Георг Стефенсон

Георг Стефенсон

Проф. В. ДАХШЛЕГЕР

Железная дорога стала сейчас наиболее распространенным средством сообщения. Мы даже часто недовольны медлительностью этого способа передвижения. Американский деловой человек говорит, что у него нет времени ехать в поезде. Он предпочитает автомобиль, ибо даже ожидание отхода поезда приводит его в нетерпение.

Между тем немного более сотни лет назад обычным способом передвижения были верховая езда или езда в телегах и дилижансах. Дороги же тогда были до того скверными, что редко удавалось проехать в день больше 30—35 км.

Вот как описываются дороги Англии в конце XVIII века:

«Ни на одном языке,— говорит путешественник, — я не нахожу слов, достаточно сильных, чтобы описать эту адскую дорогу, и советую избегать ее, как чорта. Тысяча против одного за возможность опрокинуться и сломать себе шею или руки и ноги. Здесь путешественники найдут выбоины, — я их измерял, — в 4 фута глубины, наполненные всякой грязью. Я проехал 135 км и сломал три повозки».

Паровоз Треветика с маховым колесом

Если припомнить, что повозки в то время не имели рессор, то путешествие по таким скверным дорогам нужно поистине считать подвигом. Эти путешествия были настолько опасны, что обыкновенно, отправляясь в дорогу, составляли завещание.

Понятно, чти при таких условиях провоз товаров обходился очень дорого. В Англии, в стране с огромными запасами каменного угля, зимой нехватало в городах топлива. Даже такой промышленный центр, как Манчестер, возле которого находятся большие залежи угля, очень часто нуждался в нем.

В таком ужасном состоянии находился сухопутный транспорт еще и в первой четверти XIX в.

*

Во второй половине XVIII в. в Англии происходит промышленный переворот. С этого времени быстро растет пользование машинами во всех отраслях хозяйства. Появляется прядильная машина Аркрайта.

Первая землечерпательная машина Эванса

Введение механической переработки хлопка привело к удешевлению цен на хлопчатобумажные ткани. Спрос на хлопок чрезвычайно возрос. В 1748 г., в год первого прибытия хлопка из Америки, было привезено 8 тюков хлопка, в 1788 г. — уже свыше 400 тыс. тюков, а в 1820 г. — 5 млн. тюков. Гужевые дороги и каналы не справлялись с переброской всей этой массы хлопка из морских портов в фабричные города. Бурный рост текстильной промышленности требовал иных способов доставки сырья, требовал совершенно новых средств передвижения, значительно более мощных и быстроходных.

Интересы хлопчатобумажников и в первую очередь манчестерских фабрикантов сыграли огромнейшую роль в развитии железных дорог.

«Переворот в способе производства, совершающийся в одной сфере промышленности, — говорит Карл Маркс, — обусловливает такой же переворот в других сферах. А революция в способе производства промышленности и земледелия делает необходимой революцию в общих условиях общественного процесса производства, т. е. в средствах сношений и транспорте» (Капитал, т. I, гл. XIII).

Паровоз Мердока

Крупному машинному производству регулярную и бесперебойную доставку сырья и товаров мог обеспечить только усовершенствованный транспорт. Тогда Георг Стефенсон и конструирует свой паровоз, который положил начало железнодорожному транспорту. Началось быстрое строительство железных дорог.

Однако паровоз встретил на своем пути упорное сопротивление со стороны тех социальных групп, чьи интересы нарушали железные дороги.

Это были собственники каналов, пароходные общества, крупные землевладельцы, содержатели сухопутных путей и др. Все они получали огромные доходы и всем им было ясно, что железные дороги, если не положат конец их могуществу и процветанию, то во всяком случае сильно сократят доходы. Грузы пойдут по железным дорогам. Это должно будет обесценить ту землю, по которой проходят гужевые дороги. Исчезнут расположенные по сухопутным дорогам постоялые дворы, гостиницы, рестораны. Торговые и промышленные пункты будут перенесены в другие места, ближе к железным дорогам.

Против железных дорог и паровых двигателей была поднята агитация, на которую тратились миллионы рублей.

Лондонский уличный дорожный
локомотив Треветика

Истинные корыстные мотивы этой борьбы, разумеется, скрывались. Противники паровоза выдумывали всякие небылицы. Они утверждали например, что коровы так будут путаться быстро мчащихся чудовищ, что у них будет скисать молоко, что птицы будут убиты дымом, что посевы фермеров будут выжжены искрами, падающими от локомотива...

