ПРЕДШЕСТВЕННИКИ И ФРОЛОВ
ПРЕДШЕСТВЕННИКИ И ФРОЛОВ
Кузьма Фролов всю свою последующую долгую жизнь провел на Змеиногорском руднике. Именно здесь проявился во всей полноте его глубокий талант механика. Вынужденный обстоятельствами произвести широкую замену людского труда энергией водяного двигателя, Фролов если не обогнал, то превзошел свой век. После Фролова, после его гигантских водяных колес, оставался уже один-единственный путь, избранный его товарищем Ползуновым, – путь паровых двигателей.
В Англии бурно совершался промышленный переворот, и паровая машина Уатта вела за собой побеждавшую старый мир буржуазию, а в крепостническо-феодальной России основным двигателем все еще оставались мускульная сила людей, сила животных и водяные колеса.
Экономические эпохи различаются не тем, что производится, а тем, как производится, какими орудиями труда, – так учат основоположники марксизма. Добыча руд насчитывала тысячелетия, но каждая эпоха имела свои способы, свои орудия для добычи руд и для извлечения из них необходимых человеческих металлов.
Инженер древнего Рима Витрувий дал знаменитое определение понятию машины: «Машина есть деревянное приспособление, оказывающее величайшие услуги при подъеме грузов».
Определение это способно вызвать в наш век железа и машин только улыбку, но тем не менее оно как нельзя лучше характеризует античную эпоху. Действительно, в то время машина была целиком сделана из дерева, и главной целью ее было поднятие тяжестей и воды. Последнее полностью относится и к горному делу древнего мира. Ручной ворот явился первой машиной для подъема руды и откачки из шахт воды. Силой, приводившей в движение эту примитивную машину, был человек.
В ту же эпоху был сделан второй шаг на пути развития механики горного дела. Речь идет о ступальных колесах. Ворот и ступальные колеса были орудиями, на которые человек с самого начала действовал только как простая двигательная сила, но эти орудия были слишком маломощными. Что может дать сила одного человека или группы людей?! Когда-то человеческие руки строили пирамиды, перетаскивали огромные тяжести. Но для использования этой силы все же существовал предел. Он ясно обозначился в конце рабовладельческого периода. «Орудия, на которые человек… действовал только как простая двигательная сила… эти орудия прежде всего вызывают применение животных, воды и ветра как двигательных сил».[14] Маркс дальше развивает эту мысль следующим образом: «С того времени, как человек, вместо того, чтобы действовать орудием на предмет труда, начинает действовать просто как двигательная сила на рабочую машину, тот факт, что носителями двигательной силы являются человеческие мускулы, представляется уже случайным обстоятельством, они могут быть заменены ветром, водой, паром и т. д.».[15]
Такая замена человеческих мускулов энергией ветра и воды произошла не сразу. Для ее осуществления потребовались многие сотни лет…
Указать точно или даже приблизительно, когда были введены в практику первые водяные колеса, чрезвычайно трудно. Человечество должно было накопить большой опыт, чтобы дойти до этой, сравнительно несложной, машины. На смену человеческой силе сначала пришла двигательная сила животных. Египетские «сакие» оказались, таким образом, важным этапом в развитии машины. «Сакие» представляет продукт грубой плотничьей работы. На деревянном валу вертикально посажено деревянное же зубчатое колесо. Зубцы этого колеса при вращении передают движение другому колесу, горизонтальному, вал которого скреплен с деревянным кругом, а через круг перекинута веревочная «цепь». К «цепи» прикреплены глиняные бадьи, которые опускаются вниз, черпают воду и поднимают ее наверх. Из бадей вода собирается в жолоб или резервуар.
Конный привод и детали подъемного устройства.
По Агриколе.
Водяное колесо и системы насосов для откачки воды из шахты.
По Агриколе.
Горное дело древнего мира знало крупные рудники. Так, на рудниках Нового Карфагена насчитывалось 40 тысяч рабов, а в Лаврийских копях и того больше – 60 тысяч. Все это свидетельствует о крупных размерах разработки полезных ископаемых. Такие рудники, без сомнения, пользовались более совершенными водоотводами и водоподъемными устройствами, чем грубо сколоченные сооружения египтян. В средние века этот процесс улучшения и совершенствования горной механики пошел дальше, и водяные колеса нескольких типов имели широкое распространение в Испании, Сицилии и особенно в Германии.
Агрикола – ученый XVI века – оставил в своих трудах драгоценные сведения для истории техники средних веков. Он не только обобщил современный ему опыт, но, критически его освоив, обогнал всех своих сотоварищей по горному делу. Сначала водяные колеса были подливными. В IV веке в Германии и в VI веке во Франции можно было наблюдать их работу. Вода подводилась к нижней части подливного колеса, подливалась и заставляла колесо вращаться. При самых выгодных условиях крупные нижнебойные колеса могли развивать мощность до десяти лошадиных сил. Наливные верхнебойные колеса составили высшую ступень развития этих машин. С XI века наливные колеса нашли себе широкое применение в Германии. Вода стекает сверху на лопасти и, действуя, главным образом, силой тяжести, отдает колесу запас своей энергии. Наливные колеса дали возможность лучше использовать энергию воды. Они вскоре получили господство над колесами подливными, и одновременно с этим совершился первый переворот в горной промышленности. Второй произошел много позже и связан с именем Уатта. Подливные колеса применялись только там, где установить наливные не представлялось возможным.
