16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/152/11733.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 12 (152) июнь 2010 года

Великий инженер

Наука и новые технологии Евгений ХРУСТАЛЕВ, по материалам Татьяны ВИНОГРАДОВОЙ

При упоминании имени Владимира Григорьевича Шухова у нас неизменно возникает только образ башни на Шаболовке. А между тем этому талантливому ученому принадлежат сотни изобретений самого различного назначения, в том числе – и в области энергетики.

Да и гиперболоидных конструкций, подобных шаболовской, им было построено больше двухсот!

В 1878 году именно Шухов воплотил в жизнь смелый проект фирмы «Братья Нобель» – проложил первый в России нефтепровод, осуществив тем самым мысль Д. И. Менделеева, еще в 1863 году писавшего о необходимости «устроить от нефтяных колодцев к заводу и от завода к морю особые трубы для проведения нефти как на завод, так и на морские суда».



Нефть в бочках

Американцы восприняли эту идею раньше: первые нефтепроводы появились в США. В России по‑прежнему сырая нефть с мест добычи на заводы доставлялась в бочках на арбах. Так же перевозился керосин с заводов до набережной, где он грузился на парусные суда. Неудобства перевозки обходились очень дорого: цена бочки, например, увеличивала стоимость 1 пуда производимого керосина на 40 копеек (по тем временам – большие деньги). К тому же сама процедура была далеко не безопасной, особенно в дождливую погоду, когда из‑за непролазной грязи до промыслов нельзя было добраться не только на арбе, но даже верхом. «Только навык и большое искусство тех кучеров, которые существуют в Баку, – свидетельствовал Д. И. Менделеев, – позволяет совершить переезд от Баку к промыслам, не изломав экипажей и костей». Дело осложнялось еще и тем, что Апшеронский полуостров, в летние месяцы лишенный растительности, был совершенно непригоден для содержания больших гуртов рабочего скота. Доставлять на арбах 2 или 3 миллиона пудов нефти было еще можно, хотя и дорого, но при добыче в 50‑100 миллионов пудов такой способ сообщения промыслов с заводами становился абсурдным.



Инициатива Нобелей

Братья Нобели решили положить конец лишним затратам. Было решено устроить железный трубопровод с паровыми насосами. Вначале предполагалось привлечь к работам имевших опыт строительства подобных сооружений американцев, но они потребовали слишком большой срок для изучения местных условий. Тогда‑то и обратились к В. Г. Шухову. Перед молодым инженером встала трудная задача: представить убедительный для бакинских промышленников проект, обосновать целесообразность перехода к новому способу транспортировки нефти и рассеять все сомнения относительно экономичности нефтепровода и надежности его в эксплуатации.

Научного обоснования строительства нефтепроводов в те годы не существовало. «Долгая и по‑своему примечательная эпопея трубопроводов в Америке была, в основном, историей практических работ, проделанных любознательными, но, увы, невежественными людьми, которые не имели четкого представления, что они делают или как они это делают», – отмечал русский ученый С. Г. Войслав.

Составленный В. Г. Шуховым проект комплексно решал проблему нефтепровода оптимальной конструкции, включая проектирование всех искусственных сооружений на трассе. Разработанные им методы позволили сравнить стоимость перекачки нефти по трубопроводу и перевозки ее по железной дороге как раз в то время, когда большинство бакинских промышленников выступало за строительство прибрежной железнодорожной ветки, связывающей промысловую площадь с заводами Черного города. Активным противником этой идеи был в те годы лишь Людвиг Эммануилович Нобель, твердо веривший в полную осуществимость и выгодность трубопроводной перекачки нефти, о чем в 1877 году он сообщил на заседании Императорского русского технического общества. Неоспоримым, казалось бы, доказательством его правоты стал разработанный В. Г. Шуховым проект, и Л. Э. Нобель в 1878 году обратился к крупнейшим бакинским промышленникам с предложением сообща построить нефтепровод. Предложение это, однако, было встречено враждебно. Однако он все же достал необходимый капитал.



