулировано. Сегодня это означает, что работа теплового двигателя будет тем больше, чем ниже будет температура воды, конденсирующей пар, а особенно при достижении ею точки затвердевания воды - 0 градусов по Цельсию.
Двигатель Ползунова в его проекте 1763 года предназначался для подачи воздуха в плавильные печи воздуходувными мехами. При желании двигатель легко мог совершать вращательные движения с помощью широко известного в России кривошипного механизма. Проект Ползунова был рассмотрен канцелярией Колывано-Воскресенских заводов и получил высокую оценку со стороны начальника заводов А. И. Порошина. Порошин указывал, что если Ползунов возьмется сделать машину, годную для обслуживания нескольких печей сразу, если он построит машину, пригодную для выливки воды из рудников, то Канцелярия охотно поддержит его замыслы. Окончательное решение этого вопроса оставалось за Кабинетом и хозяйкой заводов - Екатериной II. Проект был направлен в Петербург, но ответ Кабинета был получен в Барнауле только через год.
Указом Кабинета от 19 ноября 1763 г. императрица пожаловала изобретателя в «механикусы» с чином и званием инженерного капитан-поручика. Это означало, что Ползунову теперь было обеспечено жалование в 240 рублей годовых, с добавлением на двух денщиков и содержание лошадей он получал 314 рублей. Ему было обещана награда в 400 рублей. Все это - немалая милость. Она еще раз свидетельствует о том, что императрица Екатерина II любила поддерживать свою славу покровительницы наук и искусств. Но размеры поощрения подтверждают, что значение изобретения Ползунова не поняли в Петербурге.
Пока Кабинет рассматривал проект двигателя, Ползунов, не теряя времени, работал над проектом второй очереди. Он конструировал мощный тепловой двигатель на 15 плавильных печей. Это была уже настоящая теплосиловая станция. Ползунов не просто увеличивал масштабы двигателя, а вносил в него ряд существенных изменений. Уже после того, как проект мощного двигателя был закончен, Ползунову стало известно, что Кабинет, ознакомившись с его первым проектом, присвоил ему звание механика и постановил выдать 400 рублей в награду, но никакого решения по существу вопроса не принял.
Несмотря на такую позицию Кабинета, начальник Колывано-Воскресенских заводов А. И. Порошин разрешил Ползунову приступить к исполнению первой очереди проекта. В марте 1764 года И. И. Ползунов предложил начать строительство большого теплового двигателя. Порошин согласился с этим предложением. Так на Барнаульском заводе началось строительство первой в мире универсальной теплосиловой установки.
Это было серьезное решение, хотя бы потому, что обойдется машина ничуть не дешевле, чем постройка нового завода. От Ползунова потребовали заявку на рабочую силу и материалы. Еще не приступив к строительству машины, изобретатель столкнулся с трудностью: отсутствие способных воплотить его замыслы людей и потребных для строительства инструментов, механизмов. Предстояло построить первый в России паровой двигатель, но не было ни специалистов, способных возглавить строительство, ни квалифицированных рабочих, знакомых с устройством подобных двигателей. Сам Ползунов, принявший на себя обязанности общего руководителя работ, в какой-то мере решил проблему технического руководства, но именно, «в какой- то мере», потому что руководить одному человеку столь новым и сложным техническим предприятием было не под силу.
Не менее трудной оказалась и проблема подбора рабочих. Требовались опытные модельщики, литейщики, кузнецы, слесари, столяры, обжигальщики, специалисты по медному и паяльному делу. По подсчетам Ползунова в сооружении двигателя должны были принять непосредственное участие 76 человек, в том числе 19 высококвалифицированных мастеров. Заполучить таких специалистов на месте представлялось невозможным. Оставался единственный выход; вызвать специалистов с Урала - кузницы технических кадров.
Трудности в приобретении строительных инструментов и механизмов оказались еще более непреодолимыми. По замыслу изобретателя «вся машина должна быть сделана из металла», что неизбежно требовало наличия специального металлообрабатывающего оборудования, которым Россия почти не располагала. Дело усугублялось тем, что строили двигатель на Алтае, а это был район с развитым меде- и сереброплавильным производством, но отсталой литейной, кузнечной и металлообрабатывающей техникой. Предчувствия не обманули изобретателя. Канцелярия полностью утвердила лишь соображения о потребном количестве материалов. Не желая тратить деньги на вызов опытных мастеров с далекого Урала, заводское начальство выделило Ползунову четверых учеников, которых он знал и просил определить к нему, двух отставных мастеровых да четверых солдат для охраны места строительства. Остальных мастеровых (свыше 60 человек)Канцелярия постановила назначать в распоряжение Ползунова по мере надобности, «сколько, когда у него, Ползунова, работы случиться».
Машина строилась сразу в двух местах. Отливка и обработка цилиндров, поддонов и других крупных частей производилась в одном из цехов Барнаульского завода, где можно было использовать водяное колесо, токарные, плющильные (прокатные) станки, вододействующие молоты для изготовления сферических медных листов для сборки котла; мелкие детали отливались и отковывались в помещении временно закрытого стекольного завода, где специально для этой цели была построена небольшая плавильная печь с кузнечным горном при ней. Завод находился в верховьях пруда, в трех верстах от поселка. Такая нагрузка могла вымотать и здорового человека, а у него развивалась чахотка.
К 1765 году части машины были в основном готовы. В оставшееся до зимы время предстояло построить для нее здание, и в нем «крупно соединить», собрать машину. Сделать это Ползунов пообещал к октябрю. Строили первый в мире тепловой двигатель на правом берегу пруда, недалеко от Барнаульского сереброплавильного завода, рядом с небольшим стекольным заводом. Для машины соорудили большой сарай, высотой с трехэтажный дом.
