1. Постройка Черепановыми новых паровых машин
1. Постройка Черепановыми новых паровых машин
Ведя упорную борьбу за введение парового транспорта, загруженные бесчисленным количеством мелких поручений заводской конторы, Черепановы продолжали успешно заниматься усовершенствованием техники заводского производства.
До тех пор пока управляющие не сделали для Черепановых невозможным участие в совещаниях Главной конторы (а позднее заводоуправления), механики присутствовали на заседаниях и давали ценные советы по улучшению заводского дела.
Черепановы производили большие гидротехнические работы. Под их руководством плотинный Осип Щербинин, плотники Андрей и Нифант Пащегиревы, мастеровые Исай Петров и Василий Коновалов и другие перестраивали прорез Верхне-Салдинской плотины, а также главный водопроводный ларь на Нижнетагильском заводе и т. д.
Черепановы строили лесопилки на многих заводах: Нижне-Тагильском, Висимо-Уткинском, Выйском и Других.
Они усовершенствовали различные отрасли металлургии и металлобработки. Так, за один 1836 год Черепановы занимались улучшением кричного производству на Висимо-Уткинском заводе; устанавливали там же прокатные станы; строили большую и сложную токарную машину на Нижне-Тагильском заводе; налаживали воздуходувные мехи в кричном цехе Нижне-Салдинского завода и т. д.
Осенью были составлены дополнительные «Особые правила» для всех заводских механиков, в первую очередь для Черепановых, а также для Федора Козопасова (сына строителя штанговой машины). Козопасов-младший к этому времени возглавлял новое механическое заведение при Нижне-Тагильском заводе, устроенное по образцу черепановского.
Теперь загрузка Черепановых еще больше возросла, а их работа была подчинена еще более мелочному и придирчивому контролю.
***
Аммос Черепанов в 1837 году занял должность механика Нижне-Тагильских заводов. Теперь он не мог, как прежде, повседневно сотрудничать с Мироном и Ефимом Черепановыми, но творческая связь между всеми тремя Черепановыми сохранилась. К тому же, пока непосредственным начальником Аммоса был Швецов, он давал молодому механику возможность углубить и пополнить знания. Наряду с выполнением основных обязанностей на Медном руднике Аммос стал преподавать черчение тем воспитанникам Выйской школы, которые обучались ремеслу.
Следует отметить, что Черепановы вообще принимали большое участие в подготовке молодых специалистов из детей крепостных. Еще за три года до этого в помещении Выйского механического заведения была открыта Высшая заводская школа. В эту школу переводили учеников старшего класса Выйского училища, имевших способности к техническим наукам. Первыми преподавателями были Мирон Черепанов (механика), начальник бронзерной мастерской Федор Звездин (литейное дело) и Алексей Ерофеев (горное искусство).
На заседании совета заводского управления 20 ноября 1836 года обсуждался вопрос об устройстве при Выйском механическом заведении небольшой чертежной, где Аммос Черепанов мог бы заниматься черчением планов с машин и выполнением различных рисунков, а также обучать этому воспитанников Выйской школы. Решено было оборудовать чертежную в корпусе Выйской конторы.
В это время Аммос Черепанов выполнял ответственные чертежи. На упомянутом заседании совета речь шла о производстве опытов с промывальными машинами по проекту главного смотрителя приисков Гаврилы Белова и по чертежу Аммоса Черепанова.
Аммос и сам разрабатывал проекты усовершенствованных механизмов. В начале 1837 года им был представлен заводскому начальству проект комбинированного металлообрабатывающего станка: токарного, винторезного и сверлильного.
***
Непомерная и все растущая загрузка Черепановых различными поручениями была причиной того, что механики никак не могли закончить постройки очередной паровой машины; эта машина была начата еще в 1834 году и предназначалась для откачки воды из Павловской (или Темной) шахты Медного рудника.
