Текст книги "Повесть о великом инженере"

Автор книги: Леонид Арнаутов

Соавторы: Яков Карпов
сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 19 страниц)

Счет идей

Мы не знаем, подводил ли Шухов итог двум годам, прожитым ж Баку. Попробуем сделать это.

В памяти оживает образ одного из литературных сверстников Шухова. Именно в середине семидесятых годов выходит из стен Петербургского технологического института Карташев – герой известной трилогии Н. М. Гарина-Михайловского. Заглянув в эту памятную с юных лет книгу, мы обнаружим поучительный диалог:

– Что, собственно, из наших институтских знаний пригодится? – допытывается новоиспеченный инженер Карташев у своего однокашника Шумана.

– Для практического инженера? Ничего. Практически то, что хорошо знает десятник, мы так никогда и знать не будем.

– А теорию мы ведь тоже не знаем!

– Научились рыться в справочных книжках, на все ведь готовые формулы есть…

Приводя этот отрывок, мы вовсе не собираемся утверждать, что именно таков был сто лет назад уровень знаний у всех питомцев высших технических учебных заведений России. Писатель не проявил излишней снисходительности к своему герою – милому, но беспутному Теме Карташеву. К тому же мы знаем, что среди коллег Шухова – выпускников Московского высшего технического училища – немало людей, именами которых по праву гордится отечественная наука и техника: Гаврилов, Зимин, Худяков…

Нет, Владимир Шухов не терял даром времени в стенах Высшего технического училища. Годы работы в Баку выявили и основательность его математических познаний, и способность удивительно удачно применять их в практической жизни. Об этом было хорошо сказано почти полувеком позже в одной из статей, посвященных 45-летнему юбилею инженерной и научной деятельности Шухова: «В то время как громадное большинство инженеров забывает высший анализ вскоре по выходе из взрастившей их школы, Владимир Григорьевич не только ничего не забыл, но наоборот – в совершенстве владеет математическими методами исследования. В этой-то научности и математич-ности его мышления, наравне с недюжинным конструкторским талантом, и был секрет его необыкновенного технического успеха».

Редко кому из молодых людей с новеньким дипломом в кармане удавалось на первых порах проявить такую зрелость, самостоятельность и широту инженерного мышления, как Шухову. За годы работы на Апшероне он обрел уверенность в себе. Он узнал, что ему под силу решать сложные технические задачи, идя своим путем, не ограничиваясь копированием или улучшением готовых образцов. Он открыл в себе способность критически осмысливать технические идеи и методы расчета, какими бы высокими авторитетами они ни были освящены.

Первый русский нефтепровод. Первый рационально построенный металлический резервуар. Усовершенствованный аппарат для сжигания нефтяных остатков. То, что создал Шухов в Баку, могло стать неплохим итогом жизни для многих его коллег.

Но для самого Шухова все сделанное им за 1878– 1879 годы – лишь подготовка фундамента для работы, которой он посвятит себя после возвращения в Москву. Знакомство с процессами добычи и переработки нефти, условиями ее хранения и перевозки вводит Шухова в круг проблем, к которым он будет возвращаться вновь и вновь на протяжении многих лет.

Сложные, противоречивые чувства должен был испытывать Шухов, покидая Баку. Ведь именно здесь, с одной стороны, обнаруживаются истоки многих его позднейших изобретений, теоретических разработок, проектов. С другой стороны, вряд ли Владимиру Григорьевичу мог прийтись по душе весь уклад бакинской жизни, которая, по свидетельству одного из местных авторов того времени, «получила односторонне деловой характер, и на ней легла печать сухой монотонности, узкой расчетливости и даже какой-то одичалости… Нигде не возникает столько недоразумений в общественной жизни, не бывает столько захватов и самоуправства, сколько в Баку и его окрестностях».

Каких-нибудь два года прожиты в Баку – а как обогащают они жизненный опыт молодого инженера! Шухов посещает грязные и тесные казармы, где на нарах спят вповалку рабочие, поднимаясь по сигналу, чтобы уступить места следующей смене. В то же время Нобель строит для привилегированной верхушки своей фирмы «Виллу Петролия» с нарядными коттеджами и живописным садом, земля для которого привозится из Ленкорани, а пресная вода – из Астрахани. На глазах Шухова люди разоряются или становятся богачами, обирая и выбрасывая на улицу вчерашних компаньонов. Мир частного предпринимательства предстает перед молодым инженером во всей своей наготе.

