Иван Ползунов

Иван Иванович Ползунов (14 марта 1728, Екатеринбург — 27 мая 1766, Барнаул) — русский изобретатель-теплотехник, создатель первой в России паросиловой установки, а также первого в мире двухцилиндрового вакуумного парового двигателя, предназначавшегося для приведения в действие заводских механизмов. Его проект опережал аналогичные разработки Джеймса Уатта на несколько лет, однако не получил широкого распространения и был забыт после смерти изобретателя.

Биография

Ранние годы и обучение

Иван Ползунов родился в семье солдата Екатеринбургской гарнизонной роты. В 1738 году, после смерти отца, десятилетний Иван был определён в Екатеринбургскую арифметическую школу, где изучал грамоту, арифметику и геометрию. В 1742 году, по окончании школы, был зачислен учеником к механику Никите Бахареву на Екатеринбургский металлургический завод. В этот период Ползунов освоил устройство и работу различных заводских механизмов, включая водяные колёса, воздуходувные машины и молоты.

В 1747 году, в связи с передачей Колывано-Воскресенских заводов в ведение Кабинета её императорского величества, Ползунов в составе группы мастеровых был направлен на Алтай, на Барнаульский сереброплавильный завод. Там он продолжил службу в должности шихтмейстера (учётчика и распределителя руд) и одновременно занимался самообразованием, изучая труды М. В. Ломоносова, а также книги по механике и гидравлике.

Работа на Алтае

На Алтае Ползунов проявил себя как талантливый механик-самоучка. Он участвовал в ремонте и модернизации заводского оборудования, разрабатывал новые конструкции водяных колёс и воздуходувных мехов. К началу 1760-х годов он дослужился до чина шихтмейстера 1-го класса, что соответствовало офицерскому званию.

В 1763 году, осознавая ограниченность применения водяных колёс (зависимость от рек, сезонность, невозможность использования в сухих местах), Ползунов представил начальнику Колывано-Воскресенских заводов А. И. Порошину проект «огненной машины» — парового двигателя, способного приводить в действие воздуходувные меха плавильных печей.

Изобретение паровой машины

Проект 1763 года

В апреле 1763 года Ползунов завершил разработку первого проекта паровой машины. Она представляла собой одноцилиндровый вакуумный двигатель непрерывного действия. Принцип работы был основан на попеременном нагреве и охлаждении рабочего цилиндра: в цилиндр подавался пар, который затем конденсировался впрыском холодной воды, создавая вакуум; под действием атмосферного давления поршень опускался, совершая рабочий ход. Для непрерывной работы машины требовалось два цилиндра, работающих поочерёдно.

Проект был одобрен начальством, и 21 апреля 1763 года Ползунов получил разрешение на постройку машины. Однако из-за сложности изготовления и необходимости доработки конструкции строительство затянулось.

Двухцилиндровая машина 1765 года

В 1764 году Ползунов разработал усовершенствованный проект — двухцилиндровую паровую машину. В отличие от одноцилиндровых машин Томаса Севери и Томаса Ньюкомена, его установка имела два цилиндра, работающих попеременно на общий вал. Это позволяло обеспечить равномерное вращение и непрерывную подачу воздуха в плавильные печи.

Машина состояла из следующих основных частей:

• Два вертикальных цилиндра с поршнями.
• Паровой котёл.
• Система водяного охлаждения для конденсации пара.
• Распределительный механизм (золотники), автоматически переключавший подачу пара и воды.
• Маховик и передаточный механизм для привода воздуходувных мехов.

Мощность машины по расчётам Ползунова составляла около 32 лошадиных сил (24 кВт). Она была предназначена для обслуживания трёх плавильных печей.

Строительство и испытания

Строительство машины велось на Барнаульском заводе с 1765 года. Ползунов лично руководил изготовлением деталей, часто сталкиваясь с нехваткой квалифицированных рабочих и материалов. Работы шли медленно, и только к весне 1766 года основные узлы были готовы.

В мае 1766 года, незадолго до пуска, Ползунов тяжело заболел чахоткой. 27 мая 1766 года он скончался в возрасте 38 лет, не дожив до завершения испытаний.

Машина была пущена в эксплуатацию 7 августа 1766 года. Она проработала несколько недель, обеспечивая подачу воздуха в печи, но затем из-за неплотностей в цилиндрах и несовершенства системы уплотнений её работа стала нестабильной. После трёх месяцев эксплуатации машина была остановлена и в 1779 году разобрана. Дальнейших попыток внедрения паровых двигателей на алтайских заводах не предпринималось.

Значение и оценка

Техническое опережение

Изобретение Ползунова опережало своё время. Его двухцилиндровая машина была первой в мире, где использовался принцип автоматического переключения цилиндров, что обеспечивало непрерывность рабочего хода. Аналогичная схема была реализована Джеймсом Уаттом лишь в 1782 году (патент на двойное действие). Однако машина Ползунова осталась экспериментальной и не получила развития из-за ряда факторов:

• Преждевременная смерть изобретателя.
• Отсутствие заинтересованности заводского руководства в дорогостоящих экспериментах.
• Консерватизм технической среды, ориентированной на дешёвую водяную энергию.
• Отсутствие системы патентования и распространения технических идей.

Влияние на развитие теплотехники

Несмотря на то, что машина Ползунова не была тиражирована, его работы стали важным этапом в истории русской теплотехники. В XIX веке, после публикации архивных материалов, имя Ползунова было восстановлено в истории науки. Его считают одним из пионеров паровой энергетики наряду с Ньюкоменом и Уаттом.

В советское время образ Ползунова активно популяризировался как пример талантливого русского изобретателя-самородка, опередившего западных коллег. В его честь названы улицы в ряде городов России, а также Алтайский государственный технический университет (АлтГТУ) в Барнауле.

Память

• В 1948 году в Барнауле был установлен памятник Ивану Ползунову (скульптор И. Д. Бродский).
• В 1966 году, к 200-летию со дня смерти, была выпущена почтовая марка СССР.
• Имя Ползунова носит Алтайский государственный технический университет (с 1994 года).
• В Екатеринбурге и Барнауле установлены мемориальные доски на зданиях, связанных с его деятельностью.
• В 2023 году в Барнауле открыт памятник «Изобретатель Иван Ползунов» в сквере у АлтГТУ.

Интересные факты

• Ползунов не имел систематического инженерного образования, все знания получал самостоятельно, изучая книги и практикуясь на заводах.
• Его проект 1763 года был направлен в Петербург, в Кабинет её величества, и получил одобрение лично императрицы Екатерины II.
• Машина Ползунова была построена практически полностью из дерева и металла (чугун, медь) — сталь в то время была дорогой и редкой.
• После смерти изобретателя его чертежи и расчёты были утеряны и вновь обнаружены только в XIX веке в архивах.

Источники

• Виргинский В. С. Иван Иванович Ползунов. 1728–1766. — М.: Наука, 1989.
• Данилевский В. В. Иван Иванович Ползунов. — М.: Издательство АН СССР, 1940.
• Конфедератов И. Я. История теплотехники. — М.: Госэнергоиздат, 1954.
• Архивные материалы Колывано-Воскресенских заводов (РГИА, ф. 468).