Задержка была связана исключительно с тем, что Черепановых все время отвлекали другими делами. Этот факт вынуждена была признать и заводская администрация. Так, например, в конце 1834 года контора сообщала, что чугунные и железные детали для новой паровой машины не изготовляются, так как Черепановы заняты приготовлением частей механизма Усть-Уткинской лесопилки.
Лишь полтора года спустя, в июле 1836 года, контора уведомила, что паровая машина почти готова и для нее строится близ шахты каменный корпус.
В том, что дело было сдвинуто с мертвой точки, решающую роль сыграл опять-таки Фотей Швецов. Он настаивал на скорейшем окончании постройки этой машины не только из сочувствия Черепановым, но прежде всего потому, что, как руководитель Медного рудника, сам был заинтересован в усилении откачки воды из шахт.
Добыча Медных руд в это время быстро возрастала. Надшахтные сооружения Медного рудника были заметны издали по клубам дыма, поднимавшегося из труб паровых машин, а также из медеплавильных цехов, расположенных у самого рудника. Часть руды, доставленной на поверхность, подвергалась плавке на месте. Медный рудник привлекал внимание русских и заграничных посетителей. Осматривать его устройство приезжали специалисты по горному делу и просто любознательные лица не только из других русских городов, но и из-за границы. Среди них были и двое египтян — Али Мухаммед и Шериф Дашури, которые в сопровождении горного инженера Ольховского осматривали рудник в начале 40-х годов для ознакомления с русским горным делом.
Посетителей не останавливал и ужасный спуск по облепленным грязью вертикальным лестницам в глубину рудника, под дождем воды, сочащейся со стен лестничных колодцев, и еще более тяжкий подъем оттуда наверх — путешествие, после которого у непривычных людей подкашивались ноги и ломило все тело.
Применение паровых машин на Медном руднике как для откачки воды из шахт, так и для приведения в движение воздуходувок при медеплавильных печах в немалой степени способствовало росту известности этого рудника.
В целях дальнейшего увеличения добычи руды Швецов считал необходимым значительное углубление подземных выработок Медного рудника до 85 метров и более, что требовало усиленной откачки подземных вод. В протоколе заседаний совета заводского управления от 4 ноября 1836 года записано настойчивое мнение Швецова: «Нужно доканчивать паровую машину для Медного рудника».
Осуществить это пожелание было нелегко, поскольку Черепановы не могли разгрузиться от множества мелких, второстепенных поручений. Только в мае 1838 года им удалось довести сооружение 40-сильной Павловской машины до конца.
Качества Павловской машины были так высоки, что заводская администрация (по инициативе Швецова) пообещала было хлопотать о награждении Мирона Черепанова медалью, как главного строителя этой машины, «по примеру отца его». Но это так и осталось обещанием.
При подробном осмотре Павловской паровой машины, произведенном 8 июля, выяснилось, что она может легко откачивать воду не только из нижних выработок, располагавшихся в то время на 40-саженной глубине, но, если потребуется, и с большей глубины. Машина делала от 12 до 14 оборотов в минуту и приводила в движение 2 насоса диаметром по 25,5 сантиметра с ходом поршня в 0,5 метра. По своей производительности она почти полностью могла заменить прежние две паровые машины — Анатольевскую и Владимирскую, вместе взятые.
Заводских приказчиков интересовало больше всего именно последнее обстоятельство. Они расценивали вступление в строй нового парового двигателя не с точки зрения усиления механизации производства (чего добивались Черепановы и Швецов), а с точки зрения возможной замены этой новой машиною двух прежних. От этого, по мнению «господ правящих», должна была произойти значительная экономия в дровах. Главные же надежды заводское начальство по-прежнему возлагало на вододействующие штанговые машины.
Черепановым все труднее становилось добиваться разрешения на постройку новых паровых машин. Ведь управляющие (кроме Швецова) ревностно выполняли указания горного начальства, которое стремилось помешать устройству любых новых установок, потребляющих топливо.
