Владимир Григорьевич Шухов (1853-1939)

Владимир Григорьевич Шухов

Знаменитый инженер Владимир Григорьевич Шухов работал во многих областях строительной механики, техники паровых котлов и насосов и в обширной области техники нефтяного дела. Но главным делом его жизни было изобретение крекинг-процесса нефти. Это изобретение составило эпоху в деле переработки нефти, так как только оно позволило получить бензин - высокосортное горючее для автомобильных и авиационных моторов.

Владимир Григорьевич Шухов родился 26 августа 1853 г. в городе Грайвороне Курской губернии и провёл своё детство в деревне. Среднее образование он получил в одной из петербургских гимназий, по окончании которой был принят студентом инженерно-механического отделения Московского высшего технического училища. Время учения В. Г. Шухова совпало с моментом преобразования Московского ремесленного училища в высшее учебное заведение, вскоре завоевавшее мировую известность. Теоретическую механику преподавал там Н. Е. Жуковский, тогда начинающий профессор, впоследствии прославивший русскую науку созданием новой дисциплины - аэродинамики. На лекциях Н. Е. Жуковского и Ф. Е. Орлова воспринял молодой студент научные основы техники, чтобы вскоре самому подняться на вершину технической науки.

Ближайшим товарищем В. Г. Шухова был П. К. Худяков, впоследствии очень известный инженер и профессор машиностроения в Московском техническом училище. По словам покойного Н. Е. Жуковского, студент В. Г. Шухов обнаружил блестящие дарования, и его успехи в области математики и теоретической механики не уступали его успехам в области техники.

В 1876 г. В. Г. Шухов с отличием окончил училище и был удостоен звания инженера-механика. Он был отправлен за границу для подготовки к профессорскому званию и с целью практического усовершенствования направился в США. Там он провёл более года, изучая американскую технику, для чего посетил главные промышленные центры этой страны. Профессорская деятельность была не по натуре В. Г. Шухова. Возвратившись из-за границы, он, вопреки советам Н. Е. Жуковского, отказывается от учёной карьеры и идёт работать в качестве инженера. Он поступает начальником чертёжного бюро Варшавской железной дороги. Во время своего пребывания в Петербурге В. Г. Шухов познакомился со знаменитым русским математиком П. Л. Чебышевым, который обратил внимание на выдающиеся математические дарования молодого инженера и сделал новую попытку склонить его к работам в области чистой математики и аналитической механики. Но В. Г. Шухов уже почувствовал своё истинное призвание и отклонил лестное предложение П. Л. Чебышева. Уже тогда обнаружилось его умение быстро схватывать сущность рассматриваемой технической проблемы и находить простое, удобное её решение. Он зарекомендовал себя талантливым конструктором и организатором строительных работ.

В 1880 г. В. Г. Шухов переехал в Москву и занял должность главного инженера технической строительной конторы А. В. Бари (впоследствии Стальмост). Тогда это было скромное предприятие, которое под руководством В. Г. Шухова приобрело всероссийскую известность и выполнило много общеполезных сооружений.

По состоянию своего здоровья В. Г. Шухов должен был отправиться на юг и поселился в г. Баку, в котором тогда быстро развивалась нефтяная промышленность. Здесь В. Г. Шухов быстро присмотрелся к нефтяному делу, с которым он не был ранее знаком, и приступил к решению ряда важных технических задач, касающихся хранения, транспорта, перегонки и сжигания нефти. В начале 80-х годов XIX в. из нефти добывался только керосин, который применялся лишь для освещения. Началось производство нефтяных смазочных масел, к которым потребители относились с недоверием. Потребовался технический гений и недюжинная энергия замечательного русского инженера того времени проф. Н. П. Петрова, чтобы теоретическими и практическими работами расчистить дорогу для применения нефтяных смазочных масел на железнодорожном транспорте. В то время бензин был ненужным и даже вредным продуктом, неизбежным при перегонке нефти, так как ещё не было автомобильного транспорта, а об авиации ещё только мечтали лучшие умы человечества. Огромное количество мазута, неизбежно получавшегося при переработке нефти, вовсе не находило себе применения, и не знали, куда его девать. Мысль о применении мазута как топлива зародилась одновременно у нас и в США. Однако его не умели сжигать. Не менее трудным был вопрос о хранении нефти на промыслах и о доставке её оттуда на нефтеперегонные заводы, так как в то время не было промысловых железных дорог, вследствие чего нефть перевозилась гужевым транспортом. Все эти задачи для инженеров того времени были новыми, и для решения их надо было обладать незаурядным техническим талантом. Им-то и был от природы щедро наделён молодой инженер В. Г. Шухов, начавший делать то, чему его не учили в школе, о чём ещё не было написано в книгах, но что было выдвинуто потребностями жизни.

