VIVOS VOCO: Т.С. Рейнолдс, "Средневековые корни промышленной революции"

Зарождение современной промышленности часто относят к концу XVIII - началу XIX в., когда на смену ручному труду пришли паровые машины - сначала в текстильной, а затем и в других отраслях. Этот скачкообразный переход к машинному производству обычно называют промышленной революцией.

Исторические факты свидетельствуют, однако, что задолго до XVIII столетия ручной труд начали заменять механизмы, приводимые в действие силами природы, например, водяные колеса; в некоторых странах Европы эти механизмы получили широкое распространение. Иными словами, зарождение промышленности в Европе следует рассматривать как эволюционный процесс, начавшийся по меньшей мере в VIII или IX в., когда европейцы стали активно использовать энергию воды в различных производствах.

Хотя воду можно использовать как источник энергии с помощью различных приспособлений, наиболее распространенным является устройство, представляющее собой колесо с лопастями или черпаками. Такое колесо можно устанавливать либо горизонтально, либо вертикально. До появления в 1830 г. водяной турбины горизонтально расположенные водяные колеса были проще, чем колеса с вертикальной установкой. В первых водяных мельницах небольшое горизонтальное колесо с лопастями укреплялось на нижнем конце вертикального вала. Верхний конец вала соединялся непосредственно с жерновом, без каких-либо шестерен. Постройка такого типа мельниц обходилась недорого, но, как правило, они были маломощными (менее 1 л.с.), а их коэффициент полезного действия составлял всего 5-15%. Мельницы с горизонтальными колесами к тому же трудно было приспособить для каких-либо иных целей, кроме как для помола зерна. В силу этих причин их роль в развитии в Европе средств, основанных на использовании энергии воды, была невелика.

Гораздо большее влияние на развитие этих средств оказали водяные механизмы с вертикальными колесами. Наибольшее распространение получили два типа таких колес: подливные и черпаковые (верхнебойные). Первые из них были проще. Они имели на ободе плоские закругленные лопасти и приводились в движение потоком воды. Подливные колеса могли работать почти в любых относительно обильных потоках с умеренной скоростью воды, но наиболее эффективны они были в узких протоках. Вертикальные колеса были в 3-5 раз мощнее горизонтальных, а их к.п.д. составлял 20-30%.

При использовании верхнебойных колес вода падала сверху в черпаки, приделанные к ободу колеса. В этом случае колесо приводилось в движение не столько за счет удара воды, сколько под действием силы тяжести. Внизу вода выливалась из черпаков, они поднимались вверх, вновь наполнялись водой, и процесс повторялся. Строительство верхнебойных колес обходилось дороже, чем подливных или горизонтального типа, поскольку для них нужно было сооружать запруды и поднимать уровень русла водного канала, и, кроме того, они не могли работать при подаче большого количества воды. На мелководье при высоте падения воды от 3 до 12 м вертикальные колеса имели коэффициент полезного действия 50-70%, а их мощность в зависимости от условий работы была от 2 до 40 л.с. (В среднем мощность составляла 5-7 л.с.)

Хотя в древности изобретали как подливные, так и верхнебойные колеса, ни те, ни другие не получили широкого распространения. Например, еще в I в. до н.э. римский изобретатель Витрувице дал описание подливного колеса в книге "De architectura" в том месте, где речь шла о редко используемых технических устройствах. В древних документах подобных упоминаний об использовании энергии воды можно найти не более десятка.

Социальные и экономические условия, сложившиеся в Европе в средние века, вызвали потребность в поиске источников энергии и создании механизмов, способных заменить ручной труд. Один из факторов, оказавших существенное влияние на развитие техники в Западной Европе, связан с появлением монастырей, жизнь в которых регламентировалась уставом Бенедикта Нурсийского. Правила этого устава, изложенные в начале VI в., предписывали монахам в строго определенное время заниматься физическим трудом и духовными делами - размышлением, чтением книг и молитв. В них также говорилось, что монастыри должны иметь самостоятельное хозяйство и быть изолированными от мирской жизни.

Эти правила и побудили монахов к сооружению водяных установок, потому что только при условии механизации трудоемких ручных работ, таких, как помол зерна, монастыри могли обрести самостоятельное существование, а их обитатели иметь время для чтения книг и молитв. Пожалуй, наиболее активным в строительстве таких установок был цистерцианский монашеский орден, имевший к началу XIV в. более 500 монастырей. По существу, все они имели водяные мельницы, а многие даже по пять и больше.

