Реферат: Изобретение паровой машины Ползуновым
Исторический фон ползуновского изобретения
Об огне у вас в старину говорили: "На гору бежит, а под гору не идет". Скоро уже два века пройдет с тех дней, когда замечательный русский мыслитель сумел заставить огонь и "под гору" бежать.
В середине XVIII в. человечество вплотную подошло к одному из самых важных моментов в истории технического творчества. Еще в античной Александрии механик Герои пытался использовать водяной пар для привода в действие механизма, именуемого эолипилом. В дальнейшей истории попыток использовать пар записаны имена итальянцев: Леонардо да Винчи, Джиамбаттиста делла Порта, Джиованни Бранка; французов: Саломона де-Ко, Дени Папина, Жана Дезагюлье; англичан: Томаса Севери и Томаса Ньюкомена. На основе интернационального труда названных и многих иных изобретателей и исследователей удалось создать на рубеже XVII--XVIII в. первые промышленные установки, в которых за счет тепловой энергии получали механическую. Однако эти установки были пригодны исключительно для подъема воды. В лучшем случае при помощи их можно было накачать воду в какой-либо резервуар, а затем пускать ее на Прадедовское водяное колесо, которое и приводило в действие заводский механизм. Это были всего лишь, как их справедливо называли, огнедействующие насосы.
Для дальнейшего движения по пути технического прогресса необходимо было создать новую машину, способную за счет превращения тепловой энергии в механическую непосредственно приводить в действие любой заводский механизм.
Биографическая справка великого инженера
Первым осуществил мечту народов о такой машине наш великий новатор -- Иван Иванович Ползунов. Он родился в 1728 г. в Екатеринбурге на Урале. Его отец был солдатом Екатеринбургской роты. Нужда окружала Ползунова со дня его рождения. Кратковременной была его учеба в словесной и арифметической школах в Екатеринбурге. Возможно, еще в годы учёбы он изучал "Краткое руководство к познанию простых к сложных машин", изданное "чрез Василья Адодурова" в 1738 г. Здесь он мог прочитать 6 том, что в далекой Англии существуют огнедействующие водоподъемники, работающие на шахтах.
В 1742 г. Ползунову пришлось преждевременно и притом навсегда покинуть школу. Его заставили прервать учебу и пойти на Екатеринбургский завод, где он начал работать в звании "механического ученика" под начальством заводского механика Никиты Бахарева. Так же, как и на всех тогда заводах в мире, здесь основным был ручной труд. Немногочисленные заводские механизмы применялись только для трудоемких, вспомогательных операций, при которых предмет труда "спокон веку никогда не обрабатывался рукою человека".
Водяное колесо -- ведущий двигатель тогда во всем мире -- здесь было основным. А применение водяного колеса привязывало завод к плотине, ставило производство в зависимость от времени года и по целому ряду статей ограничивало развитие его. Это было, как впоследствии выразился Ползунов, доподлинное "водяное руководство".
В 1748 г. он приехал на Алтай для работы на Колывано-Воскресенских заводах. "Водяное руководство" он увидел и здесь. Работая в очень трудных условиях и не желая согласиться с тем, чтобы "молодость его лет без науки втуне пропадала",
Ползунов сумел сам, в свободное от занятий время, овладеть передовой наукой и техникой того времена. Он стал знатоком практики и теории технических дел. Он все время стремился улучшать поручаемые ему дела, ввел много новшеств, изобретений.
На пути к паровой машине
В 1758 г. он совершил поездку с Алтая в Петербург, увидел много нового, возможно встречался с Ломоносовым. В Петербурге ему пришлось видеться с такими выдающимися горнозаводскими деятелями, как Андрей Иванович Порошин, Иван Андреевич Шлаттер, но больше всего было встреч с простыми русскими людьми.