Им удалось настолько напугать обывательское воображение, что при постройке первой железной дороги во многих местах женщины и дети нападали с камнями на землемеров и строителей. Даже сама парламентская комиссия по постройке железных дорог ставила всевозможные преграды. Один из членов этой комиссии решил сразить Стефенсона рядом «затруднительных» вопросов, чтобы заставить его отказаться от своей «затеи». Он спросил:

— Положим, что машина, проходящая в час от девяти до десяти английских миль, наткнется на корову, вы не находите, что это обстоятельство могло бы иметь плачевные последствия?

— Непременно, — ответил Стефенсон, лукаво улыбаясь, — это имело бы самые плачевные последствия, но только для коровы.

*

Георг Стефенсон родился в 1781 г. в Англии, в деревне Вилам. Отец его был горнорабочим. Уже двенадцати лет Стефенсон вынужден был итти на работу в шахте. Начал он работать сортировщиком угля. Но внимание его больше всего занимали насосы, выкачивающие из шахт воду. Насосы приводились в действие паровой машиной.

17 лет Стефенсон был назначен машинистом. Тут он получил возможность разобрать всю машину и детально изучить ее устройство. Это вызвало интерес к общим принципам устройства отдельных механизмов. Но почерпнуть необходимые сведения можно было только из книг, а Стефенсон был неграмотен. Ему минуло уже 18 лет, когда он начал учиться читать. Все свободное время он отдает чтению. Но он не только читает, любимое его занятие — это работа над улучшением машин, применяющихся в шахтах.

В 1811 г. Стефенсон исправил машину, работавшую в руднике по откачке воды. За это он получил место инженера. Теперь в своей практической работе он все время стремится к усовершенствованию шахтного оборудования и вскоре вносит различные улучшения в применявшуюся тогда паровую машину Ньюкомена. Таким образом от изучения машин он перешел к их конструированию.

Увидя в шахте старый и весьма несовершенный локомобиль, перевозящий вагонетки с углем, Стефенсон ставит себе целью улучшить его. Владелец шахты, доверяя его познаниям и опыту, дает ему необходимые средства, так как это сулило понизить издержки производства.

Стефенсон упорно работает почти целый год. В 1814 г. он сооружает свой первый паровоз. Этот паровоз делал не больше километра в час и за месяц работы растрясся так, что перестал действовать. Стефенсон снова приступил к работе. Необходимо было построить такой паровоз, который мог бы тянуть большие тяжести и передвигаться при этом значительно быстрее лошади. И вот появляется его второй паровоз — «Пыхтящий Билль», который казался тогда настоящим чудом. Паровоз мог тянуть при подъемах груз в 30 т со скоростью до 6 км в час. Мощность паровоза равнялась почти 7 л. с.

Конструируя паровоз, Стефенсон имел в виду улучшить лишь шахтный транспорт. «Пыхтящий Билль» целых десять лет работал только в шахте, где толкал вагонетки с углем.

Однако некоторые фабриканты поняли, что паровоз — это совершенно новое средство связи, в котором так нуждалась тогда развивающаяся промышленность. Один из них, Эдвард Джемс, увидя «Пыхтящего Билля», писал затем Стефенсону: «Ваша машина — это величайшее чудо нашего времени и предвестник будущих великих перемен в наших средствах сообщения!»

Однажды шахту посетил Эдуард Пиз, владелец угольных копей в г. Дарлингтоне. Он сразу оценил все значение паровоза и решил соорудить железную дорогу для перевозки угля из Дарлингтона в порт Стоктон. Несмотря на противодействие купцов, судовладельцев, владельцев шлагбаумов, ему все-таки удалось собрать среди промышленников средства для постройки дороги.

27 сентября 1825 г. пошел поезд по линии первой в мире железной дороги. Для этой дороги Стефенсон построил новый паровоз «Локомошен», который шел уже со скоростью 10 км в час.

Новый вид транспорта одержал свою первую победу. Начинается строительство железных дорог Первыми инициаторами этого дела были хлопчатобумажные фабриканты. В Ливерпуль доставлялось морским путем сырье для фабрик Манчестера. Сплошь и рядом фабрики останавливались потому, что судоходные каналы не справлялись с доставкой хлопка. Тогда промышленники решили соорудить между этими городами железную дорогу. Для руководства ее строительством был приглашен Стефенсон.