Первые трубы

Первый российский нефтепровод, соединивший промысловую площадь в Балаханах с заводским районом Черного города, имел протяженность 8,5 верст (9 км) и диаметр 3 дюйма (7,62 см). Сделан он был из железных труб, соединенных с помощью муфт и нарезных концов. «Какое значение имела эта первая железная труба… показывает тот факт, что перекачка нефти по ней обходилась менее 1 копейки за пуд, тогда как перевозка ее в арбах – до 9 копеек с пуда. Принимая во внимание, что для выделки одного пуда керосина требуется три пуда нефти, расходы заводчика уменьшились на 25 копеек с пуда», – таков отзыв фирмы Нобель.

Профессор Горного института К. И. Лисенко в своем докладе Императорскому русскому техническому обществу в 1879 году отмечал: «…Результаты его действия оправдали как экономические, так и технические расчеты… Влияние нефтепроводов отразится, прежде всего, на стоимости нефти перегонным заводам, а это вопрос капитальный». В сутки по трубопроводу перекачивалось 35 тысяч пудов нефти. При стоимости в 100  000 рублей сооружение окупилось в один год.

Столь быстрый и крупный успех предприятия поколебал консерватизм местных промышленников.

Проектирование и строительство первых российских нефтепроводов было осуществлено В. Г. Шуховым с большим инженерным мастерством. «Построенные в Баку в 1879 году нефтепроводы работают до сих пор непрерывно, – свидетельствовал сам Владимир Григорьевич в 1894 году, – и трубы их, несмотря на высокое рабочее давление… не требовали пока никакого ремонта».



Теория и практика

Значение первых нефтепроводов выходило далеко за пределы их практического использования. Уже в этих начальных проектах Шуховым были заложены основы созданной им первой в мире научной теории расчета и строительства трубопроводов.

В июльском номере журнала «Вестник промышленности» за 1884 год была опубликована первая теоретическая работа Шухова по данному вопросу – статья «Нефтепроводы». А десятью годами позже, в 1894‑м, вышла в свет его книга «Трубопроводы и их применение в нефтяной промышленности». Интерес к ней оказался настолько велик, что уже в 1895 году пришлось выпустить второе издание. Н. Е. Жуковский отмечал, что исследование Шухова «по трубопроводам является результатом обширных опытных данных по транспорту нефти. В нем Владимир Григорьевич разрешает задачу о наивыгоднейшем сооружении нефтепроводов, принимая во внимание все элементы расхода на сооружение и его эксплуатацию».

В этих работах Шухову удалось научно обобщить разрозненные экспериментальные данные и вывести основополагающие формулы, вошедшие затем в справочники почти всех стран мира, в том числе в первый русский курс «Технологии нефти», написанный инженером-технологом К. И. Тумским.

Проектируя нефтепроводы, Шухов сделал два изобретения: ввел «особые тонкостенные трубы, имеющие постоянную толщину стенок, не зависящую от диаметра», а также разработал способ перекачки нефтяных остатков с подогревом для уменьшения их вязкости. Для практического осуществления этой идеи он предложил использовать «трубчатые подогреватели, устанавливаемые на всасывающей трубе у насоса, причем отработавший в насосе пар проходит по трубам подогревателя и нагревает подходящие к насосу остатки. Соответственным образом нагретые, они поступают в насос, легко проходят через клапаны и трубы, причем коэффициент трения остатков уменьшается соответственно повышению температуры нагрева их, и при известной температуре он становится одинаков с коэффициентом трения нефти… При хорошей защите труб работа остаткопровода является столь же легкой, как и при перекачке нефти», – утверждал изобретатель.



Из Баку в Батум

Еще один разработанный В. Г. Шуховым проект предусматривал строительство нефтепровода от Баку до Батума общей протяженностью 820 верст с 35 промежуточными станциями; диаметр труб составлял 6 дюймов.

