Советские инженеры

Копеечная расчетливость перевесила доводы Менделеева и самого Шухова. Занятый множеством разнообразных дел, он так и не запатентовал свою систему. Патент на подобное, впрочем, куда более примитивное устройство получил в 1892 году некий Юлиус Поле — немецкий изобретатель. Фирма «Мамут» купила его патент и начала выпускать в небольших количествах так называемые «мамут-насосы», во многом уступавшие шуховским, год рождения которых — 1886-й.

Впоследствии, однако, система эрлифта получила широкое применение. Но произошло это уже после революции и национализации нефтяной промышленности — так, в 1928 году эрлифтами добывалось около трети всей бакинской нефти. В последующие годы такая система распространилась и на другие области техники, даже на угольную промышленность: здесь сжатым воздухом не без успеха пробовали поднимать на поверхность погруженные в воду куски угля. Эрлифт и по сей день одна из идей, привлекающих инженеров своей простотой и целесообразностью.

И еще несколько систем насосов разработал Шухов: шнуровые, где жидкость бесконечной лентой (шнуром) увлекалась вверх вследствие прилипания ее и сил внутреннего трения, поршневые с гибким тросом взамен жесткой штанги, обладавшие высоким коэффициентом полезного действия и большей скоростью, и так называемые прямодействующие паровые, где поршни паровою и нефтяного цилиндров насаживались на общий шток, что значительно упрощало и облегчало конструкцию всего агрегата, позволяло уменьшить его размеры и существенно снизить стоимость. Такие насосы оказались особенно полезными при перекачке по трубопроводам нагретого мазута. Эта идея также была впервые разработана и осуществлена Шуховым.

Если человека наших дней спросить: в чем заключается главная ценность нефти как полезного ископаемого, ответы, разумеется, будут разные. Большинство скажут, что нефть — это прежде всего топливо. Точнее, не сама она в сыром виде, а получаемые из нее различные виды горючего, в первую очередь бензин. Некоторые, вспомнив знаменитое высказывание Менделеева о том, что «топить можно и ассигнациями», будут настаивать, что наиболее ценным качеством нефти следует считать ее способность быть первоклассным сырьем для производства всевозможных синтетических веществ, этой «второй природы» современного мира. Ближе к истине все же будут первые: несмотря на усиленные исследования и ясно осознаваемый экологический вред, наносимый сжиганием нефтяных продуктов, получаемое из нефти моторное топливо пока еще заменить нечем. А моторным топливом номер один был, остается и в ближайшем будущем останется бензин. Главным же способом его извлечения из нефти является процесс, получивший название «крекинг» (от английского глагола «to crack» — «раскалывать, расщеплять»).

Изобретение этого процесса (свое английское название он получил много позже) — одна из крупнейших заслуг Владимира Григорьевича Шухова. Но прежде чем рассказать о нем, следует, вероятно, в самом общем виде напомнить о том, что представляет собой нефть с точки зрения химии. А представляет она собой смесь множества различных углеводородов, состав которых почти одинаков, зато строение весьма различно. В чистом виде иные из них — жидкости, различного веса и вязкости. Другие — тягучие вещества наподобие смолы. Их весьма много, и подразделяют их по так называемым «фракциям». Бензин, да и керосин — это легкие фракции. Мазут, солярка и т. п. — тяжелые. Разделить фракции возможно либо физическим, либо химическим путем. Физический способ — это просто-напросто перегонка, процесс, известный каждому из школьного курса. А химический — это либо крекинг, либо пиролиз. В ходе крекинга (привычный термин этот едва ли есть смысл менять, хотя он и появился позже появления самого процесса) под влиянием температуры и давления крупные молекулы тяжелых составляющих нефть углеводородов разрываются на части, в результате чего образуются более легкие составляющие. При пиролизе, который можно считать как бы частным случаем крекинга, используются еще более высокие температуры, а образуются несколько другие вещества, в частности так называемые ароматические углеводороды — превосходное сырье для химического синтеза. Крекинг же в основном дает моторное топливо.