Удалось разыскать сотни считавшихся утраченными документов о жизни Ползунова, показывающих, как много он трудился в Екатеринбурге и Барнауле, в Змеиногорске и Горной Колывани, в Петербурге и на пристанях быстрого Алея, Чарыша и полноводной Оби. Документы повествуют о том, что он всегда был защитником своих младших братьев--берггауеров, мастеровых, крестьян и иных тружеников.
В алтайской глуши к шестидесятым годам XVIII в. сформировался замечательный человек Изобретатель и конструктор, технолог ц машиностроитель, строитель пильных мельниц и рудотолчейно-промывальных предприятий, знаток руд и строительных материалов, опытный горняк и металлург, механик и математик, физик и метеоролог, мастер тонких опытов и искусник в приборостроении, педагог и график -- таким был этот выдающийся представитель русской технической мысли. Своим трудом он сам накопил обширные познания, познакомился с передовой русской и зарубежной литературой, стал человеком широкого кругозора и великих революционных дерзаний, твердо стоящим на почве действительности.
Он видел, что народу живется плохо, и задумал, если ее при жизни своей, то хотя бы в будущем облегчить народный труд: "Облегчить труд по нас грядущим".
Он рассуждал так: для того чтобы народу легче жилось, страна должна стать возможно более богатой, а для этого необходимо иметь возможно больше заводов, фабрик и мануфактур. Развитие же производства упиралось тогда в слабость техники, прежде всего в то, что основным двигателем являлось старое водяное колесо, привязывавшее заводы к рекам, да притом не ко всем, а только к немногим, удобным для использования их водяных сил ограниченными техническими приемами того времени.
Казалось, что нет выхода из этого тупика. Но выход был найден. Ползунов решил: необходимо создать новую технику. В век, когда во всем мире господствовало водяное колесо, он задумал "водяное руководство пресечь", освободить производство от рабской зависимости от старого водяного двигателя.
В годы, когда в России и за рубежом применялись немудреные, в основном деревянные машины, срубленные топором, он сказал:
"Вся машина должна быть сделана из металла".
Он понял, что необходимо все производство -- "заводы, фабрики, мануфактуры" -- перевести на новую техническую основу, а такой новой основой он считал особенную машину, еще не бывшую нигде во всем мире. Он поставил перед собой задачу создать "огненную машину, способную по воле нашей, что будет потребно исправлять".
Вокруг проекта
"Огонь слугою к машинам склонить", -- вот что задумал русский новатор.
Английская практика -- труды строителей огнедействующих водоподъемников Севери и Ньюкомена, французская теория -- труды Белидора о действии таких водоподъемников, русская наука -- новейшие воззрения на природу теплоты и по иным вопросам физики, выдвинутые Ломоносовым, -- все это Ползунов положил в основу своего творческого подвига.
Опираясь на мировой научно-технический опыт, он изобрел такую машину, какой еще мир не знал.
25 апреля 1763 г. А. И. Порошин и другие увидели описание и чертеж. на котором была изображена первая в истории человечества огнедействующая машина особого рода -- не для подъема воды, а для непосредственного привода заводских механизмов.
Ползунов разорвал узкий круг. сковывавший до него развитие теплового двигателя во всех странах.
Он изобрел двухцилиндровую поршневую огнедействующую машину с практически непрерывным действием, что обеспечивало возможность непосредственного привода от этой машины любого заводского механизма.
В его проекте имело место множество отдельных изобретений. Взамен ранее известных коромысел и балансиров он предложил шкивы. Он впервые разработал вращающиеся детали передаточного механизма в огнедействующей машине. Он создал оригинальное крановое паро- и водо-распределение. Во всех звеньях новой установки он обеспечил то, чтобы "они сами себя в движении держали". Непрерывность и автоматизм он стремился утвердить во всей своей невиданной машине.
За двадцать с лишним лет до Джемса Уатта он выступил со своим проектом создания огнедействующей машины непосредственно для заводских нужд.
Четко он наметил программу борьбы за новое дело. Три условия он считал необходимыми для победы:
первое--сооружение предварительно небольшой опытной установки;
второе--тщательное изучение и освоение новой техники;
третье -- подготовка кадров, освоивших новую технику.
