Ричард Тревитик

П. ЗАБАРИНСКИЙ.

С именем Ричарда Тревитика, одного из наиболее талантливых английских инженеров и изобретателей конца XVIII и начала XIX в., связан грандиозный переворот в средствах сухопутного транспорта.

Время, когда жил Тревитик, и особенно первое десятилетие XIX в., на которое падает расцвет его деятельности, было для Англии периодом завершения так называемого великого промышленного переворота. Прядильные машины, механические ткацкие станки, станки для обработки металла, переход металлургии с древесного топлива на каменный уголь, усовершенствование парового двигателя Уатта, нашедшего применение во всех важнейших отраслях промышленности, и ряд других технических изобретений и научных открытий непрерывно следуют одно за другим, начиная с 30-х годов XVIII в. Они привели к превращению мануфактуры, основанной на применении ручных ремесленных орудий труда, в капиталистическую фабрику.

В конце XVIII и начале XIX в. эти новые открытия и изобретения, проникая во все отрасли производства, революционизируют в корне английскую промышленность, и капиталистические общественные отношения с непреодолимой силой внедряются во все поры экономической и социальной жизни страны. Наряду с окончательным превращением Англии из земледельческой страны в передовую индустриальную страну эти годы были для нее периодом ожесточенной и упорной борьбы с революционной, а затем и наполеоновской Францией за экономическое господство. Эта победоносная борьба вызвала колоссальное напряжение всех жизненных сил Англии и вместе с тем послужила отправным пунктом дальнейшего прогресса. Именно в этот период окончательно создаются экономические и политические основы мирового триумфа английского капитализма в XIX в., триумфа, бесславный закат которого мы сейчас наблюдаем.

Промышленный переворот, приведший к образованию крупного фабричного производства и к колоссальному росту грузооборота, вызвал революцию и в области средств транспорта.

«...революция в способе производства промышленности и земледелия, — говорит К. Маркс в XIII главе «Капитала», — сделала необходимой революцию в общих условиях общественно-производственного процесса, т. е. в средствах сношений и транспорта
...средства транспорта и сношений, завещанные
мануфактурным периодом, скоро превратились в невыносимые путы для крупной промышленности с ее лихорадочным темпом производства, ее массовыми размерами, с ее постоянным перебрасыванием масс капитала и рабочих из одной сферы производства в другую и с созданными ею новыми связями, расширяющимися в мировой рынок... в деле сношений и транспорта совершилось поэтому при помощи системы речных пароходов, железных дорог, океанских пароходов и телеграфа постепенное приспособление к крупнопромышленному способу производства».

Важным эвеном в этой общей картине, данной Марксом, явилось изобретение железных дорог в современном смысле этого слова, т. е. рельсовых путей с механической, в данном случае, паровой тягой.

В этой области английскому изобретателю Ричарду Тревитику принадлежит почетное место пионера, не только выдвинувшего определенную техническую идею, но и впервые ее осуществившего.

*

Ричард Тревитик, уроженец Корнваллиса, родился 13 апреля 1771 г. Его отец занимал в различное время должность управляющего и смотрителя на ряде крупных корнваллийских рудников. Детство и ранние годы юности будущего изобретателя протекли на рудниках и возле машин, а образование ограничилось посещением школы в городе Кэмборне.

Провинция Корнваллис, расположенная на юго-западе Англии, и по настоящее время является одним из важнейших центров английской горной промышленности. Здесь находятся древнейшие серебряные, медные, оловянные рудники, начало которым было положено еще в эпоху римского владычества. Владельцы корнваллийских рудников являлись в конце XVIII в. главными покупателями паровых машин Уатта. Эти машины устанавливались для приведения в действие рудниковых водоотливных насосов и давали значительную экономию по сравнению с так называемыми атмосферными паровыми машинами Ньюкомена.

