Введение
Портсмутские блочные мельницы являются частью Портсмутской верфи в Портсмуте, Гэмпшир, Англия, и были построены во время наполеоновских войн для снабжения британского Королевского флота блочными шкивами. Они положили начало эпохе массового производства, используя полностью металлические станки, и считаются одним из важнейших зданий британской промышленной революции. Также здесь были установлены первые стационарные паровые двигатели, использовавшиеся Адмиралтейством. С 2003 года организация English Heritage проводит детальное обследование зданий и документации, касающейся машин.
Развитие Портсмутской верфи
К середине восемнадцатого века Королевский флот, развиваясь вместе с Британией, превратился в то, что было описано как величайшая промышленная держава в западном мире. Адмиралтейство и Совет военно-морского флота начали программу модернизации доков в Портсмуте и Плимуте, к началу войны с революционной Францией они располагали самыми современными флотскими сооружениями в Европе. Система доков в Портсмуте берет свое начало в работах Эдмунда Даммера 1690-х годов. Он построил ряд бассейнов, мокрых и сухих доков. В течение восемнадцатого века в них вносились изменения. К 1770 году один из бассейнов устарел, и было предложено использовать его как отстойник, в который могла бы сливаться вода из других сооружений. Воду откачивали цепными насосами, приводимыми в действие лошадьми. В 1795 году Адмиралтейство назначило бригадного генерала сэра Сэмюэля Бентэма первым (и единственным) генеральным инспектором военно-морских работ с задачей продолжить эту модернизацию, в частности, внедрить паровую энергию и механизировать производственные процессы на верфи. В его ведомстве работало несколько специалистов в качестве помощников — механики (инженеры), чертежники, архитекторы, химики, клерки и другие. Управление генерального инспектора отвечало за внедрение в Портсмуте стана для прокатки медных листов для обшивки корпусов судов и ковочных молотов для производства металлических деталей, используемых в строительстве судов. Они также совместно с M.I. Brunel и Maudslay провели аналогичную модернизацию на других военно-морских верфях. К 1797 году начались работы по строительству дополнительных сухих доков и углублению бассейнов, и Бентам понял, что существующая дренажная система не справится с возросшей нагрузкой. В 1798 году он установил паровую машину, разработанную одним из его сотрудников, Джеймсом Сэдлером, которая, помимо привода цепных насосов, приводила в действие деревообрабатывающее оборудование и насос для подачи воды из колодца вокруг верфи для тушения пожаров. Этот колодец находился примерно в 122 метрах, а насосы приводились в действие горизонтальным возвратно-поступательным деревянным штоком, расположенным в туннеле, идущем от машинного отделения к верху колодца. Машина Сэдлера представляла собой настольную машину, установленную в одноэтажном машинном отделении с интегрированным котлом; она заменила один из конных приводов цепных насосов. В 1807 году эта машина была заменена в том же помещении другой, более мощной настольной машиной, изготовленной компанией Fenton, Murray and Wood из Лидса, а в 1830 году — лучевой машиной Maudslay. В 1800 году был заказан двигатель Боултона и Уатта в качестве резервного и размещен в трехэтажном машинном отделении рядом с машинным отделением Сэдлера. Этот двигатель был заменен в 1837 году другим двигателем, изготовленным компанией James Watt and Co. Пространство было очень ограничено, и расширение производственных мощностей было невозможно, поэтому к 1802 году отстойный бассейн был заполнен двумя ярусами кирпичных сводов — нижний ярус служил резервуаром, верхний — хранилищем, а крыша последнего была на одном уровне с окружающей местностью, что позволило увеличить пространство. Это позволило построить два параллельных ряда трехэтажных деревообрабатывающих цехов, в южном из которых располагались как машинные отделения, так и их дымовые трубы, цепные насосы и часть деревообрабатывающего оборудования. Северный ряд располагался прямо над сводами и должен был вместить больше деревообрабатывающего оборудования. Здания были спроектированы Сэмюэлем Бансом, архитектором штаба Бентэма. Пока своды строились, Бентам заказывал деревообрабатывающее оборудование собственной конструкции, в основном вертикальные и циркулярные пилы. Они были установлены в обоих рядах, а мощность для их привода передавалась от двигателей к северному ряду через нижние приводы через верхний ярус сводов, а затем по вертикальным валам на верхние этажи зданий. Окончательный привод к машинам осуществлялся с помощью плоских ремней, работающих на шкивах. Это оборудование предназначалось для резки древесины для многочисленных мелких деталей, используемых в судостроении, особенно столярных изделий, которые ранее резались вручную, таких как компоненты для столов и скамеек, а также небольшие точеные изделия, такие как шпили. Есть свидетельства того, что он разработал роторную строгальную машину для дерева, но детали этого неясны. Есть также свидетельства того, что в комплексе находилась машина для сверления труб, с помощью которой из прямых стволов вяза сверлили отверстия для насосных колод. Они могли быть длиной до 12 метров и устанавливались через палубы судна для перекачки морской воды на палубу. Была машина для изготовления нагелей — длинных деревянных штифтов, используемых для соединения деревянных частей корабля.
