2. Биография И.И. Ползунова
Иван Иванович Ползунов (14 марта 1728 г., Екатеринбург -- 27 мая 1766 г., Барнаул) -- русский изобретатель, создатель первой в России паровой машины и первого в мире двухцилиндрового парового двигателя.
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. Одарённость 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 произведён 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 определён 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 надёжного 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 вёрст), 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 прошёл с мерной цепью до самого рудника. Он намерил 85 вёрст 400 сажен, всю трассу обозначил кольями, наметил даже «зимовья» -- удобные места для ночёвки обозов с рудой. Длина будущей дороги оказалась в 2 раза короче действующей рудовозной.
По результатам поездки он «учинил» чертёж с подробным описанием, показав себя ещё и прекрасным чертёжником (этот чертёж до сих пор хранится в государственном архиве 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 её отправку по Чарышу и Оби на Барнаульский завод; в гиттенштейбургскую он вернулся лишь осенью.
21 сентября 1751 г. Ползунов вместе со своим напарником 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 учёбой. 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, возведённым 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 брёвна, и к бревнотаске. Механизм передачи представлял сложный комплекс движущихся деталей, в состав которого входили: кулачковая передача, зубчатая передача, валы, кривошипы, шатуны, храповые колёса, 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 определён 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 вручён 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 ещё три месяца задержался в Москве, чтобы закупить заказанные Канцелярией товары. Здесь он и нашёл своё личное счастье -- познакомился с молодой солдатской вдовой Пелагеей Поваляевой. В Сибирь они отправились вдвоём.
В январе 1759 года Ползунов был направлен на Красноярскую и Кабановскую пристани руководить приёмом 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 переведён 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 произведённый в генерал-майоры, был возвращён на Алтай. Он привёз 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 всё «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 её 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 ещё 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 её изготовления -- ни слова.
Таким образом, И.И. Ползунов, после знакомства с работами Сэвери и Ньюкомена, разработал проект первой в мире универсальной паровой машины, мощностью 1,8 л.с. В отличие от машины Ньюкомена, которая не могла непрерывно производить работу и использовалась поэтому для привода орудий прерывного действия (например, водооткачивающих насосов), машина Ползунова могла производить работу непрерывно, то есть была спроектирована как универсальная. Им были применены два цилиндра (би-система), поршни которых поочерёдно передавали работу на общий вал. Впервые выдвинутый Ползуновым принцип сложения работы нескольких цилиндров на одном валу нашёл в дальнейшем широчайшее применение (в том числе в двигателях внутреннего сгорания). Ползунов также разработал специальное автоматическое устройство, производящее распределение пара и воды.
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.
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. Всё это -- немалая милость. Она ещё 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.
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 трёх верстах от посёлка. 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 неё здание, и в нём «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 трёхэтажный 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 колотиём в груди».
К 7 декабря в основном была закончена сборка машины, и изобретатель решил произвести первый пробный её 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 посёлка 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 слёзы 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 в очередной 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. Это был первый в истории техники автоматический регулятор промышленного назначения И.И. Ползунова, реализующий принцип регулирования по отклонению регулируемого параметра - основной принцип теории управления.