Глава 9. Развитие машинной техники в промышленности

Новые рабочие машины в текстильном производстве. Первый этап промышленного переворота, начавшийся в 60-х гг. XVIII в., был связан с изобретением и распространением новых рабочих машин в английском текстильном производстве. К этому времени там возникла резкая диспропорция между ткачеством, развившимся на основе применения самолетного челнока Кэя (см. выше с. 93), и прядением, где сохранялась прежняя техника. Это давало изобретателям надежду, что к новым прядильным машинам фабриканты отнесутся более внимательно, чем к прядильной, машине Уайетта.

В 1764 г. Джеймс Харгривс (или, по другим источникам, Харгрейвс) из Ланкашира предложил свою прядильную машину "Дженни" с ручным двигателем (запатентовать ее он смог лишь в 1769 г.).

В машине Харгривса вытяжные валики заменены были особым вытяжным "прессом", состоявшим из двух кусков дерева. Рабочий одной рукой двигал каретку с вытяжным "прессом", а другой вращал колесо, приводившее в движение веретена. Так Харгривс механизировал операции вытягивания и закручивания нити. Сначала "Дженни" имела 8 веретен, а вскоре их стало 18.

Прядильная машина Харгривса из-за простоты конструкции, дешевизны изготовления и возможности использования ручного двигателя получила широкое распространение в легкой промышленности. В 1788 г. в Англии уже насчитывалось 20 тыс. таких машин. Пряжа, вырабатываемая ими, была тонка, но недостаточно прочна.

Прядильная машина Харгривса (в усовершенствованном виде)

В 1769 г. ловкий делец Ричард Аркрайт, комбинируя принципы известной ему машины Уайетта и достижения других изобретателей (часовщика Томаса Хайса и др.), запатентовал прядильную ватерную машину, рассчитанную на водяной привод и на использование в крупном производстве. Она производила лишь грубую, хотя и крепкую пряжу.

В 1722 г. К. Вуд изобрел подвижную веретенную каретку для ватерной машины, названную им "Билли".

В 1774-1779 гг. Сэмюэл Крбмптон сконструировал прядильную мюль-машину, в дальнейшем улучшенную Келли. Мюль-машины вырабатывали тонкую и прочную пряжу.

Эти прядильные машины заменили рабочего, действовавшего одновременно только одним ручным орудием, механизмом, управляющим многими одинаковыми орудиями. Например, к 1800 г. число веретен в мюль-машине доходило до 400. А в старой самопрялке прядильщик мог одновременно использовать лишь одно веретено.

С 1793 г. Дж. Кеннеди стремился перевести мюль-машины на паровой двигатель. Это ему удалось сделать лишь к 1800 г.

В 80-х гг. XVIII в. прядение стало обгонять ткачество. Это вызвало появление усовершенствованных ткацких станков, прежде всего станка Эдменда Картрайта в 1785 г. Карт-райт с самого начала предусматривал, что его станок будет приводиться в движение паровым двигателем.

Мюль-машина С. Кромптона

Сначала конструкция станка Картрайта была весьма примитивна. Но в 1792 г. изобретатель запатентовал легко управляемый механический станок, где были механизированы все основные операции ткачества. Население одного из главных центров хлопчатобумажной промышленности - Манчестера возросло за последнюю четверть XVIII в. в 3 раза. Соответственно возрос и экспорт хлопчатобумажных тканей за 90-е гг. в 3,5 раза (а весь экспорт за эти же годы в 1,5 раза). К 20-м гг. XIX в. в Англии и Шотландии работало свыше 14 тыс. ткацких станков с паровым приводом, а в середине 30-х гг. их число увеличилось до 100 тыс.

Для производства механических ткацких станков потребовался более прочный материал, чем дерево, из которого изготовлялась большая, часть оборудования в мануфактурный период. В первом десятилетии XIX в. вводятся станки с железными станинами, прочные и компактные. Другие текстильные машины также начинают делать из железа.

В 1825-1830 гг. английский механик Ричард Роберте, ранее внесший ряд усовершенствований в конструкцию ткацкого станка, изобрел автоматическую прядильную мюль-машину (сельфактор). Сложный процесс изготовления различных номеров пряжи, вплоть до самых тонких, осуществлялся и регулировался этой машиной автоматически. Над усовершенствованием мюль-машины работали в 30-е гг. и многие другие конструкторы.

В 1823 г. в Америке был изобретен так называемый кольцевой ватер, конструктивно происходивший от ватерной прядильной машины Аркрайта.

Переворот охватывал одну за другой отрасли, смежные с прядением и ткачеством, и оказывал влияние на промышленность далеко за пределами Англии. Так, резко увеличившийся спрос на американский хлопок побудил Йлая Уитни, впоследствии известного изобретателя в области машиностроения, заняться в штате Южная Каролина устройством "джина" - простого по конструкции механизма для отделения волокон хлопка от семян. "Джин" приводился в движение вручную. Это произошло в 1793 г. Остроумное изобретение Уитни, явочным порядком позаимствованное многими плантаторами Юга, игнорировавшими авторские права Уитни, позволило резко расширить посевы хлопка. Оказалось возможным разводить и такие сорта хлопка, которые при ручной очистке волокон от семян не давали дохода.