Распространению водяных механизмов на Западе способствовал и другой социальный класс - феодальная знать, видевшая в этом энергетическом источнике средство увеличения своих доходов от эксплуатации крестьян. В ряде областей Европы сеньоры заставляли крепостных привозить свое зерно для обмолота только на их мельницы. Эта монополия, первоначально ограничивающаяся только помолом зерна, иногда распространялась и на другие виды работ (например таких, как валка сукна), выполняемых с помощью водяных механизмов. Таким образом, в Западной Европе две социальные группы - духовенство и феодалы - были заинтересованы в развитии техники, основанной на использовании энергии воды. Позже к ним присоединились и торговцы, также видевшие в водяных мельницах источник наживы.

Теперь рассмотрим экономические факторы, которые в средние века способствовали расширению сферы применения энергии воды. Избыток рабочей силы, характерный для Римской империи в период ее наивысшего расцвета и, возможно, послуживший причиной отказа от использования энергии воды, в Европе к VII столетию уже не наблюдался. Последовавшая вслед за этим нехватка рабочей силы заставляла прибегать к механизмам, заменяющим труд человека. Этому, по-видимому, содействовало и географическое положение Европы. Центр средневековой европейской цивилизации располагался в бассейнах рек, впадающих в Бискайский залив, Ла-Манш и Северное море. В этом районе были сотни небольших и средних рек с довольно постоянным уровнем воды, что создавало благоприятные условия для использования водяных колес. В то же время центр античной цивилизации находился в средиземноморском бассейне, где уровень воды в реках из-за сухого климата был неустойчив и подвержен сезонным колебаниям.

В результате указанных социальных, экономических и географических факторов масштабы использования энергии воды на Европейском континенте постоянно увеличивались, особенно начиная с IX в. К концу XV столетия водяные колеса применялись в Европе уже повсеместно. В отдельных местах концентрация установок, приводимых в действие водой, была сопоставима с техническим оснащением фабрик в период промышленной революции XVIII - XIX вв. Рассмотрим три показателя, характеризующих развитие в средние века техники, основанной на использовании водяных колес: количественный рост водяных установок, расширение их применения и степень их концентрации.

Наиболее точные сведения о количестве водяных мельниц в Англии в конце XI в. содержатся в проведенной по приказу Вильгельма I Завоевателя земельной переписи. На английских землях, завоеванных нормандскими феодалами, тогда насчитывалось 5624 водяные мельницы в более чем 3 тыс. поселениях - в среднем по одной мельнице на 50 хозяйств. В некоторых районах мельницы размещались недалеко друг от друга - на протяжении 16 км вдоль одной реки их можно было насчитать до 30. В упомянутом документе, к сожалению, не указано, были ли эти мельницы с горизонтальными, подливными или верхнебойными колесами, и какие виды работ они выполняли. Вероятно, большинство из них предназначалось для помола зерна - весьма трудоемкой работы, ежедневно занимавшей 2-3 часа, если ее делать вручную.

Что же касается других европейских стран, то относительно рассматриваемого периода мы не имеем достаточно полных данных. Вероятно, некоторые страны по уровню технического развития опережали Англию. Однако сведения, относящиеся к более позднему периоду, говорят о том, что замена ручного труда, должно быть, происходила столь же быстро, как и в Англии. Например, в 1694 г. французский военный инженер маркиз де Вобан отмечал, что во Франции имеется 80 тыс. мукомольных мельниц, 15 тыс. мельниц, используемых в промышленных целях, и 500 мельниц для измельчения железной руды. В общей сложности Франция располагала более чем 95 тыс. мельниц, хотя часть из них, особенно мукомольные, приводились в движение не водой, а ветром.

Использование водяных колес - предшественников паровых машин - было характерно и для непередовых в промышленном отношении стран Европы, таких, как Россия и Польша. В письменном документе 1666 г. с описанием притоков средней части Днепра (от р. Сулы до р. Ворсклы) перечислены 50 плотин и 300 водяных колес. Только на одной реке Удай было 72 водяные мельницы. К концу XVIII в. на польской территории, оккупированной Австрией, находилось более 5 тыс. водяных мельниц.

