Заводские плотины.

Основным источником энергии для железоделательных фабрик (так в 18 - 19 веках называли металлургическое производство) вплоть до 20 века являлась вода, а точнее водянные колеса, приводимые ей в движение. А для этого нужен был большой объем воды, который достигался путем обустройства пруда - возведением плотины на реке. Не был в этом исключением и вновь строящийся Салдинский (впоследствии - Нижнесалдинский) завод.

Общие принципы строительства плотин на Урале в 18 - 19 веках.

Гидротехнические комплексы уральских заводов в 18 веке предполагали, прежде всего, обустройство водных резервуаров. Основное внимание уделялось возможности равномерного распределения водной энергии в течение всего года и мерам безопасности в критические периоды весеннего половодья. Сформулированные В. Генниным теоретические выводы и практические принципы плотинного устройства 20 – 40-х годов XVIII века оставались неизменными для всей гидравлической заводской техники вплоть до начала XX века.

Выбор места на реке определялся стремлением построить короткую, широкую и высокую плотину (в отличие от длинных и невысоких плотин XVII века). Для этого требовалось найти участок с высокими берегами (от поверхности воды на 10 аршин, т.е. свыше на 7 м) с последующим понижением их вверх по течению. В месте основания или фундамента плотины желательно было избегать как слабого сыпучего, так и скального грунта. Подходящим местом плотине считалась и небольшая речная излучина.

По всей длине будущей плотины, отмеченной кольями, отрывали ров до твердого материка, глубиной много ниже дна реки. По краю рва, обращенному к будущему пруду вбивали 3 (при малых плотинах 2) ряда свай. На сваи уступами настилали ряж, или по-местному реж (бревенчатую решетку), перекладывая места соприкосновения со сваями мохом и забивая промежутки между поперечными бревнами глиной. После этого реж выводили по краю, обращенному к будущему заводу. При этом оставляли отверстия для ларевого и вешнякового (вешнячного) прорезов, которые по обоим концам ограждали свинками, (4-угольные срубы с перегородками внутри, плотно набитые глиной). Свинки верхней, или наличной, половины плотины (т.е. обращенной к пруду) назывались относными; в нижней, или задней, части (т.е. обращенной к заводу) – разносными. Другой вариант названия подчеркивал тип сбойки: крепостные свинки (равносторонние) – в средней части плотины; откосные (со скошенным углом) – установленные по краям тела плотины, в отсыпи. Под прорезами режи выводились во всю ширину плотины. Как считал горный инженер Василий Рожков (1816-1894 г.ж. - подготовил и опубликовал в "Горном журнале" несколько работ по гидротехнике): "Забивкою свай ограничивается все искусственное укрепление для придания достаточной прочности основанию плотины (на Урале нет другого способа)… Режи служат для поддержания связи во всем теле плотины и для поддержания связи во всем теле плотины и для предохранения сползания глины". Отметим, однако, что по крайней мере уже в 1740-е годы нижнюю половину плотины часто укрепляли вертикальным срубом – как стенкой.

Далее ров забивали глиной, трамбуя ее слоями и смачивая для придания вязкости. Но на практике часто поступали куда менее тщательно: глиной набивали лишь верхнюю часть плотины, а нижнюю – обычной землей, мешая со сланью (хвоей, пересыпанной глиной) и илом. Заднюю стенку рва могли укрепить фашинником (связками хвороста с дерном), уложенным уступами. Однако общая плотность в теле плотины не нарушалась.

После возведения тела, или корпуса, плотины в сторону спруженной воды насыпали глиняную насыпь (по-здешнему "отсыпь"), как можно более отлогую. Ширина ее составляла от 1/3 до 1/2 общей ширины плотины в основании. Верхний край отсыпи приходился на середину высоты плотины от основания. Верховья будущих прорезов со стороны пруда окружали устоями, или быками, укрепленными в основании свинками и снабженными в верхней части сбитыми острым углом деревянными брусьями – ледоколом. Все последующие простейшие, а потому наиболее частые, мероприятия по укреплению плотин сводились к досыпке корпуса и отсыпи. Довольно быстро расширение приводило к засыпке пространства между устоями прорезов и берегами, благодаря чему сглаживалась первоначально ломаная линия прудовой стороны плотины. Таким путем кроме повышения устойчивости решались проблемы промышленных отходов - в качестве досыпки использовали шлак.