Огромное перенапряжение сил и работа в неотапливаемом помещении до самой ночи, когда холодные металлические детали машин обжигали морозом руки, подорвали здоровье Ползунова. Известно, что с мая 1764 г. по август 1765 г. он трижды обращался к лекарю Барнаульского госпиталя Якову Кизингу за помощью, так как был «одержим колотием в груди».
К 7 декабря в основном была закончена сборка машины, и изобретатель решил произвести первый пробный ее пуск, испытать в работе. Но при пуске выявился и целый ряд недостатков (что совершенно естественно). К их исправлению и приступил немедленно Ползунов. К этому времени он переселился в квартиру при стекольном заводе. Не надо было тратить время на дорогу из поселка и обратно. Теперь он пропадал у машины до тех пор, пока силы совсем не оставляли его.
Домой возвращался затемно, насквозь продрогший, еле передвигая ноги, харкая кровью. А на утро, невзирая на уговоры и слезы жены, снова спешил к машине. Было совершенно ясно, что, чувствуя близкий конец, он торопился завершить начатое дело ценой жизни. Короткого зимнего дня не хватало, прихватывали вечера. Известно, что 30 декабря 1765 года Ползунов получил три пуда свечей. К марту, наконец, были доставлены на 8 лошадях громадные крышки воздуходувных мехов, сделанные по проекту изобретателя. Они были установлены, и машина, наконец, полностью собрана. Дело оставалось за плавильными печами.
Весной 1766 года болезнь Ползунова усилилась. 18 апреля у него вочередной раз пошла горлом кровь, после чего он уже не смог подняться с постели. С беспощадной ясностью изобретатель понял, что до пуска машины ему не дожить. 21 апреля Ползунов продиктовал ученику Ване Черницыну (сам уже писать не мог)челобитную на имя императрицы о прошении обещанной премии для своей семьи.
16 мая 1766 г. в шесть часов вечера в г. Барнауле, на Иркутской линии (ныне Пушкинской улице) И. И. Ползунов скончался. Ему было 38 лет.
Через неделю после смерти И. И. Ползунова, 23 мая (5 июня) 1766 г., начались официальные испытания первого в мире теплового двигателя. В первый же день испытатели пришли к заключению, что машина может приводить в движение мехи для подачи воздуха к 10-12 печам. Построенный Ползуновым крупный двигатель значительно отличался по конструкции от той машины, которая была описана им в первоначальном проекте 1763 г. Передача движения к машинам, которые должен был обслуживать двигатель, осуществлялась с помощью балансиров. Цепи, соединяющие поршни двигателя с балансирами, для большей прочности изобретатель сделал из отдельных железных стержней и шарнирными, такого типа, какие известны теперь как «цепи Галля». Питание котла подогретой водой было автоматизировано. Ползунов придумал простой механизм, обеспечивавший сохранение воды в котле на одном уровне во время работы двигателя. Это упрощало труд людей, обслуживающих машину.
Память
Памятник И. И. Ползунову перед главным корпусом АлтГТУ
Имя И. И. Ползунова носит Алтайский государственный технический университет , напротив главного корпуса которого установлен памятник изобретателю.
- 7596Первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина была спроектирована механиком И.И. Ползуновым в 1763 году и построена в 1764 году в Барнауле. Джеймс Ватт, который был членом комиссии по приему изобретения Ползунова, в апреле 1784 года в Лондоне получает патент на паровую машину и считается ее изобретателем!
Ползунов Иван Иванович - механик, устроивший первую в России паровую машину; сын солдата Екатеринбургских горных рот, он десяти лет от роду поступил в Екатеринбургскую арифметическую школу, где кончил курс со званием механического ученика. В числе нескольких молодых людей, Ползунова отправили в Барнаул на казенные горные заводы, где в 1763 году он состоял шихтмейстером. Занимаясь постройкой употребляемых при плавильных заводах и рудниках машин с водяными двигателями, Ползунов обратил внимание на затруднительность устройства таких машин в местностях, удаленных от рек, и остановился на мысли применить, в качестве двигателя, пар. Есть некоторые данные, заставляющие предполагать, что мысль эта появилась у него не самостоятельно, а под влиянием книги Шлаттера: "Обстоятельное наставление рудному делу" (СПб. 1760), в десятой главе коей напечатано первое на русском языке описание паровой машины, а именно машины Ньюкомена. Ползунов энергично взялся за осуществление своей идеи, стал изучать силу и свойства водяного пара, составлял чертежи, делал модели. Убедившись, после продолжительных изысканий и опытов, в возможности заменить движущую силу воды силой пара и доказать это на моделях, Ползунов в апреле 1763 г. обратился к начальнику Колывано-Воскресенских заводов, генерал-майору А. И. Порошину, с письмом, в котором, изложив мотивы, побудившие его к отысканию новой силы, испрашивал средства на постройку изобретенной им "огненной машины".
О проекте Ползунова донесено было Кабинету Ее Величества с ходатайством об отпуске нужной на постройку машины суммы. По докладу Кабинета, последовал указ Екатерины II, коим она, "для вящего поощрения", пожаловала Ползунова в механикусы с жалованьем и чином инженерного капитан-поручика, повелела выдать в вознаграждение 400 р. и указала, "буде он при заводах не надобен, прислать его в Петербург, при серебре" года на два - на три в Академию Наук, для пополнения образования. Но начальство не отпустило Ползунова и просило посылку его в Академию Наук на некоторое время отменить, "ибо в нем здесь, для приведения той, парами действуемой машины практикой состоять крайняя надобность". Ввиду этого Ползунову приходилось остаться в Сибири до окончания дела. До тех же пор была отложена и выдача вышеупомянутых 400 рублей. Ему были отпущены, по представленной им смете, необходимые суммы и материалы, и он получил возможность приступить к постройке. 20-го мая 1765 г. Ползунов уже доносил, что подготовительные работы окончены, и что машина будет приведена в действие в октябре того же года. Но к этому сроку машина не была готова.