Но нефтепровод так и не состоялся. В 1891 году Кабинет министров принял окончательное решение: отложить осуществление проекта, считая его прежде-временным. Закавказская железная дорога поставила на рельсы 3000 наливных вагонов-цистерн частных владельцев, и экспорт нефти начал развиваться. Благополучие, однако, продолжалось недолго. К 1890‑м годам дорога стала в полном смысле слова «нефтяной»: 62 % всех перевозившихся по ней грузов составляли нефтяные продукты, но пропускная способность ее была уже недостаточной.

В 1893 году решили строить керосинопровод. К работам по правительственному заказу была привлечена фирма А. В. Бари. Строительство магистрального керосинопровода Баку – Батум, проложенного вдоль линии Закавказской железной дороги, было начато в 1897 году и продолжалось десять лет.



Шнуровой насос

Но промышленность обязана Шухову не только нефтепроводами.

Им был спроектирован в 1886 году и установлен в одном из имений Подольской губернии первый шнуровой насос. Он подавал воду на высоту более 36 метров. После этого удачного опыта Владимир Григорьевич предложил использовать шнуровые насосы для подъема нефти из буровых скважин. Мысль эта, однако, не встретила понимания со стороны бакинских нефтепромышленников. Сыграла тут роль не только косность их мышления, но и прямая незаинтересованность в увеличении добычи нефти, которую из‑за отсутствия нефтепровода и так некуда было девать, цена же на нее падала.

Наблюдение за фонтанами, где нефть выбрасывается на поверхность силою сжатых подземных газов, привело В. Г. Шухова к мысли о возможности добычи нефти из скважин с помощью сжатого воздуха. В результате им был создан насос типа «эрлифт».

Но эрлифт имел ряд недостатков. Он мог подавать жидкость лишь по вертикальной или сильно наклоненной трубе, из‑за невозможности создать в конце напорной трубы значительного постоянного давления не годился для питания паровых котлов. Но главное, насос имел довольно низкий коэффициент полезного действия и целесообразно мог использоваться лишь там, где имелась дешевая энергия. Поэтому В. Г. Шухов одновременно занимался усовершенствованием тех типов насосов, высокая производительность которых заставляла отдавать им предпочтение в большинстве случаев практики.



Вслед за Прюдоном

Непосредственный предшественник его нового изобретения – инерционный поршневый насос с одним клапаном – был создан французскими инженерами Прюдоном и Дюбостом и приобрел известность с 1889 года, со времени демонстрации на Всемирной выставке в Париже. Конструкция эта, однако, имела существенный дефект, исключающий ее применение для откачки жидкостей с больших глубин. При каждом обороте помещенного вверху насоса шатунного механизма штанга поршня оказывалась на некоторое время сжатой. Как писал в одной из своих рукописей Владимир Григорьевич, это обстоятельство при большой длине штанги «вызывает в ней изгибы, разрушительно действующие на всю систему насоса и уменьшающие коэффициент его полезного действия». Для обеспечения надлежащей жесткости штанги нужно было или сильно увеличивать ее поперечное сечение, или ставить дополнительные диафрагмы. Но в обоих случаях размеры насоса становились конструктивно неприемлемыми, вес его непомерно возрастал, а эффективность столь же резко уменьшалась. Шухов посмотрел на проблему с неожиданного ракурса и предложил вообще отказаться от жесткой конструкции штанги, заменив ее гибкой, состоящей «из ремней или из ряда канатов» и снабженной пружиной, которая при движении поршня вверх сжимается диафрагмой, укрепленной на конце гибкого стержня штанги. Когда сжимающее усилие в пружине достигает максимума, она начинает распрямляться и оттягивает штангу поршня вниз.

Это изобретение Шухова относится к 1890 году. Оно оказалось весьма эффективным и позволило увеличить скорость работы поршневых насосов, равно как и глубину откачки, в 1,5‑3 раза. Насосы такой системы вскоре были установлены на некоторых нефтепромыслах, а также начали применяться для артезианских скважин.



Наливные баржи

Построив первые российские нефтепроводы, Владимир Григорьевич обратился к усовершенствованию способов транспортировки нефти водным путем. Созданный им тип наливной баржи, по утверждению современных ученых-кораблестроителей, «остается непревзойденным по своим судоходным качествам».