Решая проблему сжигания нефти и нефтяных осадков в топках, Владимир Григорьевич Шухов пришёл к счастливой мысли превращать нефть в мельчайшую пыль, используя для этого живую силу стремительно вытекающего из узкого отверстия пара, и в 1880 г. построил первую паровую форсунку для сжигания нефти. Форсунка Шухова, обладающая прекрасными качествами, быстро получила широкое распространение в нашей стране. В своей форсунке В. Г. Шухов задолго до изобретения "сопла Лаваля" применил те же механические идеи. Форсунка Шухова была одной из лучших в мире.

Для транспорта нефти на суше В. Г. Шухов предложил перекачивать её по трубопроводам, подобно воде, и в 1879 г. построил первый у нас нефтепровод с Балаханских нефтяных промыслов на нефтеперегонные заводы в Чёрном городе (Баку). Он обстоятельно изучил перекачку нефти по построенному им нефтепроводу и на основании своих опытов вывел знаменитую "формулу Шухова" для расчёта движения нефти по трубам, которой инженеры всего мира пользуются и по сие время.

Для перекачки нефтяных остатков В. Г. Шухов изобрёл специальный метод, основанный на предварительном подогреве их, используя теплоту мятого пара в прямодействующих паровых насосах Вартингтона. Вследствие подогрева вязкость нефтяных остатков значительно, падает, и они перекачиваются подобно воде. Производя многочисленные опыты на построенном им в Баку первом мазутопроводе, он составил свою знаменитую формулу для расчёта вновь проектируемых мазутопроводов. Таким образом, В. Г. Шухов является первым изобретателем способа перекачки нефтепродуктов с подогревом, значительно позднее предложенного в Америке.

Для транспорта нефтепродуктов по воде В. Г. Шухов первый в России стал строить нефтеналивные суда - шхуны для перевозки по Каспийскому морю и железные клёпаные баржи для перевозки по Волге. На судостроительном заводе в Саратове по чертежам В. Г. Шухова начали строить огромные клёпаные железные баржи до 150 метров длиной, что было в то время чудом строительной техники. На чествовании В. Г. Шухова 26 мая 1924 г. один из присутствовавших стариков-инженеров сказал, что в то время практикам такая постройка казалась делом неисполнимым. В то время нефтяные техники ещё не имели понятия о точной разбивке шаблонов, и В. Г. Шухов научил этому русских инженеров.

Он показал, как по его чертежам, изготовленным в Москве, с чудесной быстротой и без какой бы то ни было неполадки можно собирать громадные клёпаные железные конструкции. С тех пор были построены многие тысячи таких барж, сослуживших громадную службу развитию нефтяного дела в СССР. Близко связанный с нефтетранспортом вопрос о хранении нефти и нефтепродуктов также был разрешён В. Г. Шуховым путём построения больших клёпаных железных резервуаров. В то время дело это было новым и малоизвестным. Даже вопрос о постройке оснований под такие резервуары не был выяснен, и сооружались дорогостоящие фундаментные устройства. Но В. Г. Шухов понял, какое огромное сопротивление составляет ровное земляное основание, и отбросил дорогие фундаментные устройства. Он также заметил, что можно достигнуть значительной экономии железа, идущего на постройку резервуара, если пользоваться простейшими правилами о минимальном весе резервуара. Отсюда знаменитое правило В. Г. Шухова о построении железных резервуаров постоянной высоты. Путём простой рационализации В. Г. Шухов добился почти двойного удешевления стоимости изготовления таких резервуаров, десятки тысяч которых теперь раскинуты по нашей стране.

Особенное внимание в начале своей технической деятельности В. Г. Шухов уделил задачам, связанным с перегонкой нефти. Он принимал, совместно с известными в 80-х годах в Баку инженерами по переработке нефти Елиным и Инчиком, ближайшее участие в проектировании и построении новых тогда в Баку кубовых перегонных батарей. В результате этого была создана классическая кубовая батарея Елина - Шухова.