Почти все, что заработал Уитни от реализации своего "джина", было истрачено им на тяжбы с плантаторами, которые выручили в одном лишь 1803 г. около 10 млн. долларов на продаже хлопка.

Ручная набивка тканей все чаще заменяется машинным печатанием. В 1823 г. англичанин Пальмер (правильнее: Памер), а в 1832 г. француз Перро предложили свои типы ситцепечатных машин^*.

^*(Машины последнего (перротины) приводились в движение вначале ручным, а потом конным приводом или водяным колесом.)

Технический переворот из хлопчатобумажной промышленности распространился затем на льняную, шерстяную и шелковую.

В ранней истории механизации льняной промышленности следует отметить деятельность серпейского предпринимателя, активного выразителя сословных интересов купечества и депутата "Уложенной комиссии" Родиона Глинкова. К 1760 г. у Глинкова имелась льнопрядильня, где работало 36 вольных и 15 крепостных рабочих. Водяной двигатель приводил в действие "самопрядочную машину" с 30 цевками на колесах. В 1771 г. Глинков представил проекты еще двух машин для изготовления льняной пряжи - итоги многолетних опытов. Это были оригинальные рабочие машины нового типа. Но хозяйственные условия России конца XVIII в. не благоприятствовали их применению. В 1783 г. предприятие Глинкова (после смерти владельца) было уничтожено.

В 1810 г. Наполеон объявил конкурс на лучшее устройство льнопрядильных машин, стремясь наладить во. Франции производство льняных тканей. Наилучшей оказалась конструкция, предложенная. Ф. А. Жираром. Однако льнопрядильные машины Жирара (1810-1811 гг.) и других конструкторов - получили наибольшее распространение (с 1814 г.) в Англии, от конкуренции которой Наполеон хотел оградить французскую промышленность.

Жирар применил свою машину в 1816 г. в Австрии, а в 1825 г. поступил по приглашению русского правительства на должность главного механика в Царстве Польском. В 1830- 1831 гг. им была устроена под Варшавой полотняная и бумаго-ткацкая фабрика, вокруг которой вырос целый фабричный городок Жирардов.

Важные усовершенствования были также внесены в технику шелкопрядильного и шелкоткацкого производства. В 1801 г. лионский ремесленник Ж. М. Жаккар изобрел станок для узорного шелкового ткачества, получивший после дальнейшего усовершенствования широкое распространение. В 1812 г. в Лионе действовало уже 12 тыс. станков Жаккара.

Сам Жаккар не извлек почти никаких доходов от своих нововведений и впал в глубокую нужду. Зато лионские фабриканты и в еще большей мере английские предприниматели (с 20-х гг. XIX в.) получили от применения его изобретений колоссальные прибыли.

Механизировались также отрасли, потреблявшие продукцию прядильного и ткацкого производства, - вязальная, кружевная, швейная. Довольно сложные вязальные станки конструировались еще в XVIII в., но все они приводились в движение вручную. Ко второй половине XIX в. в эксплуатацию стали вводиться разнообразные вязальные машины, действующие от паровых двигателей.

Огромное значение для механизации портняжного, сапожного и других видов производства, где раньше господствовал ручной труд, имело изобретение швейной машины. В 30- 40-х гг. в Англии и США было подано на такие машины около 30 патентных заявок. Решающих успехов добился в этом деле Илайэс Хоу в 1847 г. Реализовать свое изобретение ни в США, ни в Англии Хоу первоначально не удалось; оно было осуществлено позднее - после работ других изобретателей, внесших дополнительные улучшения. Одним из таких изобретателей был американец И. М. Зингер, организовавший широко известную фирму по производству ручных швейных машин, которые стали быстро распространяться в мануфактурах и при работе на дому.

Рождение паровой энергетики. "...Создание рабочих машин сделало необходимой революцию в паровой машине"^*, - указывал Маркс, имея в виду изобретение парового двигателя универсального назначения.

^*(Маркс К. Капитал, т. 1.- Маркс К., Энгельс. Ф. Соч., т. 23, с. 386.)

К этому двигателю вполне применимо высказывание Энгельса о паровой машине вообще; он тоже явился результатом творчества изобретателей во многих странах.

Следует различать две стадии создания универсальной паровой машины. Для первой характерны попытки обеспечить непрерывность работы двигателя путем сочетания двух паро-атмосферных цилиндров ньюкоменовского типа. Мы знаем, что приоритет в этом принадлежит замечательному русскому теплотехнику Ивану Ивановичу Ползунову.

Изобретатель был знаком с описанием машин Севери и Ньюкомена, а также с работами Ломоносова по теплотехнике. Как уже указывалось выше, Ползунов в апреле 1763 г. выдвинул проект создания "огнедействующей машины", способной "что будет потребно - исправлять" (т. е. исполнять), полностью заменив водяные двигатели.