Увеличение числа водяных мельниц сопровождалось их географическим распространением. К началу XIII в. водяные колеса встречались в Европе повсеместно - от Черного моря до Балтийского, от Британии до Балкан и от Испании до Швеции.

В древности инженеры использовали вращательное движение водяного колеса только в двух целях - для помола зерна и в качестве черпаковых подъемников воды (норий). В последних какие-либо передаточные механизмы не применялись. В мукомольных же мельницах использовалась ортогональная передача. Шестерни, установленные на одном конце оси колеса, изменяли скорость вращения и позволяли передать вращательное движение из вертикальной плоскости в горизонтальную и тем самым сообщать вращение жерновам. Дальше этого инженерная мысль в ту эпоху не продвинулась, хотя в одной из поэм римского поэта Аусониуса, жившего в IV в., и говорится о пиле, работающей, по-видимому, от водяного колеса.

Средневековые водяные колеса вращались либо в горизонтальной плоскости на вертикальной оси (а), либо в вертикальной плоскости на горизонтальной оси (b, с). Горизонтально вращающиеся колеса, предшественники гидравлических турбин, назывались скандинавскими мельницами; к.п.д. таких колес был невысоким и они, не получив широкого распространения, применялись только для помола зерна. Самые ранние вертикальные колеса (b) были подливного типа, они приводились в движение потоком воды снизу. Достоинство подливных колес - простота изготовления и установки. Верхнебойные вертикальные колеса (с) обычно требуют большого напора, для создания которого иногда приходилось сооружать плотины.

Появившиеся в IX в. мельничные мастера усовершенствовали технические достижения античности. Например, они приспособили вертикальные водяные колеса для выполнения различных работ, где вращательное движение совершалось в плоскости самого колеса. Примером могут служить станки для заточки и шлифовки металлических режущих изделий. Самые ранние упоминания о таких станках относятся к началу XIII столетия. В них использовались зубчатые передачи, но шестерни предназначались не для изменения на 90° плоскости вращения, а для повышения скорости вращения и в некоторых случаях для поворота вращения точильных камней, укрепленных на валах, перпендикулярных оси водяного колеса.

Другим примером нового применения энергии воды, когда вращательное движение обрабатывающего инструмента происходит в той же плоскости, что и вертикального водяного колеса, являются токарные станки (самые ранние свидетельства об использовании энергии воды в этих целях относятся к XIV в.), сверлильные станки (XV в.), роликовые станки для получения металлических листов и ротационные резаки для их разрезания (XV в.), вентиляторы для шахт, шахтные подъемники и насосы для шахт с цепным приводом (XVI в).

Мельница для дробления золотоносной руды, приводимая в движение одним водяным колесом (вверху слева). Рисунок взят из книги Георгиуса Агриколы "De re metallica", изданной в 1556 г. Переработка золотоносной руды осуществлялась в несколько этапов. Сначала руда дробилась молотом (С), поднимаемым кулачковым механизмом. Затем дробленая руда измельчалась в порошок двумя жерновами (справа от водяного колеса). Два запасных верхних куполообразных жернова (D, Е) лежат по сторонам от нижнего запасного жернова; один из верхних жерновов перевернут, чтобы было видно отверстие, через которое подается дробленая руда. Через выводное отверстие (Н) в нижнем жернове измельченная руда высыпается в первый из трех осадочных чанов (О) с водой. Суспензия измельченной руды перемешивалась в чанах лопатками, которые приводились в движение с помощью выступов (X) на валу колеса.

Преобразование вращательного движения в поступательное можно осуществить с помощью кулачка, устанавливаемого на валу колеса. Вращающийся кулачок зацепляет выступ на стержне. Во время зацепления кулачок поднимает стержень и молот, которые затем падают, производя удар.

Кулачковый механизм применялся в рудодробильных мельницах, изображение которых приведено в книге XVI в. "De re metallica". Кулачки на валу колеса зацепляли, а затем отпускали выступы на штанге каждого рудодробильного молота.

Наряду с этим в средние века получила дальнейшее развитие идея использования водяного колеса с зубчатым сцеплением для передачи вращения из вертикальной плоскости в горизонтальную. Уже в начале IX в. во Франции традиционные водяные мукомольные мельницы были усовершенствованы и вращающиеся жернова использовались не для помола пшеницы (единственно, для чего римляне применяли комбинацию зубчатой передачи и водяного колеса), а для измельчения солодкового корня в процессе приготовления пивного сусла. Несколько позже зубчатую передачу стали применять и в других механизмах, например для измельчения металлических руд.

