Нефть, поступающую на завод, надо где-то хранить. В конце XIX века её порой хранили просто-напросто в земляных ямах. Конечно, огромное количество нефти при этом просачивалось в землю. Мало того что ценное сырьё таким образом терялось, так оно ещё и загрязняло окружающую среду.
Кроме того, нефтедобытчики строили резервуары – огромные конструкции из стали, в которые заливали нефть. Чтобы эти ёмкости выдерживали давление нефти, приходилось делать их стенки толстыми и устраивать мощный фундамент. Всё это увеличивало расход материалов и время строительства – а значит, делало постройку более дорогой.
Что необходимо?
Построить экономичный (то есть дешёвый) резервуар для нефти.
Что предложил Шухов
«А разве обязательно делать стальные днища резервуаров жёсткими?» – подумал Шухов и позволил им свободно прогибаться под тяжестью нефти. Нагрузку от нефти воспринимала устраиваемая под днищем упругая песчаная подушка – слой песка толщиной около 30 см. Сами же днища теперь стали тонкими – от 4 до 6 мм.
В нижней части резервуара нефть давит на стенки больше, чем в верхней. Тогда зачем все стенки делать одинаковой толщины? Шухов предложил делать их толще внизу и тоньше вверху.
Идеи Шухова позволяли экономить на материалах и ускоряли строительство. Придуманные им резервуары оказались настолько экономичными, что ещё долгие десятилетия строились по всей стране.
Как перевозить нефть по воде
Вы наверняка знаете о танкерах – гигантских судах, которые перевозят по морям нефть. В России похожие суда ходили по Волге, доставляя нефть из низовий реки, близ Каспийского моря, в центр страны. Однако огромные нефтеналивные баржи были сложны в управлении и буксировке, двигались медленно и часто попадали в аварии.
Что необходимо?
Сконструировать большие и в то же время экономичные баржи для перевозки нефти.
Что предложил Шухов
Шухов создал проект идеальной баржи, похожей на традиционное деревянное судно-расшиву – такие издавна ходили по Волге. Носы их имели форму ложки, а днища были плоскими. Вода свободно подходила под нос, скользила под днищем и не производила сзади водоворота, который бы мешал управлять судном. Буксирный пароход вместо одной обычной баржи мог легко тянуть две или три баржи Шухова.
Благодаря грамотно выбранной форме и новым методикам расчёта Шухову удавалось проектировать баржи небывалой длины – до 170 метров. Представьте себе уложенный горизонтально 50-этажный небоскрёб, рассекающий волны, – вот такими были те суда.
Как получать из нефти полезные вещества
Как из нефти получали керосин? Довольно простым способом: сырьё нагревали в специальном котле, который назывался перегонным кубом, и керосин просто испарялся. Получалось его таким образом не очень много – около трети от общего количества загруженной в куб нефти.
Что необходимо?
Получить из нефти больше керосина.
Что предложил Шухов
Оказывается, нагревая нефть под высоким давлением, можно увеличить количество и качество получаемого керосина. Этот принцип, известный химикам того времени, Шухов первым сумел применить на практике. В 1890 году он сконструировал, а в 1891 году запатентовал аппарат для дробной перегонки нефти под давлением и при высокой температуре.
Для того чтобы непрерывно нагревать нефть до нужной температуры, Шухов предложил использовать не обычные кубы, а трубчатые печи. То, что множество отдельных труб хороши для нагрева жидкостей, было ему прекрасно известно – ведь в то же самое время он проектировал и строил трубчатые котлы для воды, о которых мы поговорим через пару страниц.
Увы, это прорывное изобретение Шухова тогда, в 1890-е годы, не было внедрено в практику. Однако о нём вспомнили несколько десятилетий спустя.
Как шухов опередил эру автомобилей
При дробной перегонке нефти удаётся увеличить количество и качество не только получаемого керосина, но и бензина. Однако в 1891 году он мало кому был нужен, его тогда продавали разве что в аптеках как антисептик.
А вот двадцать лет спустя, в 1912 году, патент на аналогичную технологию получил инженер Бартон, который работал в компании Standard Oil знаменитого миллиардера Джона Рокфеллера. В Америке эта технология получила название «крекинг-процесс» (английское слово crack переводится как «ломать, дробить») и вскоре стала успешно применяться – благо спрос на бензин резко вырос из-за массового производства недорогих автомобилей. Standard Oil имела в этом монополию, что не могло устраивать её конкурентов.
В 1923 году случилась, на мой взгляд, прелюбопытнейшая история. В Советский Союз прибыла делегация американских инженеров и адвокатов от нефтяной компании Синклера. Её задачей было встретиться с Владимиром Шуховым и выяснить у него подробности его изобретения тридцатилетней давности, дабы разрушить монополию Рокфеллера. Шухов провёл с американцами десять дней и подробно объяснил им принцип действия своего прибора. Делегаты предложили ему деньги, но Шухов, к вящему удивлению практичных американцев, отказался, объяснив это тем, что работает для нефтяной промышленности своей страны, а не для американской.