Но В. Г. Шухов пошёл далее по этому пути и в 1887 г. изобрёл и запатентовал за № 13200 собственный аппарат непрерывной дробной перегонки нефти. В этом аппарате перегоняемая нефть вводилась навстречу парам дестиллата. Второй патент на дефлегматы для кубов непрерывной и периодической перегонки нефти был получен в 1896 г. за № 9783.

Третий патент на прибор для дробной перегонки и разложения нефти под значительным давлением был заявлен в 1890 г. и получен в 1899 г. за № 12926. В то время керосин являлся главным продуктом при перегонке сырой нефти. Из трёх тонн тогдашних бакинских нефтей получалась одна тонна керосина, две тонны составляли так называемые нефтяные мазуты. Способ В. Г. Шухова и был предназначен для извлечения добавочного керосина из нефтяных остатков, так как под действием высокой температуры и давления более сложные молекулы тяжёлых фракций, входящих в нефтяной мазут, расщеплялись на более простые молекулы, входящие в керосин и бензин.

По самому существу идей, положенных в основу этих установок, В. Г. Шухов является первым и истинным изобретателем крекинг-процесса, опередившим на 20 лет Америку, где только в 1912 г. появился аналогичный патент Бортона, по существу не отличавшийся от патента В. Г. Шухова. Однако по тогдашним экономическим и техническим условиям нужды в больших количествах бензина не было, а значит, не было нужды и в крекинг-процессе. Ведь бензин являлся вредным побочным продуктом при перегонке нефти на керосин и девать его было некуда. Вот почему гениальное изобретение В. Г. Шухова, на четверть века опередившее своё время, было предано забвению. А между тем, одновременно с изобретением Шухова был построен и первый автомобиль с бензиновым мотором, т. е. народился главный потребитель бензина. Но лишь четверть века спустя появились миллионы автомобилей, и бензин сделался основным продуктом нефтяной переработки. Патент Бортона тормозил развитие американской нефтяной промышленности, и из США прибыла в Москву комиссия из инженеров-химиков для выяснения подробностей изобретения В. Г. Шухова. Таким образом, с несомненностью выяснилось, что В. Г. Шухов был первым настоящим изобретателем крекинг-процесса. Советская нефтяная промышленность осуществила изобретение В. Г. Шухова, и в Баку был построен завод для крекинг-процесса по его системе, известного под названием "советского крекинга Шухова".

Вопросу о перекачке воды и нефти В. Г. Шухов посвятил много внимания. Известны достоинства так называемых прямодействующих насосов, изобретённых Вортингтоном в Америке. Для регулирования работы этих насосов был предложен весьма простой прибор, называемый компенсатором, который исполняет здесь роль маховика в машине. Но не было правил для их рационального расчёта. В. Г. Шухов пришёл на помощь этому делу, и в своей замечательной работе "Насосы прямого действия", изданной в 1897 г., он даёт исчерпывающее исследование вопроса об определении наивыгоднейшего соотношения между размерами паровой части насосов компаунд и о расчёте таких насосов при работе без компенсатора и с компенсатором. Теория эта вошла в справочники и учебники, что служит лучшим доказательством её практического значения. Такие насосы оказались весьма удобными для перекачки мазута, а также тяжёлых, очень вязких нефтей с подогревом. Для откачки воды из артезианских скважин В. Г. Шухов разработал весьма интересную конструкцию инерционного поршневого насоса с одним клапаном и гибким шатуном, который при опускании поршня остаётся всегда натянутым вследствие воздействия пружины на поршневую штангу. Вследствие этого значительно выросла рабочая скорость поршня. Шухов одновременно дал остроумную теорию работы этих насосов.

Для откачки жидкостей из глубоких скважин В. Г. Шухов построил так называемые шнуровые насосы, основанные на увлечении жидкости быстро бегущей лентой. Насосы эти неоднократно строились, но распространения не получили, хотя глубина нефтяных скважин в Баку 80-х годов была незначительна и подходила для работы этих насосов. На практике господствовало так называемое тартание желонкой (длинное узкое ведро с клапаном в дне). Следует указать также на предложенные Владимиром Григорьевичем Шуховым и построенные оригинальные конструкции подогревателей перегонных кубов, мешалок и водоочистителей.

