Появляются книги, специально посвященные водяным колесам. В 1737 году опубликована книга французского инженера и ученого Белидора «Гидравлическая архитектура», в которой рассматриваются уже не только приме­ры применения водяных колес, но и элементы их теории, методы конструирования и расчета.

Английский инженер Смитон проводит опыты с моделями водяных колес и предлагает много новых решений.

В первой половине XVIII века строятся уже огромные водяные колеса. В Шотландии, в Гриноке, на большой бумагопрядильне у устья реки Клайд работало железное водяное колесо диаметром более 21 м и шириной около 4 м. На острове Мэн в Англии было построено колесо еще большего диаметра.

На Алтае Козьма Дмитриевич Фролов соорудил уникальную двигательную установку для привода подъемных и транспортных устройств двух рудников. В нее входило несколько колес, самое большое из которых имело диаметр 17 м. Необходимый для приведения в действие этой машины напор воды создавался специально построенной плотиной длиной 128 м и высотой более 15 м.

Но самым мощным по тем временам было колесо Кренгольмской мануфактуры в Нарве: диаметр его был около 10 м, а ширина — около восьми.

Словом, к середине XVIII века водяные колеса распространились повсюду. Наверное, не было в Европе ни одной мало-мальски пригодной для установки колеса реки, где оно бы не появилось. Это уже огромные, величественные сооружения, вокруг которых строятся фабрики и возникают города с организованным водоснабжением; энергия текущей воды позволяет людям почувствовать себя сильнее и увереннее.

Машины заменили руки многих рабочих, теперь они могли сами производить продукт, причем в десятки раз быстрее и качественнее, чем самые умелые мастеровые. Это было настоящей революцией в технике, начавшейся с текстильного производства, самого древнего и самого распространенного.

Попытки поручить машине однообразные процессы прядения и ткачества предпринимались давно. По свидетельству некоего венецианского писателя, еще в 1579 году в Данциге был изобретен лентоткацкий станок; но муниципальный совет, опасаясь появления среди ткачей безработицы, скрыл это изобретение, а изобретателя тайно задушили.

В Англии деревенский плотник Джон Уайетт также предложил конструкцию прядильной машины. Его сын пишет: «Около 1730 года у нашего отца, жившего тогда в деревне близ Личфильда, явилась первая идея этого изобретения, и он занялся осуществлением ее».

И вот в 1733 году в небольшом здании близ Сеттон-Колфильда без помощи пальцев была выпрядена первая хлопчатобумажная нить, причем сам изобретатель, выражаясь его собственными словами, стоял рядом, в ожидании, «волнуемый одновременно чувством радости и тревоги». Приводил эту машину в движение осёл, так что за рабочим оставался только надзор за правильной работой станка.

Однако и это изобретение вскоре было забыто — видимо, его время также еще не пришло.

Малопроизводительные ткацкие станки вполне обходились тем количеством пряжи, которое получалось при медленном и монотонном ручном прядении.

Но в 1733 году английский механик и ткач Джон Кей внес коренное усовершенствование в ткацкий станок — он создал конструкцию, в которой ткач не должен был вручную продевать челнок между нитями основы, эта операция производилась механически и гораздо быстрее. Станки Кея широко распространились, и пряжи для ткачества стало не хватать — обнаружилась надобность в гораздо более производительных прядильных станках.

В 1767 году плотник и ткач из Ланкашира Джеймс Харгривс построил прядильную машину, которую в честь своей дочери назвал «Дженни». Станок вызвал к себе уже довольно большой интерес. Прялка приводилась в движение вручную, но некоторые стали устанавливать прялки в большом здании и приводить их в движение при помощи водяного колеса. Так начали зарождаться текстильные фабрики, первые по-настоящему промышленные предприятия.

Развитие прядильных станков связано и с именем Ричарда Аркрайта, цирюльника из города Кретона, в Северном Ланкашире. Это о нем Маркс писал, как о величайшем воре чужих изобретений. Действительно, в 1769 году он получил патент на так называемую «ватермашину», практически повторяющую станок Уайетта, но приводимую в движение силой воды. Аркрайт был на редкость предприимчив. Он сумел широко внедрить свою машину, создав сеть прядильных и ткацких фабрик.

