В юные годы Владимир Шухов поставил перед собой цель – испытать на себе, насколько жизнь одного человека может быть насыщена конкретной зримой пользой.
Очерк о гениальном русском инженере Владимире Григорьевиче Шухове покажет читателю, что сделал и создал XIX век для развития века XX-го. Человек-фабрика… Именно такое определение дали современники Шухову за его гигантский вклад не только в развитие «науки и техники», но в современную цивилизацию вообще.
Изобретения Шухова заняли достойное место в архитектуре и строительстве, металлургии и кузнечном производстве, водоснабжении и бурении скважин, в элеваторной технологии и минном деле. Но особенно много прогрессивных, поистине революционных открытий сделано им в нефтехимии, нефтехранении и нефтетранспортировке.
Инженерных открытий и их претворений в жизнь оказалось так много, что технологический облик современного мира можно изучать по удивительной «азбуке Шухова».
Вот лишь некоторые «буквы» из обширной «азбуки» изобретений, которую хорошо бы знать каждому мыслящему человеку, стремящемуся сделать и свой, пусть малый, вклад в развитие цивилизации:
А) ангары;
Б) баржи нефтеналивные;
В) воздушно-канатные дороги, висячие металлические перекрытия, водопроводы в Москве, Тамбове, Воронеже, Киеве, Харькове, водонапорные башни;
Ж) железнодорожные мосты через Енисей, Оку, Волгу и другие реки;
К) крекинг-процесс;
М) мартеновские печи, мачты электропередач, маяки, меднолитейные цехи, мостовые краны, мины;
Н) насосы для глубинного бурения нефти на 2–3 километра, нефтеперегонные установки, нефтепроводы, в том числе первый в мире: Балаханы – Черный город (в Азербайджане);
П) пакгаузы, порты;
Р) резервуары для нефти, в том числе цилиндрические, радиобашни, в том числе Шаболовская (в Москве);
С) сцена вращающаяся для МХАТа;
Т) танкеры, трубопроводы;
Я) якоря минные.
Каждая такая строка может считаться предметом гордости любой нации. А грандиозность свершений объясняет, почему, внедрив на практике сотни новаций, Владимир Григорьевич успел оформить патенты лишь на 15 из них: он торопился изобретать и созидать.
Владимир Григорьевич Шухов
Родился будущий изобретатель в 1853 году в городке Грайвороне под Курском, в семье действительного статского советника, ревизора Министерства финансов Григория Шухова. Учась в гимназии, Володя доказал теорему Пифагора столь оригинальным способом, что преподаватель «в педагогических целях, чтоб не зазнался вундеркинд» снизил ему оценку «за нескромность».
С 13 лет гимназист Шухов вынужден был жить один в Петербурге и давать платные уроки, так как отца перевели в Варшаву и отцовского «госжалованья» катастрофически не хватало. По напутствию отца Владимир блестяще сдал экзамены, «чтобы обучаться дальше за казенный счет», и поступил в Московское высшее техническое училище (впоследствии Бауманское). Названия главных печатных трудов Шухова – «Нефтепроводы» и «Стропила» – свидетельствуют о главных пристрастиях его гениального ума. Дневников и записок он не оставил – каждый день был расписан по минутам, и заносить на бумагу впечатления было просто некогда. На укоры современников, почему он не публикует статьи и мемуары, Владимир Григорьевич отвечал: «После постройки добротного дома леса убирают – и зачем о них вспоминать».
В Высшем техническом училище тогда читали лекции многие ученые с мировым именем. Шухов считал их своими учителями, но на советы корифея гидро- и аэродинамики H. Е. Жуковского и великого механика, создателя первого арифмометра П. Л. Чебышева заняться «чистой наукой», где его ожидают великие открытия, юноша ответил упрямо: «Я – человек жизни…». По окончании училища в 1876 году молодой Шухов отправляется на годичную стажировку в США. Там он знакомится с американским инженером Александром Бари, с которым впоследствии будет связан на долгие годы общим делом.