Мираж быстрой и легкой наживы не манит Шухова, бушующая вокруг вакханалия оставляет его равнодушным. Приобретательство – не его стихия. За годы, прожитые в Баку, он не обзавелся собственной буровой, перегонным кубом, приличным банковским счетом. Зато у него заведен иной счет, появились другие накопления – новые идеи, которые предстоит подвергнуть строгому научному анализу, облечь в безупречно четкую математическую форму. В этом смысле нефтеносная земля Апшерона щедро одарила инженера Шухова.

ЧАСТЬ II

Фабрика проектов

Четыре года прошло с тех пор, как Владимир Григорьевич покинул стены своей «альма матер» – Высшего технического училища. И вот он снова в Москве. Как много здесь перемен, как быстро Москва дворянская и купеческая превращается в капиталистическую!

По соседству со старыми барскими особняками с мезонинами и колоннадами в александровском вкусе громоздятся новые каменные палаты денежных воротил. Обилием аляповатых украшений они напоминают о требованиях, предъявляемых, по Достоевскому, архитектору клиентом-толстосумом: «Дожевское-то окно ты мне, братец, поставь неотменно, потому чем я хуже какого-нибудь ихнего голоштанного дожа, ну а пять-то этажей мне все-таки выведи – жильцов пускать; окно – окном, а этажи чтобы этажами; не могу же я из-за игрушек всего нашего капитала решиться».

Бородатые Тит Титычи бреют бороды, меняют поддевки на модные пиджаки, сюртуки, фраки. Старики еще цепляются за дедовский уклад, с опаской взирая на пору железнодорожной лихорадки и банковского приволья. Но молодые со знанием дела следят за колебаниями курса акций на бирже, охотно входят в новые общества, компании, товарищества, теснят стариков на выборах в биржевой комитет, в городскую думу.

Александр Бари чувствует себя в этом царстве наживы как рыба в воде. Он успел снять для своей конторы просторное помещение на Мясницкой, в доме Промышленного музея. Его квартира, отделанная дубовыми панелями, оклеенная тиснеными обоями, находится по соседству, в Кривоколенном переулке. Он пользуется банковским кредитом, что позволяет в придачу к бакинскому отделению открыть отделение в Петербурге и пустить свой механический завод в Москве. Подходящее место уже подыскано в Симоновой слободе.

Первая забота Шухова, после того как снял себе квартиру неподалеку от Никитских ворот,-это организация проектного бюро при технической конторе Бари – задача, которую смело можно назвать новаторской, если учесть, что в ту пору ни один завод, ни одна фирма еще не располагали постоянно действующим проектным коллективом.

По заведенному тогда порядку инженер, взявшийся за проектирование какого-нибудь сооружения, подбирал себе помощников. Завершение работы обычно означало и конец существования группы проектировщиков. Руководитель рассчитывался с помощниками и отпускал их на все четыре стороны. Такой порядок больше подходил для строительной артели, но был заведомо непригоден для технической конторы, получившей кучу выгодных заказов и быстро расширяющей сферу своей деятельности.

Подбирая постоянный штат проектного бюро, Шухов не гонится за бывалыми инженерами и техниками-чертежниками. Обучить начинающего, конечно, сложнее, но зато такой работник быстрее воспримет творческие принципы руководителя.

Причастность большого числа людей к созданию проекта неизбежно вносит в дело дополнительные трудности. В проект, который проходит через многие руки, могут проникнуть неточности или даже искажения. Понятно, их не было бы, если бы Шухов сам вел всю работу над проектом. Так было в Баку. Теперь это стало физически невозможно. Владимир Григорьевич набрасывает эскиз, задает нужные размеры, проектировщики реализуют его идею в чертежах. Постепенно задания расширяются, вплоть до самостоятельной разработки отдельных деталей и узлов. Однако Шухов требует строгого соблюдения всех принципов и особенностей, положенных в основу конструкции.

В 1882 году, всего через два года после переезда Владимира Григорьевича в Москву, на счету строительной конторы Бари значится 130 стальных резервуаров, построенных по шуховским проектам. Владимир Григорьевич со своей группой одновременно успевает вести работу над проектом водоснабжения Тамбова, проектирует насосы для киевского водопровода и железную наливную баржу для перевозки керосина, разрабатывает конструкции стропил для новых корпусов гвоздильного завода Гужона в Москве. Такой поистине титанический труд под силу только безупречно организованному, сплоченному коллективу проектировщиков. Руководство проектным бюро, воспитание у его сотрудников конструкторских навыков – все это отнимает львиную долю служебного времени Шухова.