Главная заслуга Шухова состоит в том, что он ввел в область речного судостроения строгие методы строительной механики. Рассматривая речное судно как балку сложного сечения, покоящуюся на упругом основании, инженер пришел к выводу, перевернувшему давно устоявшиеся, найденные эмпирическим путем положения: «Если брус прогнется под влиянием груза, то какую бы длину ни прибавляли к концам его, эти концы не могут оказывать заметного влияния на прогиб бруса и на его ломающий момент, если только прибавленные концы плавают в воде». На практике это означало, что можно почти вдвое увеличить длину баржи, доведя ее до 150‑170 м, оставляя при этом почти без изменения поперечные сечения основных несущих элементов.

Шуховские баржи отличали экономичность, прочность, хорошая управляемость и эстетическое совершенство. Уже в первые годы после их появления стоимость перевозки нефти по Волге от Астрахани до Нижнего Новгорода упала с 30 до 7,5 копейки за пуд. Буксирный пароход вместо одной обычной баржи мог тянуть две или три баржи Шухова и делал это так легко, как будто они плыли сами. Зрелище это, по свидетельству очевидцев, производило в те годы настоящую сенсацию.



Крекинг

Но едва ли не главное свое изобретение В. Г. Шухов сделал, разрешая проблему переработки нефти, – создал установку для осуществления крекинг-процесса, который с большим основанием следовало бы именовать «процессом Шухова», как это было предложено в 1923 году Советом нефтяной промышленности и в 1964‑м Академией наук.

В 1886‑м В. Г. Шуховым был заявлен, а в 1888 году получен патент на «аппарат для непрерывной дробной перегонки нефти».

На практике изобретение Шухова сразу после получения патента было осуществлено дважды. Первый раз – на заводе С. М. Шибаева в Баку; второй раз – на заводе Ротшильда.

К. И. Тумский подчеркивал, что «при практическом осуществлении аппарат Шухова, постепенно видоизменяясь, значительно уклонился от первоначальной схемы. В Баку он использовался для перегонки керосина и соляровых масел, следовательно, количество получаемых продуктов было сокращено сравнительно с полной схемой прибора, предназначенного для получения из нефти всевозможных продуктов».

Но даже и в таком «урезанном» виде аппарат этот был передовой конструкцией.

В 1924 году прекрасно знавший шуховскую конструкцию инженер И. И. Елин заявлял: «При такой перегонке, когда нефть не изменяется в своих основных свойствах, после Шухова ни у нас, ни даже в Америке не было введено никаких новшеств, которые имели бы основное значение».

На достигнутом, однако, Владимир Григорьевич не остановился и уже 21 января 1888 года заявил, а 25 сентября 1890 года получил привилегию на свое новое изобретение в этой области – гидравлический дефлегматор, применимый для перегонки нефти и других жидкостей». Смысл этого устройства, по словам изобретателя, состоял в том, что «пар нефти, перегоняемой в обыкновенных кубах на керосин и масло, механически увлекает с собой в холодильник частицы испаряемой жидкости, а также и паровой туман… Дефлегматор предназначается для задержания упомянутых примесей путем промывки пара в жидкости и просеивания его через батарею решеток с мелкими отверстьями, в результате чего получается продукт более однообразный и требующий меньше реактивов для очистки. Этот дефлегматор может быть применен к каждому периодически заряженному или беспрерывно действующему перегонному кубу».

Эти первые изобретения Шухова в области переработки нефти вскоре получили свое логическое завершение. 24 января 1890 года им была подана заявка на способ «перегонки под давлением и при высокой температуре нефти и нефтяных продуктов». Это и был в точном значении слова крекинг-процесс.



Паровые котлы

При жизни наибольшую известность Владимиру Григорьевичу принесли работы в области котлостроения. XIX век был «веком пара», и потому понятно, какое большое значение имели в то время паровые котлы. В 1880‑е годы в России использовалось множество разнообразных типов и систем котлов, по преимуществу иностранных. Особой популярностью пользовались водотрубные котлы американской фирмы «Бабкок и Вилькокс», конструкция которых была запатентована в 1867 году.