К XI в. зубчатые сцепления, передающие вращательное движение из вертикальной плоскости в горизонтальную, были усовершенствованы и использовались для сообщения движения бегунам - жерновым камням цилиндрической формы, катящимся по кругу. Такие цилиндрические бегуны скорее предназначались для раздавливания, а не для дробления. Водяные мельницы с цилиндрическими жерновами в начале XI в., по-видимому, служили для выдавливания масла из оливок, в конце же XI в. их стали использовать и в других целях. В начале XII в. применение водяных мельниц еще более расширяется - их приспосабливают, например, для толчения дубовой коры с целью последующего получения дубильного вещества - таннина. В том же веке в Сицилии с помощью бегунов, приводимых в движение водяным колесом, измельчали сахарный тростник. Позже такие мельницы стали применять для измельчения семян горчицы и перца (самые ранние упоминания об этом относятся к XIII в.), а также красящих веществ (XIV в.).

Вращательное движение преобразовывали в поступательное и с помощью кривошипного механизма.
Он представляет собой подвижное соединение собственно кривошипа, шатуна и ходового вала.

Спаренные кривошипы, приводимые в действие верхнебойным колесом через зубчатую передачу, преобразуют вращательное движение в поступательное, как показано на этом древнем рисунке, заимствованном из книги "De re metallica". Прямолинейное движение передается поршням двух пар шахтных насосов. Нижние насосы в каждой паре поднимают воду из ствола шахты в лоток, из которого верхние насосы перекачивают воду в желоб, расположенный выше.

Хотя вращательное движение водяных колес с устройствами, позволяющими повышать или понижать скорость или менять плоскость вращения, можно было приспособить для выполнения многих видов работ, были все же и такие процессы, механизация которых требовала не вращательного, а возвратно-поступательного движения. К их числу относились, например, процессы, связанные с забиванием или с ударной обработкой, такие, как промывка шерстяного сукна, измельчение руды перед плавкой, ковка железа и разделка льна на волокна. Для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное с целью приведения в действие ударных устройств, средневековые мастера стали применять в Х - XV вв. кулачковый и кривошипный механизмы.

Кулачковый механизм, получивший свое название от входящего в его состав кулачка - небольшого выступа на оси, впервые был изобретен в античную эпоху и поначалу использовался в простейших устройствах. Широкое распространение он получил в средневековой Европе. В установках с водяным колесом кулачки часто использовались для приведения в движение молотов. В конце XV в. европейцы создали два вида водяных молотов. Один из них - вертикального типа, в котором вращающийся на горизонтальном валу кулачковый выступ периодически подводился под выступ на вертикальном стержне с молотом внизу и поднимал его вверх. По окончании зацепления выступов стержень с прикрепленным к нему молотом падали вниз и совершали удар. В другой конструкции кулачковый выступ заходил за нижний конец молота, укрепленного на горизонтальном стержне, и поднимал его. По мере дальнейшего вращения кулачка молот соскакивал с него и производил удар.

Рычажные молоты, приводимые в движение водяным колесом, в IX в. могли использоваться вместо жерновов в солододробилках, однако самое широкое распространение они получили в Х и XI вв. для выделывания сукна и пеньки. Сотканную из шерстяной пряжи ткань нужно было отбивать в очищающих растворах. В результате ткань, во-первых, становилась чище и без остатков бараньего жира. Во-вторых, она давала усадку до того, как ее использовали для пошива одежды. И, в-третьих, шерстяные нити при этом сваливались и за счет этого ткань становилась прочнее.

C древних времен изготовление сукна производилось вручную. Лишь в XI столетии этот процесс удалось механизировать с помощью приводимого в действие водяным колесом рычажного молота с кулачковым механизмом.