Чертеж 'огнедействующей' машины И И. Ползунова (1765)

К марту 1764 г. Ползунов разработал подробный второй проект парового двигателя несколько иной конструкции, позволявшего непосредственно приводить в действие врздухо-дувные мехи при сереброплавильных печах.

Дж. Уатт (1736-1819)

Круг помощников Ползунова был узок. В помощь изобретателю давали меньше людей, чем он просил. Но все же такие помощники были. Было бы физически невозможно одному человеку сооружать огромную по тем временам паровую машину.

Значительную помощь в постройке паровых машин Ползунову оказали Иван Черницын и Дмитрий Левзин.

К декабрю 1765 г. "огненная машина" была в основном закончена.

Это был двухцилиндровый пароатмосферный двигатель непрерывного действия. Поршни обоих цилиндров двигались в противоположных направлениях, что обеспечивало непрерывное рабочее усилие. Здание, где помещалась машина, было высотой 19 м. Цилиндры имели по 3 м в высоту и 0,3 м в диаметре. Мощность машины советские исследователи оценивают приблизительно в 32 л. с.

Надорвавшись на непосильной работе, И. И. Ползунов тяжело заболел и умер до ввода машины в строй, весной 1766 г.

Машина была пущена в ход, но работала недолго. Уже в 1768 г. заводское начальство, располагавшее неограниченными ресурсами дешевой крепостной рабочей силы, заявило, что машина "по изобилию при здешнем заводе воды" признается ненужной. Машина была сломана в 1780 г.

Независимо от Ползунова применить двухцилиндровую пароатмосферную машину непрерывного действия - но не для заводских нужд, а на транспорте - пытались во Франции инженер Н. Ж. Кюньо в 1769-1770 гг. (для паровой повозки) и Ж. Б. д'Оксирбн с компаньонами в 1774 г. (для парового судна). В обоих случаях изобретения не нашли практического применения.

Вторая стадия создания универсальной машины непосредственно связана с промышленным переворотом в Англии. Главную роль в успешном завершении этой задачи сыграл уже известный нам Джеймс Уатт. Серьезные занятия Уатта паровой машиной начались в 1763-1764 гг. В 1769 г. он взял патент на новый тип парового двигателя, так называемую машину простого действия. Рабочий ход этой одноцилиндровой вертикальной машины производился не атмосферным давлением, а силой пара. Машина снабжена была конденсатором, в который отводился отработанный пар. Однако и эта машина, по выражению К. Маркса, "...оставалась простой машиной для откачки воды и соляного раствора"^*, т. е. не была универсальной.

^*(Маркс К. Капитал, т. 1. - Маркс К., Энгельс.Ф. Соч., т. 23, с. 386, примеч. 94.)

Схема уаттовской паровой машины двойного действия. В центре - вертикальный цилиндр с конденсатором. Справа - паровой котел сундучного типа. Слева - передаточные устройства, позволявшие превращать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное. Приложение к статье П. Б. Козловского о паровых машинах в пушкинском журнале 'Современник'. 1837 г.

В начале 80-х гг. XVIII в. Уатт создал свою знаменитую машину двойного действия, запатентованную им (с целым рядом дополнительных усовершенствований) в 1784 г. Двигатель этой системы имел один цилиндр; пар должен был последовательно работать то снизу, то сверху поршня, а противоположная (то верхняя, то нижняя) часть цилиндра соединялась в это время с конденсатором, куда и уходил отработанный пар. Еще в 1781 г. Уатт запатентовал передаточные устройства, позволявшие превращать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное. Эта вторая машина Уатта получила самое широкое распространение в промышленности и на транспорте.

"Великий гений Уатта, - писал К. Маркс, - 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"^*.

^*(Маркс К. Капитал, т. 1. - Маркс К., Энгельс.Ф. Соч., т. 23, с. 386, примеч. 94.)

В 1785 г. первый двигатель этой системы был установлен на прядильной фабрике. Затем паровые двигатели стали внедряться во все отрасли английской промышленности. Началось распространение паровых машин в США и на континенте Европы, от. Франции и Бельгии до России.

В России уаттовские "огненные новоизобретенные" машины двойного действия стали известны в конце 80-х гг. XVIII в. Первое в русской литературе (правда, очень схематичное) изображение и описание такой машины дал механик-изобретатель Л. Ф. Сабакин (1787 г.). Машины системы Уатта начали строить в России в 90-х гг. XVIII в.

В первых двигателях Уатта давление лишь немного превышало атмосферное. В конце XVIII в. стали проводиться опыты по созданию паросиловых установок с повышенным начальным давлением. Американец О. Эвенс построил машины повышенного начального давления в 1800 г. В руководстве для конструкторов паровых машин (1805 г.) он обосновал необходимость постройки машин этого рода и соответствующих котлов к ним. Эвенс рекомендовал применять паровые машины с давлением от 8 до 10 атм.

