Первым в России стал его нефтепровод Балаханы – Черный Город
ШУХОВ ВЛАДИМИР ГРИГОРЬЕВИЧ (1853–1939), русский, советский инженер-механик.
Родился в 26 августа 1853 в городе Грайвороне Курской губернии (ныне в Белгородской области) в дворянской семье. Детские годы провел в родовом имении матери Пожидаевке. Способности к конструированию проявлял с детства. В 1871 после окончания с отличием в 1871 гимназии в Санкт-Петербурге блестяще сдал вступительные экзамены в Императорское Московское техническое училище (ныне МВТУ имени Н. Э. Баумана), получив право учиться на казенный счет. Еще будучи студентом сделал свое первое изобретение – форсунку для сжигания жидкого топлива (получившую высокую оценку Д.И.Менделеева и выпускавшуюся тысячами экземпляров задолго до сопла Лаваля).
В 1876 закончил училище с золотой медалью. Отклонив предложения остаться в училище для подготовки к профессорскому званию или поступить ассистентом к профессору училища П.Л.Чебышеву, избрал практическую деятельность инженера-проектировщика. Решением педагогического совета «в числе трех техников, окончивших с успехом курс» вместе с группой профессоров был командирован на Филадельфийскую Всемирную выставку, где в течение года знакомился с развивающейся промышленностью Америки. В Филадельфии получил выгодные условия для работы от фирмы А.В.Бари (строившей павильоны для выставки), но отклонил его и возвратился на родину.
В России в конце 1870-х интенсивно развивались многие отрасли производства: металлургия, машиностроение горное и нефтяное дело. Это открывало широкие возможности для деятельности отечественных инженеров. Шухов начал работать в Петербурге начальником чертежного бюро Варшавско-Венской железной дороги. Здесь он изобрел оригинальную конструкцию для оборудования кессонов.
В 1878 Шухов принял предложение приехавшего из Америки А.Бари руководить отделением строительной технической конторы в Баку и взялся за решение комплекса сложных научно-технических проблем нефтяной промышленности – от проектирования технических средств добычи нефти до создания нефтепроводов для транспортировки нефти с Апшеронского полуострова по Волге и ее притокам. Он проектировал и затем руководил работами по постройке в России нефтепроводов фирм «Бр. Нобель», «Лианозов и К°» (1880) и первого в мире мазутопровода с подогревом. Первым в России стал его нефтепровод Балаханы – Черный Город (Баку) длиной около 11 км, который оказался родоначальником сети стальных подземных магистралей в России.
В Баку Шухов занимался вопросами проектирования нефтяной техники. Для подъема нефти из скважин он создал конструкцию шнурового насоса непрерывного действия и ряд других конструкций насосов для подъема и перекачки нефтепродуктов, разработал методы их расчета, предложил метод подъема нефти с помощью сжатого воздуха (эрлифт).
В 1880 техническая контора Бари переехала из Петербурга в Москву, Шухов стал ее главным инженером и создал проектно-конструкторское бюро и монтажную группу но сборке металлических конструкций. В то время в промышленности возникла необходимость в простых рациональных конструкциях для хранения и перевозки нефти. Уже в Баку Шухов впервые ввел в практику цилиндрические резервуары уменьшенного веса с переменной толщиной стен и облегченным, фундаментом (взамен применявшихся в США тяжелых резервуаров, квадратных в плане). Конструкторское бюро конторы приступило к разработке типовых проектов резервуаров этого типа, у которых вес на тонну емкости на 25–30% меньше американских, и нефтеналивных металлических судов (барж грузоподъемностью до 2000 т) и другого оборудования.
В основу проектных решений различных сооружений лег рациональный метод расчета, разработанный Шуховым с учетом важнейших инженерных принципов проектирования – рентабельности и технической рациональности. В результате углубленных исследований в 1883 в журнале «Инженер» появилась статья Шухова Механические сооружения нефтяной промышленности, в которой был представлен новый метод расчета цилиндрических резервуаров.
