Паровозы. Первые опыты

Артефакты истории техники. У нас что ни город, то какой-нибудь памятник «технической мысли» или ее воплощению. Не исключение и мой город Пенза. Есть у нас тут и танк на постаменте, причем «тот самый», с надписью «Пенза мстит» (хотя понятно, что не военного, а послевоенного выпуска), самолеты и вертолеты, «катюша» (ну как же без нее), грузовички «газоны» военной поры и даже ярко-красный пожарный автомобиль. Есть и паровоз, причем в области он даже не один, на котором регулярно делается надпись с количеством лет, прошедших после войны. А тут иду я через станцию Пенза-I, мимо его современного вокзала, и – мама родная, а тут стоит макет паровоза братьев Черепановых во всей своей красе. А шел я, как раз размышляя о том, какое новое техническое устройство выбрать для нового цикла «артефакты истории техники». И тут он и стоит! Явный указующий перст судьбы, не говоря уж о том, что среди наших читателей есть те, которые как раз и просили написать о паровозах. Так что очередной цикл будет именно о них, о паровозах.


Ну а начнется наша и их собственная история давным-давно, в 1784 году. В этом году Уильям Мердок – один из британских инженеров-изобретателей, создатель качающегося цилиндра паровой машины и много чего еще, построил модель кареты с паровым двигателем, по сути один из первых паровых автомобилей. Конечно, начать вроде бы следовало с «паровой телеги» Николя-Жозефа Кюньо, уже продемонстрировавшего полезность такого устройства в 1769 году, но дело все в том, что от разработки Кюньо в появившиеся затем паровозы перекочевал разве что котел с топкой да очень примитивный паровой двигатель. Тогда как Мердок создал конструкцию, на которую затем ориентировались многие создатели подобных машин. И был он очень толковым инженером, но всю свою жизнь проработал вместе с Джеймсом Уаттом и… в «тени его славы» со всеми вытекающими из этого последствиями.


Первый патент на автомобиль в Соединённых Штатах получил Оливер Эванс в 1789 году. После чего пассажирские кареты с паровыми двигателями появились в Англии, и случилось так, что на одной из них в 1801 году довелось поездить Ричарду Тревитику. И именно эта поездка побудила Тревитика подписать контракт с владельцами железной дороги Мертир-Тидвил в Уэльсе, где использовалась исключительно конская тяга и было много каменного угля. Согласно этому соглашению, он обязался построить локомотив, который удешевил бы и облегчил перевозку чугуна.



Сначала он сделал паровой автомобиль, разъезжая на котором по улицам своего городка, он пугал местных жителей, прозвавших эту машину «Пыхтящим дьяволом», а через три года представил самый настоящий в нашем понимании этого слова паровоз «Инвикта», который существенно отличался от всех известных до того времени паровиков. Так, в передней части его котла располагался горизонтальный цилиндр, создававший давление пара около 0,3 МПа (мегапаскалей; ранее 3 кПа/см²). Поршень через кривошип воздействовал на вал маховика, который был соединен с ведущими колесами посредством двух зубчатых передач. Характерными чертами внешнего вида «Инвикты» были направляющие крейцкопфа (деталь, обеспечивающая передачу движения на маховик), выступавшие далеко вперед за габариты двигателя, и дымовая труба, в которую Тревитик додумался выпускать отработанный пар. Пар создавал тягу, а она раздувала пламя в топке, так что специальные меха, таким образом, отпадали. Так Тревитик первым применил такой способ повышения тяги, причем это его изобретение и по сей день остаётся очень важной частью любого паровоза.


Тревитик также осознавал необходимость увеличения поверхности нагрева. Поэтому он перепроектировал жаровую трубу котла, собирающую отходящие газы, придав ей U-образную форму, что увеличило паропроизводительность. Его «Инвикта» развивала скорость от 6 до 8 км/ч с тяговой нагрузкой почти 10 тонн при 40 ходах поршня в минуту.


Впоследствии Тревитик построил ещё два локомотива, причем второй паровоз имел весьма амбициозное название «Поймай меня, кто сможет», и он публично демонстрировался в Лондоне за плату. Однако ему не удалось добиться настоящего прорыва в области паровозостроения, прежде всего потому, что социальный заказ на подобный вид транспорта по сути дела еще только начинал формироваться.