Следует вообще подчеркнуть ту роль, которую корнваллийская горная промышленность сыграла в развитии паровой машины. Эта область, богатая полезными ископаемыми, сравнительно бедна каменным углем, и расходы на топливо, поглощавшие из-за недостатков первых паровых машин значительную часть бюджета рудников, обусловили не только успех усовершенствованным машинам Уатта, но постоянно побуждали корнваллийских инженеров и техников искать путей к дальнейшему повышению экономической эффективности паровой машины.

В двигателе Ньюкомена, как и во всех первых паровых машинах, носивших название «огненной» или «огнедействующей» машины, полезная работа производилась за счет давления атмосферного воздуха. Машина Ньюкомена, обладавшая рядом неудобств, потребляла много топлива и давала сравнительно небольшой эффект (т. е. имела низкий коэффициент полезного действия) и могла применяться только для приведения в движение насосов и т. п. механизмов. Машине Ньюкомена приходилось придавать огромные размеры, чтобы получить за счет атмосферного давления значительную мощность.

Уатт в своей машине двойного действия 1784 г. совсем отказался от использования атмосферного давления. Он взял закрытый с обоих концов цилиндр и заставил пар действовать попеременно то с одной, то с другой стороны поршня. При этом пар охлаждался не в самом цилиндре, а в отдельном сосуде, так называемом холодильнике или конденсаторе. В то время как одна половина цилиндра соединялась с холодильником, и здесь создавалось разреженное пространство, в другую половину впускался свежий пар, сообщавший поршню движение. Эти и другие усовершенствования Уатта значительно повысили к. п. д. парового двигателя (до 3%); вместе с тем Уатт приспособил свою машину для получения не только прямолинейного поступательно-возвратного движения, но и равномерного вращательного движения. Благодаря этому его машина явилась универсальным двигателем, нашедшим применение не только для водоотлива, как машина Ньюкомена, но также и для приведения в движение прядильных и ткацких станков, мельниц, прокатных станов и других механизмов, где необходимо было равномерное вращательное (ротационное) движение.

*

С машинами Уатта молодой Тревитик впервые познакомился на одной из копей Корнваллиса, где они сразу же нашли довольно широкое применение. Здесь же Тревитик встретился и некоторое время работал под руководством Вильяма Мердоха, одного из наиболее талантливых сотрудников Уатта.

Своими изобретениями гениальный Уатт как бы завершил круг поисков целого ряда предшественников, работавших над проблемой превращения тепловой энергии в механическую работу. Созданный Уаттом двигатель явился той паровой машиной, которая на протяжении большей части XIX в. была подлинно механическим сердцем капиталистической индустрии. Лишь появление новых двигателей (паровой и водяной турбины, двигателей внутреннего сгорания и, наконец, электромотора) ограничило безраздельное господство машины Уатта в промышленности и транспорте.

Однако в самом начале своего появления паровая машина Уатта обладала многочисленными недостатками и нуждалась в значительных улучшениях, главным образом, конструктивного порядка.

Одним из недостатков машины Уатта являлось наличие балансира, который так же, как и в машине Ньюкомена, применялся для передачи движения поршня рабочему валу или штанге насоса. Тяжелый балансир, достигавший весьма значительных размеров, не только делал машину громоздкой и неуклюжей, но создавал вредное трение движущихся частей и лишнюю затрату энергии на приведение его в качательное движение.

Первой попыткой устранить этот недостаток и явилось одно из наиболее ранних изобретений Тревитика — так называемый прямодействующий паровой насос, сделанный им совместно с неким Буллем около 1797 г. В отличие от общепринятой балансирной передачи, изобретатели расположили цилиндр паровой машины в опрокинутом виде на одной линии со штангой насоса, присоединив последнюю непосредственно к головке поршневого штока. Это изобретение доставило Тревитику и Буллю много неприятностей в связи с судебным процессом, возбужденным против них Уаттом за нарушение патента; сами же машины благодаря простоте устройства и обращения быстро приобрели широкое распространение под названием «машин Булля».

