Первый инженер
Есть люди, о которых говорят исключительно в превосходной степени. Один из них - Владимир Григорьевич Шухов (1853-1939 гг.) - русский инженер, архитектор, изобретатель, учёный, член-корреспондент и почётный член Академии наук СССР, лауреат премии им. Ленина, Герой Труда. Круг его научных и практических разработок огромен: это и нефтяная промышленность, и трубопроводный транспорт, и строительство, и архитектура, и энергетика, а также нефтеналивной флот. Ещё при жизни современники называли В. Г. Шухова «первым инженером Российской Империи», а сегодня он входит в список ста выдающихся инженеров всех времён и народов.
Человек эпохи
В юности я, как и, наверное, многие, зачитывалась романом Жюля Верна «Таинственный остров». Инженер Сайрус Смит надолго стал моим любимым литературным героем: благодаря его обширным знаниям, опыту и удивительному спокойствию в экстремальных ситуациях колонисты смогли не только выжить на необитаемом острове, но и создать свою процветающую мини-цивилизацию. Сайрус Смит - яркий литературный герой, олицетворяющий инженера XIX века, который обладал практически энциклопедическими знаниями науки и техники. Именно таким был В. Г. Шухов.
Владимир Шухов родился 16 августа 1853 г. в небогатой дворянской семье в Белгородском уезде Курской губернии. Его отец, Григорий Петрович Шухов, с детства старался привить сыну любовь к точным наукам, в чём весьма преуспел. Уже в школе Владимир проявил большие математические способности (даже придумал свой оригинальный способ доказательства теоремы Пифагора), и после её окончания у него не было сомнений в том, по какой стезе пойти: разумеется, инженерной.
Самую фундаментальную физико-математическую подготовку давало в то время Московское Императорское техническое училище (сегодня это МГТУ им. Баумана), куда и поступил Владимир Шухов в 1871 г. Училище славилось прогрессивной учебной программой и высоким уровнем преподавания, прежде всего, по математике и механике.
В 1876 г. Владимир окончил вуз с отличием и золотой медалью и, как лучший выпускник, в составе научной делегации отправился в США на Всемирную выставку достижений промышленности. Вдохновлённый грандиозной экспозицией, по возвращении на Родину он начинает работать проектировщиком железнодорожных депо по маршруту Варшава - Вена. Спустя два года Шухов перешёл на работу в фирму инженера-предпринимателя Александа Бари, с которым познакомился во время поездки в США. В. Г. Шухов и А. В. Бари плодотворно сотрудничали более 35 лет. Союз талантливого инженера и блестящего менеджера принёс России огромную пользу.
Нефть и тепло
Основные труды В. Г. Шухова посвящены технике нефтяной промышленности, теплотехнике и строительному делу. Он стал автором и соавтором ряда патентов на промышленные установки по переработке и использованию нефти. Владимир Григорьевич разработал проект и руководил строительством первого российского нефтепровода Балаханы - Чёрный Город (1878 г.), а в 1885 г. по его проектам начали строиться первые русские танкеры и нефтеналивные баржи. В 1891 г. Шухов первым в мире запатентовал промышленную установку для перегонки нефти с её разложением на фракции под действием высоких температур и давлений (процесс крекинга). Кроме этого, Шухов создал универсальную методику расчёта водопроводов, по его проектам в России и за рубежом было сооружено около 200 башен оригинальной конструкции, в том числе знаменитая Шаболовская радиобашня в Москве. Под его руководством спроектировано и построено около 500 мостов через Оку, Волгу, Енисей и другие реки нашей страны. Он спроектировал вращающуюся сцену МХАТа и придумал, как спасти знаменитый минарет Медресе Улугбека в Самарканде, пострадавший от разрушительного землетрясения в 1897 г.
В рамках одной статьи невозможно достойно представить всё наследие В. Г. Шухова, поэтому мы более подробно коснёмся тех идей и проектов, которые непосредственно относятся к энергетике.
Инженер Шухов жил в «век пара». Вероятно, поэтому наибольшую известность среди современников ему принесли работы в области котлостроения. В 1880-е годы в России использовалось множество котлов разнообразных типов и систем, преимущественно иностранных.
В конце 1880‑х Шухов приступил к созданию котла собственной конструкции, в которой сумел усилить достоинства и устранить недостатки других систем. При разработке проекта он проделал многочисленные опыты, получив необходимые экспериментальные данные. На их основе Шухов создал собственную теорию работы парового котла, к сожалению, не опубликованную.
