Рудоподъёмная машина Фролова на шахте Змеиногорского рудника, 1785 год

Машины вычерпывали и поднимали жидкость с глубины в шестьдесят три (!!!) метра. Общая длина подземных каналов составляла почти два с половиной километра. Козьма Фролов построил здесь самые мощные в мире водяные колеса, по высоте они превышали бы современный пятиэтажный дом.

Вода приводила в действие колёса, рычаги, шестерёнки, поршни насосов – всё скрипело, ползло, стучало, работало – само! Нельзя сказать, что участие человека было больше не нужно. Но человек скорее следил за механизмами, чтобы прийти к ним на помощь, если что-то пойдёт не так. Он уже не тащил всю тяжесть горы на своих плечах.

Змеиногорская гидросиловая установка Фролова круглый год приводила в действие лесопильную мельницу, устройства для подъёма руды на поверхность, вагонетки для перевозки руды, воздушные насосы плавильных печей, из которых выходило чистое серебро.

Хотите знать, как вода помогала работать плавильным печам? Очень просто: водяные колёса с помощью валов и железных рычагов приводили в движение смазанные поршни двух огромных цилиндрических насосов, которые сначала «втягивали» в себя воздух, а потом «выдыхали» его в трубы плавильных печей. От такого «дыхания» угли раскалялись и давали больше жара.

Козьма Фролов строил в Змеиногорске также машины для промывки руды. Он спроектировал, построил и пустил в ход водяные «толчейные» мельницы, измельчавшие руду. Он построил в Барнауле водяные колеса для кузнечного молота.

Нельзя не удивляться инженерному искусству и математической точности Фролова, сумевшего так рассчитать все части колеса, что оно не разваливалось на куски от собственной тяжести и от сил инерции во время работы. Поражали современников и все остальные части сооружения: насосы и приводы к ним, плотины и пруды.

Об этих сооружениях Фролова писал видевший их современник:

«Кто посещал Змеиногорский рудник, тот, конечно, с удовольствием осматривал производимые на оном работы, превышающие, кажется, силы человечества, и механические устройства, облегчающие труды рудокопателей при извлечении сокровищ из недр земных».

Изобретения его могли бы прославить любого европейского инженера. Но в России XVIII века русскому изобретателю было очень трудно пробиться: всем заправляли иностранцы. Даже на Алтае Змеиногорским рудником командовал немец по фамилии Лейбе. Этот господин не только не поддерживал своего гениального подчинённого, но постоянно высмеивал его, вставлял ему палки в колёса и даже пытался наказывать. Как-то речь зашла об очередном изобретении Фролова, на этот раз он придумал что-то вроде автоматической системы пожаротушения, и она требовала некоторого вложения денег. Вместо помощи немец обвинил Фролова в том, что он не отмечает в журнале начало и конец своей работы, разрешает своим ученикам уходить домой до конца смены. А Фролов просто не обращал внимания на такие мелочи. Но Лейбе был строг: он сделал в присутствии всех горных инженеров рудника «крепкий выговор» Козьме Фролову, денег не дал и запретил ему эксперименты с водяными колёсами.

Только после смерти Лейбе карьера Фролова пошла в гору. Он был назначен управляющим Змеиногорского рудника. В последние годы жизни ему помогали его сыновья Павел и Пётр, получившие инженерное образование в Санкт-Петербурге.

1765 год, город Барнаул

В декабре на Алтае лютуют морозы. Ветра дуют сильные и студёные, только успевай шевелить валенками, чтобы добежать от одного дома к другому. Однажды, это было в предновогодний день декабря 1765 года, мужчина в овчинном тулупе быстро шёл по улицам Барнаула в направлении высокого фабричного здания. Вошёл внутрь – и сразу мучительно закашлялся. Мороз не оставил даже следов румянца на его бледном и худом лице. Было видно, что мужчина тяжело болен. Но глаза его тем не менее горели радостью и нетерпением.

– Братцы! – слабым голосом закричал он и закашлялся вновь.