Масса непредвиденных затруднений и неопытность рабочих замедлили ход работы. К тому же многих материалов, необходимых для постройки машины, нельзя было достать в Сибири. Приходилось выписывать их из Екатеринбурга и ожидать присылки в течение нескольких месяцев. В декабре 1765 г. Ползунов окончил машину, израсходовав на нее 7435 р. 51 коп. Однако, ему не удалось увидеть свое изобретение в деле. Проба машины была назначена в Барнауле на 20-ое мая 1766 г., а 16-го мая того же года Ползунов уже скончался "от жестокого гортанного кровотечения". Машина Ползунова, под руководством его учеников Левзина и Черницина, в течение двух месяцев расплавила в Барнауле 9335 п. змеиногорских руд, но вскоре действие ее в Барнауле было прекращено "за ненадобностью", и нет сведений, была ли она применена на не обладавших вододействующими двигателями Змеиногорском заводе и Семеновском руднике, куда она первоначально предназначалась самим изобретателем и его начальством, В 1780 г. "построенная Ползуновым, действуемая парами машина и строение разломаны".
В Барнаульском горном музее имеется модель машины Ползунова. За Ползуновым нельзя признать, как то делают некоторые, чести изобретения первой паровой машины. Тем не менее машина Ползунова, действительно, была первая, построенная в России, а не выписанная из-за границы, паровая машина; применение же в 1765 г. паровой машины не для подъема воды, а для другой промышленной цели, следует считать самостоятельным изобретением, так как и в Англии первое применение паровой машины для нагнетания воздуха сделано лишь в 1765 г.
Французом Дезагюлье (John Theophilus Desaguliers , 1683–1744). Он конденсировал пар путем смешения вместо применявшегося поверхностного охлаждения рабочего сосуда.
Паровая машина Севери была беспоршневой и представляла собой камерный нагнетательно-всасывающий насос, который мог работать под давлением до трех атмосфер. Поршневая пароатмосферная машина Ньюкомена (Thomas Newcomen , 1663–1729) работала при давлении пара всего в одну атмосферу, что вкупе с её большими габаритами и малым числом циклов в минуту предопределило ограниченность её применения исключительно в качестве насоса. Но её поршневая конструция послужила отправной точкой для создания систем Уатта (James Watt , 1736–1819), — вначале простого действия (1774) и, затем, двойного (1784). Ну, а последняя явилась тем универсальным двигателем, что лег в основу промышленной революции.
Однако вернемся к хронике появления паровых машин в России. В 1738 году в книге академика Георга Вольфганга Крафта (1701–1754) «Краткое руководство к познанию простых и сложных машин» (написана на немецком; переведена Василием Евдокимовичем Адодуровым) появляется первое на русском языке описание насоса Севери, а в 1760 году в книге Ивана Андреевича Шлаттера (1708–68) «Обстоятельное наставление рудному делу…» - первое описание машины Ньюкомена (Thomas Newcomen , 1663–1729). Оно было взято либо из сочинений Лейпольда (Jacob Leupold , 1674–1727), либо Белидора (Bernard Forest de Bélidor , 1698–1761) и касалось машины, установленной в 1721–1724 годах британским мастером Поттером на рудниках около Кëнигсберга.
Именно это описание послужило теоретической основой Ивану Ивановичу Ползунову (1728–1766), который в 1763 году создал проект, а с января 1764 начал строить на барнаульских заводах воздуходувный насос в виде сдвоенной (двухцилиндровой) пароатмосферной машины непрерывного действия. Его установка работала с 7 августа по 10 ноября 1766 года, уже после смерти изобретателя. Её остановили из-за легкой поломки, которую не стали устранять, хотя за три месяца работы машина окупила себя почти в два раза.
Создание Ползуновым своей машины - безусловно, крупное событие в истории теплотехники, освященное ещё его личным подвигом и трагической судьбой. Однако в отечественной историографии этому изобретению придается значение, совершенно не сопоставимое с его ролью в общей истории паровых машин. Нельзя даже утверждать, что не было более ранних машин подобной конструкции. Для такого утверждения требуется изучение национальных историографий ВСЕХ стран, в которых в XVIII века строились паровые машины: от Англии и Германии до Испании и Швеции . Причем вопрос о приоритете неизбежно оказывается очень скользким: в одной только Франции с 1760-х годов можно зафиксировать как минимум двукратное независимое изобретение двухцилиндровой пароатмосферной машины непрерывного действия. Подобные идеи просто носились в воздухе. Но ещё более некорректным является превращение изобретения Ползунова в «открытие», о котором речь идти не может.
Чтобы убедиться в этом, достаточно доказать: вопреки укоренившемся в отечественной истории техники мнению, машина Ползунова не являлась универсальным двигателем (далее для краткости - УД). А для этого обратимся к тексту «Капитала» Маркса, где понятие УД появилось впервые:
Только с изобретением второй машины Уатта, так называемой паровой машины двойного действия, был найден первичный двигатель … который подвижен и сам является средством передвижения, … универсальный по своему техническому применению … Великий гений Уатта обнаруживается в том, что в патенте, который он получил в апреле 1784 г., его паровая машина представлена не как изобретение лишь для особых целей, но как универсальный двигатель крупной промышленности.
