Воронцов. Перезагрузка. Книга 7

Глава 15

Морозное утро встретило меня ясным небом и крепким холодом. Я направился к кузнице — хотел застать Петьку до того, как он погрузится в обычную работу.

Кузница уже дымила. Я открыл дверь и увидел, что он склонился над верстаком, изучая чертежи, которые я дал ему вчера.

— Доброе утро, Петь.

Он вздрогнул от неожиданности и обернулся:

— Егор Андреевич! А я вас не слышал! Доброе утро! — Его лицо расплылось в улыбке. — Я тут с утра пораньше встал, решил чертежи ещё раз изучить. Всю ночь думал о паровой машине, спать не мог!

Я усмехнулся:

— Я тоже. Видно, мы оба заболели этой идеей.

— Егор Андреевич, — Петька придвинул ко мне чертежи, — я вот тут думал… Вы говорили, что главная проблема — герметичность цилиндра и точная подгонка поршня. А что, если сделать поршень не из чистого металла, а как вы на пневмодвигателе делали — с кожаными уплотнениями? Вот смотрите…

Он быстро набросал эскиз на краю чертежа:

— Поршень делаем чуть меньше диаметра цилиндра, а по краю — кожаное кольцо. Кожа мягкая, будет прижиматься к стенкам, не даст пару выходить. И если поршень чуть неточно сделан — кожа компенсирует.

Я внимательно изучил набросок. Идея была разумной — именно так делались первые поршневые уплотнения в истории паровых машин.

— Петька, это правильная мысль! — похвалил я. — Действительно, кожа — хороший уплотнитель. Правда, она быстро изнашивается от трения и температуры, но для первых экспериментов подойдёт идеально.

Глаза Петьки загорелись:

— Значит, попробуем?

— Обязательно попробуем, — кивнул я. — Но прежде чем браться за полноценную машину, нужно сделать несколько простых экспериментов. Проверить, как работает пар, какое давление нужно, какие материалы выдерживают температуру.

— С чего начнём? — нетерпеливо спросил Петька.

Я задумался:

— Начнём с простого парового котла и клапанов. Нужно понять, как регулировать давление, как выпускать пар контролируемо. Для этого сделаем маленький экспериментальный котелок с предохранительным клапаном.

— А котелок из чего? — уточнил Петька.

— Из меди, — ответил я. — Медь хорошо проводит тепло, легко паяется, достаточно прочная. У нас есть медные листы?

— Есть немного, — кивнул Петька. — Фома от кузнеца прошлый раз привозил.

— Отлично. Тогда давай сегодня и займёмся. Сделаем котелок, простейший клапан, попробуем получить пар под давлением.

Мы принялись за работу. Петька достал медные листы — разного размера, некоторые уже гнутые, но в целом пригодные. Я набросал простой чертёж цилиндрического котелка — высотой с две ладони, диаметром в ладонь.

— Видишь, Петька, — объяснял я, пока он делал разметку на листе меди зубилом, — главное в паровом котле — герметичность и прочность. Все швы нужно пропаять тщательно, чтобы ни одна капля не просочилась. Есть же олово?

— Есть, Егор Андреевич, не много, но есть, — ответил Петька.

— А много и не надо. Так вот. Когда вода закипает и превращается в пар, давление внутри сильно возрастает. Если шов слабый — котёл разорвёт.

Петька кивнул, сосредоточенно работая:

— Понял. Буду паять как следует, в три слоя.

Процесс изготовления котелка оказался увлекательным. Петька сворачивал медный лист в цилиндр, я держал, он паял. Потом делали дно — круглую пластину, которую тоже припаивали по краю. Работа требовала аккуратности и терпения.

Где-то через час к нам заглянул Ричард. Англичанин с любопытством наблюдал за процессом:

— Доброе утро, джентльмены! Чем это вы тут занимаетесь?

— Паровой котёл делаем, — пояснил я, не отрываясь от работы. — Для экспериментов с паровой машиной.

— О! Паровой машин! — оживился Ричард. — Впечатляюще! А вы собираетесь сами её построить?

— Именно, — кивнул я. — Начинаем с малого, с экспериментов. Нужно понять принципы, отработать технологию.

Ричард подошёл ближе, рассматривая наши работы:

— А могу я помочь? У меня есть некоторый опыт с точными измерениями — в медицине без этого никуда. И инструменты есть подходящие.