К началу XIII в. механизированное производство сукна стало почти повсеместным в Западной Европе. В Англии, например, самое раннее упоминание об использовании сукновального станка с водяными колесами относится к 1185 г. К 1327 г. во всей стране насчитывалось 130 таких станков, а к концу XIV в. почти все суконное производство Англии было сосредоточено в тех местах, где была доступной энергия воды. Изготовление пеньки также относилось к первым видам производств, механизация которых осуществлялась на основе рычажных молотов. Ранее при изготовлении пеньки все операции выполнялись вручную: стебли конопли сначала мяли и трепали, а затем их разделяли на волокна, из которых скручивали веревки или канаты. В конце Х - начале XI в. впервые в альпийских предгорьях Франции этот тяжелый труд стали выполнять приводимые в движение водой молоты. К XII столетию такие станки стали повсеместно использоваться во Франции.

Мельницы с катящимся жерновом отличались от мукомольных тем, что верхний камень катился по нижнему, а не вращался на нем, соприкасаясь всей плоскостью. Изобретенные в XI-XII вв. такие мельницы использовались для переработки маслин и получения из них масла или для переработки сахарного тростника. Рисунок заимствован из книги 1607 г. Витторио Зонка "Novo teatro di machine".

Применение водяных молотов постепенно расширялось. С тех пор как в Азии была изобретена бумага, ее исходный продукт - целлюлозу - получали вручную путем измельчения в воде пенькового или льняного тряпья. Технология изготовления бумаги в Западной Европе счала известна лишь в начале XII столетия. В конце XIII в. европейские производители бумаги значительно усовершенствовали технологию бумажного производства, механизировав операции получения целлюлозы с помощью рычажных молотов, которые не были известны ни китайцам, ни арабам. К началу XVII столетия таких бумагоделательных станков с приводом от водяного колеса только в Англии насчитывалось 38. В 1710 г. их было уже 200, а в 1763 г. - 350.

Бумагоделательная машина работала от вертикального колеса подливного типа. Кулачки (С) поднимали молоты (D, Ј), которые при падении совершали удар в процессе приготовления пульпы из тряпья. Остальные операции выполнялись вручную: пульпа переливалась в чан (О), процеживалась через сито, оставшаяся масса помещалась под пресс (F) для формовки листов. Полученные листы бумаги развешивали и просушивали. Рисунок взят из книги Георга Андреаса Ббклера "Theatrum machinarum novum", изданной в 1662 г.

На основе комбинации водяного колеса и кулачкового механизма в Европе частично была механизирована и такая важная отрасль, как производство железа. В раннем средневековье европейцы выплавляли железо в небольших горнах с обдувом горящей смеси древесного угля и железной руды мехами с ручным или конным приводом. Этот способ не позволял получать температуры, достаточно высокие для расплавления железа. Поэтому плавильщики были вынуждены почти ежедневно остужать печи и разбирать их, чтобы достать спекшуюся пористую массу (блум), представляющую собой смесь металлического железа и шлака. Для отделения железа от шлака блум приходилось поочередно нагревать и бить по нему молотом, постепенно освобождаясь таким образом от шлака. Блум, так же как и руда, нагревался в горне с принудительной тягой, создаваемой ручными мехами.

В кузницах XVI в. использовались мехи, приводимые в действие подливными колесами. С помощью таких мехов достигались высокие температуры в кузнечных горнах. Возвратно-поступательное движение обеспечивалось кривошипным механизмом. Рисунок взят из книги Агустино Рамелли "Le diverse et artificiose machine", изданной в 1588 г.

Переход на использование энергии воды оказал существенное влияние на производство бумаги и железа. Работающие от водяного колеса кузнечные молоты, появившиеся, видимо, в XI в., получили повсеместное распространение в XIV в. Кузнечные мехи, управляемые кулачковым механизмом и приводимые в действие водяным колесом, работали в кузницах уже в начале XIII в., а в XIV в. без них не обходился ни один кузнечный цех.

К концу XIV в. помимо кузниц такими установками начали оборудовать плавильные печи и цехи по производству железа, технология получения которого в свою очередь тоже претерпела существенные изменения. Мощные мехи теперь позволили получать более высокую температуру в плавильных печах, и железо в них плавилось до жидкого состояния. В поде печи стало возможным делать отверстие для выпуска металла. Старая технология, связанная с разборкой плавильной печи и освобождением блума, ушла в прошлое. На смену прежнему процессу порционного получения железа пришел новый - полунепрерывный, который был во много раз менее трудоемким. Энергия воды находила все большее применение в металлургии. К 1492 г. в районе немецкого города Зиген все 38 кузниц и цехов, выплавлявших чугун, были оборудованы водяными колесами.