Шухов в конце 1880‑х годов приступил к созданию собственной конструкции, в которой сумел усилить достоинства и устранить недостатки других систем.

Паровые котлы системы Шухова также относились к типу водотрубных котлов, являвшихся более совершенными и экономичными по сравнению с дымогарными. Во всем остальном, кроме этого типологического родства, они представляли собой конструкцию оригинальную, от американской системы независимую и превосходящую ее простотой и логичностью устройства. Достигнутый Шуховым блестящий результат поразил самих американцев. В конструкции он более чем на 30 лет предвосхитил появление экранов – изобретения, составившего эпоху в котлостроении.

Совершенство конструкции дало ей удивительное долголетие. Так, горизонтальный котел Шухова, поставленный в начале 1900‑х годов в одном из цехов Истьинского металлургического завода под Рязанью (филиал Коломенского завода), находился в эксплуатации вплоть до осени 1989 года.

В 1898 году В. Г. Шухов разработал конструкцию пароперегревателя для парового котла. Отличительной чертой ее являлось воздушное охлаждение во время растопки котла вместо обычно принятого до тех пор охлаждения водой.

А за два года до этого получил привилегию на еще одно свое изобретение – «Вертикальный трубчатый котел».

«Из всех существующих систем вертикальных водотрубных котлов система Шухова наиболее совершенным образом удовлетворяет всем практическим требованиям: при быстроте получения сухого пара вертикальные котлы Шухова имеют чрезвычайно простое устройство и наилучшим образом приспособлены к экономичной работе и очистке их от грязи и накипи, кроме того, все формы котла таковы, что они допускают употребление на изготовление котла только металла наивысших качеств», – так оценил изобретение П. К. Худяков. Вертикальный котел Шухова получил широкое распространение для мелких установок, водокачек, небольших насосных станций, отопления железнодорожных вагонов и т. д. Совершенно не имея обмуровки, он поступал к заказчику в полностью готовом виде и был очень удобен в транспортировке.

В. Г. Шуховым была разработана также конструкция вертикального водотрубного котла сдвоенной системы, преимущество которой составляла последовательная утилизация горячих газов сначала в одном котле, а затем в другом.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 12 (152) июнь 2010 года:

  • «Фортум» понизил планку
    «Фортум» понизил планку

    Депутаты Челябинского горсовета утвердили инвестиционную надбавку к тарифу на тепловую энергию. ...

  • 2009 год: газовый спор, прощание с «королем диско» и новые руководители в энергетике
    2009 год: газовый спор, прощание с «королем диско» и новые руководители в энергетике

    В год десятилетия «ЭПР» мы вспомнили основные события из истории энергетики и не только, произошедшие за эти годы. Конечно, на ограниченной газетной площади мы смогли охватить далеко не все, заслуживающее внимания. Но мы уверены, что произошедшее, уже ставшее историей, обязательно отразится в грядущих делах энергетиков, а значит, еще прозвучит на наших страницах. Мы подвели итоги и вместе с российской энергетической отраслью смотрим в б...

  • Курскую АЭС проверили на безопасность
    Курскую АЭС проверили на безопасность

    На Курской АЭС завершила работу комиссия по плановой проверке состояния гражданской обороны. ...

  • Блиц

    Некоммерческое партнерство «СРО «Альянс строителей» стало первой саморегулируемой организацией в строительной отрасли, получившей разрешение на выдачу допусков к новому перечню работ в соответствии с приказом Минрегионразвития № 624. Данный документ, вступающий в силу 1 июля, изменяет перечень работ, подлежащих контролю саморегулируемых организаций. Согласно приказу, все свидетельства о допуске, выданные по предыдущему перечню, ...

  • «Защита» приближается к потребителю
    «Защита» приближается к потребителю

    В Хабаровске 19‑20 мая прошел выездной технический семинар для руководителей и специалистов ОАО «РАО ЭС Востока», организованный научно-производственным предприятием «ЭКРА». ...