В. Г. Шухов начал свою техническую деятельность в эпоху господства паровой техники и как выдающийся инженер своего времени уделил ей должное внимание. Среди его работ по пару главное место занимают изобретённые им водотрубные котлы ("котлы Шухова").

Котлы эти, чрезвычайно простой и остроумной конструкции, весьма удобные для перевозки вследствие простоты сборки, чистки и ремонта, получили у нас широкое распространение. Они были снабжены прекрасным пароперегревателем его же системы.

Четверть века спустя эта система котлов перебралась за океан, где американский изобретатель Бортон построил в 20-х годах XX в. около 800 крекинг-аппаратов, которые повторяли идею парового котла Шухова, но не для воды, а для нефти. Так, в США было использовано русское изобретение, получившее новое применение.

В деле построения своих котлов В. Г. Шухов остался верен самому себе, - в основу проектирования их он положил строго научные требования и произвёл многочисленные опыты, доставившие ему необходимые экспериментальные данные. Это позволило ему построить собственную теорию работы парового котла, к сожалению, не опубликованную. Нужно знать близко структуру этих замечательных котлов, чтобы понять, сколько тонкого анализа и расчёта было положено в основу их построения, выбора наивыгоднейших размеров и лёгкости конструкции, совершенства теплоотдачи, удобства обмуровки. Котлы эти исполняются и поныне заводом "Парострой" (Москва).

В. Г. Шухов не ограничился работами только в области пара и нефти; нет такой области строительного дела и машиностроения, которой не уделял бы своего внимания В. Г. Шухов и в которую он не внёс бы тотчас же усовершенствований или новых изобретений. И всё это - благодаря его изумительной способности быстро ориентироваться в каждом новом деле, умению отличить главное от второстепенного, а более всего - вследствие научного подхода к решению каждого технического вопроса. В. Г. Шухов никогда не делал ничего наугад, "наглазок". Всегда и всё было им предусмотрено, всё было заранее сосчитано. Если он не находил чего-либо в книжке, то это не останавливало его. Он быстро набрасывал свою теорию вопроса, выводил собственные формулы и давал всестороннее освещение изучаемой им проблеме.

Ученик выдающихся профессоров Московского высшего технического училища - Н. Е. Жуковского и Ф. Е. Орлова, Владимир Григорьевич в совершенстве владел основами высшей математики, теоретической механики, теории упругости и гидродинамики, был прекрасно знаком с современным ему состоянием физики и химии, что составляет основу инженерного творчества. В этой научности и математичности мышления, наравне с недюжинным конструкторским талантом и изобретательностью и был секрет его необыкновенного технического успеха.

Так как инженер должен строить не только прочно, но и дёшево, то забота об экономической стороне дела проходит красной нитью через всё, созданное В. Г. Шуховым. Он везде ищет наивыгоднейших соотношений между элементами конструкции и наивыгоднейших условий постройки и эксплоатации.

Он всегда стремился удовлетворить условиям прочности, и потому вопросам теории сопротивления материалов, этой основе инженерной науки, посвящено было В. Г. Шуховым много внимания. Ему принадлежат многочисленные исследования по вопросам прочности железных конструкций при условии их наименьшего веса. Ввиду сложности встречавшихся ему задач из области теории сопротивления материалов и необходимости быстрого их решения, В. Г. Шухов естественно пришёл к выработке своеобразного полугеометрического метода исследования, быстро ведущего к окончательному результату.

Некоторое отражение этих исследований можно найти в известном курсе "Теория сопротивления материалов" проф. П. К. Худякова - его друга и товарища по Московскому высшему техническому училищу. Это же стремление отыскания наиболее лёгкой конструкции всецело пронизывает сочинение В. Г. Шухова "Стропила", в котором автор раскрывает перед читателем законы, управляющие правильным построением стропил. На Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде (ныне г. Горький) в 1896 г. посетители были поражены изящными и лёгкими железными конструкциями, построенными по проектам В. Г. Шухова. Здесь были впервые представлены перед публикой так называемые висячие крыши и новый вид сетчатых покрытий. Здесь же впервые появилась гиперболическая железная башня. Она была основана на простом свойстве однополого гиперболоида, по которому он может быть собран из прямолинейных образующих. Удобство и простота сборки и конструкции были поразительны. Башни эти получили большое распространение в СССР, причём Владимиру Григорьевичу удалось добиться их наивыгоднейших конструктивных соотношений. В городе Херсоне им построен 80-метровый маяк в виде клёпаной железной гиперболической башни. Для радиотелеграфной передачи В. Г. Шуховым построена в Москве железная башня в 160 метров высотой, составленная из ряда гиперболоидов, насаженных друг на друга. Система гиперболических башен В. Г. Шухова была применена в морском флоте США.

