Дав дьяку Монетного двора несколько полезных советов, я предоставил ему свободу эксперимента, а сам занялся тем, чем давно уже хотел. Как я и предполагал, самой сложной задачей оказалось изготовление дымогарных труб для локомотива. На слишком длинные я вообще не рискнул замахиваться, сажень, а лучше полторы уже не плохо. Но тут уж как получится, в крайнем случае, срастим муфтами, используя горячую посадку, правда при этом котел получится практически неразборный. Но это позже, а для прототипа можно вообще использовать детали, отлитые из ковкого чугуна, что позволит, как минимум определиться с его производительностью без сложных расчётов. К тому же в будущем на базе таких дешевых котлов можно производить стационарные паровые машины небольшой мощности.
Трубы для первого варианта котла длиной по два аршина закончили отливать только двадцатого пятого января. Холод в начале января стоял жуткий, чугун пришлось прогревать намного сильнее, так что отливка затянулась. Теперь оставалось дождаться отжига, после чего можно будет заняться сборкой. Внезапно обретенное свободное время я решил потратить на разбор присланных Строгановым минералов, и тут-то меня ожидал сюрприз: среди множества холщовых свертков, каждый из которых содержал не только найденный образец, но и бумажку, а чаще бересту с указанием места находки, я обнаружил то, чего совершенно не ожидал увидёть. В небольшом кожаном мешочке находилось несколько мелких самородков серебристо-белого металла и письмо от Григория Аникеевича, в котором он просил разобраться, что это такое.
Как сообщал Строганов, его люди получили, торгуя с вогулами, под видом серебра, однако попытка расплавить самородки оказалась безуспешной, самый сильный жар горна оказался им нипочём. Проверил ножом: для чистой платины или палладия самородки твердоваты, скорее всего, с примесью иридия или осмия, но примесей, однако не шибко много, сплав относительно пластичен, так что можно попытаться проковать, а возможно и протянуть в проволоку. Хотя последнее вряд ли, слишком уж эти экземпляры самородков сильно загрязнены посторонними вкраплениями.
...
Почти вся предыдущая неделя у меня ушла на сборку мощной медно-оловянной батареи для электролиза воды. Разогрев добела самый маленький самородок на горелке Мекера-Фишера, запитанной водородом и кислородом, я проковал его несколько раз, пока не удалил большую часть примесей, а потом прокатал на малых вальцах и разрезал полученную пластину на узкие ленты. Собственно ради них всё и затевалось. Без пирометра я чувствовал себя как без рук: ртутными градусниками расплавленный чугун не особо померяешь, тем более, если они сами из стекла. Впрочем, быстро сделать и тем более отградуировать данный прибор не выйдет, там много что нужно сделать, причём по большей части с нуля, но оно того стоит. А пока у меня в наличии лишь несколько платиновых лент пригодных для создания примитивных ламп накаливания.
Поинтересовавшись, как идут дела у Кожемякина, обнаружил, что тот фактически созрел для экспериментов с генераторами постоянного тока, так что пару дней пришлось на то чтобы подтолкнуть его в нужном направлении. А дальше у меня на повестке дня вновь были дела паровозные: первый комплект труб и прочих деталей котла отожгли, настало время испытывать. Поручить кому другому, нереально, дело непростое и довольно опасное, особенно при отсутствии должных знаний. То, что сами трубы при такой толщине выдержат довольно скромное давление в четыре с половиной атмосферы, я не сомневаюсь, но не сам котел в сборе. Тут всё зависит от того, как собрать, не заметишь трещину в отливке, и будешь сидёть, сам того не понимая, на пороховой бочке. До поры до времени...
Как выявить, особенно если рентгена нет, и в ближайшее время не предвидится? Только одним способом — испытав при избыточном давлении, вдвое большем, как минимум. Для этого я и велел выкопать яму для котла, благо уголь в топку будет подаваться шнеком. Само собой, долго держать сей агрегат при давлении в девять атмосфер не стоит, если проработает с сутки, значит, серьезных дефектов нет и на рабочем давлении опасаться особо нечего. Впрочем, на всякий случай так в яме и оставим, нам с ним ещё долго возится, паровых машин нужно как минимум штуки три. Я себя особой надеждой не тешу, что их сумеют починить без меня, случись что. Так что запас подвижного состава лучше иметь в наличии.
Первый блин оказался комом: котел всё-таки жахнул. Однако продержался при максимальном давлении с четверть часа: не выдержала боковая стенка топки, а вот дымогарные трубы остались целы. На сколе заметно, что в центре металла его цвет иной, так что отжиг не завершен. Что ж, оставим второй комплект как минимум ещё на пару суток в печи. Если что, резервные комплекты будем отжигать ещё дольше, а там посмотрим. Вынужденный перерыв я использовал, чтобы закончить лампу для пирометра. Основную сложность в таких случаях представляет впайка выводов в колбу, но у меня они платиновые, так что коэффициент линейного расширения почти одинаковый.