Я переглянулся с Петькой:

— Конечно можешь! Лишние руки и знания не помешают. Особенно когда дело дойдёт до точной подгонки деталей.

Ричард просиял:

— Отлично! Тогда сейчас сбегаю за своими инструментами!

Он умчался, а мы с Петькой продолжили работу. К полудню котелок был готов — аккуратный медный цилиндр с припаянным дном и крышкой. В крышке мы проделали два отверстия — одно для заливки воды, второе для выхода пара.

— Теперь нужен клапан, — сказал я. — Простейший предохранительный клапан, который будет выпускать лишний пар, если давление станет слишком большим.

— А как его сделать? — спросил Петька.

Я набросал эскиз:

— Смотри, берём трубку, вставляем в отверстие для выхода пара. На трубку надеваем подвижную пробку с грузом. Когда давление пара станет достаточным, оно поднимет пробку, и пар начнёт выходить. Чем тяжелее груз — тем большее давление нужно для открытия клапана.

— Ух ты! — восхитился Петька. — Просто, но умно!

Мы быстро изготовили такой клапан из обрезков медной трубки и небольшого металлического грузика. Припаяли трубку к крышке котелка, установили подвижную пробку.

— Готово, — с удовлетворением сказал я. — Теперь можно испытывать.

В этот момент вернулся Ричард с кожаной сумкой, набитой инструментами:

— Вот, принёс всё, что может пригодиться и есть в двух экземплярах! — Он выложил на верстак целый арсенал: маленькие линейки с мельчайшими делениями, какие-то медицинские зажимы и пинцеты.

Я присвистнул:

— Впечатляющая коллекция!

— В хирургии точность критически важна, — пояснил Ричард. — Ошибка в миллиметр может стоить жизни пациенту. Поэтому у нас инструменты очень точные.

Петька взял один из инструментов, покрутил в руках:

— А как им пользоваться?

Ричард с готовностью принялся объяснять. Я наблюдал за ними с улыбкой — вот оно, передача знаний, взаимное обучение. Именно это и нужно было развивать.

— Так, — прервал я их урок измерительных инструментов, — давайте испытаем наш котелок. Петька, есть у тебя небольшая жаровня?

— Есть, — он достал металлическую чашу на ножках, куда обычно складывали угли для разогрева небольших деталей.

Мы установили котелок на жаровню, налили в него воды примерно наполовину, плотно закрыли крышку. Петька насыпал в жаровню углей из печи и раздул огонь повернув слегка вентилятор.

— Теперь ждём, — сказал я. — Вода должна закипеть, образуется пар, давление начнёт расти.

Мы втроём стояли вокруг, с напряжённым вниманием наблюдая за котелком. Минуты тянулись медленно. Наконец, из клапана показался первый тонкий росточек пара.

— Началось! — воскликнул Петька.

Струйка пара становилась всё гуще. Вода внутри явно кипела. Давление росло, и вдруг — пробка клапана приподнялась с тихим шипением, выпуская порцию пара.

— Работает! — обрадовался я. — Видите? Давление поднимает пробку, лишний пар выходит, давление падает, пробка опускается. Система саморегулируется!

— Это же гениально! — восхитился Ричард. — Такая простота и элегантность решения!

Мы наблюдали ещё минут десять, как клапан ритмично шипел, выпуская пар. Всё работало стабильно.

— Отлично, — подытожил я. — Первый эксперимент удался. Теперь нужно сделать следующий шаг — создать простейший паровой двигатель, который будет двигать поршень.

— Как быстро можем это сделать? — нетерпеливо спросил Петька.

— Если сосредоточимся — за неделю управимся, — прикинул я. — Нужен цилиндр, поршень с твоим кожаным уплотнением, система подачи пара и выпуска отработанного пара. Плюс кривошипно-шатунный механизм для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное. Этих мы с тобой уже много делали.

Ричард нахмурился:

— Звучит сложно.

— На словах — да, — согласился я. — Но по сути всё просто. Давайте я объясню принцип.

Я взял уголь и начал рисовать на верстаке схему:

— Смотрите. Вот цилиндр — полая трубка. Внутри — поршень, который может двигаться вверх-вниз. Сверху подаём пар под давлением — он толкает поршень вниз. Потом выпускаем этот пар, подаём снизу — поршень идёт вверх. И так циклически. А к поршню присоединён шток, который связан с шатуном, а шатун крутит колесо. Получается непрерывное вращение.

