еще увеличился. По его оценкам суммарная мощность водяных мельниц сократилась
с 8917 л. с. в 1838 году до 7 518 л. с. в 1850 году, а мощность паровых
двигателей за тот же период возросла с 39 579 л. с. до 61 586 л. с. [A. J.
Taylor, "Concentration and Specialisation in the Lancashire Cotton Industry,
1825--1850", Economic History Review 1, 2:115].
Паровой двигатель
Паровой двигатель Ньюкомена начали использовать в Англии с 1725 года для
откачки воды из шахт и для некоторых других целей. Главной деталью его был
поршень, двигавшийся в большом вертикальном цилиндре. Давление пара,
подаваемого в цилиндр из котла, поднимало поршень. Впрыскивание холодной воды
осаждало пар и создавало в цилиндре вакуум. Атмосферное давление опускало
поршень вниз, и двигатель был готов к новому впрыскиванию пара.
Хотя первым появился атмосферный двигатель, принято считать изобретателем
парового двигателя Джеймса Уатта. В самом деле, он сумел -- через пятьдесят
лет после внедрения в эксплуатацию двигателя Ньюкомена -- так изменить
конструкцию, что потребление угля сократилось на две трети. Эффективность
повысилась за счет использования отдельного цилиндра для конденсации пара.
Воздушный насос отсасывал воздух из этого цилиндра, названного конденсором, и
вакуум отсасывал пар из главного цилиндра в той точке цикла, когда в двигателе
Ньюкомена туда подавалась вода для охлаждения пара. Благодаря этому в
двигателе Уатта главный цилиндр оставался постоянно горячим и подаваемый туда
пар в гораздо меньшей степени расходовался на повторный разогрев цилиндра.
Уатт ввел ряд других изменений и усовершенствований в паровой двигатель, в том
числе: использование давления пара для подачи поршня в обоих направлениях
(двухтактный двигатель); быстрое впрыскивание пара в главный цилиндр, что
позволяло толкать поршень силой расширения пара; центробежный регулятор для
управления впрыскиванием пара при разных нагрузках; создание механизма для
преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное
движение маховика -- как раз то, что было нужно для вращения станков. К 1790
году он усовершенствовал конструкцию и создал широко применимый и полезный
двигатель.
Уатт не верил в возможность использования пара высокого давления, поскольку
опасался взрывов. К счастью для будущей судьбы паровых двигателей нашлись
другие, которые не согласились с ним и смогли проверить свои идеи на опыте. В
начале века его последователи создали паровой двигатель высокого давления и,
что логически вытекало из данного изобретения -- сложную конструкцию
двигателя, в котором расширение пара происходило в два этапа: сначала в
небольшом цилиндре высокого давления, а затем в большом цилиндре низкого
давления. Они же к 1815 году разрешили не простые проблемы создания топок,
котлов, двигателей и передаточных механизмов, пригодных для установки на
локомотивах и судах. [Краткий обзор развития паровых двигателей см.: Н. W.
Dickinson, "The Steam Engine to 1830", A History of Technology, vol. 4, pp.
168-198. См. его же: A Short History of the Steam Engine (Cambridge: Cambridge
University Press, 1939).]
Паровой двигатель не только способствовал перемещению производства из жилищ
ремесленников на фабрики, но изменил и места размещения фабрик. Паровой
двигатель нельзя было установить в деревенском доме или в городской
мастерской. Для него требовались специальные помещения, лучше всего неподалеку
от источников угля. Он был достаточно мощным, чтобы приводить в движение
несколько текстильных станков, и соответствующие станки приходилось размещать
вокруг двигателя. Никакая домашняя мастерская не имела средств для установки
паровой машины и приводимых ею в движение станков. [Позднее, в XIX веке, с
появлением меньших по размеру и более мобильных паровых двигателей паровая
энергия стала более пригодна для использования в городах и в домашнем
хозяйстве. Мобильные паровики использовались в сельском хозяйстве для
приведения в движение разных машин, а в надземке Нью-Йорка поезда приводились
в движение паровозами. Прогулочные пароходы обслуживали тех, кто не мог купить
собственную яхту с паровым двигателем, а в начале XX века были сомнения о
будущем автомобиля -- делать его с паровым или бензиновым двигателем.] Это, в
свою очередь, изменило размеры станков, приводимых в движение паровыми
двигателями: от них больше не требовалось быть настолько компактными, чтобы
помещаться в жилом доме. Стало возможным конструировать станки, сложность и
размеры которых диктовались только эффективностью.