Менделеев, изучавший в это же время нефтяное дело в Америке, заметил: «Оставаться жить в США не советую никому, кто развился до понимания общественных задач…».
В редких интервью Шухов объяснял, что высоким признанием в мировой научно-технической среде он обязан тому, что «с самого начала отказался от подражания и повторения иностранных образцов и идей, потому что на этом пути можно только догонять – и так до бесконечности, причем повторяя чужие ошибки». И стал работать в оригинальном, совершенно русском стиле, опираясь на традиции Ломоносова, Кулибина, Казакова, Менделеева, Жуковского, Чебышева, Чаплыгина, Летнего, Марковникова. Эти оригинальность и новизна инженерных решений позволили Шухову противостоять экспансии иностранной мысли и даже обогнать ее, что снискало ему уважение в кругах зарубежной научно-инженерной элиты. Он поистине обогатил мир новыми открытиями.
Пребывание в интернациональной Америке помогло молодому Шухову сформулировать собственные взгляды на профессию инженера-изобретателя. По его мнению, «внедрять научно-технические идеи нужно сразу, смело и дерзко, как американцы, но продумав прежде стратегию претворения, как это делают англичане, рассчитать каждый свой шаг и последствия, как рассчитывают немцы, и учтя всевозможные мелочи и нюансы, как учитывают их французы».
Бари предлагает своему молодому коллеге финансирование его дальнейшей работы. С конца 1878 года начался для Владимира Шухова путь «человека-фабрики» в специально созданном под него конструкторском бюро. Сам Бари шутя называл это «Контора по эксплуатации и изобретениям инженера Шухова».
«Говорят, что А. В. Бари эксплуатировал меня, – вспоминал Шухов. – Это правильно. Юридически я всё время оставался наемным служащим конторы. Мой труд оплачивался скромно по сравнению с доходами, которые получала контора от моего труда. Но и я эксплуатировал Бари, заставляя его выполнять мои даже самые смелые предложения! Мне предоставлялся выбор заказов, расходование средств в оговоренном размере, подбор сотрудников и наем рабочих. Кроме того, Бари был не только ловкий предприниматель, но и неплохой инженер, умевший оценить новизну технической мысли. Приходилось терпеть несправедливости в оплате труда ради возможности инженерного творчества».
Титул и страница из книги В. Г. Шухова «Трубопроводы и их применение к нефтяной промышленности». 1895 г.
Терпеть приходилось и в личной жизни. Жена, Мария Николаевна, по воспоминаниям дочери Веры, «не понимала отца и не хотела понимать, и потому он дома больше молчал. Уходил в работу, пребывал в ней».
За короткий срок новаторские идеи талантливого инженера буквально преобразили нефтяную отрасль, затронув всю производственную цепочку – от добычи до переработки. Шухов изобрел:
– для добычи – эрлифт;
– для хранения – резервуары и цистерны;
– для транспортировки – нефтепроводы, баржи и танкеры;
– для переработки – крекинг-процесс, который, по словам современников, «столкнул с мертвой точки нефтяное дело».
Свою творческую инженерную деятельность В. Г. Шухов начал в 1878 году со строительства на Кавказе первого в мире нефтепровода.
Приехав в Баку, Шухов застал город «больным нефтью». Черное от дыма и копоти небо, лужи и целые озера разлитой нефти. Добывали ее желонками – ведрами с клапанами на конце, хранили в обычных земляных ямах. Возили в бочках, а то и просто в бурдюках на скрипевших по непролазной грязи арбах. Потери черного золота достигали четырех пятых добычи!
Двадцатипятилетний инженер предложил перекачивать густую, вязкую жидкость по трубам, как воду. Поначалу это вызвало только смех. Но Шухов обосновал возможность такой перекачки математическим расчетом, вскоре названным «формула Шухова». Первый 11-километровый нефтепровод начинающий инженер спроектировал по заказу братьев Нобелей.