Сооружение, а также капитальная перестройка прорезов, начинались с устройства перемычки для временного отвода воды от главного русла. Для этого в дно реки забивали несколько рядов свай, уставляя их тыном толщиной в 3 – 5 аршин (2 – 3,5 м), а затем постепенно смещали его по руслу. На пороге прореза, лежащем на среднем гребне свай, кольями отмечали стекловой ряд, условную границу двух частей плотины. На прудовой стороне, параллельно стекловому ряду отмечали расстояние в 3 раза превосходившее ширину прореза. Образованный прямоугольник назывался водяным двором, соответствующее ему пространство в нижней половине плотины – стекловым двором. Однако на практике чаще употреблялось лишь обозначение дна вешнячного прореза, которое именовалось вешнячным двором. Его покрывали пологим настилом из досок или плах, который назывался сливным или понурным мостом. Верхним концом он упирался в брус, лежащий на прудовом ряде свай. Под брус этот подкладывали вываренное в смоле сермяжное сукно. Порог прореза, называемый "мертвым брусом", располагался как раз на уровне или несколько выше горизонта воды в реке. Пространство под понурным мостом забивали глиной, а при слабом грунте предварительно настилали хворост и набрасывали камней. Цель понурного моста заключалась в предохранении от прожимания водой всего основания прореза. Для придания ему упругости его могли продлить далеко за пределы собственно вешнячного двора. Именно проседание понурного моста, наряду с гниением свай и режа, считалось наиболее частым и характерным повреждением плотины. Боковые края понурного моста строились приподнятыми под углом над общей его поверхностью и назывались крыльями; отводы их в прудовую сторону назывались открылками, в заводскую сторону – закрылками. Между крыльями понурного моста и боками свинок оставалось небольшое, за исключением весеннего половодья не заливаемое водой пространство – пазухи. Вешнячный прорез покрывался сверху вешнячным мостом, иногда довольно узким, шириной для проезда не более двух телег в ряд.

Возведение корпуса плотины и устройство прорезов с возможностью полного (на практике частичного) перекрытия речного течения означало завершение земляных плотинных работ и готовность собственно плотины. Это называлось занять плотинную заимку.

Вешнячный прорез или вешняк предназначался для спуска из пруда излишней воды. Начиная с 1730-х годов на некоторых заводах у передней части прореза пытались устраивать разборные затворы для ослабления напора воды и защиты прореза от плавуна. Между обитыми железом стойками устанавливали съемные дощатые ставни, общей площадью не превышавшие половины сечения прореза. При этом увеличивалась и площадь вешнячного двора за счет дальней забивки свай с наложенными на них брусьями. Впервые такая система на казенных заводах была опробована в 1733 г. при реконструкции поврежденной половодьем плотины Каменского завода при непосредственном руководстве Геннина. Сам генерал еще в марте 1724 г. предлагал изучить пример использования некоей "защиты" плотины Быньговского завода Демидовых. Скорее всего, она представляла собой выдвинутые в пруд перед вешняком бревенчатые срубы со съемными досками. В 1734 г. по приказу Геннина для защиты плотины казенного Верх-Исетского завода поперек всего пруда перед плотиной на железных якорях и связанные железными цепями были посажены сколоченные из брусьев "плавучие рогатки". В дальнейшем, однако, оптимальной защитой плотины (главным образом вешнячного прореза) от плавуна, льда и т.п. считалась система выдвинутых за вешнячный двор стоек и поперечных съемных брусьев.

Основным рабочим элементом всего плотинного устройства являлись водяные лари, т.е. система трубопровода, разводящего воду из пруда к колесам фабричных механизмов. Лари XVIII века и последующих времен принципиально отличались от ларей XVII века большей глубиной, чем шириной, и неизменным сечением на всем своем протяжении и в ответвлениях к фабрикам. Лари XVII в. сужались по мере удаления от плотины, из-за чего напор воды был слаб и крайне неравномерен, и колеса зимой обмерзали.