— Как у водяного колеса, — подал голос вошедший в кузницу Илья, — только наоборот. Там вода крутит колесо, а здесь поршень.

— Именно! — обрадовался я его пониманию. — Илья, отлично, что зашёл! Ты как раз нужен. У тебя есть опыт с механикой водяного колеса, понимаешь, как работают передачи и валы.

Илья польщённо улыбнулся:

— Ну так мы же все вместе делали — и на водяном колесе и на этой, как её… да, турбине! А что нужно сделать?

— Нам понадобится деревянное основание для паровой машины, — пояснил я. — Рама, на которой будет крепиться цилиндр, маховое колесо, кривошип. Плюс потом корпус, чтобы всё это защитить.

— Могу сделать, — кивнул Илья. — Только размеры скажите и чертежи дайте.

— Чертежи сделаю сегодня, — пообещал я. — А пока — присоединяйся к нам. Мы тут учимся работать с паром.

Илья с интересом подошёл к нашему экспериментальному котелку, который всё ещё шипел и выпускал пар:

— Надо же… А сильное давление в нём?

— Попробуй сам, — предложил я. — Аккуратно, не обожгись, попробуй надавить на пробку клапана.

Илья осторожно нажал пальцем на пробку — та даже не сдвинулась с места.

— Ого! — удивился он. — Крепко держит! А ведь грузик маленький!

— Вот именно, — кивнул я. — Сила давления пара огромная. Это и есть та энергия, которую мы будем использовать в паровой машине.

В дверях появился ещё один заинтересованный зритель — Митяй. Он робко заглянул внутрь:

— Егор Андреевич, это правда, что вы паровую машину делаете?

— Правда, Митяй, — улыбнулся я. — Заходи, присоединяйся. Чем больше людей поймут принцип, тем лучше.

Митяй вошёл, с благоговением глядя на наш нехитрый эксперимент:

— А можно мне тоже помогать?

— Можно и нужно, — заверил я. — У тебя опыт работы на токарном станке есть. Нам понадобится точить цилиндр и поршень — без токарной обработки не обойтись.

— Я постараюсь! — пообещал Митяй, и глаза его засветились энтузиазмом.

Вот так, за каких-то пару часов, вокруг проекта паровой машины собралась целая команда. Петька — главный исполнитель, кузнец и механик. Ричард — специалист по точным измерениям и медицинским (как ни странно это звучало) аспектам. Илья — мастер по дереву и механике. Митяй — токарь и стеклодув. И я — руководитель и теоретик.

— Так, мужики, — сказал я, когда все собрались, — давайте обсудим план работы. Мне нужно, чтобы каждый понимал не только что делать, но и зачем, и как это работает. Поэтому начнём с теории.

Я взял большой лист бумаги и начал рисовать схему:

— Паровая машина работает за счёт разницы давлений. Когда вода превращается в пар, её объём увеличивается примерно в тысячу семьсот раз. Представляете? То, что занимало одну кружку в виде воды, становится размером с бочку в виде пара!

— Ого, — присвистнул Митяй. — Не знал!

— Вот именно, — продолжил я. — И этот расширяющийся пар создаёт огромное давление. Если направить это давление в цилиндр с поршнем, оно будет толкать поршень с большой силой. Поршень двигается, приводит в движение механизмы — вот вам и двигатель.

— Это так же, как вы делали пневмодвигатель, — спросил Митяй?

— Да. Только там поршень толкал сжатый воздух, а тут будет пар.

Я нарисовал упрощённую схему:

— Есть два основных типа паровых машин. Первый — низкого давления, где пар толкает поршень в одну сторону, а обратно поршень возвращается за счёт противовеса или пружины. Второй — высокого давления, где пар подаётся попеременно с обеих сторон поршня, толкая его и туда, и обратно.

— Какой мы будем делать? — спросил Петька.

— Начнём с первого, более простого, — ответил я. — Машину низкого давления, одностороннего действия. Она проще в изготовлении, безопаснее. Когда освоим принцип, перейдём к более совершенной конструкции.

Ричард поднял руку:

— А какие материалы понадобятся? Медь, железо?