«Вначале в бюро не было узкой специализации отдельных сотрудников по тем или иным видам сооружений или механизмов,– вспоминает Г. М. Ковельман.– Весьма широкая номенклатура объектов проектирования заставляла сотрудников работать над самыми разнородными техническими проблемами. Благодаря руководству Шухова, с удивительным искусством умевшего разделять любую сложную задачу на части, поддающиеся сравнительно легкому анализу, технические проблемы здесь решались всегда успешно».

Однако важнейшую часть работы – расчеты новых сооружений – Шухов не передоверяет никому. Он сам занимается математическими выкладками, выводом формул, оставляя помощникам только составление таблиц, переписку начисто и т. д. На редкость экономные, простые и остроумные технические решения, заложенные в шуховских проектах, укрепляют репутацию конторы Бари, создают ей лучшую рекламу. Доходы фирмы быстро идут в гору. Объем работы проектного бюро растет из года в год. В 1883 году оно выпустило 175 чертежей, в следующем году число их возросло до 275.

Казалось бы, по горло загруженный текущими делами, Владимир Григорьевич умудряется вести углубленные теоретические исследования, обобщая и анализируя наблюдения и эксперименты, проделанные за годы работы в бакинской нефтяной промышленности. Одна из задач, занимающих Шухова,– создание научной теории сооружения и эксплуатации нефтепроводов. К ее осуществлению он приступает как зрелый мастер, как инженер, уверенный в своих силах. Работа увлекает Владимира Григорьевича, тем более, что никто такой теории пока и не пытался предложить. Перед ним нетронутая область, в которой некому подражать, не у кого заимствовать.

«Несмотря на то, что в Северной Америке существуют нефтепроводы, разводящие миллионы кубических метров нефти на тысячи верст,– пишет в эти годы известный русский ученый С. Г. Войслав,– мы до сих пор не имеем общих положительных выводов для определения течения нефти по длинным трубам при различных ее свойствах и условиях передвижения. Зато мы имеем много практических данных и, главное, по части достоинства и стоимости различных приспособлений, относящихся к устройству нефтепроводов».

Ссылаясь на данные американского инженера Хаупта для железных труб диаметром 4 дюйма, Войслав дает весьма приблизительный подсчет расхода нефти, оговариваясь, что «применение того или иного диаметра труб для нефтепровода должно быть сделано только после обстоятельных исследований местных условий и точного расчета длины и стоимости труб, стоимости их перевозки, стоимости машин и постройки станций, количества и стоимости горючего, расходуемого на действие машин, а главное, того количества нефти, доставку которого вполне гарантирует нефтеносная страна». Условный характер носит и сделанный Воиславом примерный подсчет стоимости постройки длинных нефтепроводов.

Американцы не скрывали того, что «долгая и по-своему примечательная эпопея трубопроводов – это, в основном, история практических работ, проделанных любознательными, но, увы, невежественными людьми, которые… не имели четкого представления, что именно они делают, или как они это делают». Пионер американского нефтепроводного бизнеса Джекоб Вандергрифт назвал разговоры о теории трубопроводов салонной болтовней, добавив: «Вы не можете ответить на… заумные вопросы, пока не построите трубопровод. А построить его вы не сможете без настоящих парней, с ломами, гаечными ключами, захватами, динамитом и запасом смелости. Только это и надо брать в расчет».

Пренебрежение научной стороной дела, точным математическим расчетом обходилось недешево. К примеру, нефтепровод «Колумбия лайн», названный «ключом к подземным сокровищам», был сооружен на поверхности земли в жаркие летние месяцы без учета того, что чугун имеет свойство расширяться при высоких температурах и сокращаться при низких. Когда на холмы Пенсильвании пришла холодная зима, предок американских дальних трубопроводов повел себя, на взгляд многих, более чем странно. Стыки стали распадаться, потоки нефти полились на промерзшую землю. Дальний трубопровод через Аллеганские горы был, наоборот, проложен в середине зимы. С приходом жаркого лета толстостенные железные трубы, собранные без припусков и уложенные вдоль шоссейной дороги, начали расширяться. Нефтепровод стал корчиться и извиваться, словно гигантская змея. Звенья труб загромождали шоссейную дорогу, вырывали с корнем деревья, сносили телеграфные столбы. Мастер, взиравший на эту трагедию, глубокомысленно заметил: «Выходит, парни, мы переборщили– уложили слишком много этих проклятых труб».

