Повесть о великом инженере
Шрифт:
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,
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».
Секрет дешевого резервуара
Итак, заложены надежные основы теории нефтепроводов. Но Шухов не собирается ставить на этом точку. Если уж полем его инженерной деятельности стала техника нефтяной промышленности, то заниматься ей он будет широко, всесторонне, методично, не упуская ничего существенного.
На очереди - проблема хранения нефти. Шухов хорошо понимает, что массовое использование для этой цели металлических резервуаров станет реальной возможностью не раньше, чем для них будут найдены наиболее простые и технически рациональные конструкции. Железный листовой резервуар не должен иметь себе равных среди других емкостей для хранения нефти по быстроте и дешевизне изготовления.
Мы уже упоминали о том, что в Баку Шухов впервые ввел в обиход цилиндрические нефтяные резервуары. Именно этой формы он будет придерживаться и в дальнейшем. Почему? Элементарная геометрия учит, что из всех плоских фигур равной площади наименьший периметр имеет круг. Из всех плоских фигур равного периметра наибольшая площадь у круга. Зная это, можно прийти к заключению: если задана площадь основания, то наибольшая вместимость и наименьшая металлоемкость будет у цилиндрического резервуара. По меткому замечанию одного из биографов Шухова, Владимир Григорьевич возводит простейшее, всем известное свойство круга в один из руководящих принципов проектирования, превращает его в источник экономии металла.
Шухов не был бы самим собой, если бы ограничился только тем, что наглядно продемонстрировал возможность и выгоды применения цилиндрических резервуаров вместо прямоугольных, хотя уже этим, по существу, предопределил дальнейшее развитие металлического резервуарост-роения. Владимир Григорьевич считает, что должен разработать обоснованный метод расчета цилиндрических резервуаров, такой, который позволил
«Обыкновенный тип железного резервуара представляет собой тело цилиндрической формы с плоским днищем, покоящимся на основании, и с конической или также плоской крышей.
Стены резервуара образуются рядом колец, склепанных из листового железа; нижнее кольцо соединяется с днищем с помощью угольника. Верхнее кольцо оканчивается также угольником, который служит опорою для стропил крыши».
Это отрывок из статьи Шухова «Механические сооружения нефтяной промышленности» - его первой, по сути дела, печатной работы, опубликованной еще в 1883 году. Шухов считает совершенно излишним упоминать о своих авторских правах на «обыкновенный тип железного резервуара цилиндрической формы», о том, что такие нефтехранилища были впервые установлены в Баку несколько лет назад именно им. Уже здесь проявляется непритязательность, неизменно присущая Владимиру Григорьевичу на протяжении всей его долгой жизни.
Вот единственная фраза, по которой можно судить, какое значение придает сам Шухов этой работе: «Насколько мне известно, техническая литература почти не затрагивает вопроса о рациональном устройстве железных резервуаров, служащих для хранения жидких тел».
В те времена господствовало убеждение, что резервуар должен покоиться на сплошном массивном фундаменте. Устройство основания было одной из самых дорогих и сложных работ при строительстве железных резервуаров. Неоправданно массивные и дорогие основания металлических нефтехранилищ свидетельствовали о том, что не был создан надежный теоретический фундамент для грамотного инженерного решения задачи строительства резервуаров. Шухов стремится критически пересмотреть ту общепринятую в инженерном деле истину, которая гласит, что резервуары должны покоиться на солидном жестком основании.
А если днище резервуара будет опираться непосредственно на землю - на хорошо подготовленное песчаное основание? Верный ответ на этот вопрос Шухов получает, рассматривая днище резервуара как брус, лежащий на сплошном упругом основании. Точный математический анализ приводит к выводу, поразившему современников смелостью и неожиданностью.
«Наивыгоднейшим основанием конструкции, лежащей на податливой основе,- утверждает Шухов,- будет не жесткий брус, а гибкий лист, закрепленный по краям. Конструкция, лежащая на сплошном упругом основании, например, на песке, будет тем рациональнее построена, чем меньше будет работать на изгиб, то есть чем меньше будет ее момент инерции».
Владимир Григорьевич наглядно поясняет свою мысль. Давайте, говорит он, соединим несколько поплавков в сплошную цепь и опустим ее в воду. Теперь привяжем к одному из поплавков грузило. Мы заметим, что цепь в этом месте прогнется, не оказывая нагрузке никакого сопротивления, если не считать сопротивления упругой среды, то есть воды, на которой плавает цепь. Но если момент инерции такой цепи равен нулю, продолжает Владимир Григорьевич, то и изгибающий момент, независимо от длины цепи, тоже равняется нулю. А ведь такая цепь обладает ничуть не меньшей грузоподъемностью, чем сплошной жесткий понтон, объемом равный сумме объемов поплавков.
Точный математический анализ в сочетании с наглядными сравнениями помог Шухову убедительно доказать: если днище опирается на упругое земляное основание, нет никаких причин опасаться, что деформации грунта вызовут в корпусе резервуара перенапряжения. Эта часть исследования убеждает даже скептиков в ненужности сплошных бутовых фундаментов с жесткой балочной конструкцией днища резервуара. С тех пор основания под металлические резервуары с тонкими гибкими днищами начинают устраивать в виде песчаной подушки, окаймленной легким бетонным кольцом.