Space was very tight and expansion of manufacturing facilities was not possible, so by 1802 the drainage basin was filled with two tiers of brick vaults—the lower layer to act as the reservoir, the upper layer as storage, and the roof of the latter being level with the surrounding land, so creating more space. This allowed the construction of two parallel ranges of three storey wood mills, the southern to incorporate both engine houses and their chimney stacks, the chain pumps and some wood working machinery. The northern range was directly over the vaults and was to house more woodworking machinery. The buildings were designed by Samuel Bunce, the architect of Bentham's staff. While the vaults were under construction Bentham was ordering woodworking machinery of his own design, mostly up and down saws and circular saws. These were fitted up in both ranges, the power to drive them being transmitted from the engines to the north range by underdrives through the upper layer of vaults, and then by vertical shafts to the upper floors of the buildings. The final drives to the machines was by flat belts running on pulleys. This machinery was planned to cut timber for the numerous smaller parts used in shipbuilding, especially joinery, which had previously been cut by hand, such as components for tables and benches, as well as small turned goods like belaying pins. There is evidence that he had developed a rotary wood planing machine but details of this are obscure. There is also evidence that the complex housed a pipe boring machine, whereby straight elm trees were bored out for pump dales. These could be up to 40 feet (12 m) long and were fitted through the decks of a vessel to pump seawater to the deck. There was a machine for making treenails—long wooden dowels used for fixing wooden parts of a ship together.
Блоки
Королевский флот использовал большое количество блоков, все из которых изготавливались вручную подрядчиками. Их качество было непостоянным, снабжение – затруднительным, а стоимость – высокой. Типичному линейному кораблю требовалось около 1000 блоков различных размеров, а в течение года флоту требовалось более 100 000. Бентам разработал несколько машин для изготовления блоков, но не довел их до совершенства, и детали их устройства сейчас малоизвестны. В 1802 году Марк Изамбард Брунель предложил Адмиралтейству систему механизированного изготовления блоков, запатентованную им. Бентам оценил превосходство системы Брунеля, и в августе 1802 года Адмиралтейство разрешило ему приступить к работе. Было создано три серии блокообрабатывающих машин, каждая из которых предназначалась для изготовления блоков разных размеров. Они были расположены таким образом, чтобы организовать конвейерное производство, при котором каждый этап работы плавно переходил к следующему. Внутренний двор между двумя зданиями лесопилки был обнесен стенами и крышей, чтобы создать новую мастерскую для размещения машин по изготовлению блоков. Первый комплект для средних блоков был установлен в январе 1803 года, второй комплект для малых блоков – в мае 1803 года, а третий комплект для крупных блоков – в марте 1805 года. До сентября 1807 года неоднократно менялась планировка и вносились некоторые изменения в оборудование, пока предприятие не смогло полностью удовлетворить потребности флота: в 1808 году было произведено 130 000 блоков.
Знаменательные особенности
Эти машины впервые использовали ряд конструктивных решений, которые впоследствии стали общепринятыми в машиностроении. Операция расточки создавала контрольные точки в деревянных блоках, которые зажимы последующих машин использовали для точного позиционирования этих блоков. Это гарантировало точное расположение блока относительно рабочего инструмента на последующих этапах обработки. Некоторые машины были оснащены конусными муфтами. Брунель использовал сменные режущие пластины, закрепленные в инструментальных держателях, очень похожих на те, что сейчас применяются на универсальных токарных станках. Для фиксации блоков во время определенных операций использовались расширяющиеся цанговые патроны, захватывающие внутреннюю поверхность. На некоторых машинах применялись двухкулачковые патроны – предшественники трехкулачковых патронов, используемых сегодня на токарных станках. Мортировочные станки могли быть настроены на автоматическую остановку после завершения операции. Взаимозаменяемость блоков и штифтов была возможна, поскольку они не были жестко связаны с конкретным корпусом. Организация производственного процесса лучше всего описывается как мелкосерийное производство, учитывая разнообразие требуемых размеров блоков, однако по сути это была конвейерная система. Этот метод работы не получил широкого распространения в британской промышленности на протяжении многих десятилетий, и когда это произошло, он был заимствован из Америки. Вся система была рассчитана на работу неквалифицированных рабочих, а не подмастерьев. Каждый рабочий был обучен работе на двух или более станках и мог перемещаться по цеху по мере необходимости.