Приехав в 1878 году в Баку, Шухов застал в полном разгаре господство перегонки в процессе переработки нефти. Как уже говорилось, главной ценностью тогда был керосин, а перегонка позволяла получать его в достаточно больших количествах. Такой способ переработки имел к тому времени уже немалую историю: впервые соорудили перегонный куб и получали на нем продукт, который не назывался еще ни фотогеном, ни керосином, а попросту — осветительным маслом или еще «белой нефтью», оброчные мужики графини Паниной, братья Василий, Макар и Герасим Алексеевичи Дубинины. Было это в 1823 году на Кавказе в городе Моздоке. Целых двадцать лет работал заводик братьев Дубининых. Но, сумев сделать замечательное, опередившее свой век изобретение, братья оказались неважными коммерсантами. Они обанкротились, и завод закрылся. Позже, когда весь мир оценил удобство и незаменимость керосинового освещения, разработкой и усовершенствованием нефтеперегонных кубов занялись ученые и инженеры во многих странах, в том числе и в России. За год до приезда Шухова в Баку завод по перегонке нефти с целью получения из нее смазочных масел строит русский предприниматель В. И. Рагозин. Другой заводчик, П. И. Губонин, устанавливает аппараты несколько иной конструкции у себя на заводе в Кускове под Москвой. Ценные соображения об усовершенствовании перегонных кубов высказывает Дмитрий Иванович Менделеев. А химик-технолог Александр Александрович Летний, лаборант, а позже ассистент Петербургского технологического института, в 1875 году обнаруживает, что высокая температура может привести к разложению тяжелых нефтяных остатков на более легкие составляющие. В своих дальнейших исследованиях А. А. Летний нащупал пути к тому процессу, который впоследствии был назван пиролизом. Крекинг же при непрерывном процессе удалось впервые обосновать и создать опытный образец установки для его осуществления Владимиру Григорьевичу Шухову.

27 ноября 1891 года российский Департамент торговли и мануфактур выдал знаменитую привилегию № 12926 «проживающим в Москве инженерам-механикам Владимиру Шухову и Сергею Гаврилову» (Сергей Гаврилов был товарищем Шухова по училищу и его помощником; верный усвоенным еще в юности нормам щепетильной научной честности, Шухов настоял, чтобы имя помощника стояло рядом с его собственным). В тексте привилегии, выданной на десятилетний срок, подробно описывались «приборы для непрерывной дробной перегонки нефти и т. п. жидкостей». Установка включала в себя трубчатую печь, в змеевиках которой получалась смесь паров и газов, особых цилиндров, названных авторами «погоноразделителями», и холодильников. Использование трубчатой печи позволяло увеличить поверхность нагрева и повысить — примерно до 60 атмосфер — рабочее давление. А регулированием количества впускаемой в каждый погоноразделитель жидкости можно было в каждом из них получать погоны строго определенного удельного веса.

Самое же главное — вся установка в целом позволяла получить из нефти больше керосина или бензина, чем его содержалось в природном сырье: ведь неразложимые при обычной перегонке тяжелые фракции расщеплялись! Изобретение Шухова (о ничем более себя не проявившем Гаврилове никто бы и не вспомнил, если бы Шухов не настоял на его упоминании в привилегии) принадлежало к числу тех, которые как бы предвосхищают потребности завтрашнего дня техники. Его «установка для непрерывной дробной перегонки», разумеется, позволяла получать керосин. Но поистине незаменимой она оказывалась для получения бензина. А тот был еще практически не нужен. Более того, легковоспламеняемый, склонный взорваться от малейшей искры, он казался нежелательным и даже опасным. Его век был довольно далеко впереди: когда по дорогам побежали первые моторные тележки, приводимые в движение двигателем внутреннего сгорания, небольшое количество бензина, потребного для них, было нетрудно получить с помощью обычной перегонки — в конце концов, легких фракций все же не так уж мало в природной нефти. Лишь тогда, когда число автомобилей стало стремительно возрастать, когда повседневной реальностью сделались моторные лодки и мотоциклы, а в воздух поднялись первые аэропланы, необходимость в бензине заставила вспомнить о способе получать его больше, чем припасла природа в «черном золоте». И крекинг — теперь уже со своим английским названием — родился вновь. В 1912 году американец Бартон (его фамилию — Burton — читают у нас иногда как Бортон или Бертон) осуществил установку для переработки соляровых масел в бензин. По справедливому замечанию советского историка техники В. Е. Пархоменко, «изумительная в технологическом, теплотехническом и конструктивном отношении установка Шухова не меньше отличается от примитива Бортона и даже от усовершенствованной установки Бортона — Клэрка, чем кухонный нож отличается от скальпеля хирурга». Другие американские инженеры — Кост, Снодграс, Флеминг и еще несколько — также создали свои конструкции. Но и они во многом уступали шуховской. Как всегда, желая закрепить за собою монополию, конкурировавшие фирмы могущественных нефтяных королей вступили в ожесточенный судебный спор о том, кто у кого и что заимствовал. Наемные адвокаты сотрясали судебные залы пылкими речами. Их кропотливые помощники по уши зарылись в пыль архивных полок патентных бюро. В ход вошли казуистика и крючкотворство, закулисные сделки и подкуп. Но в итоге даже американский суд был вынужден признать приоритет Шухова.