Но тут вновь началась борьба против дороги и травля самого Стефенсона, которому нередко приходилось спасаться от преследования восстановленных против него крестьян. Парламент, в котором заседало немало землевладельцев и участников пароходных обществ, не брезгал в этой борьбе никакими средствами. Он сумел подобрать экспертов-инженеров, которые доказывали, что движение паровоза будет невозможным при противном ветре, что при скорости, превышающей скорость экипажа, колеса станут вертеться подобно волчку, не двигаясь с места, и т. п.

Газеты завыли, что Стефенсон «заслуживает смирительной рубашки», что надо избавиться от этого «опасного человека». Несколько лет хлопчатобумажники добивались от парламента разрешения на постройку Ливерпуль-Манчестерской железной дороги.

Наконец приступили к постройке. Но Стефенсон уже думал о новом паровозе, более сильном и быстроходном. Он предложил правлению дороги объявить конкурс на сооружение паровоза. Условия конкурса были следующие: паровоз не должен по весу превышать 6 т, он должен иметь от 4 до 6 колес и перевозить груз втрое больший, чем собственный вес, со скоростью 16 км в час. Стоимость его не должна превышать 6 тыс. руб.

В 1829 г. состоялся конкурс. Из четырех записанных на конкурс паровозов («Ракета», «Прочность», «Несравненный», «Новинка») все условия выполнила лишь стефенсоновская «Ракета», которая везла два вагона, нагруженных камнями, и проделала обусловленное конкурсом расстояние в 48 км.

Ливерпуль-Манчестерская ж. д. вокзал в Ливерпуле (1830 г.)

15 сентября 1830 г. состоялось открытие Ливерпуль-Манчестерской дороги. На одном из своих паровозов в качестве машиниста стоял Стефенсон. Он покрыл за 25 мин. расстояние в 24 км, т. е. развил небывалую по тому времени скорость — 56 км. в час.

*

Еще за 10 лет до того, как Джемс Уатт сконструировал свою паровую машину, в 1759 с. английский физик Робинсон говорил о возможности заменить в транспорте лошадь паровой машиной. Конечно применить силу пара для передвижения повозок в то время еще не могли, так как существовавшая тогда «огневая машина» Ньюкомена была весьма мало пригодным двигателем. Это была очень громоздкая машина с чрезвычайно низкой мощностью даже при весьма больших размерах. Коэфициент полезного действия этой машины был ничтожен; в полезную рабочую силу превращалась лишь 1/300 часть энергии сжигаемого топлива. Работа одной большой машины требовала такого количества топлива, что подвозом его были заняты 50 лошадей. Для работы на фабриках и заводах машины Ньюкомена были неудобны, так как имели чрезвычайно малое число оборотов и неравномерный ход. Они употреблялись главным образом в шахтах и рудниках для откачки воды. Но поднять воду с глубины в 400 м оказывалось машине Ньюкомена уже не по силам.

В 1769 г. французский инженер Кюнью построил трехколенный паровой экипаж, развивавший скорость около 4 км в час. Цилиндры этой машины имели очень сложную систему парораспределителей. Также сложно было и устройство так называемого «храповика», при помощи которого достигалось вращательное движение ведущего колеса. Эта тяжелая паровая повозка использовалась одно время для перевозки пушек И то без особого успеха. Разумеется, новым видом транспорта повозка Кюньо служить не могла.

Паровоз Стефенсона „Ракета"

Только с изобретением паровой машины Уатта, в которой прямолинейное движение поршня превращалось во вращательное движение вала, можно было практически поставить вопрос о применении парового двигателя в транспорте. Паровая машина Уатта быстро нашла себе применение в различных отраслях промышленности. Это был двигатель «универсальный по своему техническому применению», как говорил Маркс, а следовательно пригодный для транспорта.

Однако совсем простая идея — поставить паровую машину на колеса — потребовала огромной и напряженной работы многих изобретателей, дополнявших и поправлявших друг друга.

Вполне естественно, что и сам Уатт попробовал применить свою машину для передвижения повозок. В 1784 г. он взял патент на паровую тележку.

Но занятый целиком своей паровой машиной, Уатт не уделял достаточно времени паровой повозке, а обратил на нее внимание своего ученика Вильяма Мердока. Мердок сконструировал такую повозку. Она имела вертикально стоящий паровой котел, из которого выходил наружу рабочий цилиндр. Поршневой стержень цилиндра приводил в действие длинный одноплечий рычаг, который уже при помощи шатуна придавал вращательное движение колесной оси.

Но тележка Мердока, как и машины его предшественников, была слишком тяжела для дорожных экипажей и требовала слишком много воды для сгущения пара.