Рассмотрев расчетную схему днища резервуара как схем балки, лежащей на упругом основании, Шухов решил заменить массивный фундамент на «гибкий лист, закрепленный по краям, лежащий на сплошном упругом основании, например на песке». Для решения этой частной задачи изгиба он впервые (в 1903) воспользовался часто применяемым теперь в строительной механике дифференциальным уравнением четвертого порядка для описания изогнутой оси балки, общий способ интегрирования этого уравнения предложил еще Л.Эйлер. Позднее, рассматривая речные нефтеналивные суда как плавающую балку, он также использовал это уравнение. Важные выводы этих исследований привели к возможности строительства (на верфи в Саратове) судов длиной до 170 м.
Важный вклад Шухов внес и в развитие нефтяной гидравлики и по праву считается ее основоположником.
В статье Нефтепроводы (1884) и в книге Трубопроводы и их применение в нефтяной промышленности (1894) Шухов предложил точные математические формулы для описания процессов протекания по трубопроводам нефти, мазута, создав классическую теорию нефтепроводов. Для удобства использования этих исследований на практике он составил таблицы экономичных значений скорости движения жидкостей по трубам, а также толщины стенок труб в различных условиях перекачки. Работу над теорией нефтепроводов Шухов начал задолго до опубликования исследований по определению зависимостей характера жидкостей и их физических свойств от сопротивления движению по трубам.
Этим исследованиям предшествовала его деятельность в области гидравлики воды, теоретические и практические результаты которой, полученные при проектировании системы водоснабжения г. Москвы, были им сформулированы в работе 1891. По проектам Шухова были построены водопроводы в городах Тамбове (1883), частично в Москве (1911), Воронеже, Киеве, Николаеве (1907), Харькове и других городах и на многих станциях железных дорог.
В период нефтяного бума в России в 1880–1890-е перегонка нефти была еще очень несовершенной. Теория расщепления нефти в весьма общем виде была разработана в трудах Д.И.Менделеева и других русских ученых, однако выход керосина и бензина на действовавших установках был крайне мал.
Столкнувшись с почти неизвестной ему технологией переработки нефти, Шухов в 1886 совместно с Ф.Инчиком и позднее с С.Гавриловым создал аппараты для непрерывной переработки нефти и ее тяжелых фракций (мазутов) с разложением – крекинг. Ранее известный процесс крекинга нефти был им доведен до стадии создания промышленной установки. Однако в последнем десятилетии 19 в. автомобилей было еще мало и осваивать большое количество бензина не было необходимости, поэтому установка Шухова более 20 лет не находила применения. В таких случаях обычно говорят, что ученый обогнал свое время.
С началом первой мировой войны выявилось важное значение бензина для военных нужд. Промышленники США и других стран начали интенсивные поиски способов получения бензина, был объявлен конкурс с крупными премиями. Никого из правительства и промышленников России этот вопрос не заинтересовал, хотя Шухов с 1890 имел привилегию (патент) на получение бензина, которую позднее использовали американцы.
В 1922 в Москву прибыла авторитетная делегация американских инженеров фирмы «Стандарт ойл компани», чтобы получить информацию о крекинге нефти, изобретенном Шуховым. Ученый, сравнив свой патент 1891 с американскими патентами 1912–1916, в том числе с наиболее распространенным в промышленности патентом Бортона, показал, что все эти нефтеперегонные установки повторяют его патент и не являются оригинальными.
Академики П.П.Лазарев и А.Н.Крылов справедливо назвали Шухова первым и истинным изобретателем крекинг-процесса. К нефтеперегонным установкам ученый возвратился еще раз в 30-х 20 в., когда совместно с М.А.Капелюшниковым проектировал и строил завод «Советский крекинг».
В 1886–1910 особое внимание Шухов уделял конструированию паровой техники.
В первые годы работы в Москве контора Бари монтировала паровые котлы американской фирмы «Бабкок – Вилькокс». Шухов тщательно изучил их и создал опытные экземпляры конструкции горизонтальных «трубчатых паровых котлов», получив привилегию (1896), после чего они начали выпускаться серийно: ежегодно помногу тысяч штук. На Всемирной выставке в Париже в 1900 за этот паровой котел Шухов был награжден Большой золотой медалью. С 1892 в России начал серийно выпускаться другой тип котла конструкции Шухова – вертикальный трубчатый. В 1910 им была предложена заявка на «водотрубный котел системы Шухова.