Аркрайтовская ватермашина в процессе прядения давала крепкую, но толстую нить, прялка «Дженни» — значительно более тонкую, но непрочную. Соединить достоинства этих машин и одновременно избавиться от их недостатков удалось Самюэлю Кромптону, который изобрел так называемую «мюль-машину». С ее изобретением проблема прядения была практически решена, пряжу можно было производить в необходимых количествах, с вполне достаточной производительностью.

Когда в 1797 году вблизи Петербурга открывалась первая русская текстильная фабрика — Александровская мануфактура, оборудованная ватермашинами, специальная мануфактур-коллегия под председательством князя Николая Юсупова сделала такое заключение о производительности машин: «Опыты удостоверили коллегию, что чесальная машина, приводимая в действие руками, в 19 минут вычесывает хлопчатой бумаги для ровной пряжи один фунт, действуемая водою может вычесать в 24 часа до 150 фунтов пряжи, занимая только двух человек, способствующих к механизму; напротив того, когда ческа производится руками человеческими, то не более трех с четвертью фунтов в сутки одним человеком вычесывается».

Приведем еще одну любопытную выдержку из документа того времени, свидетельствующую о весьма строгом подходе к вопросам, как сейчас принято говорить, «экономического эффекта внедрения новой техники». Это отрывок из «Мнения почетного опекуна князя Вяземского о гидравлической машине, устроенной на Неве господином Пуадебаром в 1801 году»: «Таким образом, мануфактура, употребив на устроение сей машины 2200 рублей, доставила себе силу движения, заменяющую 7200 рублей, из чего явствует, что она не только в ожидании своем не ошиблась, но и величайшую от машины сей пользу приобрела, тем более, что не надлежит также без уважения оставить, что ровное и регулярное движение водяного колеса выдает нам ныне гораздо превосходнее, тоньше и крепче нитки...» Вполне современное обоснование крупных по тому времени затрат!

Прядильные машины очень быстро распространились повсюду, а это имело и обратную сторону: появился избыток пряжи, которую невозможно было переработать на ручных ткацких станках. Многочисленные прядильщики разорялись, не в силах выдержать конкуренции с фабриками, а ткачи, наоборот, процветали. Сохранился памфлет того времени, в котором о ткачах говорится с нескрываемой завистью: «...они важничают, гуляют по улице с тросточкой в руках и пятифунтовым билетом, демонстративно засунутым за бант шляпы. Они хорошо одеваются и не впускают других рабочих в таверны, где они сидят».

Такое «благоденствие» ткачей, как и следовало ожидать, длилось недолго. В 1786 году сельский священник Эдмунд Картрайт изобрел механический ткацкий станок. Станки эти очень быстро распространились — таким образом, перевод текстильной промышленности на механическую основу был завершен.

Ясно, конечно, что не только прядение и ткачество тормозилось отсутствием двигателей. Большие затруднения возникли в металлургии и горном деле, да и в других отраслях — и тоже по причине кризиса в энергетике.

Причин этого кризиса было несколько. Прежде всего, для изготовления станков, сельскохозяйственных орудий, оружия и многих других необходимых предметов, требовалось все больше металла. Все известные в то время неглубокие залежи различных руд были уже почти полностью выработаны. В Англии, например, в 1700 году средняя глубина шахты составляла 120 метров, а уже через 50 лет — почти 200 метров. Все больше сил приходилось затрачивать на откачку грунтовых вод, на вентиляцию забоев, на подъем из шахты руды.

Такое же положение сложилось и на угольных шахтах, нагрузка на которые во второй половине XVIII века тоже резко возросла.

Дело в том, что до этого времени для выплавки железа из руды использовался только древесный уголь — каменный уголь содержит в своем составе серу и другие примеси, вредно отражающиеся на качестве железа. Но к началу XVIII столетия в Англии, некогда покрытой густыми лесами, стал ощущаться недостаток древесного угля — почти все леса были уже сведены.