Из этого постоянно цитируемого пассажа ясно, что понятие «УД» Маркс применяет лишь к машине 1784 года. Чтобы создать УД, Уатту потребовалась серия изобретений, на которую в 1769–1784 были взяты четыре патента. Значение машины простого действия с её закрытым цилиндром и конденсатором - не универсальность (что ей иногда приписывают), а смена теплотехнического цикла - отказ от тупиковой ветви пароатмосферных двигателей Ньюкомена.
Парадокс: важнейшее понятие УД, от которого «пляшет» вся марксистская теория промышленной революции, так и не вышло на терминологический уровень, ибо отсутствует в словарной части всех изданий Большой советской энциклопедии . В угоду русскому приоритету термин «закрыли», ибо пока понятие остается с размытыми границами, на уровне «это все и так знают», подлог оказывается незамеченым, и остается по-прежнему таковым, хотя ещё в 1961 году С. В. Шухардин, ведущий советский теоретик истории техники, признавал, что принцип, на котором была основана машина Ползунова, «не давал возможности превратить её в универсальный двигатель».
УД - это двигатель, который в состоянии приводить в движение любой исполнительный механизм, а, значит, он должен иметь непрерывное действие, повторять движения с большой частотой, быть довольно компактным для установки на транспортном средстве и обладать экономичностью, достаточной для его внедрения; необходим передаточный механизм, превращающий возвратно-поступательное движение во вращательное. Машина Уатта 1784 года отвечала всем этим условиям; машина Ползунова - лишь одному (непрерывность действия). О тупиковости предложенной им системы говорит тот факт, что ни одна из известных попыток её внедрения не увенчалась успехом. Обратим внимание: братья Перье (Jacques Constantin Périer, 1742–1818; Auguste-Charles Périer) после безуспешных попыток внедрить машину такого типа впервые внедрили во Франции машины Уатта двойного действия. Для стационарных машин наиболее совершенную ньюкоменовскую систему с двумя цилиндрами предложили манчестерские изобретатели Шерраты (Sherrats) в 1794 году, причем это была не воздуходувка, а двигатель, который вращал станки. Но время пароатмосферных машин прошло уже безвозвратно.
Так что, машина Ползунова ни на что не оказала никакого влияния и не имела никаких последствий? Думаем, что не совсем так. По счастью она была замечена в Петербурге. Её ещё в процессе строительства в 1765 году видел и высоко оценил будущий академик Кирилл Густавович Лаксман (1737–1796), отметил её и президент Берг-коллегии Шлаттер. Вполне вероятно, что их мнения сыграли свою роль в поддержании того интереса к паровым машинам, который Петербургская Академия наук продолжала проявлять, хотя и не всегда последовательно - в частности, публикуя труды о них.
Но это был лишь один из путей проникновения сведений о паровой машине в Россию. Были и другие: знание привозили нанятые на русскую службу британские мастера и русские ученики, посылавшиеся в Англию.
Из первых назовем главного инженера Карронской металлургической компании (Carron Company) Адама Смита и его сотрудников, установивших в Кронштадте в 1774–1777 годах привезенную из Шотландии пароатмосферную машину для обслуживания сухих доков. Первым, кто стал изготавливать паровые машины в самой России, на Олонецких заводах, был Чарльз Гаскойн (Charles Gascoigne , 1738–1806). Построенные им пароатмосферные машины были установлены на Воицком руднике недалеко от Кеми (1791) и на устье Кронштадтского канала (1791–1792; устанавливал Александр Смит, сын Адама Смита). А в 1797–1799 годах на Петербургском монетном дворе монтируют уже паровую машину Уатта двойного действия, также изготовленную Гаскойном. И ещё одну на рубеже веков он выписывает из Англии для Александровской мануфактуры. В это же время паровые машины начинает производить на своем заводе ученик Гаскойна, Чарльз Берд, и первую из них (возможно, ещё созданную в Олонце) устанавливает на самих этих заводах между 1792 и 1800 годами.
Что касается русских учеников-механиков, то с 1777 по 1799 год в Англию их было послано не менее полутора десятков человек. В одном только Сохо (Soho Foundry in Smethwick) у Болтона (Matthew Boulton , 1728–1809) и в одном только 1796 году побывало, по некоторым сведениям, шестеро русских, но их имена остались неизвестны. Известно только, что все они были так или иначе связаны с паровыми машинами: в одних случаях их изучение было главной целью путешествия, в других - паровые машины с неизбежностью оказывались в поле их зрения.
Особого внимания достойны путешествия Льва Сабакина: первый раз он побывал в Англии в 1784–1786 годах, а во второй - в 1797–1799 -м, с сыном и учениками. В первый раз он был послан в Англию самой императрицей для усовершенствования по механической части и пользовался широкой поддержкой российсого посольства. Изучил английский, обучался в Эдинбурге. Быстро оценил приоритеты, обратив основное внимание на паровые машины, и уже через год по приезде построил из меди действующую модель водоподьемной пароатмосферной машины, получившую одобрение британских механиков. Её чертеж был представлен королю Георгу III, а экземпляр в декабре 1785-го отправлен диппочтой в Петербург . Судьбы ни этих чертежей, ни модели неизвестны.
Сабакин вернулся в Россию в сентябре 1786 года и тут же представил Екатерине II рукопись перевода книги Джеймса Фергюсона (James Ferguson, 1710–1776) «Lectures on Select Subjects in Mechanics, Hydrostatics, Pneumatics and Optics». Уже в 1787 году книга вышла в свет, а её переводчик получил пост Тверского губернского механика. В том же году книгу переиздали с дополнением в 50 страниц, в 1788 году оно было опубликовано в Москве отдельной брошюрой. Это - «Лекция о огненных машинах» самого Сабакина.