За 20 лет до Шухова сжигать нефть и скипидар в топке начал полковник в отставке А. Шпаковский.
Через два года имя молодого изобретателя оказалось вновь в центре внимания нефтедобытчиков. Он сконструировал паровую форсунку для пароходов и паровозов. Шухов решил сжигать никчемный, как считалось, мазут. Сжигать без остатка, распыляя его на мельчайшие капли струей пара, выходящего из узкого отверстия. Так появился промышленный способ сжигания мазута.
Транспортировку нефти и мазута в десятки раз удешевили трубопроводы, для которых он разработал особый метод подогрева вяжущих жидкостей. С именем Шухова связано одно из важнейших «нефтяных» изобретений – создание современных резервуаров. Этой проблемой он занялся в то время, когда при резко возросшей добыче каменные погреба и амбары стали абсолютно непригодны для хранения нефти. Но и появившиеся тогда дорогостоящие зарубежные металлические резервуары были крайне несовершенны. Из-за своей нерациональной прямоугольной формы и большого веса они были нетехнологичными и весьма неудобными в эксплуатации.
По словам коллег, Шухов создал «школу рациональной постройки нефтяных резервуаров на строго экономичных началах». Прежде всего, он отказался от общепринятых в то время мощных фундаментов и решил эту задачу поистине элегантно. Шухов сделал днище бака из тонкого стального листа, заставив его работать в наивыгоднейшем режиме – на растяжение. Заделанное по краям днище лежало… на песке, передавая на него нагрузку. Легкое бетонное кольцо и песчаная подушка внутри – вот и весь фундамент. Стенки самого бака он также не стал делать слишком толстыми, ведь давление жидкости наверху резервуара намного меньше, чем внизу. Если толщина стенок американских резервуаров составляла 6,35 миллиметра, немецких – 5, то отечественные, шуховские, не превышали 4 миллиметров. Так Шухов разработал новую методику проектирования, изготовления и монтажа вертикальных цилиндрических клепаных резервуаров минимального веса на облегченном основании. Чего стоят одни его клепаные железные резервуары большой емкости. После того как Шухову удалось вывести формулы распределения веса резервуара, отпала необходимость в дорогостоящих фундаментах.
Новые резервуары сразу же начали пользоваться спросом у русских и зарубежных промышленников. Только за два первых года работы «Контора Л. В. Бари» произвела их 130 штук. Всего за 30 лет своей деятельности она построила в России 3240 металлических резервуаров общей емкостью 178 миллионов пудов.
В. Г. Шухов (в центре) на борту строящейся баржи
Все шуховские резервуары соответствовали определенным фирменным стандартам. С помощью специальных таблиц можно было быстро определить тип резервуара, его объем, расход металла, а также стоимость материала и строительства. Для раскроя листа и разметки отверстий под заклепки использовали специальные шаблоны. Впервые в мировой практике была внедрена поточная сборка цилиндрических емкостей из металлических стандартных элементов.
Читателю уже известно, что первые наливные перевозки нефти осуществили братья Николай и Дмитрий Артемьевы в 1875 году на деревянной шхуне «Александр». Однако деревянные суда были ненадежными. И хотя с шестидесятых годов XIX века на Сормовском заводе по проекту известного судостроителя Михаила Окунева изготавливали стальные баржи, их высокая стоимость и несовершенство конструкции препятствовали широкому распространению. Эти похожие на утюги баржи при транспортировке постоянно «рыскали по фарватеру», то есть двигались по воде зигзагами, отклоняясь от заданного курса.
Строительство нефтеналивной баржи в Сормово
Только экономия металла – миллионы тонн в сравнении с зарубежными нормативами, а какая громадная экономия нефти!
