Роберт Стефенсон, вызванный отцом, вернулся на родину в конце 1827 года. Он тотчас же отправился в Ньюкэстль и нашел паровозостроительный завод в полном упадке. Занятый постройкой дороги, Джордж Стефенсон не мог уделять должного внимания молодому предприятию. Число заказов было более, чем скромно. Кроме трех паровозов для Стоктон-Дарлингтонской дороги и рабочих паровозов для Ливерпуль- Манчестерской дороги, было построено лишь несколько машин для местных заводчиков. Производство не было налажено, опытные рабочие разбрелись, об усовершенствовании машин никто не заботился. Завод не приносил никакого дохода. Благоразумный Эдуард Пиз уведомил о своем желании выйти из компании и предлагал Стефенсону выкупить его пай, но у того не было на это нужной суммы.
Роберт энергично взялся за восстановление завода. Подыскиваются знающие мастера и рабочие, приобретается новое оборудование, налаживается производство и, самое главное, на основании накопившегося опыта, разрабатываются новые конструкции паровоза. Уже в следующем году завод успешно выполнил ряд заказов. Им были построены два паровоза для первой во Франции железной дороги между Лионом и Сент-Этьеном, открытой для всеобщего пользования в 1832 году. Одновременно был построен паровоз «Америка», предназначавшийся для дороги Балтимора-Огайо, это был первый паровоз, совершавший регулярные рейсы в Америке.
Одним из главных недостатков первых стефенсоновских паровозов была слабая паропроизводительность котла. Конструкция первых паровозных котлов копировала устройство широко распространенных тогда так называемых котлов с внутренней жаровой трубой, известных под именем корнваллийских. Эта конструкция была впервые в Европе предложена Тревитиком для паровых машин повышенного давления и представляла огромный шаг в развитии котлостроения. Тревитик же первый применил свой котел на строившихся им паровозах и паровых повозках.
Путь к повышению производительности котла справедливо усматривали в увеличении поверхности нагрева, т. е. общей поверхности соприкосновения воды со стенками котла, нагреваемыми топочными газами. В стационарных машинах это в известной степени достигалось простым увеличением котла, но такой способ был совершенно неприменим для паровозных котлов, вес и размеры которых были ограничены состоянием рельсового пути. Нельзя было сколько-нибудь значительно увеличить и длину котла. За несколько лет до этого на Ньюкэстльском заводе был построен для одной железной дороги (возле города Болтона) паровоз «Ланкаширский колдун» с удлиненным котлом, но он оказался чрезмерно тяжелым и неудобным для движения по дороге, имевшей крутые повороты. В паровозах, построенных для Франции, Стефенсон устроил в дымовой трубе две тонкие трубки, в которых циркулировала подогреваемая вода. Но эта конструкция оказалась также неудачной: вес паровоза повышался до двенадцати тонн, а трубки быстро перегорали.
Решением этого трудного вопроса явилось изобретение котла с так называемыми дымогарными трубками; такой котел и до сих пор имеет повсеместное применение на паровозах.
Попытки повысить экономичность котла путем устройства нескольких трубок для циркуляции воды или горячих газов делались и раньше. Известный корнваллийский инженер Артур Вульф построил в 1803 году водотрубный котел, состоящий из восьми горизонтально расположенных трубок, между которыми циркулировали горячие газы. Позже, около 1815 года, Тревитик предложил аналогичную конструкцию котла, но с вертикальным расположением трубок.
В 1827 году Стефенсон имел случай осмотреть трубчатый котел, запроектированный Джемсом — сыном землемера, производившего первые изыскания по постройке Ливерпуль-Манчестерской дороги. Нечто вроде трубчатого котла применялось и на паровых каретах, появившихся к тому времени в довольно большом количестве. Однако на паровозах продолжали применять обыкновенные цилиндрические котлы с одной внутренней жаровой трубой, тяжелые, мало экономичные, обладавшие низкой паропроизводительностью. Последнее было особенно невыгодно для паровозов, имеющих при ограниченных размерах котельной установки значительный расход пара.
Внутреннее устройство котла паровоза «Ракета» и расположение дымогарных трубок.
Первый котел с дымогарными трубками спроектировал для паровоза французский инженер Марк Сеген. Независимо от него, эта идея возникла у Генри Бутса — секретаря Ливерпуль-Манчестерской компании. Именно он, весьма покровительствовавший Стефенсону, предложил ему построить для предстоящего соревнования паровоз, снабженный трубчатым котлом. Стефенсон согласился не сразу. Как опытный мастер, он предвидел трудности осуществления этой сложной конструкции котла, который, кроме того, должен был быть рассчитан на значительное давление. Тем не менее, после совещания с Робертом, было решено попробовать снабдить паровозный котел дымогарными трубками. Стефенсон сам разработал проект нового паровоза, приняв все меры, чтобы котел мог выдержать требуемое давление. Под руководством Роберта на Ньюкэстльском заводе было немедленно приступлено к постройке паровоза. Приходилось усиленно торопиться. Ведь опыт мог кончиться неудачей, а срок конкурса был близок.
Как и предвидел Стефенсон, главная трудность встретилась при закреплении трубок. Первоначально двадцать пять медных трубок диаметром 7,5 сантиметра были попросту ввинчены в переднюю и заднюю стенки котла. Когда котел наполнили и подвергли испытанию давлением, вода брызнула со всех. сторон и залила мастерскую. Роберт в отчаянии написал отцу безнадежное письмо, отказываясь от применения дымогарных трубок. Однако испытанная в трудностях воля Стефенсона не отступила перед первой неудачей. Он требует «попытаться еще раз» и предлагает закреплять трубки путем вальцовки. Способ этот близко напоминает применяемый в современном паровозостроении.
Новая идея увенчалась полным успехом — котел оказался вполне водонепроницаемым.
Большую трудность представляло также форсирование тяги. Как и в первых своих паровозах, Стефенсон предполагал усилить тягу выпуском отработанного пара в дымовую трубу паровоза. Но так как в данном случае предполагалось применять значительно более высокое давление, возникало опасение, что будет создаваться вредное противодавление на поршень. Рядом опытов, это предположение было опровергнуто; при помощи опытов с трубками различной формы найден был способ продувать топку отработанным паром.
В новом паровозе Стефенсон изменил положение цилиндров. Он заметил, что при вертикальном расположении из-за перемещения значительных масс в направлении, перпендикулярном направлению движения паровоза, возникают вредные толчки. Поэтому он придал цилиндрам наклонное положение, расположив их по бокам, снаружи котла. Паровоз в рабочем состоянии весил немного более четырех тонн, а