Внедрение водяных колес и кулачковых механизмов видоизменило технологию производства и в других отраслях. На лесопильнях, например, эти устройства обеспечивали прямой ход продольной пилы; ее обратный ход осуществлялся за счет действия пружинного механизма. Описание таких механизированных лесопильных установок приводится в документах, относящихся к началу XIII в. По-видимому, эта технология быстро распространилась. Вырубка леса в районе Визилле на юго-востоке Франции в 1304 г. была предпринята отчасти из-за повсеместного появления лесопилен, оборудованных водяными колесами. Двумя столетиями позже водяные колеса с кулачковыми механизмами стали применять для подъема молотов, используемых при дроблении руды, а также для приведения в действие поршневых насосов, с помощью которых осушали шахты.

Другим механизмом, преобразующим вращательное движение в поступательное, был кривошипный механизм. В Европе кривошипный механизм появился несколько позже, чем в Китае, где он был известен уже во II в. В поздний античный период кривошипные механизмы, возможно, использовались в качестве приспособлений, облегчающих вращение жерновых камней вручную; в том виде, в каком он известен нам, кривошипный механизм стал применяться в Европе лишь в IX в. Свидетельством тому является содержащееся в утрехтской псалтыри описание кривошипного механизма, с помощью которого вручную вращали точильный камень. В позднем средневековье кривошипный механизм стали использовать вместе с водяными колесами и в некоторых случаях ими заменяли кулачковый механизм. За счет того, что этот механизм при его использовании совместно с водяным колесом в качестве привода насосов, лесопильных установок и кузнечных мехов задавал движение в двух направлениях, он имел значительные преимущества по сравнению с кулачковым, который обеспечивал только однонаправленное перемещение. Кривошипными механизмами снабжали и ручные захваты и волоки в волочильных станах, появившихся в XIV или XV в.

К XVI столетию в Европе по меньшей мере в 40 различных производствах использовалась энергия воды. Эта тенденция сохранилась и в последующие века. Примером может служить прядение шелка. Впервые энергию воды для механизации этого процесса стали использовать где-то между 1300 - 1600 гг. В шелкопрядильных станках приводимое в движение энергией воды веретено скручивало отдельные шелковые волокна в нитку. К концу XVII в. таких шелкопрядильных станков только в северо-восточной части Италии насчитывалось не меньше сотни. Огромный шелкопрядильный цех, построенный нар. Деруэнт в г. Дерби (Англия) в начале XVIII в. Томасом Ломбе, представлял собой многоэтажное сооружение, где работали 300 человек.

Большое подливное колесо заставляло вращаться два зубчатых колеса, посредством которых вращение в вертикальной плоскости преобразовывалось во вращение в горизонтальной плоскости. Жерновые камни размещались на верхней секции этого сооружения; мука ссыпалась в ящик, который располагался ниже - сбоку от зубчатых колес.

Между 1550 и 1750 гг. энергия воды находит все большее применение. Водяные установки используют для сверления дул пушек и мушкетов, обмолота зерна (вращающимися цепами), перемешивания смесей руды и воды и для размельчения исходного сырья при изготовлении стекла. Вращающиеся на ободе жернова нашли применение в таких новых процессах, как приготовление нюхательного табака, цемента, гончарной глины, пороха. В 1692 г. во Франции было 22 пороховых завода; некоторые из них по своим масштабам не уступали английским текстильным заводам конца XVIII и начала XIX в. В середине XVIII в. приводимые в движение водой молоты использовались для измельчения костей в производстве удобрений и растирания мела для приготовления известковой побелки. Тогда же для шлифовки стекла начали применяться сложные приводные системы, действие которых основывалось на использовании водяного колеса и системы рычагов.

Те же рычажные молоты, работающие от водяного колеса, которые в XII в. механизировали обработку конопляного волокна, к середине XVIII в. стали использоваться в льняной промышленности. До этого изготовление льняного холста полностью осуществлялось вручную. После уборки льна стебли растения выдерживали в воде, затем их вручную отбивали для отделения волокон. Из скрученных в нити волокон ткали ткань, которую после от-стирывания отбивали легкими деревянными молотками, тем самым уплотняя ее и делая более гладкой.