— И то, и другое, — кивнул я. — Котёл лучше медный — медь хорошо проводит тепло, быстро нагревается. Цилиндр можем сделать из железа, но обязательно расточить и отполировать изнутри, чтобы поверхность была гладкой. Поршень — тоже железо, с кожаным уплотнением, как предложил Петька. Трубы для пара — медные. Клапаны — в качестве модели, сделаем из меди. А так — конечно же из металла нужно. Рама и основание — дерево — Илья сделает.

Я начал составлять список:

— Итак, что нам нужно. Первое — большой котёл. Не такой малыш, как сейчас, а литров на десять-пятнадцать воды. Его сделает Петька из медных листов. Второе — цилиндр. Тут сложнее. Нужна железная труба подходящего диаметра, сантиметров восемь-десять. Митяй её заполирует изнутри на токарном станке, чтобы поверхность стала идеально гладкой.

Митяй кивнул.

— Третье — поршень. Железный диск, который плотно входит в цилиндр. По краю — кожаное кольцо для уплотнения. Петька, это твоя работа. Четвёртое — шток поршня, шатун, кривошип и маховое колесо. Тут нужна совместная работа — Петька делает металлические детали, Илья — деревянное колесо.

Илья покивал.

— Пятое — система клапанов для подачи и выпуска пара. Это самая хитрая часть. Клапаны должны открываться и закрываться в нужный момент, синхронно с движением поршня. Сделаем простую систему на рычагах.

— А кто будет клапанами управлять? — спросил Митяй.

— Поначалу — человек, вручную, — ответил я. — Потом, когда освоимся, сделаем автоматическую систему, где сама машина управляет своими клапанами через систему рычагов и кулачков.

— Хитро это как-то, — восхитился Ричард. — Прям само всё будет делать⁈

— Именно, — улыбнулся я. — Но до этого ещё дойти нужно. А пока — делаем простую версию, где всё понятно и наглядно.

Следующий час я объяснял принципы — что такое давление, температура, как связаны объём и давление газа, почему важна герметичность. Рисовал, приводил примеры. Мужики слушали внимательно, задавали вопросы.

Петька, как всегда, оказался сообразительным — быстро схватывал суть, задавал толковые вопросы. Илья подходил к проблеме с практической стороны, интересуясь, как крепить детали, какие нагрузки выдерживать. Ричард вникал в детали измерений и точности. Митяй больше молчал, но видно было, что он впитывает информацию как губка.

— Ну что, мужики, — подытожил я, когда солнце уже клонилось к закату, — план ясен. Завтра начинаем изготовление деталей.

Петька кивнул.

— Илья, ты начинай делать раму. Я сегодня вечером начерчу точные размеры, завтра утром дам. Ричард… — я задумался. — Ричард, твоя задача — приготовить разные материалы для уплотнений. Кожу разной толщины, войлок, если найдёшь. Будем экспериментировать, какой материал лучше работает.

— Хорошо, — согласился англичанин.

На этом, мы пошли в деревню и там разошлись по домам.

Вечером, когда Машка уже уснула, я засел за чертежи. Рисовал раму для паровой машины, просчитывал размеры, прикидывал нагрузки. Работа увлекла настолько, что я не заметил, как пролетело несколько часов.

Утром же, едва позавтракав, отправился в кузницу с готовыми чертежами. Мужики уже собрались там — видимо, тоже не могли дождаться начала работы.

— Ну что, герои, — поприветствовал я их, — готовы творить чудеса?

— Готовы! — хором ответили они.

Я раздал чертежи. Илья получил подробную схему рамы с размерами каждой детали. Петька — чертёж котла и поршня.

— Вопросы есть? — спросил я.

— Егор Андреевич, — Петька указал на чертёж котла, — а почему тут такая форма? Не проще сделать просто цилиндр?

— Можно и цилиндр, — согласился я, — но я нарисовал слегка сужающуюся кверху форму. Видишь, внизу шире, вверху уже. Это чтобы при кипении вода лучше циркулировала, не застаивалась. Плюс такая форма прочнее выдерживает внутреннее давление.

— Вот оно как, — задумался Петька и углубился в изучение чертежа.

Следующие дни превратились в непрерывную череду экспериментов, проб и ошибок.