Паровые котлы системы Шухова относились к типу водотрубных и были более совершенными и экономичными по сравнению с дымогарными. Несмотря на типологическое родство, они имели конструкцию оригинальную, от американской системы независимую и превосходящую её простотой и логичностью устройства. Шухову удалось повысить производительность котла в 2-3 раза. Столь блестящий результат поразил самих американцев. В своей конструкции Шухов более чем на 30 лет предвосхитил широкое внедрение экранов - изобретения, составившего эпоху в котлостроении.
Совершенство конструкции обусловило её удивительное долголетие. Так, горизонтальный котёл Шухова, поставленный в начале 1900‑х в одном из цехов Истьинского металлургического завода под Рязанью, находился в эксплуатации вплоть до осени 1989 г.
В 1898 г. В. Г. Шухов разработал конструкцию пароперегревателя для парового котла. Её отличительной чертой стала система воздушного охлаждения во время растопки котла, применённая вместо принятого до тех пор охлаждения водой. А за два года до этого Шухов получил привилегию на ещё одно изобретение - «Вертикальный трубчатый котёл». В начале XX века паровые котлы его системы и резервуары различного назначения нашли применение по всей стране - от Баку до Архангельска, от Петербурга до Владивостока, стали самыми популярными и широко применяемыми.
В. Г. Шухов также разработал конструкцию вертикального водотрубного котла сдвоенной системы, в котором шла последовательная утилизация тепла горячих газов - сначала в одном котле, а затем в другом.
Лёгкие и прочные
В 1890-х годах Шухов создал уникальную технологию строительства гиперболоидных сетчатых башен, поддерживающую принципы лёгкости, прочности и экономии материалов.
По словам самого изобретателя, идея окончательно оформилась благодаря цветочному горшку: «Однажды прихожу раньше обычного в свой кабинет и вижу: моя ивовая корзинка для бумаг перевёрнута вверх дном, а на ней стоит довольно тяжелый горшок с фикусом. И так передо мной ясно встала будущая конструкция башни». Основной принцип стальных гиперболоидных башен заключается в том, что они составляются из отдельных стержней, образующих пространственную сетку. Преимущества шуховских конструкций объяснялись тем, что криволинейные контуры башен образовывались из прямолинейных элементов. Шуховские конструкции были в среднем в два раза легче конкурирующих.
В 1896 г. в Нижнем Новгороде была представлена первая гиперболоидная водонапорная башня высотой 32 м, которая вызвала у публики большой интерес и восхищение своими лёгкостью и изяществом. В последующие годы по всей стране были построены сотни гиперболоидных водонапорных башен, а также Шаболовская радиобашня в Москве. Их конструкции настолько прочны, что, к примеру, шуховскую водонапорную башню в г. Белая Церковь под Киевом немцы во время войны разрушить не смогли - лишь частично повредили взрывом. Сам Владимир Григорьевич говорил: «Что красиво смотрится, то - прочно. Человеческий взгляд привык к пропорциям природы, а в природе выживает то, что прочно и целесообразно».
В 1927-1929 гг. по проекту Шухова был построен уникальный комплекс опор перехода воздушной линии электропередачи НиГРЭС 120 кВ через Оку. За два года были возведены три пары многосекционных стальных гиперболоидных башен-опор высотой по 128, 68 и 20 м.
При монтаже 128-метровых башен Шухов использовал «телескопический» метод, применённый им при строительстве Шаболовской радиобашни. Каждый ярус монтировался на земле, внутри башни, телескопически выдвигался в проектное положение и закреплялся болтами на верхнем кольце ранее установленного яруса. Шуховские конструкции уменьшали воздействие на опоры ЛЭП ветровых нагрузок, веса и натяжения проводов, а в зимних условиях - ещё и наледи.
Уже намного позже, после изменения маршрута ЛЭП, четыре опоры высотой 68 и 20 м были демонтированы. Две оставшиеся высотные башни на Оке в 1997 г. были признаны памятниками культурного наследия, охраняемыми государством. В 2005 г. в результате подмыва Окой береговой линии одна из башен упала, после чего была демонтирована.
На сегодня в России сохранились лишь две высотные многосекционные гиперболоидные конструкции инженера Шухова: Шаболовская телебашня в Москве и опора ЛЭП у Дзержинска. Отметим, что это единственная в мире гиперболоидная многосекционная опора ЛЭП, выполненная в виде несущей сетчатой оболочки
* * *
Удивительно, сколько пользы может принести один человек для науки и промышленности. У Владимира Григорьевича Шухова сотни изобретений, каждое из которых прославило бы его имя, даже если бы было единственным. Он - безусловный пример высокого служения своему делу и Родине для всех молодых инженеров XXI века.
Об авторе: Анна Марченко - руководитель группы наблюдений за ГТС ООО «ЛУКОЙЛ-Экоэнерго».