К своему изобретению Владимир Григорьевич вернулся лишь три с лишним десятилетия спустя после того, как оно было сделано, уже в советское время. Вместе с известным специалистом по добыче и переработке нефти, впоследствии членом-корреспондентом Академии наук СССР М. А. Капелюшниковым Шухов руководил проектированием и строительством первого у нас в стране крекинг-завода, оказавшегося в итоге лучшим в миро по простоте оборудования и качеству выдаваемого бензина. Завод вступил в строй в 1932 году. А в день его пуска 79-летний ученый надел плотный из черного сатина халат и брезентовые рукавицы и собственноручно взялся за штурвал: чести провести первую регулировку своего детища, так долго ожидавшего осуществления на практике, он просто не мог уступить никому.

Чтобы закончить «нефтяную» тему в творчестве Шухова, следует вспомнить о созданных по его проектам нефтеналивных баржах. Сама идея судна, корпус которого служит резервуаром для перевозки нефти, появилась, правда, раньше. Появилась в нашей стране: еще в 1860 году, когда семилетний Володя Шухов вел безмятежную жизнь в бабушкином имении, в свой первый рейс по Каспийскому морю вышел деревянный парусник «Александр». Вез он нефть — но не в бочках, как это делалось раньше, а прямо в освобожденном от других грузов трюме. Судовладельцы братья Н. И. и Д. И. Артемьевы при помощи и поддержке уже упоминавшегося промышленника В. И. Рагозина в 1874 году построили несколько деревянных наливных барж. А знаменитый волжский судостроитель Василий Иванович Калашников, прославившийся созданием множества удивительных по своему совершенству грузовых и пассажирских пароходов, в 1880 году осуществил идею, казавшуюся многим невозможной: на воду были спущены три крупные железные баржи, предназначенные для перевозки керосина. Их постройка доказала скептикам, что их опасения напрасны. Железные корпуса, склепанные из отдельных листов металла, вовсе не обнаруживали тенденции быстро расшатываться и давать утечку нефти. Не столь уж часто требовался и ремонт, который, естественно, при железной конструкции обходился дороже.

Строители первых наливных барж во многом опирались на интуицию. Верный своему методу, Шухов начал с теоретических изысканий. Оказалось, что для расчета таких судов применим тот же способ, что и для расчета резервуаров, — нагруженная баржа на воде с точки зрения теории также представляла собой балку на упругом основании и потому подчинялась тем же закономерностям. Но Шухов не ограничивался возможностью заранее вычислить оптимальные размеры и количество потребного металла. Как подчеркивалось позже в «Записке об ученых трудах В. Г. Шухова», одним из авторов которой был великий кораблестроитель академик А. Н. Крылов, «тогда казалось почти невозможным правильно собрать такие громадные сооружения из мелких частей; тогда еще не имели понятия о точной разбивке шаблонов, и Шухов научил этому русских техников; он научил их, как по чертежам, изготовленным в Москве, с чудесной быстротой и без неполадок можно собирать громадные клепаные конструкции из железных листов».

Первые шуховские баржи имели длину 150 метров. Но уже в 1893 году на воду была спущена баржа его конструкции длиной 172 метра, имевшая грузоподъемность 12 тысяч тонн. Шестнадцать лет спустя общая грузоподъемность шуховских барж составляла около трех с половиной миллионов тонн. Количество их измерялось многими тысячами. И долго еще служили стране эти гиганты речного флота — прообраз нынешних океанских супертанкеров. А некоторым наливным судам пришлось в годы гражданской войны выступить в новом качестве: их переделали в плавучие батареи. Огонь их орудий не раз помогал Красной Армии во время боев на Волге и Каме.