*

Огромное значение имеют работы Тревитика в области применения пара высокого давления. В машинах Уатта так же, как и в машинах Ньюкомена, применялось чрезвычайно низкое давление пара (Уатт в своих машинах редко применял давление, превышающее 2 атм.). Поэтому для получения необходимой работы приходилось придавать очень большие размеры цилиндру, что делало машину весьма громоздкой. Вместе с тем при таком низком давлении необходимо было постоянно применять конденсатор, без которого полезная работа, получаемая за счет упругости пара, значительно снизилась бы.

Одним из важных препятствий введению более или менее значительного давления пара являлось крайне неудовлетворительное состояние тогдашнего котлостроения.

Котлы склепывались из железных или медных листов или же отливались из чугуна отдельными деталями, которые затем сбалчивались вместе. При этом по форме котлы мало чем отличались от котлов, потреблявшихся для приготовления пищи. Эти котлы не только обладали низким парообразованием, но и не были в состоянии выдерживать более или менее значительное давление.

Тревитику принадлежит честь введения цилиндрических котлов с внутренней топкой, так называемых котлов с внутренней жаровой трубой. При всем несовершенстве, с точки зрения современного котлостроения, такие котлы благодаря цилиндрической форме выдерживали значительно большее давление и сразу же позволяли перейти к давлению до 4 и даже до 8—10 атм. Под именем «котлов Тревитика» они получили большое распространение в Англии и в других странах, быстро вытесняя примитивные «сундучные» котлы Уатта. Впоследствии эти котлы получили название «корнваллийских», по имени провинции Корнваллис, где они начали впервые применяться. Несколько позже инж. Ферберн устроил вторую жаровую трубу, создав тип так называемого «ланкаширского» котла. Оба эти типа котлов, как известно, удержались вплоть до последнего времени.

Именно введение котлов нового типа впервые позволило перейти к машинам высокого давления. Под этим названием вначале понимали паровые машины, работающие без конденсации, т. е. с выпуском отработавшего пара прямо в атмосферу, в отличие от машин Уатта, работавших всегда с низким, давлением пара, применение которого без конденсатора совершенно невыгодно. Ныне эта терминология устарела, так как в настоящее время машины даже с весьма высоким давлением пара работают с конденсацией.

*

Патент на паровую машину высокого давления был взят Тревитиком в 1800 г. При осуществлении своей идеи изобретателю пришлось преодолеть не только ряд технических трудностей, связанных с применением высокого давления, но и выдержать упорную борьбу с противниками этого нововведения. К числу этих противников относился и Уатт, утверждавший, что повышение давления пара лишь приведет к взрыву котла и не даст никакой экономической выгоды. Спор вокруг этого вопроса, разделивший весь тогдашний научно-технический мир на два враждебных лагеря, чрезвычайно ярко иллюстрирует напряженную работу изобретательской мысли, уже тогда стоявшей перед проблемой повышения к. п. д. парового двигателя.

В своем изобретении Тревитик, правда, чисто эмпирически, но вполне правильно, наметил решение этой проблемы. Достаточно сказать, что повышение давления пара, наряду с его перегревом, составляет основу всех без исключения современных паровых двигателей.

Изобретение паровой машины высокого давления, позволившее отказаться от применения конденсатора и придать меньшие размеры цилиндру и котлу, сделали паровой двигатель не только более экономичным, но и более компактным и портативным и открыли перед ним новые области применения. Тревитику удалось приспособить свою машину для бурения горных пород и для земляных разработок. Ему же принадлежит первый проект устройства подвижных погрузочных паровых кранов, а в 1812 г. он установил свою машину для приведения в действие молотилки. Таким образом Тревитик впервые применил паровой двигатель в сельском хозяйстве.

Но наибольшее значение изобретение машины высокого давления имело для механизации сухопутного транспорта.