«Описание новой огненной машины», занимающее последние пятнадцать страниц «Лекции», представляет собой уникальное, по всей вероятности первое, опубликованное в открытой печати, описание машины двойного действия Уатта. Сабакин совершенно верно оценил универсальные возможности нового двигателя и описал Альбион-Миллс (Albion Mills), - мельницу, которую по проекту Болтона и Уатта строил в Лондоне Джон Ренни (John Rennie , 1761–1821), - предприятие, обогнавшее свой век на несколько десятилетий. Для осмотра эти машины были закрыты, но кое-что Сабакину удалось узнать в Бирмингеме у Болтона и Уатта, где его принимали по рекомендации посла. Там он видел действующую фабрику, но внутреннее устройство машины для обозрения также было недоступно.
В своей «Лекции» Сабакин приводит скорее принципиальную схему, чем действительный чертеж реальной машины. Очевидно, Сабакину так и не удалось детально изучить её внутреннее устройство, хотя основной принцип он понял и дал его ясное графическое изображение. Тем не менее, с конструктивной точки зрения, в схеме Сабакина отсутствуют некоторые существенные детали: жесткая передача от поршневого штока к балансиру осуществляется без параллелограмма Уатта; отсутствует воздушный насос; изображены краны с отбойными молотками - обычная принадлежность доуаттовских машин. Но и эти дефекты чертежа имеют некоторый историко-технический интерес. Вероятнее всего Сабакин изобразил все, что знал, и все, что смог сам додумать.
Таким образом, на протяжении 1787–1788 годов в России дважды - в Петербурге и в Москве - публикуется принципиальная схема и достаточно полное описание паровой машины двойного действия. Права Уатта и Болтона на территории империи не защищены никакими патентами. Казалось бы, бери и делай, производи и усовершенствуй! Но - нет, страна в начале 1790-х годах продолжает строить пароатмосферные машины. Возникает ощущение, что информация Сабакина просто не была услышана. Удивительно, что то же самое произошло в Испании, где никого не заинтересовала созданная в конце XVIII века Августином Бетанкуром (Agustín de Betancourt y Molina, 1758–1824) действующая модель паровой машины двойного действия. И какой разительный контраст с Францией, где доклада того же Бетанкура в Парижской академии наук в 1789 году оказалось достаточно для начала появления паровых машин двойного действия на континенте!
В целом же, если попытаться оценить результаты учебных путешествий «за паровыми машинами», то придется отметить довольно типичный сценарий: информация в Англии добывается и в Россию переносится быстро. Но все попытки её адаптации и внедрения кончаются полным провалом, - этот сценарий оказывается типичным не только для России, но, в случае паровой машины, и вообще для всех периферийных европейских стран.
Новости партнёров
В истории существует немало примеров, когда в течение длительного времени оспаривается по какому-либо вопросу пальма первенства между учеными, инженерами, коллективами, научными школами и даже государствами. Между тем в ряде случаев сам факт возникновения полемики не имеет объективной причины и является не чем иным, как историко-научным или историко-техническим недоразумением, поскольку при детальном анализе выясняется, что речь идет, строго говоря, о различных предметах и содержании. Именно так обстоит дело с приоритетом И.И. Ползунова и Дж. Уатта в изобретении универсального теплового двигателя. Для правильного понимания и разрешения данной проблемы необходимо исходить из реальных обстоятельств и конкретных исторических условий, в которых работали русский и английский изобретатели. Рассмотрим историю создания универсального парового двигателя.
И.И. Ползунов работал на металлургических и горнозаводских предприятиях Сибири и Урала, главными производственными установками на них были молоты, станы и воздуходувные мехи. Важнейшей технологической задачей являлось обеспечение непрерывного возвратно-качательного движения нескольких агрегатов, приводимых в действие одним двигателем. В созданной русским изобретателем паровой машине эти проблемы нашли свое решение. Двигатель И.И. Ползунова приводил в действие установки, непрерывно потреблявшие энергию. Он позволял выбирать направление движения орудия, варьировать размах и усилие за счет подбора передающих шкивов; в нем впервые был осуществлен групповой привод. Главная технологическая задача получения возвратно-качательного движения была решена путем суммирования работы двух цилиндров на общий вал. Широкие возможности установки решали производственные проблемы металлургической и горно-заводской промышленности Урала и Сибири. Таким образом, двигатель И.И. Ползунова, несомненно, был универсальным, но универсальность эта имела территориально-отраслевой характер и конкретные временные координаты.
В отличие от И.И. Ползунова, английский изобретатель Дж. Уатт был связан с текстильной промышленностью. Пришедшие на смену ручному мануфактурному производству прядильные и ткацкие станки нуждались в двигателе, который бы отдавал им работу в форме однонаправленного, непрерывного и равномерного вращательного движения. Эти проблемы были решены Дж. Уаттом в построенной им паровой машине. Ее основные конструктивно-технологические решения были продиктованы необходимостью получения вращательного движения.
Таким образом, проблема универсальности парового двигателя возникла и была решена в двух качественно различных промышленных условиях: при получении возвратно-качательного движения для молотов и воздуходувных мехов и равномерного вращения для прядильных и ткацких станков. В первом случае авторство принадлежит И.И. Ползунову, во втором — Дж. Уатту. Регионально-отраслевой характер универсальности установки И.И. Ползунова получил логическую завершенность в разработанной и построенной Дж. Уаттом паровой машине.