В последнее десятилетие 20 в. техническая контора начала разработку конструкции металлических стропил для зданий различного назначения. Для Всероссийской промышленной и художественной выставки 1896 в Нижнем Новгороде Шухову предложили построить комплекс павильонов. Применявшиеся в то время формы строительных конструкций – традиционные фермы, своды, арки – не соответствовали представлениям Шухова о современных требованиях. Он применил совершенно новые конструктивные формы. Оригинальные сетчатые и сводчатые металлические конструкции покрытий четырех павильонов Шухова (перекрытие круглого павильона диаметром 68 м: верхнее кольцо диаметром 25 м из листовой стали и боковая сетчатая поверхность с ромбической формы плитами в ячейках сетки), водонапорная башня (в форме гиперболоида) со смотровой площадкой на высоте 30 м, а также его паровые котлы и резервуары привлекали на Нижегородской выставке всеобщее внимание.
Теоретические исследования Шухова в области строительной механики покрытий были обобщены в труде Стропила: изыскание рациональных типов прямолинейных строительных ферм и теория арочных ферм (1897) и ряде статей 1902–1903. Он показал нерациональность применения плоских покрытий из ферм и предложил новый тип – сетчатые покрытия и сетчатые своды двоякой кривизны. У всех конструкций была запоминающаяся геометрическая форма, сказалось влияние учителя Шухова – Н.Е.Жуковского. Здания нового типа были построены Шуховым в Москве, Петербурге, Выксе, Майкопе, в Севастопольском и Кронштадском портах и других местах. На чугуноплавильном заводе в Выксе впервые реализовано (1897) сетчатое покрытие двоякой кривизны в форме паруса, наполненного ветром. Для бензиновых резервуаров в Майкопе была построена висячая сетчатая крыша – фрагмент гиперболического параболоида (1880–1882). Особенно ярко проявление инженерного творчества Шухова видно в московских зданиях с великолепными формами перекрытий: корпус завода «Динамо», Музей изобразительных искусств (вместе с системой отопления музея) (1898–1912), дебаркадер Киевского (1912–1917) и покрытие Казанского вокзалов, Верхние торговые ряды (ГУМ) (1889–1894), магазин «Мюр и Мерилиз» (ЦУМ) (1906–1908), Петровский пассаж (1903–1906), городской конно-железный парк (Миусский трамвайный парк) (1908), ресторан «Метрополь» (1905), Московский почтамт (1911–1912). В сводах ГУМа был использован метод предварительного напряжения конструкций, позволивший существенно снизить вес конструкций до (50%). Шухов разработал и оборудовал первую в стране вращающуюся сцену Московском Художественном театре.
О результатах, полученных Шуховым при решении практических вопросов строительной механики, Н.Е. Жуковский докладывал в 1904 Московскому математическому обществу. Шухов принял участие в составлении задач для курса «Сопротивление материалов» П.К.Худякова (1898).
По проектам Шухова изготавливались паровые насосы, строились мосты Средне-Сибирской железной дороги, в т.ч. через Оку и Енисей (1894–1899), мостовые электрические краны (1900–1908). В период промышленного подъема в начале 20 в. Шухов проектировал доменные, мартеновские и прокатные цехи металлургических заводов. В годы первой мировой войны Шухов изобрел конструкции нескольких серий плавучих мин, ворота для сухих доков (батопорты), конструкции платформ под тяжелые артиллерийские орудия.
В 1903 Политехническое общество по представлению 42 членов во главе с Н.Е.Жуковским избрало Шухова своим почетным членом. В заявлении в Совет общества, подписанном Жуковским, было сказано: «В годы своей юности Владимир Григорьевич увлекался теоретической механикой и хотел свои выдающиеся способности посвятить изучению небесной механики. Жизнь сложилась так, что ему пришлось работать над механикой земной, но и в эту область рядом с опытными наблюдениями и решением вопросов практики он всегда вносил глубину мысли и тщательность математической обработки».
Октябрьскую революцию Шухов принял с удовлетворением – активно включился в строительство новой жизни. Хотя пережил и «уплотнение», гибель большей части библиотеки и архива, приговор к условному аресту. Рабочие завода «Парострой», бывшего завода Бари, единодушно избрали Шухова в состав первого правления завода и главным инженером, на этой должности он проработал еще 13 лет.