Принципы, проверенные в резервуаростроении, Шухов творчески перенес и на строительство речных нефтеналивных судов.
По заказу судовладельцев Баранова и Шитова в 1885 году Шухов и его коллеги построили две металлические нефтеналивные баржи грузоподъемностью 40 и 50 тысяч пудов. Рассчитал их Шухов по собственному методу – как балки, лежащие на упругом основании. Впервые в корпусе была создана своеобразная кессонная система из перекрещивающихся продольных и поперечных балок, применены новые конструктивные решения для создания дополнительной жесткости и т. п. Чертежи барж создавались в московской головной конторе. А на местах, в Саратове и Царицыне, велись непосредственный «раскрой» и строительство. Сборка шла, как правило, поточным методом – от пяти до десяти судов одновременно.
Вначале это были баржи длиной 70 метров и шириной 10, но вскоре началось сооружение «речных великанов» длиной 150–170 метров и водоизмещением до 100 тысяч пудов. К 1910 году было построено 65 подобных барж общей грузоподъемностью 6,8 миллиона пудов, что равнялось тогда примерно половине тоннажа волжского нефтеналивного флота.
Сложнейшие расчеты и разработанная Шуховым технология производства клепаных барж позволили заводам в разных странах строить по шуховским чертежам целые нефтеналивные флотилии. Правда, братья Нобели не без ехидства сообщали, что «предприимчивые янки такие суда строить не решаются».
Судостроительная технология, созданная Владимиром Шуховым, намного опередила свое время. Поточно-позиционный метод сборки судов на стапелях широко применяется и поныне.
Корабельным энергетикам и инженерам хорошо известны и водотрубные паровые котлы системы Шухова. Конструкция их оказалась настолько удачной, что благодаря экономичности, простоте обслуживания и высокой надежности их выпускали в течение 50 лет! И это в наш век бурного технического прогресса.
Вернемся к бакинскому периоду. В те годы главной задачей для Владимира Шухова было раскрыть тайну расщепления самой нефти. Что еще она может дать человечеству?
Разложить тяжелые нефтяные остатки первым сумел еще в 1875 году инженер А. Летний. Молекулярное строение нефти и различные реакции описали Д. Менделеев, А. Бутлеров, В. Марковников, но на практике к девяностым годам XIX столетия из нефти получали только керосин и немного смазочных масел. Еще не настало время широкого применения мазута, а бензин вообще считали побочным и вредным продуктом. Использовали его лишь аптекари, исстари химичившие с нефтью: бензин хорошо выводил пятна на одежде.
До Шухова промышленный процесс расщепления нефти, то есть крекинга, разрабатывали в Баку инженеры И. Елин и Ф. Инчик – это были кубовые батареи для перегонки нефти. Дело не шло, и тогда пригласили знаменитого инженера. В результате была создана классическая батарея Шухова – Елина. Шухов продолжил работу над ее усовершенствованием и уже вместе с Ф. Инчиком 31 декабря 1888 года получил привилегию (патент) № 1200 на «Аппарат для непрерывной дробной перегонки нефти и т. п. веществ». Аппарат, который заменял 15 прежних!
В последующие годы, после ряда новых изобретений по крекингу, 27 ноября 1891 года Шухов уже в паре с С. Гавриловым получил привилегию № 12926 на полный комплекс приборов для непрерывной дробной перегонки нефти. Мало того – этот же способ был предложен «для получения газа из нефти и ее продуктов». В новом комплексе использовали не цилиндрические кубы, а трубчатые печи. Специалистов особенно удивило, что бензина при шуховском крекинге получалось больше, чем находилось в нефти изначально. Науке еще предстояло объяснить этот феномен.