Горнозаводское дело и универсальный двигатель
«Сложением огненной машины водяное руководство пресечь… чтобы она была в состоянии по воле нашей, что будет потребно, исправлять», - так в 1763 г. писал И.И. Ползунов в пояснительном тексте к разработанному им проекту теплового двигателя. Русский самородок-изобретатель из далекого Барнаула надеялся с помощью паровой машины осуществить в масштабах всего горнорудного производства России коренную техническую реконструкцию и тем самым «…славы Отечеству достигнуть и… всенародную пользу в обычай ввести, облегчая труд по нас грядущим».
Приведенные цитаты указывают на две важнейшие связанные между собой черты личности Ползунова - высокую гражданскую ответственность, заботу «о приращении пользы в Отечестве» и вытекающее отсюда стремление с помощью изобретательства и конструирования поднять на новую ступень основные технологические процессы в горно-металлургическом производстве. В чем же научные и инженерные заслуги русского умельца, поставившие его имя в ряд наиболее известных и чтимых имен в отечественной истории? Для ответа необходимо обратиться к положению дел в горнорудном производстве, сложившемуся в середине XVIII в.
Традиционное для России горнозаводское дело в первой половине XVIII столетия достигло очень высокой степени развития. Центром горнорудного производства стал Урал, где протекали детство и юность И.И. Ползунова. Поступив на обучение к надзирателю Екатерининского завода, он смог всесторонне познакомиться с технологическими процессами и производственным оборудованием. Энергетическую базу завода составляли 50 водяных колес, работа которых обеспечивалась воздвигнутой через реку Исеть плотиной. Главными рабочими установками были воздуходувные мехи. Помимо мехов, в цехах размещались различные молоты и станы. Важнейшей производственной задачей являлось обеспечение, во-первых, непрерывного и, во-вторых, возвратно-качательного движения агрегатов. Кроме того, характер технологических процессов требовал приведения в действие ряда агрегатов от одного двигателя. Однако главная проблема заключалась в другом.
Гидроэнергетика XVIII в. обладала одним серьезным недостатком: она прикрепляла завод к определенному географическому месту. Это место должно было иметь водный источник с достаточным расходом воды и рельеф местности, допускающий строительство плотины. Кроме того, производство нуждалось в топливе и сырье, которым являлась руда. Поскольку наличие в одном пункте всех факторов было явлением редким, то развитие производства определялось одним, но необходимым условием: наличием гидроэнергетического источника.
Как правило, или руда, или топливо, а зачастую и то и другое доставлялись к заводу низкоэффективным гужевым транспортом. По мере развития производства росли расходы на добычу и перевозку топлива и сырья. Так возникали факторы, сдерживающие промышленное развитие, и как следствие этого формировалась объективная потребность в качественно новом источнике энергии, который не зависел бы от местных условий и мог быть использован везде, в том числе на угольных и рудных шахтах.
Ползунов понимал, что создание универсального по техническому применению, не зависящего от места работы двигателя - дело завтрашнего дня. И тем не менее, осознавая исключительность проблемы, он погружался в нее все глубже и глубже. Объясняется это двумя моментами. Во-первых, в качестве эквивалента водяного колеса Ползунову виделся универсальный по техническому применению тепловой двигатель (его предшественники, как правило, решали вопрос универсальности с помощью водяного колеса). Во-вторых, поскольку горно-металлургические предприятия в основном являлись государственной собственностью, Ползунов рассчитывал на замену в масштабах страны водяного колеса паровыми двигателями, что вело к экономии государственных расходов. Другими словами, он впервые поставил задачу об универсальном двигателе - средстве всеобщего перехода от гидроэнергетики к теплотехнике – как проблему государственного значения и масштаба.
Паровая машина Ползунова
В апреле 1763 г. И.И. Ползунов подал начальнику Колывано-Воскресенских заводов А.И. Порошину докладную записку и приложенный к ней проект огнедействующей машины. При разработке проекта он учитывал опыт зарубежных изобретателей. Ими для привода воздуходувных мехов (перед Ползуновым стояла та же задача) была разработана парогидравлическая установка, объединяющая паровой водоподъемник прерывного действия и водяное колесо, передававшее потребителю работу непрерывно. Работа через кривошипно-шатунный механизм и балансир передавалась с помощью тяг «сухим валам», а от них воздуходувным мехам.
Возникает вопрос: нужно ли было непрерывное вращение колеса? Нет, не нужно, поскольку непосредственно от вала колеса вращательное движение кривошипно-шатунным механизмом преобразовывалось в возвратно-качательное движение балансира. Следовательно, перед Ползуновым встала задача создания двигателя, обеспечивающего непрерывное качательное движение вала. Задача была решена суммированной работой двух цилиндров на общий вал.
По проекту Ползунова поршень под действием атмосферного давления отдавал механическую работу валу и одновременно поднимал другой поршень. При опускании второго поршня происходило обратное распределение работы. Вал, получавший работу непрерывно от двух цилиндров и совершавший качательные движения, через систему приводов передавал работу воздуходувным мехам. Отказ Ползунова от колеса значительно упростил конструкцию двигателя и более чем вдвое увеличил его экономичность.
Рецензентом проекта Ползунова выступил президент Берг-коллегии И.А. Шлаттер. В «Рассуждении о проектованной шихтмейстером Ползуновым огнем действующей машины» патриарх российского монетного дела и горнодобывающей науки отмечал, что «…сия машина уже изобретена с начала сего века господином Савернем и что… он шихтмейстер так похвалы достойно хитростию оную машину сумел переделать и изобразить, что сей ево вымысел за новое изобретение почесть должно».