Производство машин для изготовления блоков
В патентной спецификации Брунеля представлены машины с деревянным каркасом, которые, хотя и демонстрируют многие принципы машин, фактически установленных, мало похожи на окончательные конструкции. Машины, представленные Брунелем Адмиралтейству для оценки, сейчас хранятся в Национальном морском музее. После заключения контракта с Адмиралтейством Бентам поручил Генри Модслею их изготовление, и очевидно, что значительный вклад в окончательные проекты внесли Бентам, Модслей, Саймон Гудрич (механик военно-морского совета), а также сам Брунель. В связи с отсутствием Бентэма в России, именно Гудрич фактически запустил блочные мельницы в серийное производство. Оплата Брунелю основывалась на экономии, которую флот получил благодаря новой системе. Эти машины изготавливались почти полностью вручную, единственными используемыми станками были токарные станки для обработки деталей вращения и сверлильные станки для сверления небольших отверстий. В то время не существовало фрезерных, строгальных или формовочных станков, и все плоские поверхности обрабатывались вручную – рубкой, опиливанием и скребком. Есть данные о том, что шлифовка плоских поверхностей также применялась для достижения высокой точности обработки. Каждая гайка изготавливалась индивидуально под соответствующий болт и нумеровалась для обеспечения правильной установки. Это было до появления взаимозаменяемых деталей, разумеется. В качестве материалов использовались чугун, ковкое железо, латунь и бронза. Применение металла в конструкции значительно повысило жесткость и точность машин, что впоследствии стало стандартом для производства станков.
Публичность
Эти машины и блочные мельницы привлекали огромное внимание с момента их возведения, начиная с адмирала лорда Нельсона утром в день отплытия из Портсмута на битву при Трафальгаре в 1805 году, и до принцессы Виктории в возрасте 12 лет, в рамках её образования. Даже во время наполеоновских войн, вплоть до 1815 года, непрерывным потоком приезжали иностранные достопочтенные лица и военные, желающие ознакомиться с ними. Машины были подробно описаны и проиллюстрированы в Эдинбургской энциклопедии (1811), Циклопедии Риса (1812), в приложении к 4-му изданию Британской энциклопедии (1817) и Энциклопедии Метрополитана. Более поздние энциклопедии, такие как Энциклопедия Томлинсона и «Циклопедия Пенни», заимствовали свои описания из этих ранних изданий. Эти описания почти полностью концентрировались на оборудовании для изготовления блоков, игнорируя пилорамы, и, как следствие, современные исследователи не уделяли этому аспекту блочных мельниц должного внимания. Пилорамы были важны, поскольку позволили Брюнелю развивать свои идеи, которые он впоследствии применил на своей частной фанерной фабрике в Баттерси, а также в пилорамах Королевского флота на верфях Вулвич и Чатэм, и в мельницах, спроектированных им для частных компаний, таких как Borthwick's в Лейте, Шотландия.
Дальнейшая история
С тех пор Блок-Миллз находятся под постоянной оккупацией военно-морского флота и, следовательно, закрыты для посещения публикой. Производство блоков на этих машинах со временем естественным образом сократилось, окончательно прекратившись в 1960-х годах, однако часть оригинальных машин, элементы трансмиссии и корпуса машинного отделения до сих пор сохранились в зданиях. В Национальном музее науки и промышленности в Лондоне представлена коллекция машин, пожертвованных Адмиралтейством в период с 1933 по 1951 год, а другие экспонаты можно увидеть в Музее учеников верфи в Портсмуте. Некоторые веб-сайты утверждают, что в Смитсоновском институте в Вашингтоне, округ Колумбия, также имеются машины из Портсмута, однако, по данным самого Института, это не соответствует действительности. Блок-Миллз уже много лет не используются, хотя значительная часть оригинальных блочных систем осталась на месте, хотя и в неудовлетворительном состоянии. Здание также находится в плохом состоянии и является приоритетным объектом для организации English Heritage и Министерства обороны. С 2006 года реализуется проект, направленный на сохранение здания и его содержимого, в идеале – на его восстановление.