В то же время в Англии начал свои опыты уже известный нам Р. Трёвитик. В патенте 1802 г., взятом им совместно с Вивьеном, речь шла об "усовершенствованиях в устройстве и применении паровых машин", как стационарных, так и предназначенных для паровых повозок. В построенных Тревитиком машинах давление достигало 3 атм. и выше.

В 1804 г. корнуэльский инженер А. Вулф запатентовал машину повышенного давления (3-4 атм.). Вулф использовал двукратное расширение пара последовательно в двух рабочих цилиндрах, повысив, таким образом, коэффициент полезного действия^* машины более чем в 3 раза.

^*(Коэффициент полезного действия (КПД) - отношение полезной работы, совершаемой машиной, к работе, затраченной на приведение этой машины в действие.)

В России над созданием котлов высокого давления в первой четверти XIX в. работал С. В. Литвинов.

Опыты по созданию паросиловых установок высокого давления - до 45-50 атм. - были сделаны Дж. Перкинсом (1822 г.) в США и Э. Альбаном в Германии (1828 г.). Эти опыты опередили уровень техники того времени, когда и давление в 2-5 атм. считалось высоким. В самом конце рассматриваемого периода после исследований, проведенных в 50-х гг. во Франции Г. А. Гирном, началось применение перегретого пара в целях дальнейшего повышения КПД паровых двигателей.

На протяжении всего последующего периода вплоть до 60-х гг. XIX в. паровая машина двойного действия была основным двигателем силовой установки. Котел, собственно паровой двигатель и передаточный механизм подвергались непрерывным усовершенствованиям. Конструкторы стремились к повышению мощности и экономичности паросиловых установок, увеличивая паро-производительность котлов, повышая начальное давление пара, создавая двигатели с многократным расширением пара (компаунд-машины), применяя перегрев пара, увеличивая скорость хода и т. д. Они отказались также от балансира, этой характерной детали передаточного механизма в первых уаттовских машинах; золотниковое парораспределение заменялось клапанным.

Изображение одной из первых на Урале паровых машин двойного действия, установленной в 1815 г. А. С. Вяткиным на Верх-Исетском заводе А. И. Яковлева. Медаль, выполненная в честь этого события. Свердловский областной краеведческий музей

Отдельные паросиловые установки к 60-м гг. XIX в. имели мощность более 1000 л. с. При фабриках и многих шахтах обычно строился особый корпус для размещения котельной и машинного отделения.. Фабричные паровые двигатели передавали работу трансмиссионным валам, располагавшимся внутри производственных цехов. Посредством шкивно-ременной передачи от этих валов приводились в действие разнообразные рабочие машины.

Наряду со стационарными паросиловыми установками с 30-х гг. XIX в. в практику входят локомобили - передвижные несамоходные паросиловые установки. Они применяются в сельском хозяйстве (см. с. 219), на строительных работах и т. д.

Другие типы двигателей в промышленности. Господство паровой энергетики не исключало использование и других источников энергии. Прежде всего, как в Европе и Северной Америке, так и в Азии, Африке, Южной Америке довольно широко использовались характерные для предшествующих периодов мускульные, конные, ветряные и водяные двигатели. Они тоже подвергались частичным усовершенствованиям, несмотря на то что в исторической перспективе представляли уже технику вчерашнего дня. Так, например, водяные колеса в Западной Европе делались иногда из металла и были огромных размеров. Например, железное водяное колесо для откачки воды из рудников на британском о. Мэн (1854 г.) имело в диаметре 22 м и мощность 200 л. с.

Наиболее перспективным видом водяных двигателей были в то время водяные турбины, которым предстояло сыграть такую видную роль впоследствии, когда началось промышленное использование электрической энергии.

Были предложены различные типы водяных турбин (например, турбины Понселе, Фурнейрбна, Геншеля-Жонваля, Фрэнсиса). В то время существовала лишь механическая трансмиссия, и поэтому сфера применения турбин была ограничена рабочей площадкой, расположенной непосредственно у источника водной энергии.

По мере того как происходила концентрация и централизация производства, механическая трансмиссия все менее успешно справлялась с задачей передачи работы от центральной паросиловой станции к рабочим машинам фабричных цехов.

Транспорт также предъявлял к двигателям дополнительные требования: мировая торговля и связи между отдельными районами бурно росли. Возникла потребность в усовершенствовании транспортных средств.

Научно-техническая мысль направлялась на поиски нового двигателя, который не требовал бы наличия котельной установки и был бы более компактным. Таким двигателем должен был стать двигатель внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания. В 1860 г. французский изобретатель Ж. Ж. Э. Ленуар построил газовый двигатель внутреннего сгорания с электрическим зажиганием. Однако КПД этого двигателя был низок. Распространение его ограничивалось мелкими предприятиями Франции.

Некоторые изобретатели, работавшие над двигателем внутреннего сгорания, связывали с его применением утопические надежды на укрепление мелкой промышленности, обрекаемой на разорение быстрым ростом крупного капиталистического производства. В действительности же применение двигателей внутреннего сгорания - как и все важные технические нововведения этого периода - в конечном счете способствовало развитию крупного машинного капиталистического производства.