Изменилось и местоположение фабрик. До появления паровых двигателей станки,
требующие мощного привода, можно было размещать только вблизи воды, рядом с
водяным колесом. Паровой двигатель сделал возможным размещение фабрик там, где
были уголь, рабочие руки, рынки сбыта и транспорт.
Железо и сталь
В XVIII веке горны и печи, как и все другие производственные мощности, были
невелики по размерам. Не было и намека на тяжелую промышленность начала XX
века. ["...плавка железа в те времена происходила примерно так же как и
сегодня -- с поддувом воздуха и механическими молотами, но все как бы в
миниатюре. В современную доменную печь "можно загрузить за сутки примерно три
железнодорожных состава руды и кокса", а самые совершенные печи XVIII века
работали не непрерывно, а отдельными циклами. В комплекте с кузницей и двумя
горнами они могли выдать в год только 100 -- 150 т. стали в год, тогда как
сегодняшние печи -- тысячи тонн." (Fernand Braudel, The Structure of Everyday
Life, New York: Harper & Row, 1981, p. 373)]
Производительность плавильной печи в XVIII веке была небольшой, главным
образом потому, что печи эксплуатировались только тридцать недель в году. Их
закрывали на лето из-за недостаточного напора воды, чтобы избежать летней
влажности, сказывавшейся на качестве металла, а также для ремонта
воздуходувных насосов и печей [Charles К. Hyde, Technological Change and the
British Iron Industry, 1700--1870 (Princeton: Princeton University Press,
1977), p. 10]. Небольшой была их производительность и потому, что не было
глубокого понимания химических процессов, происходящих при плавке с поддувом,
а в результате плавка металлов была скорее искусством, чем наукой:
Печь -- ветреная госпожа: ее надо ублажать и на ее расположение не стоит
рассчитывать. Она способна давать 12 тонн в неделю, а иногда только 9 или даже
8; искусство плавильщика в том, чтобы ублажать ее нрав, но никогда не
добиваться благосклонности силой. [Там же, с. 9. Письмо от 30 июля 1754 года,
отправленное Джоном Фулером принцу Сан-Сорино, цитируется по: Н. R. Schubert,
History of the British Iron and Steel Industry, c. 450 В. С. to A. D. 1775
(London: Routledge & Kegan Paul, 1957), pp. 237--238.]
В XVIII веке производительность печей с поддувом существенно выросла.
Производя по 12 тонн в неделю тридцать недель в году, можно было получить за
год не больше 360 тонн; но, согласно оценкам Хайда, стаффордширские печи
давали в среднем около 1600 тонн в год [Hyde, Technological Change, p. 30].
Выработка железа ограничивалась гоступностью больших количеств древесного
угля, который можно было заготовлять в больших лесах. Леса должны были
располагаться неподалеку, поскольку дальние перевозки дерева были чрезмерно
дороги, а качество древесного угля при перевозке снижалось. [Braudel,
Structure of Everyday Life, pp. 362--367. В Англии ограничили вырубку лесов
для выплавки чугуна уже в царствование Елизаветы, в 1558 году.] Размер печей
был ограничен также мощностью привода для воздуходувных насосов -- и этого
ограничения было не обойти до появления двигателя Уатта. На деле один из двух
первых двигателей Уатта был построен для приведения в движение воздуходувки в
печи, принадлежавшей Джону Вилкинсону, мастеру железных изделий из
Стаффордшира. [Первоначально потребность в более сильном поддуве воздуха была
вызвана переходом от древесного угля к коксу. См.: Н. R. Schubert, "Extraction
and Production of Metals: Iron and Steel", chap. 4, part 1, Oxford History of
Technology, vol. 4.] Результатом было то, что целое поколение печей с поддувом
(в том числе и печь Вилкинсона) были неэкономичны, вследствие их малых
размеров.