Из неприятных случаев был сделан практический вывод – трубы надо прятать в землю на глубину несколько футов. Но поставить сооружение нефтепроводов на научную основу – об этом до Шухова никто не помышлял.

От опыта к теории

«Насколько нам известно, техническая литература почти не рассматривает вопроса об устройстве нефтепроводов под условием их наибольшей экономичности,– говорит Шухов в одной из своих статей тех лет.– Ввиду этого в настоящей статье мы сделаем попытку дать общие формулы задачи проводов в применении их к условиям нашей нефтяной промышленности».

Шухов рассматривает нефтепровод как сооружение, которое состоит из двух основных станций – приемной и сдаточной, соединенных между собой трубами. Чем дальше расстояние между этими станциями, то есть чем длиннее трубы, тем больший напор требуется для того, чтобы жидкость перемещалась по ним. Но удлинить трубы можно лишь до определенного предела. Больше напор, значит, выше давление в трубах. Чтобы труба могла противостоять высокому давлению, стенки ее должны быть толще.

Однако не исключено, считает Владимир Григорьевич, что требования техники вступят в противоборство с экономическим расчетом. Трубы в конце концов могут стать настолько массивными, тяжеловесными, что их изготовление, перевозка, укладка обойдутся непомерно дорого. Вот почему на трубопроводах большой протяженности необходимо устраивать промежуточные насосные станции. Их обязанность – повышать напор в тех местах, где он ниже допустимого предела. Исходя из этих положений, Шухов ставит перед собой цель – математическим путем найти точные соотношения между стоимостью труб разных диаметров и толщиной стенок, дополнительными насосными устройствами для перекачки нефти и нефтепродуктов и т. д. Зная, что существует строгая зависимость между размерами сооружения и стоимостью его эксплуатации, Владимир Григорьевич так определяет задачу проектировщика: «По данному расстоянию и по количеству перекачиваемой жидкости определить размеры всех частей сооружения под тем условием, чтобы ежегодные проценты с затраченного на устройство капитала, сложенные со стоимостью эксплуатации, составляли возможно меньшую величину».

Выражаясь языком нашего времени, задача, которую хочет решить Шухов, сводится к тому, чтобы найти минимум суммы эксплуатационных расходов и капиталовложений на постройку нефтепровода. Какой элемент сооружения определяет этот минимум? Таким элементом, отвечает Шухов, является диаметр трубопровода.

На что опирается Владимир Григорьевич, приступая к решению этой задачи? С одной стороны, на серьезные познания в области теоретической гидромеханики, полученные от Николая Егоровича Жуковского в стенах Технического училища. Но эта отрасль науки формулирует свои положения для идеальной, не существующей в природе жидкости, которой неведомы такие свойства, как вязкость и сжимаемость. С другой стороны, в памяти стоит совершенно конкретный, воплощенный в металл трубопровод Балаханы – Черный город.

Нельзя, разумеется, утверждать, что молодой инженер самонадеянно вознамерился устранить разрыв между теорией и реальностью. Его цель была намного скромнее. Напоминаем только о трудности поставленной им задачи. Ведь он начал свою работу над теорией нефтепроводов задолго до того, как были опубликованы исследования, определяющие зависимость коэффициента сопротивления движению жидкости в трубах от характера жидкости и ее физических свойств. Работа Шухова вооружает строителей нефтепроводов исключительно важными положениями и данными.

Прежде всего автор математически выражает связь между величинами, определяющими в общем виде процесс протекания жидкости по трубопроводу. Его первая формула связывает объемный расход жидкости, напор, диаметр и длину трубопровода – те величины, которые неизменно фигурируют во всех последующих уравнениях по сопротивлению движению жидкости в трубах.

Но Шухов не может удовлетвориться уравнением, которое дает возможность получить ряд технически правильных решений. Он считает себя обязанным указать, какое из них является наилучшим, наивыгоднейшим в каждом случае. Последовательно Владимир Григорьевич выводит формулы, по которым можно подсчитать общий вес труб, необходимых для трубопровода, годовой расход топлива, определить объем работы насосов для перекачивания жидкости.