В 1804 г. американец Олиаф Эванс построил землечерпательную машину на колесах, приводившуюся в движение паром. У Эванса был уже более совершенный передаточный механизм, а главное, он употреблял водяной пар при давлении в 10 ат (у его предшественников давление пара равнялась 1 ат), поэтому процесс парообразования происходил интенсивнее.

Паровоз Стефенсона „Локомошен"

В то же время англичанин Ричард Треветик построил паровую телегу, которая двигалась по обыкновенной грунтовой дороге. Затем он приспособил ее для хождения по рельсам. Она работала в течение 5 месяцев на железоделательном заводе, таская вагоны с грузом до 10 т. Но «паровоз» этот был очень тяжел и часто ломал непрочные чугунные рельсы. Владелец завода поставил его вскоре на одно место и стал им пользоваться как стационарной паровой машиной.

Эту паровую телегу Треветика можно считать первым паровозом для железных дорог в силу тех усовершенствований, которые были внесены изобретателем. Мы уже отмечали, что все паровые телеги требовали огромного количества воды для парообразования. В тогдашних котлах площадь нагрева была очень мала, а тяга весьма слабой. Поэтому необходимое количество пара получалось с большим трудом. Треветик не уничтожил полностью этих недостатков, но все же правильно подошел к разрешению поставленной задачи. Жаровую трубу, начинавшуюся от топки, он провел внутрь котла в виде буквы U, т. е. два раза. Этим самым Треветик увеличил площадь нагрева. Теперь значительно большее количество теплоты использовалось для нагрева воды. Отработанный в цилиндре пар Треветик отвел по особой трубке в дымовую трубу, в результате увеличилась тяга, необходимая для горения.

За Треветиком следуют многие конструкторы (Бленкинсон, Муррей, Жудлей, Блэкетт, Такворт и др.), вводящие целый ряд усовершенствований в отдельные части паровоза. Особенного внимания заслуживает Блэкетт. Его машина непосредственно натолкнула Стефенсона на мысль об изобретении паровоза.

Блэкетт работал инструктором в угольных шахтах Ньюкестля. Он решил заменить лошадей в шахтах паровозом. По чертежам паровоза Треветика Блэкетт построил свой паровоз. Когда паровоз попробовали пустить, он не трогался с места, сколько ни бился над ним строителе. Потеряв терпение, Блэкетт закрыл предохранительный клапан, воскликнув: «Либо он пойдет, либо я лягу костьми!» Паровоз не пошел. Его разорвало. Случайно Блэкетт остался жив. Вскоре он построил новый паровоз, который хотя и тронулся с места, но двигался очень медленно, останавливаясь на каждом шагу и часто сходил с рельсов. Третий его паровоз «Черный Билли» работал уже более исправно. Но и он был все-таки весьма тяжел, а главное, перевозил тяжести не на много больше, чем могла перевезти здоровая лошадь.

Поезд I класса. Поезда Ливерпуль-Манчестерской ж. д. в 1830—1835 гг.

Поезд II класса. Поезда Ливерпуль-Манчестерской ж. д. в 1830—1835 гг.

Товарный поезд. Поезда Ливерпуль-Манчестерской ж. д. в 1830—1835 гг.

Поезд для перевозки скота.Поезда Ливерпуль-Манчестерской ж. д. в 1830—1835 гг.

К этому паровозу внимательно присматривался Стефенсон. Он имел полную возможность наблюдать за его работой, так как паровоз тащился мимо дверей того дома, где жил отец Стефенсона.

Стефенсон видел все несовершенство паровоза Блэкетта и решил его улучшить. Долго думал, чертил и вычислял Стефенсон. И наконец в 1814 г. пустил свой первый паровоз. Но и этот паровоз и даже его «Пыхтящий Билль» едва ли были значительным шагом вперед. По конструкции они еще не отличались от паровозов своих предшественников. В котле была простая жаровая труба с весьма малой поверхностью нагрева, а слишком широкая дымовая труба давала слабую тягу. И третий паровоз Стефенсона «Локомошен» давал столь ничтожное парообразование, что был пригоден только для малых, скоростей. Поэтому на железной дороге Стоктон—Дарлингтон паровозом обслуживались только товарные поезда, а для пассажирского движения, где требовалась большая скорость, вагоны везли лошади.