В 1862 г. французский инженер А. Бо де Роша получил патент на двигатель внутреннего сгорания четырехтактного цикла. Однако Бо де Роша не реализовал своего изобретения. Лишь в 1878 г. немецкая фирма Отто и Лангена ввела в практику подобный газовый двигатель внутреннего сгорания.

В 1867 г. Н. А. Отто сконструировал атмосферный вертикальный газовый двигатель. Подъем поршня происходил там в результате взрыва горючей смеси, а опускание его (с производством полезной работы) - под влиянием силы тяжести поршня и атмосферного давления.

Электрические двигатели. Наиболее распространенными источниками тока в первой половине XIX в. были гальванические элементы различных систем (Даниёля - 1836 г., Грбува - 1839 г., Бунзена - 1841 г., Лекланше - 1867 г. и др.) и аккумуляторы. В батарее гальванических элементов химическая энергия превращалась в электрическую (см. с. 259). В дальнейшем такого рода источники тока перестали удовлетворять запросы производства. Открытие Майклом Фарадёем явления электромагнитной индукции указало изобретателям (с начала 30-х гг. XIX в.) новый способ получения электрического тока - посредством создания магнитоэлектрического генератора^*. В машине такого, рода ток возбуждался. в обмотке катушек от постоянных магнитов. К их числу относятся генераторы И. Пиксий (1832 г!), Ю. Кларка (1835 г.) и петербургского академика Б. С. Якоби (1842 г.). Последний генератор был принят на вооружение "гальванических команд" русской армии, использовавших его для воспламенения минных запалов. Затем появились магнитоэлектрические генераторы Э. Штёрера (1843 г.) и других конструкторов. Все эти генераторы приводились в движение вручную.

^*(Электрический ток, возбуждаемый путем индукции, именовался тогда "магнитоэлектрическом". Отсюда и название соответствующих генераторов тока - магнитоэлектрические. Об открытии. Фарадея см. главу 12.)

Развитие судоходства в период промышленного переворота потребовало снабжения маяков более мощными источниками света. Для использования в маяках были созданы горелки "друммондова света", который получался путем накаливания извести в пламени, питаемом кислородом и водородом. Для получения этих газов в больших количествах путем электролиза после длительных экспериментов в 1856 г. был создан магнитоэлектрический генератор "Альянс".

Характерно, что свое название генератор получил не по имени изобретателя, а по названию электропромышленной компании "Альянс" (Париж). Генератор приводился в движение паровой машиной мощностью от 6 до 10 л. с.

Параллельно с усовершенствованием источников тока развивались и электродвигатели - машины, превращающие электрическую энергию в механическую.

Еще в 20-30-е гг. XIX в. появились машины такого рода, напоминавшие лабораторные приборы (двигатели П. Барлоу, Дж. Генри, У. Рйччи и др.). В качестве источника тока для питания этих двигателей служили батареи гальванических элементов.

Магнитоэлектрический генератор фирмы 'Альянс' (1862)

Двигатель Якоби. Середина 30-х гг. XIX в.

В 1834 г. практически применимый электромагнитный двигатель построил Б. С. Якоби. Усовершенствовав свой двигатель, Якоби впервые применил его в 1838-1839 гг. на водном транспорте (см. с. 181). Изобретатель был убежден, что такой двигатель можно будет использовать и на железных дорогах^*.

^*(См.: Письмо Б. С. Якоби И. Ф. Крузенштерну, июль 1838 г., опубликованное в "Вопросах истории естествознания и техники" (М., 1982, № 1).)

Но надежды Якоби и его единомышленников за рубежом в то время были далеки от осуществления. Вплоть до 60-х гг. XIX в. применение электроэнергии ограничивалось такими отраслями, как телеграфная связь и гальванопластика, если не считать использования электрических запалов при производстве взрывов при горных разработках или в военном деле, а также первых опытов с электроосвещением.

Предпосылкой использования нового вида энергии в качестве двигательной силы в промышленности и на транспорте было создание на рубеже 60-70-х гг. динамо-машины, основанной на принципе самовозбуждения (питания электромагнитов машины собственным током машины), и освоение способа передачи сильных токов по проводам.

Металлургия и горное дело. С 60-х гг. XVIII в. в Англии усиливается (начавшийся еще в 30-е гг.) перевод доменной плавки на минеральное топливо. Тогда же началось применение в доменном деле цилиндрических воздуходувок, приводимых в действие паровыми машинами (впервые - в 1776 г. на заводе, Уилкинсона в, Шропшире).

Выплавка чугуна в Англии, составлявшая 40 тыс. т в 1780 г., поднялась до 80 тыс. т в 1790 г. и еще раз удвоилась за последнее десятилетие XVIII в. Подавляющая часть чугуна выплавлялась к этому времени на коксе.

Внешний вид английской доменной печи середины XIX в.

