Иван Ползунов: изобретатель парового двигателя

Иван Ползунов — русский изобретатель-теплотехник, создатель первой в России паросиловой установки и первого в мире двухцилиндрового парового двигателя непрерывного действия. Родился в 1728 году (по другим данным — в 1729 году) в семье солдата в Екатеринбурге, умер 27 мая 1766 года в Барнауле. Его разработки опередили своё время и стали важной вехой в истории мировой теплотехники, хотя при жизни изобретателя не получили широкого промышленного внедрения.

Биография

Ранние годы и образование

Иван Иванович Ползунов родился в Екатеринбурге в семье солдата, участника Северной войны. В 1738 году, после смерти отца, был определён в Горнозаводскую школу при Екатеринбургском заводе, где обучался арифметике, геометрии, черчению и горному делу. Уже в 14 лет, в 1742 году, начал работать на Екатеринбургском металлургическом заводе: сначала учеником «механического дела», затем — подмастерьем.

Работа на Урале и Алтае

В 1747 году Ползунов был переведён на Колывано-Воскресенские заводы (Алтай), где стал работать на Змеиногорском руднике. В 1750 году получил должность «механического ученика» при заводской конторе, а в 1754 году — звание «механического ученика с жалованьем». В 1758 году назначен гиттенфервальтером (чиновник по горной части) на Барнаульский завод. В 1763 году ему было присвоено звание «механикус» — высшее техническое звание на заводах.

Изобретение парового двигателя

Предпосылки

В середине XVIII века на рудниках и заводах России остро стояла проблема откачки воды из шахт и приведения в действие воздуходувных мехов. Традиционно использовались водяные колёса, но их мощность была ограничена, а в засушливые периоды или зимой (когда реки замерзали) работа заводов останавливалась. Ползунов, изучая труды европейских инженеров (в частности, описание паровой машины Томаса Ньюкомена, опубликованное в «Санкт-Петербургских ведомостях»), пришёл к выводу, что пар может стать альтернативным источником энергии.

Разработка проекта

В 1763 году Ползунов представил начальнику Колывано-Воскресенских заводов А. И. Порошину проект «огненной машины» — парового двигателя, предназначенного для привода воздуходувных мехов на плавильных печах. В отличие от паровой машины Ньюкомена, которая была одноцилиндровой и работала с перерывами (поршень двигался только в одну сторону под действием пара, а обратно — под давлением атмосферы), Ползунов предложил двухцилиндровую конструкцию непрерывного действия. Это был первый в мире проект такого рода.

Проект предусматривал:

• Два цилиндра с поршнями, работающими попеременно.
• Паровой котёл, подающий пар в цилиндры.
• Систему клапанов и золотников для автоматического переключения подачи пара.
• Передачу движения от поршней к валу через балансир и шатун.

Строительство и испытания

В 1764 году проект был одобрен, и Ползунов начал строительство машины на Барнаульском заводе. Работы велись вручную, без чертежей (все расчёты и конструкции хранились в голове изобретателя). В конце 1765 года машина была собрана, а в начале 1766 года начались испытания. Двигатель успешно работал, приводя в действие воздуходувные мехи, и показал мощность, достаточную для обслуживания одной плавильной печи.

Смерть изобретателя

Иван Ползунов скончался 27 мая 1766 года от чахотки (туберкулёза), за несколько дней до официального пуска машины в промышленную эксплуатацию. После его смерти машина проработала несколько месяцев, но из-за отсутствия квалифицированного обслуживания и конструктивных недочётов (в частности, утечек пара) была остановлена и впоследствии разобрана.

Характеристики и особенности двигателя

Конструкция

Двигатель Ползунова представлял собой стационарную пароатмосферную машину. Основные элементы:

• Паровой котёл — медный, работал под давлением до 1,5 атмосфер.
• Два цилиндра — вертикальные, с поршнями, диаметром около 0,8 метра каждый.
• Золотниковый распределитель — механизм, автоматически переключающий подачу пара в цилиндры.
• Балансир — рычаг, передающий движение от поршней к валу.
• Водяное охлаждение — для конденсации пара в цилиндрах.

Принцип работы

Пар из котла подавался поочерёдно в один из цилиндров. Под давлением пара поршень поднимался, совершая рабочий ход. Затем в цилиндр впрыскивалась холодная вода, пар конденсировался, создавалось разрежение, и поршень опускался под действием атмосферного давления. В это время второй цилиндр работал в противофазе, обеспечивая непрерывное вращение вала.

Технические параметры

• Мощность: около 1,5–2 лошадиных сил (по современным оценкам).
• Высота машины: около 10 метров.
• Количество деталей: более 500 (все изготовлены вручную из металла и дерева).
• Расход дров: около 10–12 кубометров в сутки.

Значение и наследие

Вклад в мировую теплотехнику

Изобретение Ползунова стало первой в мире двухцилиндровой паровой машиной непрерывного действия. В то время как машина Ньюкомена (1712) была одноцилиндровой и прерывистой, а машина Уатта (1769) появилась позже, Ползунов предложил принципиально новую конструкцию, которая обеспечивала равномерное вращение вала без рывков. Это было важным шагом к созданию универсального парового двигателя.

Признание в России

Несмотря на то, что машина не была внедрена в промышленность, имя Ползунова вошло в историю русской техники. В советское время его изобретение активно пропагандировалось как пример отечественной инженерной мысли. В 1948 году в Барнауле был установлен памятник изобретателю. В 1954 году его имя присвоено Алтайскому государственному техническому университету (АлтГТУ). В 1966 году, к 200-летию со дня смерти, выпущена почтовая марка СССР.

Критика и споры

Некоторые историки техники отмечают, что машина Ползунова была несовершенна: она потребляла много топлива, имела низкий КПД (около 1–2%) и требовала постоянного обслуживания. Однако эти недостатки были характерны для всех ранних паровых машин. Кроме того, отсутствие точных чертежей и подробных описаний конструкции затрудняет точную реконструкцию. Тем не менее, сам факт создания работоспособной двухцилиндровой машины за 3 года до патента Уатта (1769) ставит Ползунова в ряд пионеров паровой энергетики.

Память

Памятники и музеи

• Памятник Ивану Ползунову в Барнауле (скульптор И. Д. Бродский, 1948).
• Мемориальная доска на здании Барнаульского завода.
• Музей «Горная аптека» в Барнауле, где представлены макеты машины Ползунова.
• Памятник в Екатеринбурге (на территории Уральского государственного горного университета).

Образ в культуре

• Образ Ползунова фигурирует в романе В. Я. Шишкова «Угрюм-река» (прототип одного из героев).
• В 1976 году снят научно-популярный фильм «Иван Ползунов» (режиссёр В. А. Никифоров).
• Его имя носит теплоход «Иван Ползунов» (проект 588).

Научное наследие

Сохранились рукописи Ползунова, в том числе «Описание огненной машины» (1763), которое является ценным источником по истории техники XVIII века. В 1950-х годах советские инженеры построили действующую модель машины Ползунова в масштабе 1:5, которая экспонируется в Политехническом музее в Москве.

Источники

• Данилевский В. В. «Иван Иванович Ползунов. Жизнь и деятельность». — М.: Изд-во АН СССР, 1940.
• Виргинский В. С. «Иван Иванович Ползунов. 1728–1766». — М.: Наука, 1966.
• Загорский Ф. Н. «Очерки по истории металлургии и горного дела на Алтае». — Барнаул, 1958.
• «История техники» / Под ред. А. А. Пархоменко. — М.: Машиностроение, 1965.
• Материалы Музея истории горного дела на Алтае (Барнаул).