Еще до Уатта, предусматривавшего в своем патенте применение паровой машины для движения повозок, некоторые изобретатели пытались построить подобный экипаж. Наиболее ранняя попытка была сделана в 70-х годах XVIII в. во Франции Николаем Кюньо, построившим сначала модель, а затем и большую паровую повозку для транспортирования артиллерийских орудий. Французский изобретатель применил при этом обыкновенную атмосферную машину. Его попытка кончилась неудачно: при первой же пробной поездке тяжелый экипаж потерпел аварию, наехав на каменную стену. В 1781—1786 гг. известный нам Мердох соорудил небольшую действующую модель паровой повозки. Однако до Тревитика все эти попытки не имели значительных результатов. Он первый практически применил пар для движения экипажей.

Первый в мире паровой экипаж Кюньо (1769 г.)

*

Еще в 1797 г. Тревитик соорудил небольшую действующую модель паровой повозки. Эта повозка не имела топки, а вода в котле доводилась до кипения при помощи раскаленных железных стержней, вкладываемых в специальные отверстия. В своем патенте 1800 г. он прямо говорит о применении своей машины высокого давления для движения экипажей.

Действующая модель паровой повозки Тревитика (хранится в Лондонском музее).

В 1801 г. Тревитик построил небольшой паровой экипаж, который впервые в истории средств передвижения перевозил пассажиров силой пара. Другая построенная им в 1802 г. повозка могла везти от восьми до десяти пассажиров, развивая при этом скорость около 6 км в час. В 1803 г. этот экипаж был доставлен в Лондон, причем до места погрузки на корабль он прошел силой собственных паров 90 миль (от Кэмборна, где жил Тревитик, до Плимута). В столице эта повозка, выставленная для всеобщего обозрения, с успехом перевозила публику и получила признание со стороны ряда авторитетных инженеров и ученых.

Паровой экипаж Тревитика (1803 г.).

Несмотря на успех своих паровых экипажей, Тревитик без всякой видимой причины оставляет свои работы в этой области и начинает заниматься применением паровой машины для движения по рельсам. Рельсовые пути, правда, с применением конной тяги, в начале XIX в. имели повсеместное распространение не только в Англии, но и в других странах, главным образом для целей внутризаводского транспорта.

В 1803—1804 гг. по предложению одного заводчика Тревитик построил свой первый паровоз для перевозки грузов по небольшой рельсовой дороге железоделательного завода в Пенни-Даррене. Этот первый в мире паровоз имел четыре колеса и горизонтально расположенный цилиндр. Движение поршня передавалось ведущим колесом при помощи шатуна, кривошипа и системы зубчатых колес. Чтобы облегчить прохождение поршня через мертвые точки, Тревитик вынужден был применить маховое колесо. Весил этот предок современных паровозов около 6 т и вез поезд, состоящий из пяти груженых вагонеток общим весом около 25 т, развивая при этом -скорость до 8 км в час.

Паровоз Тревитика (1803—1804 г.)

Вследствие того, что чугунные рельсы не выдерживали тяжести локомотива и часто лопались, владелец завода скоро вынужден был снять его и использовать как стационарную машину. В 1805 г. Тревитик построил еще один паровоз для копей в Нью-Кестле. А в 1808 г. он построил небольшую круговую рельсовую дорогу в Лондоне вблизи нынешнего Юстон-Сквера и в рождественский вечер открыл ее для всеобщего пользования в качестве развлечения. Паровоз, построенный для этой дороги, носил задорное название «Поймай меня, кто может» и с успехом возил всех, желающих прокатиться. Таким путем Тревитик надеялся привлечь общественное внимание к своему изобретению и обеспечить ему коммерческий успех.