В XIX веке размеры и сложность печей увеличивались из-за стремления к более
экономному использованию топлива. Поскольку большие печи рассеивают меньше
тепла, чем малые, они более экономичны. Что касается сложности, то
предварительный подогрев продуваемого воздуха потребовал разработки
соответствующих устройств. Дополнительным источником экономии стали
улавливание и утилизация отходящих газов. Дальнейшая экономия топлива была
получена за счет соединения плавки с поддувом воздуха, в результате которой
получается чугун, с последующими операциями, необходимыми для выработки стали,
что позволило исключить затраты на повторный нагрев извлеченного из печи
чугуна. Соединение этих процессов имело целью дальнейшее сокращение расходов
на топливо.
Возросшее производство чугуна и стали потребовало увеличения производства угля
и железной руды, а также расширения транспортной сети как для подачи сырья,
так и для вывоза готовой продукции. Даже на территории плавильных предприятий
понадобились транспортные сети такой мощности и сложности, каких не знал XVIII
век.
Паровой двигатель был ключом к увеличению производства чугуна и стали и к
снижению издержек на их производство, поскольку его мощь участвовала в добыче
сырья, в доставке его водой и сушей, в работе самих печей. Новые печи до
известной степени создали спрос на свою продукцию: из стали и чугуна строили
паровые двигатели, железные дороги, а со второй половины XIX века и суда.
Вплоть до второй половины XIX века процесс выплавки стали, требовавший
добавления к чугуну небольших, тщательно дозируемых количеств углерода, был
медленным и дорогим, и производство было невелико. Сэр Генри Бессемер,
объявивший о своих планах в 1856 году, после нескольких лет экспериментов,
улучшений и демонстраций запустил свой так называемый конвертер -- огнедышащее
устройство, которое выпускало не только самую дешевую сталь, но и являло собой
самый захватывающий фейерверк промышленной революции.
Результатом открытия Бессемера стала эпоха стали: конец XIX--начало XX века. В
начале промышленной революции машины изготовлялись в основном из дерева, с
некоторыми чугунными деталями и с очень небольшими упрочняющими стальными
конструкциями. Вытеснение дерева чугуном и сталью привело к увеличению срока
службы, к повышению скорости, точности и сложности механизмов. Стали
возможными большие суда, мосты, армированные сталью небоскребы, большие
паровые двигатели и множество всего остального, что оказывается более
экономичным при увеличении размеров. Сталь и чугун были принципиально важны
для революции в железнодорожном транспорте, поскольку именно из них
изготовляли локомотивы, колеса и рельсы. Двигатель внутреннего сгорания,
который позднее нашел применение в автомобилях, самолетах, в дизельных
локомотивах и судах, едва ли стал бы возможен без изобилия чугуна и стали.
Двигатели внутреннего сгорания нуждались в чугуне и стали потому, что они, в
сущности, представляют собой воздушные насосы, и их эффективность
непосредственно зависит от точности изготовления поршней и клапанов, а срок их
службы определяется способностью поршней и клапанов сохранять размер и форму
при длительной эксплуатации в условиях высоких -- для того времени --
температур и давления. Это была эпоха стали и в политике, поскольку военная
сила национальных государств попала в зависимость от наличия развитой
сталелитейной промышленности, которая могла бы поддерживать соперничество
пушек и брони, начавшееся в 1850-х годах. Военная мощь зависела также от
наличия винтовок с затвором (которые были приняты на вооружение Пруссией перед
франко-прусской войной 1870 года, а затем и всеми остальными) и пушек,
заряжающихся через казенную часть. Изготовление такого оружия требовало
