В Москве в начале Сретенского бульвара внимание прохожих неизменно привлекает монумент: бронзовая статуя на массивном постаменте, стилизованном под знаменитую гиперболоидную башню на Шаболовке. Это памятник выдающемуся российскому инженеру, почетному академику АН СССР Владимиру Шухову. Но если Шуховскую башню знают все, то, глядя на большие емкости нефтебаз и НПЗ, мало кто связывает эти конструкции с «первым инженером Российской империи». А ведь именно Владимир Шухов стоял у истоков инженерной школы отечественного резервуаростроения.
Начало
Владимир Шухов родился 16 (28) августа 1853 года в городе Грайвороне Курской губернии в семье городничего. Жизненный путь будущего выдающегося инженера определился сразу после окончания гимназии в 1871 году — он поступил в Императорское московское техническое училище (ИМТУ). Во второй половине XIX века внедренная здесь новаторская система инженерного образования, сочетавшая педагогические, научные и практические технологические требования, выдвинула ИМТУ в ряд ведущих высших технических учебных заведений не только России, но и Западной Европы. Профессорско-преподавательский состав училища, работавший на кафедрах высшей математики, общей и прикладной физики, построения машин, строительного искусства, химической технологии в то время представлял собой цвет отечественной науки.
После окончания ИМТУ, весной 1876 года, Владимир Шухов в качестве поощрения за успехи в учебе был включен в состав делегации, командированной в США советом училища «для изучения Филадельфийской выставки и ознакомления с более известными заводами, фабриками и искусственными сооружениями». Поездка на выставку, проводимую в честь празднования столетия создания Соединенных Штатов Америки, сыграла определяющую роль в его дальнейшей жизни. Именно здесь он познакомился с инженером Александром Бари, ставшим его другом и деловым партнером на долгие годы.
После года работы в Санкт-Петербурге в чертежном бюро Управления Варшавско-Венской железной дороги инженер-механик Шухов по приглашению Александра Бари летом 1878 года отправился в Баку в качестве представителя фирмы «Бари, Сытенко и Ко» для организации работы по прокладке первого в России нефтепровода. С этой задачей он справился с блеском: осенью 1878 года по нефтепроводу длиной 8,5 верст началась транспортировка нефти на нефтеперегонный завод братьев Нобель.
Осенью 1880 года Владимир Шухов вернулся в Москву и несколько месяцев полностью был погружен в организацию «Строительной конторы инженера А. В. Бари», где последующие 37 лет занимал должность технического директора. Его творческое инженерное наследие, накопленное за эти годы, так велико и многогранно, что кажется невероятным, как в одиночку можно выполнить такой громадный объем проектной и конструкторской работы. По системе инженера-механика Шухова были созданы: знаменитая 160-метровая радиотелебашня на Шаболовке в Москве, трубопроводы, железнодорожные мосты, оригинальные сетчатые и сводчатые металлические конструкции покрытий различных зданий и сооружений, водонапорные башни и маяки, водотрубные паровые котлы, нефтеналивные баржи, резервуары для хранения нефти и керосина, насосы, газгольдеры и многие другие сооружения и устройства.
Теория
Одной из ярких страниц в деятельности Владимира Шухова стало создание отечественной инженерной школы резервуаростроения. Работая на строительстве первого в России нефтепровода на бакинских нефтяных промыслах, он сумел оценить величину потерь нефти при хранении сырья в примитивных открытых земляных амбарах и каменных погребах, что привело инженера Шухова к решению заняться разработкой нового типа оборудования для хранения нефти и продуктов ее переработки.
В 1883 году в журнале «Инженер» была опубликована статья Владимира Шухова «Механические сооружения нефтяной промышленности», где он писал: «Настоящую статью мы посвятили главным образом описанию железных резервуаров. Это тем более необходимо, что, насколько известно, техническая литература почти не затрагивает вопроса о рациональном устройстве железных резервуаров, служащих для хранения жидких тел». Отметив то, что зарубежные кубические резервуары обладали большим весом, в своей работе он убедительно доказал, что оптимальная конструктивная форма резервуара — цилиндрическая, которая позволяет эффективно использовать главное свойство круга: минимальный периметр при данной площади. Исходя из этого, была четко сформулирована теоретическая задача, решение которой привело к блестящим практическим результатам: «Задача расчета резервуара должна заключаться в определении его размеров при условии наименьшего веса употребленного на него железа при данной вместимости резервуара и выработанной практикой наименьшей толщине железа, употребляемого на дно, крышу и стенки резервуара». С учетом специфических свойств нефти и нефтепродуктов, применив дифференциальное уравнение четвертой степени, инженер Шухов исследовал картину распределения напряжений в стенках резервуара и получил вид кривой их упругой деформации. Это, в свою очередь, позволило получить убедительный ответ на все вопросы, связанные с обеспечением прочности резервуаров и их устойчивости. В основном резервуары Шухова по проектам оснащались стационарными коническими крышами. Однако для бензиновых резервуаров изобретатель разработал конструкции висящих непроницаемых крыш, позволяющих сократить потери легких фракций. Впервые такие резервуары были построены в начале второго десятилетия ХХ века на Кубани, в Майкопском нефтепромысловом районе.