Алтайское горное начальство в лице Андрея Ивановича Порошина одобрило проект Ползунова и направило его на заключение в Петербург.
18 января 1764 г. из столицы пришел ответ в Барнаул. Президент Берг-Коллегии Иван Андреевич Шлаттер писал о машине Ползунова:
"...сей его вымысл за новое изобретение почесть должно".
Ползунову присвоили звание механикуса.
Самое главное, однако, поставили так, что на Алтае поняли: в Петербурге не хотят опытов, а ожидают постройки сразу же большой машины.
Строительство паровой машины
Еще было дано несколько "простых мужиков". Основными помощниками Ползунова считались юные ученики, особенно Дмитрий Лезвин и Иван Черницын.
Строитель преодолел вое трудности. Он изготовил специальный инструмент для строительства. Он создал специальные станки для того, чтобы выполнять "машинную на водяных колесах... токарную работу".
Первый русский теплотехник, он стал одним из пионеров мирового машиностроения.
Творец первой двухцилиндровой паровой заводской машины, он решил при ее постройке очень иного частных, но очень важных технических задач. Он изобрел оригинальное крановое паро- и водораспределение, основанное на возвратно-вращательных движениях, осуществляемых при помощи зубчатых передач. Самое создание парораспределения для двухцилиндрового двигателя представляло собою новое изобретение.
Он изобрел прибор для автоматического питания котла, балансирный передаточный механизм для двухцилиндрового двигателя, аккумулятор дутья--воздушный ларь, шарнирные цепи для передаточного механизма.
Он изобрел способ питания парового котла исключительно подогретой водой.
Кроме того, пришлось решить массу частных задач, связанных с тем, что ему надо было впервые осуществить постройку огромной паровой машины для заводских нужд, ни одна из деталей которой ранее не изготовлялась в стране.
Все задачи были решены и притом блестяще.
20 мая 1765 г. было уже готово сто десять частей установки, не считая котла с его арматурой и гарнитурой. Отдельные части весили более ста семидесяти пудов. Наибольший диаметр котла составлял 3,5 метра. Паровые цилиндры имели в высоту 2,8 метра.
На исходе 1765 г. теплосиловая установка Ползунова была закончена. На берегу заводского пруда возвышалось машинное здание высотой более 18 метров. Машина была готова, но постройка воздуходувной установки, для работы которой предназначили машину, всего лить начата. К постройке плавильных печей еще не приступали по вине начальства.
Строителю не пришлось видеть огненную машину действующей на производстве. Непосильный труд, взваленный на плечи одного человека. надорвал его силы.
16 мая 1766 г. Ползунова не стало Он умер от скоротечной чахотки.
Бесславная гибель ползуновского детища
23 мая начались испытания машины Ползунова, а 4 июля в "Дневной записке" испытаний засвидетельствовали "исправное машинное действие".
В 6 часов утра 7 августа 1766 г. состоялся пуск в эксплоатацию первой теплосиловой установки, предназначенной для непосредственного привода заводских механических агрегатов.
Первая в истории паровая машина, предназначенная не для подъема воды, а для заводских нужд, действовала успешно, хотя из всех людей, занятых ее эксплоатацией, некоторый опыт был только у юных учеников Ползунова. Ведь ни один специалист не был дан в помощь изобретателю во время строительства.
10 ноября 1766 г. произошло то, что предвидел строителель. Котел, на который отпустили слишком тонкие медные листы, дал течь. Машину остановили и больше никогда не пускали в действие.
Все издержки на строительство и самой машины, и котла, и воздуходувной установки, и печей составляли 7233 руб. 511/4 коп., а чистая прибыль от работы машины составила за три месяца 12640 руб. 28 1/2 коп. Это при том условии, что использовали только одну треть развиваемой машиной мощности: одну треть дутья использовали, а две трети -- выпускали в воздух. Если бы машину загрузили полностью, она принесла бы за тот же период свыше 45 000 рублей дохода. Анализ денежных документов показывает, что при правильном использовании на полную мощность машина Ползунова давала бы ежегодно чистой прибыли до 180000 рублей.