В конце XVII - начале XVIII в. европейцы механизировали некоторые из этих операций. Льнотрепальные станки, работающие от водяного колеса, имели деревянные лопасти, подобные лопастям вентилятора; с их помощью волокна отделяли от выдержанных в воде стеблей льна. Промывные станки для льняных тканей сочетали в себе водяное колесо и кулачковый или кривошипный механизм, с помощью которых приводились в движение стиральные деревянные доски с гофрированной поверхностью, между которыми пропускалось намоченное льняное полотно. Для отбивания ткани использовались колотильные станки с деревянными молотками и валками для протяжки ткани, также работающими от водяного колеса. Только в одном Ольстере (Ирландия) в период с 1700 по 1760 г. было построено свыше 200 льняных заводов, оборудованных станками с водяными колесами.

Начало промышленной революции конца XVIII в. обычно относят ко времени появления в Англии первых хлопкопрядильных фабрик. Известно, что до 70-х годов XVIII в. никакие процессы, связанные с производством хлопчатобумажных тканей, не были механизированы на основе водяных установок. В то же время энергия воды широко использовалась для механизации процессов в различных производствах, в том числе и в текстильном, но не связанном с хлопкопрядением. Как уже говорилось, станки с водяными колесами до 1770 г. широко использовались и для изготовления сукна из шерсти, и для скручивания шелковых нитей, и в производстве льняного полотна.

Хлопкопрядильное производство было не единственным, где в конце XVIII в. ручной труд стали заменять механизированные станки. Также не единственной была эта отрасль и по концентрации мощности. Мощность большинства первых станков для производства хлопчатобумажных тканей достигала 10-20 л.с. Начавшаяся в 90-х годах XVIII в. замена в хлопкопрядильном производстве водяных установок на паровые машины не принесла существенных сдвигов, поскольку мощность первых паровых машин не превышала 20 л.с. Даже позже, в 30-е годы XIX в., средняя мощность механизированных хлопкопрядильных станков не была выше 35 л.с. Нельзя сказать, что при использовании энергии воды такие мощности были недостижимы в период с IX до середины XVIII в.

Точных данных о мощности водяных колес не существовало до 1700 г. Однако по сохранившимся в документах многочисленным описаниям традиционных деревянных водяных колес, впоследствии замененных сначала железными колесами, затем водяными турбинами и, наконец, паровыми двигателями, можно приблизительно подсчитать мощность некоторых из них. Из различных источников - рукописей самих мастеров, технических описаний, энциклопедий и других документов - мне удалось собрать сведения о 40 таких колесах, как подливных, так и верхнебойных. По оценкам, основанным на этих сведениях, средняя мощность на валу не превышала 5-7 л.с. Таким образом, при совместной работе трех-четырех водяных колес среднего размера можно было получить примерно такую же мощность, какую имели английские хлопкопрядильные станки.

Такое групповое использование водяных колес практиковалось, хотя и не повсюду. Например, в IX в. монастырь Корбье близ Амьена (Франция) имел водяные мельницы с шестью колесами. В монастыре Ройямол в окрестностях Парижа был тоннель диаметром 2,5 м и длиной 32 м, в котором работало несколько водяных колес для помола зерна, дубления кож, изготовления сукна и выплавки железа. В 1136 г. монастырь Клерво близ г. Труа имел водяные колеса, предназначавшиеся для помола зерна, валяния сукна и дубления кожи.

В XIV столетии под Гран-Поном близ Парижа работали 13 мельниц. А еще раньше, в конце XII в., мельники Тулузы построили три плотины на р. Гаронна; самая большая из них - плотина Базакл - имела длину 400 м. На этих плотинах действовали 43 мельницы с горизонтальными колесами. К XIII в. разделение труда и капитала, характерное уже для первых британских хлопкопрядильных заводов, произошло и в Тулузе: мельницами стали владеть инвесторы, использовавшие наемный труд.

Комплекс из 14 водяных колес на р. Сене в Марли-ле-Ройе, в 14 км к западу от Парижа, был сооружен в 80-х годах XVII в. Комплекс развивал мощность на валу от 300 до 500 л.с., но полезно использовалось лишь 80-150 л.с., остальное терялось в насосах и тратилось на механическую передачу. Колеса качали воду, поднимая ее на акведук, расположенный на высоте 153 м над уровнем реки. Вода доставлялась к нескольким паркам дворца Людовика XIV.