Важнейшую практическую ценность представляли и новаторские решения инженера Шухова по определению надежности фундамента в резервуаростроении, позволившие устанавливать резервуары на песчаную подушку, на поверхность которой наносился небольшой слой асфальта, а внутри находилась дренажная система.
Инженер Шухов ввел в практику отечественного резервуаростроения три важных критерия: проектировочный, технологический и производственный. Проектировочный критерий оценивал степень оптимального использования металла в конструкции резервуара.
Технологический — трудоемкость изготовления несущих и ограждающих конструкций, поэтому все резервуары Шухова соответствовали определенным стандартам, предполагающим использование унифицированных элементов. Инженер Шухов создал и специальные таблицы, с помощью которых можно было быстро определять объем резервуара, его тип, расход металла и стоимость материала и строительства. Для раскроя листового материала и разметки отверстий под заклепки изготавливались специальные шаблоны.
Производственный критерий оценивал время монтажных работ, необходимых для сооружения резервуаров. Впервые в мировой практике инженер Шухов внедрил поточную сборку конструкций из металлических стандартных элементов.
Практика
Резервуары Шухова сразу привлекли внимание ведущих отечественных нефтепромышленников. Уже в 80-х годах XIX века в России было построено 130 вертикальных цилиндрических резервуаров. Только для Константиновского завода товарищества «В. И. Рагозин и Ко» в Ярославской губернии за летний период 1881 года возвели 10 резервуаров общим объемом 16 тыс. пудов. «Кто видел Сормово в прошлом году, тот не узнает его в нынешнем. Это целый городок нефтебаков», — писал о резервуарах, построенных в Нижегородской губернии, журнал «Русское судоходство» в 1888 году.
К 1917 году «Строительная контора инженера А. В. Бари» построила в России 3,24 тыс. металлических резервуаров общей емкостью 178 млн пудов. А всего к 1939 году в СССР насчитывалось более 10 тыс. нефтяных резервуаров конструкции Владимира Шухова. В 1931 году при непосредственном участии почетного академика Шухова был разработан первый общесоюзный стандарт ОСТ 5125 на клепаные стальные резервуары емкостью до 10,55 тыс. куб. м, который позволил вывести отечественное резервуаростроение на новый уровень.
Известный российский ученый, профессор Московского технического училища Петр Худяков весьма емко и лаконично оценил вклад Владимира Шухова в создание отечественной инженерной школы резервуаростроения: «Он создал в нашей стране школу рациональной постройки нефтяных резервуаров на строго экономических началах». И в число учеников Шухова вошла целая плеяда талантливых ученых и специалистов, таких как инженермеханик Леонид Лейбензон, создавший научную школу нефтепромысловой механики и теории упругости, и инженер-механик Людвиг Кифер, один из основоположников отечественной школы подъемно-транспортной техники.
Наследие
«Вся советская конструкторская школа своей важнейшей чертой — неразрывным единством вопросов проектирования, изготовления и монтажа — восходит именно к Шухову», — это слова великого российского инженера, академика Николая Мельникова. Шуховская теория расчета и конструирования стальных вертикальных резервуаров сохраняет актуальность и в наше время. Новый рулонированный метод постройки резервуаров крупных габаритов, появившийся в 50-е годы прошлого века в Советском Союзе и по эффективности и глубине научной и практической проработки намного опередивший достижения в мировом инженерном деле, стал развитием научных и инженерных идей Владимира Шухова. При использовании новой технологии сварка деталей днища производилась на заводе, в то время как рулонные заготовки доставлялись уже непосредственно на место строительства, где разворачивались, соединялись — и проводился монтаж кровли.
Haчинaя с 80-x годов в СССР методом рулонирования строилось свыше 300 тыс. тонн резервуарных конструкций в год. В основном строились резервуары объемом не более 50 тыс. куб. м. Ученые Центрального научно-исследовательского и проектного института стальных конструкций спроектировали огромный резервуар объемом 100 тыс. куб. м, однако по ряду причин этот проект не был реализован.
Отечественные резервуары в советские годы считались самыми экономичными, а методы их расчета по предельным состояниям переняло мировое инженерное сообщество. Глобальные вызовы ХХI века ставят перед нефтегазовой отраслью России новые сложные проблемы. Ускоренные темпы научно-технического прогресса, жесткие рыночные отношения в условиях изменчивой конъюнктуры мирового рынка, включение в зоны нефтегазового строительства новых территорий с новыми экстремальными климатическими и сейсмическими нагрузками, а также возросшие требования экологической и пожарной безопасности вызывают необходимость модернизации технической базы отечественного резервуаростроения и более активного применения новых инновационных технологий, разработка которых требует приложения инженерного творчества и новаторского подхода к решению конкретных задач. То есть подхода, ярким примером которого была деятельность Владимира Шухова.