Конструкция доменных печей постоянно совершенствовалась, увеличивались их размеры, вводились специальные подъемники для подачи шихты^*, улучшились приспособления для ее загрузки, применялись системы водяного охлаждения печной кладки и т.д. Огромное значение имело введение горячего дутья, т. е. подогрева воздуха, подаваемого в домны (Дж. Нилсон в 1828 г.; инженеры петербургского Александровского казенного завода в 1829 г.; Фабер дю Фор в 1831 г. и другие ученые-металлурги).

^*(Шихта - смесь материалов, загружаемых Б печь для переработки.)

С проблемой техники дутья была связана другая: использование раскаленных колошниковых газов, образующихся в доменных печах. Они бесполезно уходили в воздух. Французский исследователь Пьер Бертье опубликовал в 1814 г. исследование о различных способах использования тепла и теплотворности отходящих газов доменных и плавильных печей для подогрева воздуха, подаваемого в домны и горны, а также для иных целей. В России такие опыты производились еще в первой четверти XIX в. В 30- 40-х гг. этим делом успешно занимался Ф. И. Швецов. За рубежом изобретения в этой области завершились созданием в 1857 г. воздухонагревательного аппарата английским инженером Эдуардом Альфредом Каупером.

В Англии выработка железа вначале сильно отставала от выплавки чугуна. Основной причиной этого было долгое применение традиционных способов передела чугуна на железо в кричных горнах на древесном угле.

В 90-е гг. XVIII в. выделка железа в Англии составляла лишь 20-30 тыс. т. Растущий в связи с промышленным переворотом спрос на железо и сталь покрывался главным образом за счет их ввоза в страну. Главным поставщиком железа в Англию была Россия, оттеснившая Швецию на внешнем рынке уральским железом. Англия ввозила свыше 50 тыс. т русского и шведского железа.

Схема пудлинговой печи конца XVIII в., работающей на каменном угле. 1 - топка; '2 - пламенный порог; 3 - под печи; 4 - рабочее пространство печи

Многие английские изобретатели пытались найти способ передела чугуна на железо в отражательной печи. В широкую практику вошел метод, предложенный инженером Генри Кортом. Печь, запатентованная Кортом в 1784 г., получила название пудлинговой (от английского глагола "to puddle" - перемешивать).

В этой отражательной печи на поду, в пламени каменного угля или дров (пудлингование на дровах практиковалось, например, в России и некоторых других странах), происходил передел чугуна на железо. Рабочий перемешивал ломом сквозь особую дверцу расплавленную тестообразную массу металла. Мы видим, что, хотя пудлингование было создано в процессе промышленного переворота, оно включало типичные для мануфактуры элементы тяжелого ручного труда.

Одновременно Корт ввел прокатные валки, применение которых заменяло трудоемкую операцию обработки криц под молотом.

Пудлингование сначала распространялось очень медленно. Сам изобретатель, затративший слишком много средств, на исходные опыты, успел разориться.

Но с первого десятилетия XIX в. этот процесс получил в Англии широкое распространение, что позволило Англии выйти на первой место в мире по выпуску железа.

Аносов П.П. (1799-1851)

Хотя для технического уклада этой эпохи было характерно применение железа и чугуна, использование стали тоже непрерывно росло. Выдающуюся роль в деле развития производства стали и замены традиционных эмпирических способов выделки стали научными сыграли русские инженеры.

Особо важное значение имели труды Павла Петровича Аносова, относящиеся к 20- 40-м гг. XIX в. Аносов, работавший тогда на Златоустовском заводе, стал одним из основоположников производства высококачественных сталей и пионером отечественного металловедения.

Применив микроанализ булатов, Аносов разгадал секрет их замечательных свойств и предложил новые технологические процессы для их производства.

К середине XIX в. пудлингование стало постепенно тормозить развитие черной металлургии.

Все возраставшая потребность в железе и стали привела к настоятельной необходимости резкого изменения технологии передела чугуна на железо и сталь.

В середине 50-х гг. английский изобретатель и предприниматель Генри Бессемер ввел совершенно новый способ передела чугуна.

Он применил продувание воздуха через расплавленный чугун, наливаемый в особый вращающийся сосуд - конвертер. Избыток углерода и некоторые другие примеси, содержащиеся в чугуне, быстро выгорали.

После продувания воздухом полученная жидкая сталь (или железо) отливалась в болванки.

В 60-х гг. XIX в. французские инженеры Эмиль Мартен и его сын Пьер Мартен стали получать литую сталь в отражательной печи с регенеративной (воздухонагревательной) установкой, изобретенной ранее немецкими инженерами Вильгельмом и Фридрихом Сйменсами. В этой печи, получившей название мартеновской и введенной в эксплуатацию в 1864 г., можно было переделывать на сталь не только чугун, но и различный железный и стальной лом (скрап). А в условиях цикличного развития производства при переоборудовании предприятий в период оживления всегда скапливалось большое количество такого лома.

С 1865 по 1870 г. мировое производство стали в результате распространения мартеновского и бессемеровского способов возросло на 70%. Еще большее развитие эти способы получили в 70-х гг. XIX в.