В России же топливо и рабочая сила были так дёшевы, что дедовский процесс перегонки в кубах использовался ещё очень долгое время. И только в 1931 году в Баку при участии Шухова был построен первый завод по крекингу нефти.
В Москве, в начале Сретенского бульвара, стоит памятник Владимиру Шухову. Появился он тут неслучайно. Ведь совсем рядом, на Мясницкой улице, располагалась контора Бари, где работал Владимир Григорьевич, а в паре минут ходьбы от неё, в Архангельском переулке, Шухов жил после революции. Напротив памятника располагается штаб-квартира нефтяной компании «Лукойл».
В 2008 году она и воздвигла монумент знаменитому инженеру в честь его заслуг перед российской нефтяной промышленностью.
Инженер ренессансного типа
В эпоху Возрождения (её ещё называют Ренессансом) учёные и инженеры часто были универсалами, то есть могли решать много совершенно разных задач. Самый известный пример – Леонардо да Винчи, который занимался и живописью, и архитектурой, и машины конструировал, и биологию с анатомией изучал. А вот в XIX – XX веках, когда наука и техника были развиты уже значительно сильнее, быть профессионалом сразу в нескольких больших областях стало сложно. Учёные, как правило, специализировались в чём-то одном.
Однако Владимир Шухов сложился именно как инженер-универсал. В первую очередь в этом ему помогло развитое математическое мышление. Благодаря ему Шухов не шёл проторёнными дорогами, а придумывал новые методы расчёта для разных ситуаций. Вторая важная причина – его умение видеть аналогии, то есть замечать, что в разных областях работают одни и те же принципы.
Давайте поговорим о других изобретениях Шухова и постараемся понять, как мыслил этот замечательный инженер.
Паровые котлы системы Шухова
XIX век – эпоха пара. Станки на заводах, пароходы и паровозы приводили в движение паровые двигатели, а большие многоквартирные дома в суровые русские зимы обогревали паровые котлы.
Интересно, как вы представляете себе паровой котёл? До того, как я начал заниматься историей инженерного искусства, я думал, что это огромный чан, в котором кипит вода, – вроде как в бане. Однако оказалось, что такие чаны остались в далёком прошлом.
Даже сто с лишним лет назад паровые котлы состояли из множества труб, по которым текла вода. Трубы проходили внутри кирпичной топки и нагревались от горящего угля. Вода, протекая по ним, моментально испарялась – и горячий пар начинал свою работу. Такие котлы назывались водотрубными.
Правда, строить и чистить их было не очень удобно, ведь каждую трубу (а их в котле были сотни) надо было отдельно монтировать и прочищать от накипи.
Что необходимо?
Придумать удобные котлы, которые можно быстро строить и легко чистить.
Что предложил Шухов
Предложенное Владимиром Шуховым решение было, как всегда, простым и изящным. Он придумал соединять трубы в батареи (на рисунке видно девять таких батарей, уложенных внутри котла в три ряда). Такие батареи можно было заранее изготовлять на заводе, а на месте строительства котла быстро соединять друг с другом. Представьте себе, насколько проще соединить девять батарей, чем монтировать полтысячи труб!
Но и на этом Шухов не остановился. Стенки топки обычно строились из кирпича. Они нагревались от горевшего в топке угля и зазря отдавали это тепло в атмосферу. Владимир Григорьевич придумал пропустить в стенках топки трубы с водой, чтобы эта энергия не отапливала Вселенную, а помогала получать пар.
Котлы системы Шухова оказались настолько удачными, что его начальник Александр Бари решил построить в Москве целый завод по их производству. Он был основан в 1894 году в Симоновой слободе, недалеко от современной станции метро «Автозаводская».
Котлы Шухова служили людям по всей России. Они были установлены в Московском университете и Императорском техническом училище, в Филипповской булочной на Тверской и Елисеевском магазине, в здании Министерства иностранных дел и в доме Людвига Нобеля в Петербурге, на Трёхгорной мануфактуре, Путиловском заводе и на станциях Московской окружной железной дороги.
В 1900 году котлы системы Шухова завоевали мировое признание. Инженер получил за них золотую медаль и почётный диплом на Всемирной промышленной выставке в Париже.
Первая Мировая война
В 1914 году Россия вступила в Первую мировую войну, и контора Бари, где работал Шухов, получила много военных заказов. Первая мировая стала первой крупной войной, в которой участвовали подводные лодки. Пришлось придумывать новые мины – с сетями заграждения от подлодок. Шухов разработал более 40 разновидностей мин.