Форма внутреннего сечения на протяжении XVIII века продолжала медленно видоизменяться – лари делались все уже и глубже. Стандартная ширина 1,5 – 2 аршина (1 – 1,5 м) к концу века уже редко превышала 1,5 аршина. При этом мастера стремились, чтобы весь внутренний объем ларя был заполнен водой. В прямоугольном сечении всегда старались сгладить нижние углы, что усиливало напор воды. В конечном счете это привело к трансформации традиционных "водопроводов" в почти круглые трубы. С конца 1730-х гг. открытые сверху лари все чаще стали переделывать в закрытые. Открытыми они оставались на небольшом расстоянии у плотины, а иногда и на ответвлениях к фабрикам. В середине века, однако, от ларей к колесам вели уже почти круглые "трубы". Закрытые участки ларей обивались железом для возможности обогрева кострами во время морозов. С 1750-х гг. ларевые доски предпочитали укладывать не внахлест (не "в закрой"), как прежде, а стык в стык – "в сплотку", а пазы конопатить вываренной в смоле пенькой.

Металлические лари XIX в. повсеместно имели круглое или овальное сечение, гораздо большего размера, чем деревянные. Против замерзания воды они были снабжены второй – внешней- стенкой. Размеры ларя не ставились в прямую зависимость от глубины и площади пруда или от высоты спруженной воды.

Оптимальное давление воды достигалось расположением ларевого окна и регулированием уровня пруда через вешняк. Ларевое окно (т.е. отверстие в плотине, пропускающее воду из пруда на ларь через ларевой прорез) оборудовалось ставнем из толстых досок, который двигался сверху вниз в раме и мог полностью закрыть окно. Давление в металлическом ларе регулировалось системой механических поршней, установленных в прорезе непосредственно за окном и на стыках на всем протяжении ларя. Подошва (ларевое дно) крепилось на костылях параллельно горизонту воды в реке (в XVII веке лари делались наклонными) и располагалась выше фундамента плотины. Металлический ларь лежал на земле на уровне или даже ниже уровня фундамента.

Обычно устраивали либо один ларь, иногда почти примыкавший к вешняку, либо два – по обе стороны вешняка на расстоянии, позволявшем поставить фабрику. Впрочем, заводская планировка часто исходила из рельефа местности, и расположение и конфигурация ларей имели множество вариантов.

Как правило, ларевая система включала ларевые колодцы – полые деревянные срубы, связанные трубами с ларем, своеобразные промежуточные резервуары для усиления водного напора. Ларевые колодцы устраивали при необходимости круто изменить направление тока воды (обычно под прямым углом) и при удаленности водяных колес от ларя.

На вододействующих фабриках уральских заводов в подавляющем большинстве случаев устанавливались верхне- и среднебойные колеса. Деревянные водяные колеса имели косоугольные "ящики", состоявшие из пера и подпушины. Льющаяся с желоба ларя вода падала на "ящики" колеса и приводила их в движение. Чем выше над колесами крепился желоб ларя, тем быстрей оно вращалось. Однако высокое расположение желоба и, соответственно, самого ларя ослабляло давление воды на дальние колеса. Поэтому высокий ларь делался короче низкого и мог обеспечить энергией меньшее количество колес.

С 1730-х гг. деревянные колеса делались по образцу шведских, чему местных плотников обучил механик Никита Бахорев, сам учившийся мастерству в Швеции. Диаметр деревянных фабричных колес в среднем равнялся 4,5 аршина (3,6 м), пильных мельниц – на аршин больше (приблизительно 4 м). Железные колеса XIX в. вместо "ящиков" имели гораздо более тонкие, косоугольные же лопасти, что увеличивало число оборотов в единицу времени при том же расходе воды. Диаметр их, в отличие от деревянных, более разнился: от 1,5 – 2 м. в токарных мастерских до 14-15 м при воздуходувных мехах. Под колесами вырывали канал для отвода стекающей воды в реку.