Таким образом, в целом высоко оценив проект, И.А. Шлаттер предложил, однако, осуществить комбинированный вариант: паровыми насосами поднимать воду и по желобам направлять ее на водяные колеса, которые через приводные механизмы передавали бы движение воздуходувным мехам. Позицию маститого ученого вполне можно объяснить. С одной стороны - авторитет европейской науки и инженерной мысли, а с другой - дерзновенный проект изобретателя-одиночки из глухой Сибири. Ползунов не принял рекомендаций Шлаттера и разработал второй проект, несколько отличавшийся конструктивно и предусматривающий увеличение размеров и мощности машины.
При подготовке проектов Ползунов уделял исключительное внимание их научно-техническому обоснованию. «Действие огненных машин, - отмечал он, - должно более примечаниями и опытом, нежели в тягостях механическими, а в фигурах геометрическими доводами утверждать и доказывать… потому как теория, а особливо в воздушных и огненных делах, бывает много слабее практики, потому как сила воздушного знания поныне не далеко найдена и притом еще будучи великой тьмой закрыта».
Понимание Ползуновым важности теоретического знания в вопросе строительства паровой машины является отражением его исключительной тяги к образованию и науке. «А желаю же по силе тем наукам обучатца, – писал в 1750 г. Ползунов,– дабы я, за полагаемыми на меня другими должностями, в знании оных наук против своей братии не мог понесть обиды».
Хотя Ползунов и происходил из простого люда (он родился в 1728 г. в семье солдата), он тем не менее с раннего детства был приставлен к обучению. Сначала он закончил словесную школу, а затем по результатам успеваемости был переведен в арифметическую. В дальнейшем он прошел хорошее производственное обучение на заводах, рудниках и приисках.
Но главным источником знаний в юношеском и зрелом возрасте было самообразование. Он проштудировал опубликованные к тому времени труды Белидора, Леупольда, Тривальда, Шлаттера, содержавшие сведения о различных паровых установках. Соединение хорошей теоретической подготовленности и большого производственного опыта предопределило успешный исход не только разработки, но и реализации проекта.
Строительство паровой машины началось весной 1764 г., а уже в декабре 1765 г. установка успешно прошла пробные испытания. Летом 1766 г. после ряда доводок машина была введена в эксплуатацию. Ползунову, однако, не суждено было увидеть любимое детище в работе. От чрезмерного перенапряжения, усталости и упадка сил он заболел скоротечной чахоткой и, как писал лекарь Я. Кизинг,
«…сего мая 16-го числа пополудни в 6-м часу… волею Божьей умре». Машина работала более месяца, а точнее, 43 дня, после чего в котле начали проявляться неисправности, из-за которых она была остановлена. В дальнейшем установка уже никогда не подвергалась ремонту и переделке и не вводилась в эксплуатацию.
Двигатель Ползунова приводил в действие машины, непрерывно потреблявшие энергию. Следовательно, была решена основная проблема непрерывной отдачи работы двигателем. Машина позволяла выбирать направление движения орудия, варьировать размах и усилие за счет подбора диаметров передающих шкивов. Широкие возможности установки полностью решали производственные проблемы уральской и сибирской промышленности. Таким образом, двигатель Ползунова, несомненно, был универсальным, но универсальность эта имела территориально-государственную специфику. Нельзя говорить об универсальности установки, рассматривая, к примеру, проблему привода ткацких машин с вращательным движением. В рамках этой проблемы понятие универсальности было позже расширено Д. Уаттом.
Верный служитель русского престола
За короткую и нелегкую жизнь Ползунов сделал немало. И по службе достиг почета и признания, и в создании паровой машины довел все до логического завершения. Конечно, этому в немалой степени способствовали природная одаренность и исключительное прилежание к труду и получению знаний. Но успеху Ползунова способствовали также доброжелательность и участие всех, с кем ему приходилось сталкиваться по роду службы и изобретательства.
Заинтересованность в создании паровой установки проявили все - от служилых людей канцелярии Колывано-Воскресенских заводов до императрицы Екатерины II. Внимание Ее Величества к детищу Ползунова способствовало той благосклонности и конкретной помощи, которые оказывались сибирскому самородку со стороны Кабинета, Берг-коллегии и Академии наук.
На основании положительного заключения И.А. Шлаттера по проекту «огнедействующей машины» и личного участия в решении вопроса Екатерины II в ноябре 1763 г. Кабинет издал указ о произведении Ползунова в «механикусы с чином и жалованьем инженерного капитана-порутчика». Наиболее ценной частью указа была рекомендация «…буде он при заводах необходимо не надобен, то прислать ево сюда (т.е в Петербург. - В.Г. ), дабы он для приобретения себе большого в механике искусства здесь при Академии Наук года два или три к оной с вящим наставлениям прилежать и сродне ево к тому дарования и способности с лучшими успехами впредь для пользы заводской употребить». Высоко ценя Ползунова, канцелярия Колывано-Воскресенского горного округа сделала все возможное, чтобы не отпускать изобретателя и реализовать предложенный им проект.
Одной из причин такой активной поддержки сибирского умельца было «радение о безбрежном благе Отечества и процветании люда российского православного». Так, в служебном рапорте-обосновании, отправленном начальником канцелярии в Петербург на высочайшее имя, говорилось, что паровая машина «…при многих в России заводах, фабриках и мануфактурах руководить может с немалою пользою и можно избегнуть против нынешнего знатных расходов, а именно строения через великую сумму на реках плотин и хранения их от прорыву и других немалых опасностей».
Но не только забота о государственном благе господствовала в умах и сердцах тех, кто содействовал постройке установки. Были и материальные соображения. И определяли они, в первую очередь, действия не кого иного, как… первого лица Российской империи - вседержавной, августейшей, блистательной Фелицы. Дело заключалось в следующем.