Затем вакуумирование лампы: сначала откачиваем трубку ртутным насосом, после чего подаем напряжение на вспомогательную нить фосфорного "гетера" расположенного в отдельной емкости, соединенной с трубкой для откачки небольшим отростком, после чего останется запаять отвод. Этого вполне достаточно: главное в какой-то мере убрать из трубки кислород, с которыми платина при высоких температурах образует летучие оксиды. На каждую трубку, вместе с откачкой, уходит примерно сутки, после чего лампочка готова. Впрочем, остается ещё один весьма важный момент: запрессовать ленточные выводы в массивные колпачки из медно-серебряного сплава. В первую очередь они будут играть роль радиаторов охлаждения: если не принять подобные меры, стекло в районе выводов через некоторое время может размягчиться от нагрева — платиновые ленты довольно тонкие, а ток накала будет приличный.
...
Второй котел уцелел, причём на всякий случай я велел держать его под максимальным давлением целые сутки. Третий и четвёртый котлы, которые будут отжигаться дополнительно в течение ещё двух и четырёх суток соответственно, то есть по максимуму выходит дюжина, хотя в Моё время обходились пятью-шестью. Но там и печи другие и процесс было чем контролировать. После окончания отжига поставим эти котлы на испытание под давлением в семь атмосфер, как минимум на полгода. Топлива уйдет жуть, однако если в течение этого срока с ними ничего не случится, можно считать что у нас есть дешевая технология изготовления довольно мощных стационарных паровиков. Локомотивные котлы, всё одно, придётся делать стальные, даже если они будут обходиться дороже, так как чугунный монстр весит столько, что будет по большей части возить сам себя!
Шестьдесят четыре дымогарных трубы тянут почти на шестьсот семьдесят пудов, да сам корпус котла с ещё четыреста сорок. Кстати, в том и беда, что столь габаритные изделия мы пока не можем отливать с достаточно тонкой стенкой, а значит, и отжигать их приходится очень долго. Причём из-за отсутствия приборов способных дистанционно измерять температуру нагрева трудно сказать, когда собственно начался отжиг. Не удивительно, что с чугунными пушками проще: там давление при выстреле хоть и многократно больше, но действует оно доли секунды, да и сам ствол нагревается куда меньше, чем паровой котел с топкой.
По предварительным расчётам стоимость котла из отожженного чугуна обойдётся в полста рублей, не сказать чтобы дорого: это чуть дороже полной стоимости снаряжения одного поместного служилого. Впрочем, локомотивный вариант из котельной стали, даже если его удастся уложить в четыреста пудов, придётся продавать дороже. Не потому что у него себестоимость сильно выше, а чтобы не придавать огласке тот факт, что сталь, которую мы продаем намного дороже чугуна, на деле стоит практически столько же. Что касается его ориентировочной мощности, то при давлении пара около семи с половиной атмосфер можно рассчитывать на пятьдесят-шестьдесят лошадиных сил на цилиндр. По меркам моего времени скромно, иной грузовик больше, но стоит помнить, что тот же паровоз Стефенсона, победивший на Рейнхильских состязаниях, имел мощность вчетверо меньше, правда у него и давление пара было чуть более трёх с половиной атмосфер.
...
Кожемякин провозился с генераторами до девятого февраля, сделав три разных варианта. На одном вполне ожидаемо были использованы магнитопровод из мягкого железа. На втором генераторе — металлический лист, собранный в пакет, а на третьем мягкая железная проволока. С ним он мучался дольше всего, так как пришлось довольно долго подбирать подходящий лак, для скрепления проволоки в единый монолит. Судя по всему, мои пояснения насчёт магнитных линий, он понял слишком буквально и почему-то решил, что лучшим вариантом будет использовать проволоку. Однако остальные способы реализации магнитопроводов решил также проверить.
Неожиданным было и то, что в качестве электромагнита он использовал не статор, а ротор генератора! В ответ на мой вопрос, почему именно так, Кожемякин пояснил, что это позволит при необходимости менять наружные обмотки, меняя, таким образом, количество витков и толщину медного провода. В общем, вместо рабочего генератора, он сделал в большей степени экспериментальный. Впрочем, разговор о проводе пока чисто теоретический — на первых генераторах довольно толстая катаная медная шина квадратного сечения с размером стороны в одну восьмую вершка, так как напряжения мне нужны низкие, а токи большие, и мой мастер учел это при сборке. В остальном же, его технические решения особой новизной не удивили: бронзовые подшипники, медные щетки обмотки якоря, всё вполне ожидаемо.
По результатам тестирования, не одна из конструкций меня не удовлетворила. Коэффициент полезного действия оказался скромным: даже при небольшой нагрузке генераторы грелись изрядно. Причём даже на холостом ходу, что вызвало у меня подозрение, а нет ли в обмотках короткозамкнутых витков. Намекнув на эту вероятность Кожемякину, я отправил его проверять свои "изделия". К счастью, благодаря его дотошному отношению к работе задача не представлялась особо сложной: изготавливая обмотки, он точно отмерял длину шины и фиксировал все данные, так что теперь ему достаточно было просто сравнить сопротивления обмотки и куска шины аналогичной длины.