Петька взялся за котёл с энтузиазмом. Он тщательно вырезал медные листы, гнул их, подгонял. Процесс пайки занял целый день — швы нужно было делать особенно прочными. Я постоянно напоминал:

— Петька, помни — этот котёл будет держать давление. Любой непропаянный участок — и всё, авария. Поэтому не спеши, делай качественно.

— Так и делаю, Егор Андреевич, — сосредоточенно отвечал он, склонившись над работой.

На третий день котёл был готов. Красивый медный сосуд, слегка сужающийся кверху, с двумя отверстиями — одно для воды, второе для выхода пара.

— Красота! — восхитился Илья, разглядывая работу Петьки.

— Теперь испытаем, — сказал я. — Нальём воды, нагреем, посмотрим, держит ли давление.

Мы налили котёл наполовину водой, установили предохранительный клапан, поставили на жаровню с углями. Все замерли в ожидании.

Вода закипела. Пар начал выходить через клапан. Давление росло. Клапан шипел, выпуская излишки. Всё работало!

— Держит! — воскликнул Петька. — Ни одной течи!

Мы наблюдали ещё полчаса — котёл работал стабильно, швы держались крепко.

— Отлично, Петька! — похвалил я. — Первая важная деталь готова!

За это время Митяй занялся шлифовкой сделанной Петькой трубы.

Её обработка на токарном станке оказалась задачей не из простых. Во-первых, нужно было закрепить её так, чтобы она не вибрировала. Во-вторых, камень, которым Митяй шлифовал быстро крошился. В-третьих, требовалась идеальная точность — поверхность должна была быть гладкой, как стекло, а диаметр — одинаковым по всей длине.

Я показал Митяю, как правильно шлифовать камнем, под каким углом, с какой скоростью подавать. Он учился быстро, но всё равно первые попытки были неудачными — то камень срывался, то поверхность получалась волнистой.

— Не получается, — расстроился Митяй после третьей неудачной попытки.

— Получится, — успокоил я. — Просто это требует практики. Давай ещё раз, медленнее. Не спеши, чувствуй материал.

К концу дня у Митяя наконец получилось. Внутренняя поверхность трубы стала гладкой, блестящей. Я провёл пальцем — идеально!

— Молодец, Митяй! — похвалил я. — Теперь у нас есть цилиндр!

Илья тем временем сколотил деревянную раму. Прочная конструкция из толстых брусьев, с вертикальными стойками для крепления цилиндра и горизонтальной перекладиной для махового колеса.

— Смотри, Егор Андреевич, — показывал он, — тут крепим цилиндр, тут будет колесо крутиться, тут котёл поставим.

— Отличная работа, Илья, — одобрил я. — Всё как я и представлял.

На шестой день мы начали собирать первый прототип. Установили цилиндр на раму вертикально, закрепили хомутами. Петька сделал поршень — железный диск диаметром чуть меньше внутреннего диаметра цилиндра, с прорезью по краю для кожаного уплотнения.

Ричард принёс целую коллекцию материалов для уплотнений:

— Вот, смотрите! Кожа разной выделки — мягкая, средняя, жёсткая. Войлок. Деревянная крошка, смешанная с салом.

Мы начали экспериментировать. Первой попробовали мягкую кожу. Вставили кожаное кольцо в прорезь поршня, вставили поршень в цилиндр. Поршень ходил, но с трудом — кожа слишком мягкая, сминалась.

— Не подходит, — констатировал я. — Нужна кожа пожёстче.

Попробовали среднюю кожу. Получилось лучше — поршень ходил свободнее, но всё равно заедал.

— А если смазать? — предложил Петька. — Салом, например?

— Давай попробуем! — согласился я.

Смазали кожу и внутреннюю поверхность цилиндра салом. Поршень стал ходить как по маслу! Буквально.

— Вот теперь то, что нужно! — обрадовался я. — Видите, как легко скользит?

Теперь нужно было подключить пар. Петька припаял к верхней части цилиндра медную трубку, которая вела от котла. В нижней части цилиндра проделали отверстие для выхода отработанного пара.

— Система готова, — объявил я. — Пора испытывать!

Мы налили воды в котёл, развели под ним огонь. Все столпились вокруг, затаив дыхание. Вода закипела, пар пошёл по трубке к цилиндру…

И ничего не произошло.