Наливное колесо для рудоподъема и откачки воды из шахт.
По Агриколе.
А – водохранилище, В – лоток, подводящий воду, С, D – рычаги, Е, J – жолоба, подающие воду на колесо, G и Н – лопатки, F – вал, K – цепной барабан, L – подъемная цепь, M – бадья, N – будка, О – машинист, Р – рабочие, опоражнивающие бадьи.
Агрикола подробно описывает наливные установки и дает ряд инструкций по их использованию. На рисунке показано водоподъемное устройство, действующее при помощи наливного колеса. Это устройство Агрикола называет самым крупным и совершенным. Огромное колесо составлено из двух частей, лопатки которых направлены в разные стороны. Из будки, ухватившись обеими руками за рычаги и нагнувшись вниз, следит «управляющий водяным колесом». Он попеременно то открывает, то закрывает заслонки, регулирующие поступление воды на лопатки Колеса. Вот он закрывает левую заслонку, бадья поднята наверх, и ее сейчас опорожнят от воды. Колесо остановилось, приток воды на лопатки прекратился. Вода вылита и пустая бадья готова к спуску в шахту. Уверенно опускается рука, и правый рычаг поднимается вверх, открывая доступ воде на колесо: пустая бадья опускается вниз, а наверх медленно ползет другая, наполненная водой. Затем колесо пускается в обратном направлении. Так поочередно поднимают воду из шахты то первой, то второй бадьей. Это большое водяное колесо, вращаясь в двух направлениях, обеспечивает отлив воды из глубокой шахты и подъем из нее руды. Внимательно знакомясь с устройством колеса, нельзя не удивляться мастерству средневековых инженеров; эта машина вошла в историю человечества и заняла там почетное место.
Сочетание плотины, гарантирующей постоянный приток воды, с наливным верхнебойным колесом есть завершение длительного процесса в развитии техники. В XI–XIII веках водяные колеса завоевали мукомольное дело, в XII–XIV веках – сукноделательное производство, а в XIV веке – еще и горное дело и металлургию.
Было время, когда в огромных ступальных колесах передвигалось до пятидесяти человек: Внутри колеса, в темноте, без притока свежего воздуха, люди карабкались с перекладины на перекладину, весом своих тел вращая проклятое колесо. Увечил, неизбежные кровохаркания, ранняя смерть были уделом рабов, приводивших в движение эти страшные машины. Было время, когда до пятисот лошадей приводили в движение водоподъемные машины на рудниках. Энергия воды пришла на смену энергии человека и животных. Водяные колеса были последним звеном в энергетической цепи, продолжение которой создано сперва паром, а потом. – электричеством.
Туманные берега Темзы. Грязная вода этой реки, игравшей некогда роль сточной канавы Лондона, медленно движется в океан. На берегу Темзы высится старинное здание лондонской водокачки «The water works of London Bridge». Отсюда вода перекачивалась в бесчисленные жилые кварталы Лондона. В пролетах, между мостовыми опорами, были установлены огромные водяные колеса. Это были одни из самых больших в мире колес. С их помощью приводились в движение насосы, снабжавшие Лондон водой. Водокачка проработала 250 лет. История водяного колеса знает и еще один случай постройки этих машин в громадных размерах. В предместье Парижа Марли также стояли гигантские водяные колеса, имевшие, впрочем, более поэтическое назначение, чем водокачка Лондона. Это сооружение было рождено блестящей эпохой Людовика XIV. Голландец Раннекен, вызванный ко двору «короля-солнца», должен был разрешить труднейшую задачу – дать воду версальским фонтанам.
Местечко Марли стоит на левом берегу Сены, в восьми километрах от Версаля. В 1682 году знаменитая машина Раннекена была готова. Она представляла сложную систему гигантских вододействующих колес и насосов, поднимавших воду из Сены на высоту в 155 метров. По огромному акведуку вода направлялась в водохранилище, а оттуда в Версаль. Четырнадцать водяных колес, по семи метров в диаметре каждое, приводили в движение 235 насосов. Это сооружение, действительно, было чудом техники для своего времени, и вскоре о нем заговорил весь мир. Таких колес никогда и нигде не строили; Раннекен превзошел самого себя. Версальские фонтаны выбрасывали высоко в небо водяные струи, вызывая всеобщее изумление и восхищение. Нашлись подражатели. В далекой России Петр I строил свой Версаль – Петергоф с его замечательными фонтанами.
Через сто лет после Раннекена в Марли приехал Джемс Уатт. Рассказывают, что, осматривая огромные водяные колеса и неуклюжие насосы с бесчисленными приспособлениями, занимавшими громадную площадь в двадцать километров, Уатт долго и много смеялся. Он смеялся над «чудом» Людовика XIV, дававшим мощность всего в 124 лошадиные силы. Тогда уже был найден новый источник энергии – пар, и переживала свое детство паровая машина.
В России, позже других стран вступившей на путь промышленного развития, сочетались все виды перечисленных выше двигателей. Но мускульная сила человека использовалась охотнее всего остального. Человек в условиях крепостничества был самой дешевой машиной. Лишь кое-где в металлургии и горном деле, по причине особого характера этих производств, применялась сила животных, а позже и воды. С точки зрения применения последней, эти отрасли русской промышленности нисколько не отставали от уровня мировой техники своего времени. История горного Урала и Алтая в ряде случаев подтверждает это: пример – колеса Фролова.