Сам же я в очередной раз занялся пирометром. На это раз — оптикой. Но теперь я попутно решил научить азам этого дела наиболее смышленых детишек из числа спасенных во время Выборгской операции и вывезенных позднее в Выксу. К сожалению, подтянуть физическую форму до нужных кондиций даже за год удалось далеко не всем и часть мои "инструктора" отбраковали. К тому же кроме пацанов, хватало и девчонок, которых также нужно пристраивать к делу. Так что грех не воспользоваться подвернувшейся возможностью.
Для начала показал им самое простое, вроде приготовления абразивов с фракцией зерна разного размера. Способ элементарный и чрезвычайно простой: разделять зерна по времени их осаждения в воде. Самые крупные окажутся на дне практически сразу, а мельчайшая пыль осядет последней. После этого этапа перешли к сортировке стекла, что в нашем случае весьма актуально, пузырьки и свили всё ещё попадаются, хотя уже сильно реже. Впрочем, дальше метода изготовления простых линз нам в обучении продвинуться не удалось: Кожемякин к концу второй недели февраля закончил переборку генераторов, и мне на время пришлось закончить свои дела с оптикой. Мои ученики, впрочем, продолжили совершенствоваться в деле шлифовки, в то время как мы с Иваном приступили к сборке первой паровой машины.
Первый пуск собранной паровой машины мы произвели лишь первого апреля и сразу выявили такое количество недостатков, что стало понятно — настолько сырая конструкция никуда не годится. Кроме всего прочего, оказалось, что производительность котла при давлении даже в семь атмосфер не используется и наполовину. Пришлось пересчитывать практически всю механическую часть и делать новые формы для отливки деталей. А пока всё это не будет сделано, я смог вновь вернутся к пирометру.
...
Окончательные испытания паровой машины начались лишь первого мая. К этому времени Кожемякин собрал и успешно испытал окончательный вариант ткацкого станка, а я закончил первый вариант пирометра, а также простейший автоколлимационный стилоскоп, который был просто бесценен в качестве инструмента для металлургии сплавов. Качество, конечно, оставляло желать лучшего, но оба прибора в принципе хоть как-то позволяли решать неразрешимые ранее задачи. Многое конечно можно было улучшить, но из-за погоды всё это отошло на второй план. Весна в этом году оказалась поздней и многоводной, так что сезон навигации сильно сдвинулся, так что теперь наиболее приоритетной стала задача доработки парового движителя для расшивы.
Пресс для прошивки дымогарных труб мы всё-таки сумели сделать, как и станок для и раскатки, способный производить трубу с внутренним диаметром в два вершка при толщине стенки от одной четвертой до одной восьмой, так что теперь дело оставалось за самой машиной. Запитанная паром под давлением в семь атмосфер от котла из обезуглероженного чугуна, она дала в расчёте на один цилиндр диаметром в девять вершков и ходе поршня в восемнадцать мощность около двадцати пяти лошадиных сил. Само собой в безконденсаторном варианте, так как изначально планировалось устанавливать её на локомотивах. На девяти атмосферах и подключенном конденсаторе мощность удалось практически удвоить. Естественно, эксплуатировать чугунный паровой котел при таком давлении опасно, но проверить всю конструкцию в сборе на прочность было необходимо.
Новый котел из мягкой котельной стали, на шестьдесят четыре дымогарных трубы весил вместе с топкой и паровой машиной около пятисот пудов в сборе, и это с учётом того, что длину труб нам удалось довести до четырёх аршин, так что паропроизводительность выросла вдвое. Мало того благодаря отсутствию фланцев для крепления их можно было установить намного больше, увеличив поверхность нагрева примерно в четыре раза. Впрочем, этот резерв я оставил на будущее. По расчётам количество труб можно довести до ста сорока четырёх, увеличив, таким образом, производительность в два с половиной раза.
При этом при давлении в девять атмосфер, мощность достигла сорока лошадиных сил на цилиндр, что очень неплохо. Дальнейшее увеличение было бы неплохо для локомотива, но как мне кажется, для расшивы будет лишним. Дело в том, что с учётом её лобового сопротивления увеличение мощности в два раза даёт приращение скорости на один и две трети узла. При нынешней мощности скорость не превысит семи узлов, а при ста пятидесяти достигнет восьми целых, семи десятых. Вот только топлива при этом потребуется в одну целую восемь десятых раза больше. С другой стороны у меня будет возможность вывозить разом одной расшивой целый караван подчалков, причём каждый из них может быть размером с саму расшиву.
Жаль, что эта мысль пришла ко мне слишком поздно, за оставшееся время моим плотникам удастся построить максимум три-четыре дюжины таких подчалков, так что в этом году особо много груза не вывезти. А если учесть, сколько времени у меня ушло на паровую машину, их больше четырёх штук никак не построить, даже если задержаться в Выксе до конца июня. К тому же сильно сомневаюсь, что для них хватит обслуживающего персонала. Вроде людей прорва, а вот таких чтобы схватывали на лету, поди найди. Так что для паровозных бригад я подобрал всего шестерых, наиболее толковых, а это в лучшем случае одна расшив и один локомотив. Точнее локомотивов-то два, но один резервный, а на расшиву придётся ставить как минимум пару машин, потому как вероятность поломки далеко не нулевая.