Необходимость оптимального распределения водной энергии диктовал и особое внимание расположению заводских фабрик. В 1720-е гг. сложилась классическая схема заводской планировки.

Непосредственно за плотиной возводилась доменная фабрика. Колошник доменных печей соединялся мостом с верхом плотины. По нему подвозились руда, уголь и "мусор" (флюсовые добавки). Также рядом с плотиной, но по другую сторону вешняка от доменного корпуса и других огнеопасных заведений, строилась пильная мельница. Водяное колесо ее своим диаметром всегда превосходило колеса прочих фабрик. Следом за доменной фабрикой или напротив ее, по другую сторону ларя, но ни в коем случае не напротив и не следом за пильной мельницей, располагалась медеплавильная фабрика (если она имелась на заводе). При отсутствии домен медеплавильную фабрику с ее горновыми мехами ставили сразу за плотиной. Непосредственно же вблизи плотины (при отсутствии домны непосредственно за плотиной) размещались кричные фабрики, обычно две или три. Они производили основную продукцию всякого железоделательного завода – полосовое железо. В случае, если на заводе имелась пильная мельница и медеплавильная фабрика, кричные располагались напротив последней (или напротив доменного корпуса, при его наличии, в этом случае будучи ближе к плотине, чем медеплавильная), а также друг напротив друга. Расхожая кузница с вододействующими мехами и слесарная фабрика ставились всегда рядом (иногда под одной крышей) и при непосредственном соприкосновении с одной из молотовых (кричных) фабрик, откуда для них и поступало сырье.

Далее располагались фабрики, действовавшие от более слабых водяных двигателей, соответственно уменьшению потребности в движущей силе: колотушечная (расковка полосового железа более примитивными молотами, действующими не от колесного вала, а непосредственно от колеса), фурмовая и пушечная, укладная, стальная, жестяная, железоплющильная или железорезная с хвостовыми ножницами, якорная (дело кричных молотов), дощатая с самыми легкими гладильными молотами и еще более редкие, типа проволочной с вододействующими клещами. Часто они шли следом за пильной мельницей, а при ее отсутствии – за молотовыми (кричными) фабриками, располагаясь или в один ряд, или друг напротив друга, вдоль одного или – реже – разных ларей. Разумеется полный набор всех перечисленных фабрик на одном заводе почти не встречался. Фабрики, не требовавшие для своего действия водной энергии (лудильная, меднопосудная, меховая – к делу горновых и доменных мехов и т.п.), располагались, как правило, на периферии или вовсе за пределами заводской площадки.

Нормальное функционирование вододействующего оборудования, естественно, во многом зависело от состояния пруда. Одновременно с закладкой плотины проводились работы по расчистке чаши будущего пруда – вырубался лес и сейчас же пережигался на уголь. Площадь будущего пруда всегда была первой заводской дровосекой и первым заводским куренем. По мере разлива главное внимание в прудовом хозяйстве уделялось поддержанию необходимого уровня воды. В качестве мер против понижения его использовалась расчистка русел впадающих рек от лесных завалов и установленных крестьянами рыболовных язов и морд. Со времен Геннина запрещалось строить мукомольные мельницы на всех прудовых притоках. Сохранению водотока малых рек способствовали также активные лесоохранные меры. Однако основное значение имела практиковавшееся строительство запасных верхних заводских плотин, позволявшее без особых проблем регулировать уровень воды в основном пруду. Как правило, при верхних плотинах устраивались и собственные фабрики, а со временем строился полноценный завод. Так появился, например, Верх-Исетский завод, сохранивший и даже преумноживший свое значение, когда и сам Екатеринбургский завод практически прекратил свое существование. Пыскорский же завод возводился при трех основных плотинах и двух вспомогательных на прудовых притоках.

Весной назначались караульные к надзору за уровнем спруженной воды, которые обязывались ежечасно производить замеры, а в случае угрожающего повышения уровня бить в набат. Тем самым частичный выпуск воды использовался как предохранительная мера от разрушения плотины.

^{По материалам сайта: http://book.uraic.ru/elib/Authors/korepanov/Sait1/dam.htm}

• статьи