Схема конвертера Бессемера

В области цветной металлургии важным событием было введение в 1827 г. немецким химиком Ф. Вёлером нового способа получения алюминия. Первоначально алюминий по цене приравнивался к драгоценным металлам. Только после усовершенствований, внесенных в 1854-1865 гг. в технологию производства алюминия французским химиком А. Э. Сент-Клер Девйлем и русским химиком Н. Н. Бекетовым, издержки производства алюминия резко снизились. Однако его широкое применение относится к более позднему периоду.

Что касается горного дела, то его техническое развитие резко отставало от развития металлургии. Даже в английской горной промышленности машины не получили значительного применения. Основной процесс в горном деле - выемка угля и иных полезных ископаемых - в первой половине XIX в. производился в Англии вручную. Механизации подверглись (и то не полностью) лишь вспомогательные операции откатки и доставки на поверхность угля и руд, а также водоотлива и вентиляции. Откатка посредством канатной тяги от паровых двигателей осуществлялась лишь на главных подземных путях. На боковых путях и в забоях использовалась по-прежнему сила животных или ручной труд. О том, как использовался ручной труд женщин, подростков и детей в английской горной промышленности 40-60-х гг. XIX в., рассказывают потрясающие документы, приведенные К. Марксом в XIII главе 1-го тома "Капитала".

Металлообработка и машиностроение. Применение различного рода машин, механизмов и сооружений (например, мостов), изготовляемых во все большей мере из металла, требовало соответствующего развития металлообработки и машиностроения. В конце XVIII и начале XIX в. машины и механизмы производились в основном вручную по сути дела, мануфактурными методами.

Винторезный станок Модели (около 1800)

В 1769 г. Смйтон применил специальный горизонтальный стан для расточки цилиндров, а в 1775 г. Дж. Уйлкинсон усовершенствовал устройство подобного же назначения.

В этих станах борштанга (рассверловочная штанга) с резцовой головкой, приводимая в движение водяным колесом, вращалась внутри отлитых цилиндров, обрабатывая их изнутри. Точность обработки поверхности была невелика.

В конце 90-х гг. XVIII в. уже не раз упоминавшийся нами изобретатель Генри Модели сконструировал токарно-винторезный станок с самоходным суппортом. Это привело - после соответствующего усовершенствования суппорта - к созданию новых типов металлообрабатывающих станков (токарных, фрезерных, строгальных, сверлильных, шлифовальных) - и тем самым к развитию машиностроения как особой отрасли промышленности.

Обработка огромного количества металла, которое приходилось ковать, сваривать, резать, сверлить, отливать и т.д., потребовала, как писал К. Маркс, "...таких циклопических машин, создать которые мануфактурное машиностроение было не в силах"^*.

^*(Маркс К. Капитал, т. 1. - Маркс К., Энгельс. Ф. Соч., т. 23, с. 396.)

Возникла машинная фабрикация машин. Она опиралась на технические достижения мануфактурного периода XVI-XVIII вв., когда уже применялись сверлильные, токарные и иные станки довольно сложного устройства. Теперь эти станки были значительно усовершенствованы применительно к фабрично-заводскому производству, располагающему паровым двигателем.

Появились новые типы металлообрабатывающих станков. В 1817 г. Р. Роберте создал один из первых строгальных станков для обработки деталей с плоскими поверхностями. В 1818 г. И. Уйтни сконструировал фрезерный станок с многорезцовым режущим инструментом (фрезой). В 1829 г. английский инженер Джеймс Нэсмит построил фрезерный станок другой конструкции. В 1835 г. английский инженер Джозеф Уйтворт запатентовал автоматический токарный винторезный станок. Швейцарец И. Г. Бодмер получил в 1839 г. патенты на карусельный станок (токарный станок с вертикальной осью для обработки крупных машинных деталей).

Дж. Нэсмит изобрел поперечно-строгальный станок (1836 г.). Ему же принадлежит конструкция парового молота (1839 г.), получившего широкое применение. Кроме перечисленных видов станков, в это время совершенствовались долбежные, клепальные, шлифовальные и другие металлообрабатывающие станки.

Паровой молот Нэсмита. Усовершенствованный вариант 1856 г. Слева - фигура изобретателя

Важным техническим фактором, способствовавшим широкому производству машин машинами, была тенденция к стандартизации и взаимозаменяемости деталей машин. Еще в конце мануфактурного периода на ряде военных предприятий, производивших ручное оружие, была достигнута нормализация деталей мушкетов, ружей и т.д. Основоположниками методов такого рода стали уже известный нам И. Уитни, изготовлявший также мушкеты для американской армии (в 1798- 1812 гг.), и его соотечественник С. Норт.

Эти методы нормализации и взаимозаменяемости деталей все шире вводились на предприятиях общего машиностроения. В 1841 г. Уитворт ввел нормализацию нарезки машинных деталей, сохранявшуюся в качестве стандарта более века.