История Колывано-Воскресен ских заводов восходит к 1727 г., когда Акинфий Демидов открыл первое на Алтае Колывановское производство. Спустя тринадцать лет началось строительство Барнаульского завода. Интенсивное промышленное развитие объяснялось наличием на территориях заводов богатых месторождений серебряных руд. Проведав про рудные залежи, управляющий казенными уральскими заводами, известный государственный деятель и историк В.В. Татищев, отписал все демидовские производства в пользу казны. Но минуло десять лет, и последовал высочайший указ о передаче, теперь уже навсегда, Колыванских заводов в личную собственность императорского двора с предписанием «сколько возможно больше руды серебряной доставать».
Екатерина II, взойдя в 1762 г. на российский престол, стала единоличной владелицей заводов. И пробыв всего год на троне, она, несомненно, испытывала большую нужду в пополнении средств золотом и серебром. Здесь и кроется причина активной поддержки ею в 1763 г. Ползунова. Ей нужны были талантливые, деятельные и, главное, преданные люди и по России в целом, и в ее сибирской горнозаводской вотчине. Императрица оказала высочайшую милость сибирскому умельцу, получив тем самым в его лице верного служителя престола.
Говоря о гражданской ответственности Ползунова и его преданности Отечеству, уместно привести один пример. Зимой 1760 г. Ползунов на красноярской пристани руководил сплавом добываемой в округе руды. О том, что там произошло, лучше всего рассказал он сам: «Казенный дом… неведомо отчего, изнутри, во время глубокого сна загорелся. А как уже черная изба с сеньми изнутри пламенем обнялись и в горнице… огонь появился, тогда, от сна пробудясь, с торопостию ухватя государственные дела и книги в окно с ними выскочил… так-то государственная казна купно с делами остались без всякого повреждения и траты… собственное мое все потратил».
Ползунов и Уатт
Невольно напрашивается сравнение с образом действий английских создателей паровых двигателей, вообще социально-производственной обстановкой, существовавшей в то время на островах туманного Альбиона. Исключительная секретность, патентомания, подозрительность друг в отношении друга, просто заимствование идей, а иногда и прямое их воровство, судебные тяжбы. Каким вопиющим контрастом по сравнению с этой атмосферой стяжательства и наживы предстает подвижничество сибирского умельца, в прямом и переносном смысле сидевшего на баснословных запасах серебра. Ползунов содержал семью (мать, жена, двое малых детей), его годовое жалованье составляло всего лишь 84 рубля, и при этом он заботился исключительно о том, как «вельми знатным радением славы Отечеству достигнуть», не роптал - работал, работал, работал, в работе и сгорел, не дотянув до сорока лет. Вот она - русская натура!
Проводя параллель с Англией, сравним условия, в которых трудились Ползунов и Уатт - создатель универсальной паровой машины. А условия эти были разные - у Ползунова во много раз тяжелее. И самая большая трудность заключалась в отсутствии столь необходимой любому конструктору научно-инженерной среды. Условия изобретательской деятельности, исследовательская атмосфера, само окружение в университете Глазго, где трудился Уатт, и на Колывано-Воскресенских заводах были абсолютно разными. В Барнауле не было профессуры, окружавшей удачливого, обладавшего коммерческой жилкой английского изобретателя; единственным источником знаний для Ползунова были научные сочинения; лишь раз сибирскому самородку представилась возможность посетить Петербургскую академию наук, но и ею воспользоваться не удалось.
И все же Ползунов намного раньше Уатта создал паровую машину. Не его вина, что столь важное дело не получило развития: просто его феномен является классическим примером опережения времени и событий. В России еще не назрела промышленно-техническая ситуация, которая предопределила бы необходимость перехода к новой энергетической базе производства. Гидроэнергетика водяного колеса еще обеспечивала устойчивое функционирование и расширение горно-металлургических предприятий. Ползунов же прозорливо заглянул в будущее и решил важнейшую научно-производственную проблему завтрашнего дня.
Российский изобретатель снискал себе славу уже тем, что разработал грамотный и выверенный проект. Ползунова можно поставить в один ряд с другими русскими учеными и изобретателями, прославившими себя плодотворными идеями, не реализованными, однако, при жизни их авторов. Среди них: идеи межпланетной ракеты К.Э. Циолковского, четырехтактного двигателя Бо де Роша, одноарочного моста И.П. Кулибина, ракетного корабля Н.И. Кибальчича, аэростата Д.И. Менделеева. Факт практического воплощения проекта лишь приумножает значение изобретения И.И. Ползунова.
Россия всегда привлекала зарубежных исследователей. Одним из них был Э. Лаксман, который исследовал недра, флору и фауну страны, сделал ряд важных открытий. В результате в 1770 г. он был удостоен звания академика Петербургской академии наук. В ходе научных изысканий Лаксман посетил Барнаул, где познакомился с Ползуновым и внимательно изучил строившуюся паровую установку. О своих впечатлениях он в письме от 11.02.1765 г. писал: «С кем я наибольше имею знакомство, есть горный механик Иван Ползунов, муж, делающий честь своему Отечеству. Он строит теперь огненную машину… сия будет приводить в действие меха или цилиндры в плавильнях, посредством огня: какая же от того последует выгода! Со временем в России… можно будет строить заводы на высоких горах и в самых даже шахтах…»
Вслед за Лаксманом сообщения о Ползунове и его изобретении были помещены в книгах академиков Палласа (1773 г.), Фалька (1785 г.) и Германа (1797 г.), опубликованных в Петербурге на немецком языке. Известность Ползунова росла и ширилась, а имя мужа, «делающего честь своему Отечеству», навсегда вошло в историю производительных сил России.