Неудивительно поэтому, что в переписке с уральским горным начальством заводская администрация часто хвалилась тем, что ее домны и печи работали не на полную мощность, что производство за такие-то годы было в упадке. Этим можно было неизменно угодить и екатеринбургским и столичным властям.
За проведением в жизнь этой поистине варварской политики задержки развития производительных сил страны следил специальный отряд заводских исправников.
Вот один из ярких примеров, показывающий, в каких тяжких условиях приходилось бороться за новую технику Черепановым, Швецову и их единомышленникам на других уральских заводах.
В 1837–1838 годах на Сысертском заводе Турчаниновых было совершено (с «попустительства» приставленного к заводу исправника) тяжкое служебное «преступление». Там осмелились без разрешения начальства устроить три паровые машины. Об этом «преступлении» было по инстанциям донесено в Екатеринбург, оттуда в горный департамент министерства финансов, и, наконец, дело дошло до самого Николая I.
Результатом явился «Указ его императорского величества самодержца всероссийского» по Уральскому горному правлению, циркулярно разосланный в октябре 1841 года всем заводским исправникам (в том числе и тагильскому).
Владельцев Сысертского завода и исправника, не донесшего об их действиях в Екатеринбург, указ объявлял подлежащими суду. На первый раз, однако, в качестве особой императорской милости, им лишь давалось строгое внушение и предписывалось «впредь без разрешения горного правления никаких перемен в заводских и горных устройствах не делать».
Горное начальство было убеждено, что между мощностью машины и количеством потребляемого ею топлива существует прямая пропорция. Поэтому труднее всего было получить разрешение на постройку больших (по тем временам) машин. Вот почему последующие черепановские машины имели мощность только от 4 до 10 лошадиных сил. Это было единственное, чего им удавалось добиться.
В 1838 году Черепановы построили небольшую машину, предназначенную для Павло-Анатольевского платинового прииска. Она работала почти круглый год, приводя в движение промывальные механизмы. Мощность ее составляла 4 лошадиных силы. Несмотря на небольшие размеры паросиловая установка машины использовалась для подогрева воды и для отопления промывального корпуса при Павло-Анатольевском прииске.
В следующем, 1839 году Черепановы построили две паровые машины, каждая мощностью по 10 лошадиных сил.
Первый из этих двигателей был установлен на Выйском механическом заведении Черепановых для приведения в действие различных металлообрабатывающих станков: токарных, сверлильных, винторезных, гвоздарных и прочих. До этого на черепановской «фабрике» работала, как мы помним, 4-сильная паровая машина 1824 года, которая теперь, в связи с применением там более мощного двигателя, была перенесена на один из платиновых приисков.
Вторая машина, мощностью в 10 лошадиных сил, была построена М. Е. Черепановым для Вилюйского золотого прииска и обслуживала промывальные («мутильные») механизмы.
Корпус, в котором она действовала и где производились золотопромывальные работы, прежде нужно было отапливать 12 чугунными печами. Теперь же отпадала всякая необходимость в пёчах, потому что помещение отапливалось посредством использования тепла от паровой машины.
В том же 1839 году была построена еще одна черепановская паровая машина для медеплавильного цеха Выйского завода. Установка была введена в строй через год. Она обслуживала воздуходувные мехи при медеплавильных печах. Устройство котла этой машины представляло особый интерес: котел обогревался отходящими газами медеплавильных печей и не требовал дополнительного расхода топлива.
***
Важные опыты по использованию тепла и теплопроводности отходящих газов медеплавильных и доменных «печей были начаты на тагильских заводах в конце 30-х годов по инициативе Фотея Швецова.
Известно, что отходящие газы металлургического производства имеют высокую температуру и, кроме того, сами обладают свойством горючести. Ученые во многих странах давно уже занимались вопросом о возможности обогрева этими газами котлов паровых машин для других установок.