Однако и здесь Тревитик столкнулся с рядом технических трудностей, в частности с недостаточной прочностью рельсового пути, требовавшего постоянной починки. У изобретателя не хватило настойчивости преодолеть встретившиеся трудности и обеспечить своему изобретению окончательный успех. Быстро разочаровывающийся и постоянно склонный к увлечениям новыми идеями, Тревитик бросает дальнейшие работы в этой области и вскоре уезжает в Южную Америку, куда он был приглашен акционерной компанией, владевшей серебряными рудниками в Перу. Эти рудники крайне нуждались в паровом двигателе для приведения в движение водоотливных насосов, но отсутствие сколько-нибудь удобных путей сообщения не позволяло доставить туда тяжелые машины Уатта. Около 1814 г. компания приобрела для своих рудников машину Тревитика, которая вполне оправдала возлагавшиеся на нее надежды. Вскоре компания приобрела еще несколько этих машин, а в 1816 г. сделала предложение самому изобретателю занять должность инженера по установке и наблюдению за паровыми машинами. В октябре того же года Тревитик бросает все свои дела в Англии и уезжает в Южную Америку. Здесь все ему обещало успех и большие материальные выгоды; однако, начавшаяся вскоре междоусобная война повела к полному разрушению рудников. Сам Тревитик вынужден был спасаться бегством и после долгих скитаний и многочисленных приключений в 1827 г. вернулся на родину, совершенно разорившийся, но полный новых идей и проектов. Испытывая большую материальную нужду, он обратился к правительству с просьбой о выдаче ему денежной помощи. Однако в этом ходатайстве ему было отказано, и 22 апреля 1833 г. Тревитик умер в Дортфорде, оставив после себя лишь долг в 60 фунт. стерл. Его прежние товарищи по работе должны были собрать деньги по подписке, чтобы покрыть расходы на похороны.

*

Разнообразная и многосторонняя деятельность Ричарда Тревитика привлекает пристальное внимание историка, ибо с его именем связан ряд решительных этапов в развитии современной техники. Изобретения Тревитика были претворением в действительность насущнейших запросов английской промышленности того времени; его жизнь, полная кипучей изобретательской деятельности, дает почувствовать биение пульса эпохи.

Помимо изобретений, на которых мы уже останавливались, он уделил еще много внимания целому ряду других технических проблем. Так, он один из первых высказал мысль о применении железа для постройки судов, изготовлявшихся до тех пор исключительно из дерева. Идеи Тревитика оказали исключительное влияние на развитие кораблестроения. К 1806 г. относится его попытка соорудить туннель под р. Темзой, окончившаяся, впрочем, неудачей вследствие невозможности справиться с проникающей водой.

Во время его пребывания в Коста-Рике в 1826— 1827 гг. у него возник проект соединить железной дорогой через Панамский перешеек Атлантический и Тихий океаны.

Наибольшего же значения заслуживает деятельность Тревитика в деле применения паровой машины для сухопутного транспорта. В этой области Тревитик почти не имеет предшественников, ибо появившиеся до него модели и проекты паровых павозок не имели практического значения. Талантливый изобретатель не только практически доказал возможность применения пара для передвижения, но и сразу дал успешное конструктивное решение проблемы. Понадобилось всего несколько лет, чтобы еще при его жизни паровые автобусы Генко и Гернея десятками курсировали по Лондону и его окрестностям, а открытие в 1825 г. Стоктон-Дарлингтонской железной дороги явилось юбилейной датой начала железных дорог всего мира.

Тревитика постигла участь всех изобретателей, не сумевших, несмотря на пользу и важность их изобретений, добиться материального успеха и общественного признания. В этом отношении его судьба представляет резкий контраст с судьбой его современников Джемса Уатта и Георга Стефенсона, сделавшихся благодаря своим изобретениям богатейшими капиталистами своего времени. Забытый еще при жизни и умерший в бедности, он лишь впоследствии был оценен своими соотечественниками. В 1931 г. в Кэмборне, где жил, учился и работал Тревитик, ему поставлен памятник, а в октябре 1932 г. в Англии, в связи со столетней годовщиной со дня его смерти, был учрежден особый Комитет по увековечению памяти изобретателя.