Не изобрети Шухов крекинг, может быть, так и катили бы сейчас автомобили на усовершенствованной электрической или дровяной тяге. Но полученный в результате крекинга бензин оказался столь дешев и эффективен, что судьба автомобильных моторов была решена. И как знать, проживи Шухов дольше – он бы и придумал, как избавить человечество от вредных бензиновых выхлопов…
Шуховское изобретение крекинга нефти в течение многих лет вызывало пристальный интерес на Западе. В конце 1920-х годов ведущему специалисту «Гипронефти» и «Стальпроекта» В. Г. Шухову нанесли визит гости из США – члены комиссии Синклера. Они были тогда конкурентами всемогущего Рокфеллера и в своей игре против нефтяного магната отводили Шухову большую роль. Гостям показали патенты, разговор вроде бы уже был исчерпан, но визитеры вдруг стали выкладывать на стол пачки зеленых купюр. Шухов побледнел, вызвал своих сотрудников и в их присутствии четко произнес: «Я нахожусь на государственной службе, ни в чем не нуждаюсь, и мое рабочее время оплачивает государство».
В России в то время остро не хватало бензина; не было учтено его наращивание и жестко регламентированным пятилетним планом. Лишь в 1930–1932 годах ударными методами Шухов совместно с М. А. Капелюшниковым построили первый в стране завод «Советский крекинг» по перегонке нефти. В день пуска завода 80-летний Шухов, в рабочем халате и рукавицах, встал у штурвала и лично начал регулировку и наладку процесса. В тот же день был получен первый высокооктановый бензин – это означало, что страна вышла из бензинового кризиса.
Российские промышленники решили превратить знаменитую Нижегородскую ярмарку во Всероссийскую промышленную выставку и в новом качестве провести ее в 1896 году. Шухову предложили спроектировать ряд выставочных зданий и водонапорную башню емкостью 10 тысяч ведер. Шухов создал невиданное до сих пор диво: прозрачные здания с необыкновенными арочными окнами и ажурную гиперболическую башню из металла, на верхушке которой установил резервуар для воды. Изобретатель радио А. С. Попов, увидев башню еще в монтаже, тут же нашел ей другое применение – для радиофикации выставки. Так впервые выставка «заговорила» со своими посетителями! И все до единого выставочные фотографы, русские и иностранные, фотографировали эту выставку с шуховской башни – и саму кружевную башню во всей ее красе.
Титул книги В. Г. Шухова. 1897 г.
Шаболовская башня В. Г. Шухова
О Шаболовской ажурной красавице, по новаторству обошедшей Эйфелеву, после долгих лет забвения вспомнили лишь в 2000 году – после пожара на Останкинской башне.
В начале 1920-х годов правительство Советской России предложит ему выстроить гиперболическую башню в Москве – для радиофикации всей страны. Методом хозрасчета, набрав артель, он построил в голодные и холодные годы на улице Шаболовке башню-красавицу. Замышлялась она высотой 305 метров – на пять метров выше Эйфелевой, но при этом в три раза легче и намного дешевле. В стране не хватало металла, а потому башня получилась высотой 160 метров. И вскоре радиоголос Москвы слушал весь мир…
Резервуары Товарищества пароходства «Лебедь» в Царицыне на Волге емкостью по 100 000 пудов керосина. 1882 г.
Когда Шухова спросили, откуда взялась идея башни, созданной им для Промышленной выставки, он указал на «плетеные корзины, которых полно в русских избах». Оказывается, именно они натолкнули его на мысль о сетчатом, плетенном из металла гиперболоиде.
Если на примерах «азбуки Шухова» инженеры учатся и по сей день, то история с «падающим минаретом» медресе Улугбека под Самаркандом далеко не так известна. А ведь это прямо-таки сюжет для настоящей приключенческой повести.
Уже в 1908 году минарет медресе – массивная высокая башня – походил на Пизанскую. Он тоже кренился в сторону, грозя рухнуть и придавить всё окружающее.