Одним из первых выдвинул такое предложение французский металлург Бертье в 1814 году. Мы знаем, что когда Швецов учился в Париже, Бертье был одним из его учителей. Молодой русский инженер имел возможность познакомиться у него с идеей улавливания теряющегося тепла газов. И вот по возвращении в Россию Швецов, а затем Черепановы и Мокеев серьезно занялись практической разработкой способов улавливания тепла отходящих газов доменных печей, кричных, медеплавильных горнов и т. д.
Опыты тагильских мастеров проходили одновременно с подобными же исследованиями во Франции, Англии и германских государствах.
Черепановы (а также Павел Мокеев) принимали в этих опытах самое деятельное участие, они полностью разделяли мнение, высказанное Швецовым, что использование «теряющегося жара» металлургических печей могло произвести «замечательный переворот в заводском производстве». В заводской переписке за 1839 год указывалось, что Мирон Черепанов специально изучал постановку опытов использования тепла отходящих газов на заводах Шепелева.
В 1840 году на Выйском заводе начала работу печь при прокате меди. Эта печь действовала на отходящих газах двух медеплавильных горнов. Строилась и другая такая же печь. Обе печи должны были обеспечить прокат от 20 до 25 тысяч пудов меди в листы.
В 1841 году отходящие газы кричных горнов использовались на Нижне-Салдинском заводе для подогрева железа и стали в процессах проката и проковки: на Верхне-Салдинском заводе при выделке гвоздей, а на Нижне-Лайском заводе при прокате листового железа.
***
В начале 40-х годов Черепановы продолжали постройку небольших паровых машин, как правило для золотых и платиновых приисков.
Одна из таких машин, мощностью в 4 лошадиных силы, была установлена в 1840 году на Вязовском прииске. В следующем году Черепановы перенесли ее на Медный рудник и использовали в качестве привода для воздуходувных устройств при действовавших там медеплавильных печах.
В заводской переписке весной 1842 года отмечалось, что черепановская машина доставлена на Медный рудник с Вязовского прииска вместо выстроенной для опыта и проработавшей лишь недолго паровой турбины. При этом разъяснялось, что от применения паровой турбины заводоуправление отказалось из соображений экономии топлива, поскольку котел паровой машины обычного типа мог быть полностью переведен на обогрев отходящими газами от четырех медеплавильных печей, тогда как паровая турбина требовала расхода дров.
Имя изобретателя турбины в переписке не упоминалось, но можно предположить, что конструктором этого нового типа парового двигателя был Павел Мокеев.
Идея постройки паровой турбины, то есть двигателя ротационного (вращательного) типа, в котором поток пара воздействовал бы непосредственно на подвижную часть (ротор) двигателя, возникла давно.
Прообразы паровой турбины можно найти в неосуществленных (да в то время и неосуществимых) проектах Дж. Бранка и некоторых других изобретателей XVII века. Алтайские теплотехники делали опыты по устройству паровой турбины с конца XVIII века. Один из них, П. М. Залесов, построил в 1807 году деревянную модель паровой турбины, предназначенной им для откачки воды из шахт Сузунского рудника.
Теперь тагильские изобретатели сделали следующий важный шаг, пытаясь применить паровую турбину на практике, чем далеко опередили свою эпоху. Ведь в мировом производстве паровые турбины стали систематически применяться лишь 40 лет спустя, с 80-х годов XIX века.
Можно лишь пожалеть, что интересные опыты на тагильских заводах были прерваны из-за вмешательства заводского исправника. Черепановская машина, установленная на Медном руднике вместо паровой турбины, работала недолго. В июне 1841 года была остановлена и она. Воздуходувные устройства стали, как прежде, приводиться в движение конным приводом.
Только год спустя, после того как черепановская паровая машина была перестроена, ее снова пустили в ход, и она стала работать на отходящих газах четырех медеплавильных печей, без расхода дополнительного топлива.
В те же годы механики построили еще четыре машины.