Грандиозные комплексы водяных установок продолжали сооружать, в Европе и в последующие века. Один из них был построен в 80-е годы XVII в. фламандским инженером Р. Суалем в Марли-ле-Роенар. Сене по приказу короля Луи XIV, Плотина отводила воду к 14 подливным колесам, каждое колесо имело диаметр 11 м и ширину 2,3 м. С помощью сложной системы кривошипных механизмов, коромысел и связующих штанг колеса приводили в действие 221 насос. Установленные на трех уровнях насосы перекачивали речную воду на высоту 153 м в акведук, расположенный в километре от реки. Передаточный механизм, однако, был настолько громоздким и неэффективным, что мощность всех 14 колес в сумме составляла лишь 150 л. с.

С сооружением в Марли можно сравнить только бумажный завод Гранд-Рив в районе Овернь, на котором работало семь водяных колес и 38 молотов. В 20-х годах XVIII в. русские инженеры возвели огромную дамбу на Урале в Екатеринбурге; построенный на ней индустриальный комплекс использовал энергию воды, падающей с плотины. Он насчитывал 50 водяных колес, которые приводили в действие 22 молота, 107 мехов и 10 волочильных станков. В 1760 г. Британская королевская пороховая фабрика в Февершаме в графстве Кент имела 11 водяных колес. Примерно в то же время в Корнуолле был построен так называемый башенный двигатель; он имел 10 верхнебойных колес, установленных одно над другим и связанных посредством составных штанг с двумя большими шахтными насосами.

Говоря о групповом характере использования водяных колес, следует отметить, что вплоть до начала XIX в. их чаще сосредоточивали в каком-либо районе, а не на одном производственном объекте. Так, примерно в 1550 г. на территории Германии в районе Харц-Маунтэн началось сооружение сложного комплекса плотин, водохранилищ и каналов, подающих воду на водяные колеса, которые приводили в действие шахтные насосы, волочильные станы, установки для промывки руды, рудодробильные мельницы и мехи для плавильных печей. К 1800 г. эта система насчитывала 60 плотин и водохранилищ, и все это на территории в радиусе 4 км вокруг Клаустхале - центра промышленного рудоносного района. Самая большая из плотин этой системы Одертайх была построена из кирпича в 1714-1721 гг. и имела длину 145 м, высоту 18 м и ширину в основании 47 м. Из запруженных водохранилищ вода проходила по системе каналов общей протяженностью 190 км и подавалась на 225 колес. Общая мощность всей системы превышала 1000 л.с.

Технические сооружения, использующие энергию воды, получили распространение и в Новом Свете. На юге Боливии близ г. Потоси в Андах испанцы для разработки богатых серебряных залежей в 1573 г. приступили к строительству системы плотин, водохранилищ и каналов для подачи воды на рудодро-бильные водяные мельницы. В 1621 г. система включала 32 плотины, По главному каналу длиной 5 км вода подавалась на 132 дробильные мельницы, расположенные недалеко от города. Мощность всей системы составляла 600 л.с.

Из сказанного ясно, что механизированные хлопкопрядильные фабрики Англии конца XVIII и начала XIX в. не представляли собой нечто принципиально новое ни в смысле замены ручного труда машинами, ни в смысле концентрации больших мощностей. Замена физического труда человека техническими устройствами, использующими энергию воды, и групповое использование таких устройств началось задолго до того, как эти направления стали характерной чертой зарождающейся английской промышленности. Можно сказать, что британские текстильные фабрики просто ознаменовали собой кульминацию эволюционного процесса, зародившегося еще в средневековой Европе и даже раньше - в античную эпоху.

ЛИТЕРАТУРА

В. Gille. Le moulin a eau: une revolution technique medievale. // Techniques et civilisations. Vol. 3, pages I-15; 1954.

Norman Smith. Man and water: a history of hydro-technology. Peter Davies, Ltd., 1976.

Jean Gimpel. The medieval machine: the industrial revolution of the middle ages. Holt, Rinehart and Winston, 1976.

Terry S. Reynolds. Stronger than a hundred men: a histoiy of the vertical water wheel. The Johns Hopkins University Press, 1983.

Зворыкин А.А., Осьмова Н.И. История техники. - M.: Соцэкгиз, 1962.

Шухардин С.В. История науки и техники. Ч. 1. С древних времен и до конца XVIII в. - M.: 1974. Ч. II. С конца XVIII в. до начала XX в. - M.: 1976.