Шухов предвидит, что жизнь может поставить перед строителями будущих нефтепроводов следующие задачи:

зная диаметр трубопровода, найти наивыгоднейшую для него величину расхода (то есть количество жидкости, перекачиваемой в минуту) и число станций;

зная расход, определить наивыгоднейшие диаметр трубопровода и число станций.

Показав, как получить нужные уравнения для решения этих задач, Шухов считает необходимым более подробно остановиться на том случае, когда для трубопровода определенного диаметра нужно отыскать наивыгоднейший расход. Владимир Григорьевич полагает, что «наиболее простая и наиболее богатая интересными для практики теоретическими указаниями постановка вопроса» позволяет в то же время решить другую задачу о выгодности трубопровода по сравнению с другими способами транспортировки жидкости – например, наливными вагонами или судами.

Операции, которые проделывает Шухов со своими уравнениями, подводят его к очень важным выводам. Вот вкратце их суть:

скорость перекачиваемой жидкости, вне зависимости от ее количества и диаметра трубопровода, является величиной постоянной;

всегда можно определить, при каком количестве жидкости перекачка ее по трубопроводу обойдется дешевле перевозки;

только при непрерывной работе трубопровод может дать наиболее экономичные результаты.

От теоретических положений гидромеханики Шухов последовательно переходит к конкретным условиям производства. «Это объясняет заслуженный успех работы Владимира Григорьевича,– говорит И. Я. Конфедератов.– Ученого привлекала в ней строгая методология исследования, практика – конкретные руководящие указания, изложенные в предельно простой и удобной для непосредственного использования форме».

Стремясь предусмотреть все, что может понадобиться практику-строителю, Шухов не жалеет труда и времени, чтобы составить таблицы, где высчитаны наиболее экономные значения скоростей движения жидкости, стоимости перекачки, толщины стенок труб для различных условий.

Почти без передышки Владимир Григорьевич приступает к теоретическому обоснованию процесса транспортировки по трубам мазута, который, как известно, отличается от нефти значительно большей вязкостью. Шухов показывает, что характерные свойства нефтяных остатков с особой силой проявляются при низких температурах: «Характер движения их (остатков) в этом случае не имеет ничего общего с движением жидкого тела. Остатки при этих температурах представляют очень густую массу, падающую комками; и в общем картина их истечения напоминает, если можно так выразиться, истечение мокрой смеси песка с глиной».

Еще в Баку Владимир Григорьевич установил, что с повышением температуры мазута уменьшается его вязкость и облегчается движение по трубам. Руководствуясь этим наблюдением, Шухов построил первый в мире трубопровод с подогревом перекачиваемого мазута. В итоге тщательного изучения работы мазутопровода на свет появилась формула, дающая возможность определить наиболее выгодный диаметр труб по заданному расходу мазута.

Поскольку мазут в то время перекачивался только с помощью паровых насосов прямого действия, Шухов предложил простой и остроумный способ подогрева остатков – использовать теплоту отработанного пара из паровых цилиндров насосов.

Чем больше мы подогреваем мазут, тем меньше его вязкость, следовательно, тем меньше мощности требуется на его перекачку. Но возрастает расход пара на подогрев мазута, больше труда и материалов уходит на сооружение подогревателя. Как быть? Должен же существовать какой-то разумный (невольно напрашивается современный термин «оптимальный») режим, который обеспечит наименьшие расходы на перекачивание и подогрев.

Шухов разрабатывает метод определения такого режима по наивыгоднейшей температуре подогрева мазута. Значения этой температуры он сводит в таблицу, где также приведены данные о величине поверхности нагрева подогревателя. Владимир Григорьевич дает расчеты теплоизоляции мазутопровода, определяет расстояния, на которые его можно провести при полном использовании на подогрев всего отработанного в насосах пара. Предусмотрены все могущие возникнуть у строителя вопросы, например, какого размера должны быть цилиндры перекачивающих насосов при заданной производительности мазутопровода, какой величины должна достигнуть поверхность нагрева паровых котлов для питания паром перекачивающих насосов.

Оценку этих работ мы находим в «Руководстве по нефтепромысловой механике» академика Л. С. Лейбензона. «Автор считает долгом,– пишет Л. С. Лейбензон,– посвятить труд своему учителю – почетному академику В. Г. Шухову, который первый исследовал с научной точки зрения вопросы о движении нефти и подогретого мазута по трубам и тем положил основание нефтяной гидравлике».