В 15 лет ставший правителем Самарканда, Улугбек – ученый и просветитель – выстроил в 1428–1429 годах медресе и знаменитую обсерваторию. В 1449 году Улугбека убили, а его обсерваторию разрушили. Обнаружил ее лишь в 1908 году русский археолог В. Л. Вяткин.
Пытаясь спасти минарет, в 1920 году его пробовали укрепить мощными тросами, получившими название «чертова гитара». Естественно, такой крепеж долго существовать не мог. В середине 1920-х годов была создана специальная комиссия «по выпрямлению башни». Первый проект, инженера Кузнецова, отклонили, так как он требовал приложения усилий в несколько сот тонн, что могло раздавить сам минарет.
Второй проект спасения минарета был разработан Владимиром Шуховым. Вместе с великим знатоком своего дела, старым самаркандским архитектором Мауэром, Шухов до мельчайших деталей разработал план «лечения». Только в 1932 году специальную металлическую арматуру, изготовленную столичным заводом «Мосмет», привели в действие. Огромный ствол минарета целиком отделили от его основания и закрепили на раме с шатунами. Вся поврежденная нижняя часть от уровня фундамента на высоту нескольких метров была удалена. Ее заменили капитальной железобетонной кладкой. Прилагая усилие всего в 12 килограммов, короткими поворотами винта с паузами разной длины в течение нескольких часов, ствол башни медленно качнули в направлении, противоположном падению, и… выпрямили! Вытащив затем постепенно из-под нее одну за другой мощные двутавровые железные балки, громадную башню установили в вертикальном положении. Сняли ненужные теперь тросы «чертовой гитары». А некоторое время спустя освобожденный от деревянного корсета, тяжей и металлической конструкции минарет предстал во всей своей стройной красе, блистая под солнцем мрамором и изразцами.
Ничего подобного реставрационная практика памятников Востока до этого не знала. Смелость замысла, простота идеи и точность расчета покорили всех участников этой необычной операции.
Один из десятников, Василий Гончаров, умирая, просил написать на своей могильной плите, что он «работал на спасении минарета». Воля его была выполнена.
Схема горизонтального котла В. Г. Шухова
В 1928 году Шухов становится членом-корреспондентом Академии наук СССР и в 1929 году – ее почетным членом. Имеются данные, что в конце 1930 года, в ходе «процесса Промпартии», было объявлено о его «привлечении». В тогдашнем контексте это означало – «арестован». Шухов был назван одним из руководящих «вредителей» на транспорте, но вскоре отпущен на свободу. По сообщениям в печати, он выступил с публичным осуждением «Промпартии» и «в ответ на вредительство» безвозмездно передал в фонд социалистического строительства свой патент на котлы. Только проценты по нему на то время составляли 50 тысяч рублей в год. Смерть Шухова в 1939 году осталась загадкой даже для близких. «Работал в своем кабинете, – вспоминает дочь Вера, – вдруг крик! Прибежали, на нем горит рубашка… Умирал он страшно, пять дней мучился от ожогов…» В ящиках его письменного стола остались сотни стеклянных позитивов. Оказывается, Владимир Григорьевич всю жизнь снимал: архитектурные памятники, русские пейзажи, мосты, нефтяные вышки Баку, другие нефтепромыслы. И еще редкие семейные снимки: с женой, сыновьями и дочерью, с внуком Федором, друзьями…
Гений Шухова блистательно работал на Отчизну, да и сегодня готов работать, если найдутся достойные ученики, которым он оставил завет: «Как в музыке высшая степень творчества – композиция, так и в инженерной деятельности – создание принципиально новых конструкций».
В начале девяностых годов XX века Институт легких конструкций при Университете немецкого города Штутгарта организовал Международную передвижную выставку, посвященную Владимиру Шухову. По замыслу устроителей, этой выставке предстояло побывать везде, где оставил свой творческий след гениальный русский инженер, – то есть по всему миру. До нашей страны она так и не добралась – среди российских официальных лиц не нашлось заинтересованных в этой экспозиции.