Лишь в 1735 году промышленнику и экспериментатору Абрагаму Дерби удалось, наконец, получить высококачественный чугун, используя предварительно обработанный каменный уголь — кокс. Теперь резко увеличи­лась потребность в угле, который пришлось добывать с большей глубины.

Интересно, что даже в художественной литературе того времени, весьма далекой от «производственных» проблем, нашло отражение достижение Абрагама Дерби. В популярном в свое время романе «Путешествие Хамфри Клинкера», изданном в 1768 году, английский писатель Смоллет, описывая весьма сложные и запутанные любовные интриги героев, не преминул упомянуть и о «изрядном железноделательном заводе», где «вместо дров жгут каменный уголь; здесь научились очищать его от серы, которая могла бы сделать железо слишком хрупким».

Развивающаяся промышленность властно требовала все больше и больше энергии, которую могло предоставить в те времена только водяное колесо. (Напомним: ветряные мельницы практически везде, кроме Нидерландов, из-за многочисленных неудобств использовались лишь для помола зерна.)

Водяные же колеса уже научились строить достаточно мощные; трудами Рамелли, Белидора, Смитона, Фролова да и многих других они были усовершенствованы: коэффициент полезного действия достиг 60—70 %. Воз­водились фабрики с центральным двигателем, обслуживающим все разнообразные нужды производства,— они, правда, были еще большой редкостью.

В одном из своих писем Даниэль Дефо, автор бессмертного «Робинзона Крузо», упоминает о такой фабрике: «Здесь имеется одна необыкновенная достопримечательная, единственная в своем роде в Англии: я имею в виду мельницу на Дервенте, приводящую в движение три большие итальянские машины для производства органсина... Все части приводятся в движение одним колесом, причем, однако, каждая из них может быть остановлена отдельно».

Однако гидравлические двигатели возможно было устанавливать лишь на реке, притом требовалось, чтобы река была достаточно быстрой и полноводной. И если текстильную или металлообрабатывающую фабрику еще можно было построить на берегу, хотя это не всегда было удобно, то залежи руды или угольные пласты уже никак нельзя приблизить к воде. А здесь тоже была не­обходима энергия — для откачки заливавших шахту подземных вод и для подъема на поверхность добытых минералов. На шахтах, удаленных от рек, приходилось использовать только силу животных. Это было страшно невыгодно. В 1702 году владелец одной английской шахты для приведения в действие насосов, откачивающих воду, вынужден был держать 500 лошадей. Именно нужда в насосах и подъемниках дала первый толчок к созданию новых двигателей, которые могли бы работать независимо от того, есть рядом река или нет.

Впрочем, эксплуатация водяных колес тоже была сопряжена с немалыми трудностями из-за сезонности этого источника энергии, особенно в местностях с суровой и продолжительной зимой.

Тульские железоделательные заводы, принадлежавшие Марселису и Акеме, работали силою воды. Гидравлические установки приводили в действие воздуходувные доменные мехи, огромные мехи у кузнечных горнов, большие молоты, сверлильные станки, токарные устройства — словом, использовались вовсю. Чтобы обеспечить их достаточным количеством воды, были построены многочисленные плотины. Довольно быстро выяснилось, что подавать воду прямо от плотины на водяное колесо нельзя из-за неравномерности течения реки в разное время года. Тогда пришлось построить промежуточные «лари» для воды и возле плотины, и непосредственно в мастерской для питания водой рабочего аппарата. Все это, однако, мало помогало. В документах, относящихся к работе завода, отмечается, что «в вешнее и в осеннее время за большою, а в летнее и зимнее время за малою водою бывают на заводе прогульные многие дни».

Очень сложными оказались и конструкторские задачи, возникавшие при попытках регулировки водяных колес и приводимых ими в движение механизмов. Водяные колеса, как правило, тихоходны, и. чтобы заставить станок быстро вращаться, нужны были сложные и капризные механизмы, которые часто ломались, и производство останавливалось.

Словом, начинала явственно ощущаться необходимость двигателя, независимого от наличия реки, который мог бы быть установлен в любом месте, легко бы регулировался и был бы в то же время достаточно мощным. Поиски многочисленных изобретателей, стимулируемые настойчивыми требованиями производства, обратились к созданию энергетических машин нового типа.