Химическое производство. Среди новых отраслей производства, достигших значительных успехов в период промышленного переворота, следует прежде всего назвать химическую промышленность. Бурные успехи химической технологии были непосредственно связаны с достижениями химической науки. В первую очередь получает развитие основная химическая промышленность, дававшая серную кислоту, соду, хлор и другие вещества, в которых нуждались различные отрасли производства. Напомним, что серная кислота, сода и хлор - раздельно или совместно - применяются в производстве соляной и азотной кислот, едкого натра, стекла, взрывчатых веществ, красок, отбельных веществ, удобрений, фармацевтических препаратов и др.

Упоминавшийся в предыдущей главе Н. Леблан в 80-90-х гг. XVIII в. основал заводское производство соды из поваренной соли. Способ Леблана долго господствовал в содовом производстве, причем все стадии этого процесса постоянно совершенствовались. В частности, на второй стадии производства, когда сернокислый натрий сплавлялся с известняком и углем, с 50-х гг. XIX в. стали применять печи с вращающимся барабаном диаметром 3-4 м и длиной 5-9 м.

Механическая печь с вращающимся барабаном, применяемая в содовом производстве

В 60-е гг. на смену способу Леблана пришел более производительный аммиачный способ производства соды бельгийского изобретателя Э. Сольве.

Установка по выработке серной кислоты с четырьмя свинцовыми камерами. 30-е гг. XIX в.

В производстве серной кислоты в середине XVIII в. английским промышленником Дж. Роубаком был введен камерный способ. Смесь серы и селитры сжигалась в отдельной печи, а образующиеся газы пропускались через свинцовые камеры, где они, реагируя с водой, превращались в серную кислоту.

Зинин Н.Н. (1812-1880)

В 30-е гг. XIX в. в качестве исходного сырья вместо серы стали использовать пиритные (колчеданные) огарки.

Параллельно с развитием технологии производства серной кислоты развивается производство азотной и соляной кислот. Вначале соляная кислота получалась как побочный продукт при выработке соды. Впоследствии этот "отход производства" явился важнейшим сырьем для новой отрасли промышленности - производства хлора, который стал широко использоваться в процессе беления тканей. Отбелка тканей хлорной известью впервые была предложена Бертолле во Франции в 1785 г., а в Англии Ч. Теннантом в 1798 г.

В 1842 г. выдающийся русский химик Николай Николаевич Зинин в лаборатории Казанского университета получил синтетическим путем красящее вещество анилин из нитробензола, который добывался из каменноугольного дегтя. Это открытие имело огромные практические последствия, однако не в самой России, где промышленный переворот только лишь начинался, а в более развитых странах Запада.

Ряд новых открытий в этой области сделали немецкий химик А. В. Гофман, одно время работавший в Англии, и его ученик англичанин У. Г. Пёркин и др. В 50-х гг. Перкин открыл мовеин, Гофман - розанилин, Натансон (Польша) и Верген (Франция) - фуксин. В результате этих работ оказалось возможным создание анилинокрасочной промышленности, как особой отрасли химического производства, получившей в дальнейшем особенно быстрое развитие в Германии.

Гальванопластика и гальваностегия. К рассматриваемому здесь периоду относится и зарождение прикладной электрохимии. Выдающуюся роль в этом сыграл Б. С. Якоби. В конце 30-х гг. XIX в. он заложил основы гальванопластики и гальваностегии - технологических процессов, в результате которых с помощью электрического тока оказалось возможным получать точные копии рельефных изображений, а также покрывать изделия тонким слоем металла.

Начало работ Якоби в данной области относится к 1836 г., а 4 октября 1838 г. он представил докладную записку о своем открытии секретарю Академии наук. В 1840 г. одновременнона немецком и русском языках вышла книга Якоби "Гальванопластика, или способ по данным образцам производить медные изделия из медных растворов с помощью гальванизма"^*.

^*(Гальванизмом называли тогда электродинамические явления (в отличие от явлений электростатики), а нередко и электричество вообще.)

Достижения Якоби произвели на ученых всех стран исключительное впечатление. М. Фарадэй, А. Гумбольдт, У. Р. Гроув, Г. X. Эрстед в письмах к Якоби выражали восхищение этим открытием и отмечали его большое практическое значение.

Барельеф Б. С. Якоби, выполненный Г. Н. Скамони гальванопластическим способом

Гальванопластика в России получила практическое применение прежде всего в деле изготовления точных и во всем сходных между собой клише для печатания государственных бумаг, в том числе денежных знаков. Проведением в жизнь этого важного изобретения занимались, с одной стороны, "Экспедиция заготовления государственных бумаг", а с другой - особая гальванотехническая мастерская, организованная Якоби, где при его участии было изготовлено много замечательных произведений искусства (статуи и барельефы Исаакиевского собора, Эрмитажа, Зимнего дворца и Петропавловского собора в Петербурге, Большого театра в Москве и т.д.).

В 1864 г. на международной выставке в Париже демонстрировались достижения Якоби в области гальванопластики, имевшие громадный успех и принесшие всеобщее признание и заслуженную славу их автору.