Именно по этой причине эволюция в области паровозостроения с 1810-х по 1820-е годы шла именно в угледобывающих регионах севера Британии, а там – только вдоль побережья реки Тайн в районе Ньюкасла. Вот и самым значительным вкладом Тревитика в историю стали вовсе не паровозы, а… паровая машина, построенная им для Кристофера Блэкета, собственника каменноугольной шахты Тайнсайда в деревне Уайлэм. Причем именно шахта Блэкета как раз и стала центром паровозостроения в Англии 1810-х годов.

А было так, что Блэкет все в том же 1804 году узнал о работах Тревитика и дал задание воспроизвести его паровоз у себя в Нортумберленде. Сначала паровоз должен был двигаться по деревянным рельсам, ведущим от его шахты, но он сообразил, что они не выдержат веса пятитонного локомотива. Приспособили тянуть вагонетки тросами с помощью паровой машины, установленной стационарно. Наконец, он переделал дорогу под чугунные рельсы, а затем в 1808 году сделал Тревитику предложение попробовать еще раз. Но тот уже охладел к паровозостроению, занялся другими проектами и от предложения Блэкета отказался.

Тогда Блэкет, видимо, упрямства ему было не занимать, решил построить паровоз силами своих рабочих под руководством управляющего угольной шахтой Уильяма Хедли и прораба Тимоти Хэкворта. Причем именно Хедли совершил прорыв в создании практичного локомотива. В своей работе он использовал принципы, характерные для более позднего локомотивостроения, хотя его машины, по вполне понятным причинам, страдали от целого ряда технических проблем и недоработок начального периода.


Кстати, вполне возможно, что Блэкета вдохновила конструкция Джона Бленкиншопа, работавшего на рельсовой дороге угледобывающей шахты Миддлтон близ Лидса. Невежество даже в технической среде было тогда явлением широко распространенным. Не зная законов физики, создатели паровозов опасались, что гладкие колеса будут по ним проскальзывать и сделают перевозку тяжелых грузов невозможной. Особые опасения вызывали у них даже небольшие подъемы и спуски, потому начали придумывать альтернативные системы движителей для паровозов. Вот в 1813 году один из них, Уильям Брантон, и собрал «механическую лошадь» на металлических ногах, толкавшуюся этими самым «ногами».

Ну а Бленкиншоп решил сделать железную дорогу с зубчатым ведущим рельсом, который для неё изготовил механик Мэтью Мюррей. Зубчатое ведущее колесо катилось по гребёнке, закреплённой сбоку от рельсов. Миддлтонская машина проработала четыре года без перерыва и при этом перегоняла до 30 вагонеток с углем с небольшой скоростью 5 км/ч. А всего было построено четыре таких паровика, на одном из которых взорвался паровой котел из-за неумелой работы машиниста с его предохранительным клапаном.



В общем, паровоз Блэкету построили. Но у первой машины оказалась слишком малая мощность. Второй локомотив, известный как «Пыхтящий Билли» (изначально его назвали именем дочери Блэкета, Джейн), оказался значительно лучше: у него было два поршня, движущихся навстречу друг другу, что позволяло обойтись без махового колеса. За счет этого стало проще передавать движение колёсам по обеим сторонам паровоза, и рельсы теперь изнашивались равномерно. Но «Билли» все-таки оказался слишком тяжёлым даже для чугунных рельсов. Он ломал их постоянно, поэтому Блэкет решил попробовать в третий раз. Двигатель поставили на две четырёхколёсные тележки, равномерно распределив вес на вдвое большее число колёс. И это, наконец-то, сработало, и в Уайлэме появился первый работающий локомотив.

Может возникнуть вопрос: что заставило Блэкета тратиться на все новые и новые локомотивы после стольких неудач? Конечно, упорство в достижении цели свойственно многим людям, хотя для современников данный случай граничил с глупостью, а то даже и сумасшествием. В начале XIX века железнодорожный паровик казался романтичной, но по своему фантастической затеей, вроде сегодняшнего полета на Марс. Вот только в данном случае причиной был сугубо экономический расчет, просто не до всех тогда это доходило. Дело в том, что во время наполеоновских войн Британии приходилось обеспечивать свои армии на континенте за счет своих собственных резервов. Поэтому цены на лошадей и корм («овес-то нонче почем?») для них постоянно повышались. Так, в 1810-х овёс стоил уже на 50 % больше, чем в 1790-х, не говоря уже о том, сколько лошадей нужно было армии. Так что эксперименты с паровозами были не чем иным, как вынужденной мерой, продиктованной реалиями тогдашней войны!

Продолжение следует…