Тем не менее с 10 ноября 1766 г. машина была навсегда остановлена из-за вполне устранимой течи парового котла.
Историческая оценка ползуновского изобретения. Взгляд из 1947 года
Начатое Палласом и Фальком завершили Ирман и Меллер, физически уничтожившие машину Ползунова.
На вечные времена останется записанным на страницах истории, что русский новатор И. И. Ползунов за двадцать с лишком лет до Джемса Уатта построил первую паровую машину не для подъема воды, а для заводских нужд. Машина Уатта для непосредственного привода заводских механизмов, построенная в 1784 г.. была несравненно совершеннее машины. построенной Ползуновым в 1763--1765 гг. Но машина русского механика была первой, а машина английского -- второй паровой машиной, созданной для непосредственного привода заводских механизмов.
Трагически закончились жизнь и дело И. И. Ползунова, но неправильно было бы думать, что его почин не имел значения для последующего развития техники.
Машину Ползунова видели не только Паллас и Фальк, но и многие другие специалисты-иностранцы. В таких людях не было недостатка в те годы в Барнауле и вообще на Колывано-Воскресенских заводах Алтая. Здесь постоянно работали многие иностранные горнозаводские специалисты: Христиани, Эйсфельт, Улих, Леубе и другие, имевшие связи с зарубежными деятелями. Барнаул в те годы часто посещали ученые путешественники. В 1772 г. здесь побывали: Иоганн Готлиб Георги, молдавский грек Христофор Барданес. Затем в Барнаул приезжали: Евгений Патрон, Иван Ренованц, Иоанн Сиверс и другие выдающиеся исследователи XVIII в. В Барнауле же с января 1764 г. работал замечательный натуралист, химик и минералог Эрик Лаксман, писавший за рубеж о творческом подвиге Ползунова и справедливо сказавший о нем: "Муж, делающий истинную честь своему отечеству".
Горнозаводские дела России, именно в те годы завоевавшей мировое первенство в металлургии, привлекали внимание широких кругов зарубежных предпринимателей. Они стремились выведать, на чем держатся успехи русских, и, несомненно, машина Ползунова стала известной за рубежом не только в том извращенном виде, как это преподнесли Паллас и Фальк. Больше того, в 1794 г. в Англии на прядильной фабрике в Манчестере появилась двухцилиндровая огнедействующая машина, воспроизводящая машину, изобретенную Ползуновым. Строитель английской машины, повторивший изобретение Ползунова, носил весьма любопытную фамилию -- Фальк... Этот Фальк приспособил к построенной им машине некоторые новшества, и она работала более тридцати лет, подтвердив тем самым обоснованность предложений И. И. Ползунова.
Почин Ползунова подхватили продолжатели его дела в нашей стране. Оригинальный проект новой огнедействующей машины создал ещё в XVIII в. в Кронштадте "шлюзной подмастерье поручиского рангу" Роман Дмитриев. В девяностых годах того же столетия работал в Кронштадте и в далеком Забайкалье строитель огнедействующих машин Федор Борзой. В те же годы при постройке и использовании таких машин работали в Кронштадте: Евстафий Кокушкин, Алексей Андреев, Илья Леонтьев, Петр Михеев. Дмитрий Смирной, Дмитрий Кондратьев. Огненными машинами в России все в том же веке занимался тверской губернский механик Лев Сабакин, трудились в этой области и иные. Этими машинами в последние десятилетия 'XVIII в. занимались и государственные деятели: И. Г. Чернышев, И. С. Мордвинов, В. Г. Лизакевич, посол в Англии Мусин-Пушкин, олонецкий губернатор Тутолмин и другие.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://irbis.asu.ru/