На зов отозвались трое рабочих в фартуках. Они все разом подошли к нему и помогли стащить тяжёлый тулуп:

– Что прикажете, ваше благородие?

– Сей день – главный день моей жизни! – торжественно произнёс мужчина. – И отныне я вам никакое больше не благородие, а просто Иван Иваныч. Так и зовите меня.

– Слушаемся, вашбродь… Иван Иваныч!

– Начальство наконец-то дало добро на проверку нашей с вами пароатмосферной машины. Сейчас мы её запустим. Ну, с Богом, ребята! Давай, Семён, открывай вентиль и запускай воду в котёл!

Семён заполнил жидкостью из трубы огромный шарообразный котёл, запаянный со всех сторон и вкопанный до середины прямо в земляной пол.

– Видите, автоматический регулятор в виде поплавка не позволяет воде наливаться выше красной линии. Излишки воды сразу сливаются. Ну-ка, Егор, поддай-ка пару!

Егор подбросил углей в печку возле котла и разжёг огонь. Вода через какое-то время закипела-забулькала.

– Теперь глядите! – взволнованно объяснял Иван Иваныч. – Из котла сверху исходят две изогнутые трубки в форме полумесяца. Одна идёт налево, к левому цилиндру, вторая направо – к правому. Внутри каждого цилиндра заключён поршень. Автоматический регулятор не даёт пару идти к правому поршню, а направляет его к левому. Потом наоборот. Получается возвратно-поступательное движение: когда в одном цилиндре поршень идёт вверх, то в другом – вниз. От этого движения непрерывно вращается колесо, вон там, наверху. Сначала крутится в одну сторону, потом сразу в другую. От этого колеса через систему рычагов надуваются и сдуваются мехи внизу – а от них много-много воздуха непрерывно поступает в плавильные печи. Серебро, медь и другой металл можно теперь выплавлять в больших количествах, денно и нощно…

Иван Иваныч опять закашлялся. Такая длинная речь далась ему с трудом.

– Вашбродь… Иван Иваныч, может надо чего? Может, водички принести? – участливо спросил Семён.

– Нет, голубчик, не надо мне ничего. Я совершенно счастлив. Машинка работает! Теперь осталось только разобрать её, перевезти на рудник и там собрать заново…

Модель паровой машины Ползунова

Всё именно так и получилось. В мае 1766 года на руднике полностью собранную машину запустили в работу. Она была великолепна, исправно доставляла воздух в три печи плавильного завода, хотя могла бы и в десять. За первые же три месяца работы эти печи выплавили серебра на восемнадцать тысяч рублей, в то время как все расходы составили лишь семь тысяч двести рублей. Посчитайте-ка сами теперь чистую прибыль! Загруженная лишь на одну треть своей мощности, машина Ползунова окупила себя фантастически быстро.

Но, к сожалению, сам инженер этого уже не увидел. Он не дожил до своего триумфа всего неделю: умер от чахотки, измученный тяжелейшим трудом в рудниках. Ему шёл всего лишь тридцать девятый год.

Кто же был такой Иван Ползунов? Почему его знают в России как изобретателя парового двигателя, но совершенно не знают в Европе?

Он родился в 1728 году в Екатеринбурге. Его отец – солдат горной роты, охранявшей заводы, до службы простой сибирский крестьянин. Ему удалось каким-то чудом устроить сына в Екатеринбургскую арифметическую школу, выпускавшую заводских мастеров. Принимались туда обычно только дворянские дети.

Со второго года обучения школьники по вечерам работали в качестве «механических учеников» на заводе. При этом ученики должны были на практике применять свои знания и «уметь рассуждать». Рассуждать-то Иван Ползунов как раз любил. Да и разве бывает инженерное дело без рассуждения?

В четырнадцать лет Иван Ползунов начал службу на заводах. Он выполнял там разные тяжёлые работы: измерял длину шахт в руднике, заведовал пристанью, доставлял караваны с рудой по реке. Он осенью мокнул под дождями, зимой обмораживал руки и ноги, летом тонул в реке, спасая плоты с медью и серебром.