Но в «Пыхтящем Билле» уже имеется попытка внести важное усовершенствование. Обычно пар, вырываясь из цилиндров непосредственно наружу, производил ужасное шипение. Думая над тем, как избавиться от этого недостатка, Стефенсон заметил, что газы из дымовой трубы выходят с меньшим напором, чем пар из цилиндров. Тогда он при помощи соединительных труб отвел отработанный пар в дымовую трубу, как это было сделано у Треветика. Пар, увлекая за собой газы, отходящие через дымовую трубу наружу, производил в топке такое разрежение, что в нее притекало значительно большее количество свежего воздуха. Это вызвало усиленное сгорание топлива.

Благодаря такому устройству, называемому конусом, должно было бы повышаться парообразование. В действительности же тепло пропадало, так как горячие газы быстро вырывались наружу через единственную и короткую дымогарную трубу, не успевая в достаточной степени передать свое тепло воде.

Таким образом Стефенсон не мог еще полностью использовать конус. Необходимо было сделать так, чтобы газы отдавали максимум своего тепла воде, другими словами, надо было увеличить площадь нагрева. Это как раз и сделал Стефенсон в своей «Ракете». Здесь ему опять пришел на память паровоз Треветика, у которого труба два раза проходила через котел. Стефенсон устроил так называемый многотрубный котел. В цилиндрической части котла он расположил 25 медных трубок, через которые проходили газы из топки. Это значительно увеличило площадь нагрева воды, а следовательно сильно возросло парообразование. Теперь получился паровоз, вполне годный для железнодорожного транспорта.

*

У Стефенсона, как мы видим, был большой ряд предшественников. Изобретение Стефенсона есть логическое завершение их работ. Использовав опыт и открытия всех своих предшественников, Стефенсон прибавил конус и многотрубный котел и получил настоящий паровоз.

Но конус не изобретен, собственно говоря, Стефенсоном. Уже Треветик, как мы отметили, отводил отработанный пар по особой трубке в дымовую трубу. Кроме того один только конус, устроенный Стефенсоном, тоже не улучшил работы паровоза, так как увеличение тяги само по себе не приводило еще к усилению парообразования, пока не была увеличена площадь нагрева, т. е. пока не был создан многотрубный котел.

Многотрубный котел был впервые применен Стефенсоном в его паровозе «Ракета». Но и это важное изобретение по существу не принадлежит целиком Стефенсону. Уже в 1791 г. американец Рид получил патент на трубчатый котел. В 1826 г. англичанин Невилль получил патент на котел с вертикально стоящими огневыми трубками. В 1828 г. француз Сеген получил патент, в котором сказано: «Это наше изобретение состоит в применении большего или меньшего числа трубок, через которые проходят огненные газы. Трубки эти окружаются водой и представляют весьма большую площадь нагрева».

Нельзя утверждать, что Стефенсон знал об этих патентах. Возможно, что его изобретательская мысль работала в этом направлении параллельно и совершенно самостоятельно. Но все же опыт других изобретателей весьма помог ему. Стефенсон сначала сделал так, что вода находилась в трубах, а газы омывали их извне. Но в этих трубах находилось очень немного воды, для нормальной работы паровоза ее было недостаточно. Паровоз стал работать еще хуже. Тогда секретарь правления дороги Ганри Буж, знакомый с патентом Сегена, предложил Стефенсону перевернуть все дело: котел наполнить водой, а через трубы пропускать отходящие газы. Стефенсон вначале был противником этого предложения, но, не желая ссориться с влиятельным человеком, допустил этот опыт и был крайне изумлен блестящим результатом: увеличилась поверхность соприкосновения воды с горячими трубами, а потому на много повысилось парообразование.

Итак конус и многотрубный котел существовали уже до Стефенсона. В чем же тогда его заслуга? Почему именно его считают изобретателем паровоза?

Огромная заслуга Стефенсона заключается в удачной комбинации, связавшей конус с многотрубным котлом. Эта, казалось бы, весьма простая идея и решила по существу задачу железнодорожного транспорта.

Развитие промышленности поставило задачу усовершенствования транспорта, и мы видим длинную цепь попыток эту задачу разрешить. Десятки людей науки и практики работают над одной и той же проблемой. Работу многих кто-либо как бы объединяет, сводит воедино, совершенствует и дает техническое изобретение. Говоря об изобретениях эпохи промышленного переворота, Карл Маркс подчеркивает, что: 

«Критическая история технологии вообще показала бы, как мало какое бы то ни было изобретение XVIII столетия принадлежит тому или иному отдельному лицу».

И совершенно прав был Роберт Стефенсон, сын и ближайший сотрудник великого изобретателя, когда оказал:

«Локомотивы не представляют собой изобретения одного человека, а лишь целых поколений инженеров».