В. Г. Шухов был у нас пионером в области построения железных остовов зданий, где ему принадлежит ряд остроумных конструкций. В эпоху недостатка железа после империалистической мировой войны Владимир Григорьевич с успехом использовал дерево для постройки разнообразных типов стропил, и на основании простых теоретических соображений смог сократить чуть не вдвое расход материала и труда.

В связи с этим В. Г. Шухов напечатал в 1921 г. в "Нефтяном и сланцевом хозяйстве" (№ 5-8) интересную работу о деревянных трубопроводах, в которой в простой и доступной форме раскрывает законы сопротивления деревянных труб, скреплённых железными обручами, и выясняет область выгодного их применения. После этого деревянные трубопроводы нашли широкое распространение в Америке и других странах.

Между многочисленными металлическими конструкциями, построенными В. Г. Шуховым для нефтяной промышленности, особенно замечательны непроницаемые плоские висячие крыши для железных бензинохранилищ в Майкопе. В основе их устройства лежит остроумная теоретическая мысль В. Г. Шухова; все элементы этой конструкции чрезвычайно легки и рационально размещены.

Трудно перечислить сотни построек, изобретений и усовершенствований В. Г. Шухова. Его неоднократно называли "русским Эдисоном", но в отличие от американского изобретателя творчество В. Г. Шухова было основано на его собственных научных работах и являлось результатом глубокой теоретической мысли.

Мачта радиостанции, построенная В. Г. Шуховым в Москве

Между всеми сооружениями и изобретениями В. Г. Шухова наибольшее значение имеет его изобретение крекинг-процесса нефти, которое произвело революцию в нефтяной промышленности.

Для многих миллионов автомобилей, танков, самолётов и аэропланов нужны сотни миллионов тонн высокосортного бензина, который может быть получен при помощи крекинг-процесса. Открытие его составляет вечную славу знаменитого русского изобретателя, учёного инженера, почётного академика В. Г. Шухова. Ведя громадную работу практического инженера и будучи погружён в научные исследования, В. Г. Шухов не имел времени для профессорской деятельности, поэтому неоднократные попытки Московского высшего технического училища привлечь его в состав своих профессоров не увенчались успехом, и об этом надо пожалеть.

Плодотворная научно-техническая деятельность В. Г. Шухова получила заслуженное признание у нас в СССР. Он был награждён званием Героя Труда и заслуженного деятеля науки и техники и был избран в 1929 г. почётным членом Академии наук СССР.

До последних дней своей жизни, несмотря на свои восемьдесят шесть лет, он продолжал вести научно-техническую работу и всегда был в курсе передовой научно-технической мысли. С ним жила его старшая дочь Ксения Владимировна, помогавшая отцу в его работе. По несчастной случайности он пострадал от огня и умер от тяжёлых ожогов 2 февраля 1939 г. в Москве, где похоронен на Новодевичьем кладбище.

Имя Владимира Григорьевича Шухова должно быть близко не только каждому русскому инженеру, но и широким массам нашей страны. И в полёте самолётов и в беге автомобилей есть доля участия создателя крекинг-процесса.

Каждый, взглянувший на радиобашню на Шаболовке в Москве, с благодарностью вспомнит об её знаменитом строителе.

Главнейшие труды В Г. Шухова: Механические сооружения нефтяной промышленности, "Журнал министерства путей сообщения", 1884; Нефтепроводы и их применение в нефтяной промышленности, М., 1884 (2-е изд., 1895); Насосы прямого действия, М., 1897.

О В. Г. Шухове: Лазарев П. и Крылов А., Записки об учёных трудах В. Г. Шухова, "Известия АН СССР", 1928, VII серия; К 45-летию инженерной деятельности В. Г. Шухова, "Известия Технологического института", 1924; Лейбензон Л. С, К 80-летнему юбилею академика В. Г. Шухова, "Вестник инженеров и техников", 1933, № 10.