В послереволюционные годы широко развернулась творческая деятельность Шухова как ученого и инженера: он искал новые технические решения многих инженерных задач, применимые в условиях разоренного хозяйства страны. «Парострой» проводил восстановление крупных разрушенных железнодорожных мостов на ряде рек страны. Шухов создал металлодеревянные фермы для перекрытия заводских цехов в Люблино, Подольске, организовал подъем и монтаж железнодорожных мостов, разрушенных в годы гражданской войны (20 мостов на Ташкентской железной дороге).
В 1919–1922 по заданию В.И.Ленина была сооружена оригинальная по конструкции и методу монтажа гиперболоидная многоярусная радиобашня на Шаболовке для радиостанции имени Коминтерна. Первоначально Шухов предложил проект радиобашни в Москве высотой 350 м (башня Эйфеля – 305 м), весом 2200 т (в 3 раза легче башни Эйфеля, ее вес 8000 т). Учитывая нехватку железа в стране, была построена многоярусная башня из шести гиперболоидных блоков высотой 150 м. На заседании Совнаркома по предложению В.И.Ленина было принято решение выдать необходимое для строительства башни железо из запасов военного ведомства.
Шухов принимал также участие в проектировании и создании крупных строек по плану ГОЭЛРО (Шатурская ГРЭС) и гигантов первых пятилеток: здания мартеновского цеха Кузнецкого металлургического комбината (1928), цехов Челябинского тракторного (1928), Харьковского паровозостроительного заводов (1926–1928), только за 1927 завод «Паро-строй» выпустил 351 котел Шухова. Он проектировал и руководил строительством сетчатых гиперболоидных опор линий электропередач НИГРЭС через Оку (1929). В 1930-х Шухов руководил проектированием мартеновских цехов Ижевского завода, «Азовстали», Таганрогского, Верхисетского, Пермского металлургических заводов. В объединении «Грознефть» Шуховым построил нефтепроводы Баку – Батуми (883 км), Грозный – Туапсе (618 км). В 1929–1934 совместно с М.А.Капелюшниковым он проектировал, а затем консультировал строительство установок завода «Советский крекинг» в Баку. В те же годы были реализованы разработанные 40 лет назад предложения Шухова по подъему нефти из скважин сжатым воздухом, созданы типовые проекты газгольдеров емкостью до 100 000 куб. м. Шухов опубликовал книгу о нефтепроводах и применении петель в нефтепроводах, получил авторские свидетельства на приспособления к газгольдерам (1934). За 8 лет – с 1926 по 1934 – он оформил столько же авторских документов, сколько за 22 года до Октябрьской революции.
Участвовал в осуществлении ряда строительных проектов, совместно с К.А.Мельниковым: Бахметьевского автомобильного парка (1926–1928), гаража для грузовых машин (1926–1929).
Наряду с инженерной деятельностью у него было немало и других увлечений. По словам его дочери Веры Шуховой-Лапшиной, он очень любил музыку, литературу, искусство. Был предан спорту, для занятий которым всегда находил время (один год был даже чемпионом Москвы по велогонкам). Но самым большим его увлечением были шахматы и фотография. В шутку Шухов говорил: «Я инженер по специальности, а в душе я фотограф». Его фотоаппарат запечатлел немало исторических эпизодов из жизни Москвы. Советское правительство высоко оценили знания, труд и опыт
Шухов был избран членом ВЦИК, рабочие Москвы в 1927 и 1928 избирали его членом Московского Совета депутатов трудящихся, в 1928 ему было присвоено звание Героя Труда, а в 1929 одному из первых – звание заслуженного деятеля науки и техники, лауреата премии имени В.И.Ленина.
Академики П.П.Лазарев и А.Н. Крылов в связи с представлением в 1927 Шухова членом-корреспондентом АН СССР писали: «Все творчество Шухова основано на его научных работах и является результатом глубокой теоретической мысли». В 1929 он избран почетным академиком АН СССР.
Принимал участие в выпрямлении северо-восточного минарета медресе Улугбека (построенного в XV в) в Самарканде.
