Инженерное дело – это умение применять знания на пользу человеку. Владимир Григорьевич Шухов, применял свои знания, превращая гениальные идеи в прочные, красивые и полезные вещи. Многие из этих вещей надежно служат нам уже больше ста лет. В этой книге вы найдете рассказ о том, как инженер Шухов начинал и доводил дела до конца, и как много было этих дел, и какими нужными и полезными для людей они были. Книга адресована школьникам.
Инженерное дело – это умение применять знания на пользу человеку. Владимир Григорьевич Шухов, применял свои знания, превращая гениальные идеи в прочные, красивые и полезные вещи. Многие из этих вещей надежно служат нам уже больше ста лет.
Сегодняшние инженеры и архитекторы используют в работе и развивают изобретения Владимира Григорьевича. Например, удивительные творения лорда Нормана Фостера, Захи Хадид и других современных архитекторов ведут свою родословную от сетчатых конструкций Шухова.
В этой книге вы найдете рассказ о том, как инженер Шухов начинал и доводил дела до конца, и как много было этих дел, и какими нужными и полезными для людей они были.
Начало
Владимир Григорьевич Шухов родился в 1853 году в небольшом городе Гайворон Курской губернии. В 1871 году он с отличием окончил гимназию и поступил в Императорское Московское техническое училище (ныне это Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана).
В Императорском училище студенты изучали не только математику и физику. Они обязательно работали в мастерских, где осваивали токарное, слесарное, литейное, кузнечное дело. Это было очень полезно. Начертил на бумаге деталь? А теперь попробуй-ка выточить ее по своему чертежу. Инженеры должны знать, как реальные вещи рождаются из бумажных проектов. Иначе будет как в поговорке: «Гладко было на бумаге, да забыли про овраги».
В XIX веке обычно учили раздельно: либо наукам, либо ремеслу. Императорское техническое училище стало первым, в котором науки и ремесло совместили. Такая система обучения была высоко оценена в мире, и ее использовали в Массачусетском технологическом институте в США. Она тогда называлась «русской системой обучения».
В 1876 году Владимир Григорьевич получил диплом и квалификацию инженера-механика и отправился в составе делегации училища в США. Всегда полезно посмотреть, какие успехи есть у инженеров в других странах. Через год В. Г. Шухов вернулся в Россию и стал работать в большой железнодорожной конторе. Работа как работа – особенного о ней рассказать нечего.
Одновременно с работой Владимир Григорьевич два года был слушателем военно-медицинской академии. Кто-то спросит, зачем инженеру изучать медицину? Но Шухов считал знания о строении животных и растений очень полезными. Ведь природа создает прочные, хорошо работающие «конструкции», и у нее надо учиться.
Сейчас наука, изучающая организмы для решения инженерных задач, называется бионика. Но во времена Шухова мало кто из технических специалистов смотрел на природу, как на источник идей. Некогда было «серьезному человеку» задумываться, почему кошка ходит по забору и не падает, а рыба может всплывать и уходить на глубину, когда пожелает. «Пусть этим натуралисты занимаются», – так рассуждали «серьезные люди».
Возможно, интерес Владимира Григорьевича к медицине пробудил выдающийся хирург Николай Иванович Пирогов, который был дружен с его отцом. Этого мы уже не узнаем. Но Шухов считал знания анатомии, полученные в академии, совсем не лишними.
В 1878 году Владимир Григорьевич оставил прежнюю работу, поступил на службу в контору А. В. Бари и уехал в Баку, где смог работать самостоятельно. Фирма лишь поставляла ему заказы. Это было гораздо больше по душе молодому инженеру.
В. Г. Шухову было тогда 25 лет. Все только начиналось!
Нефтяной промысел
Сегодня трудно себе представить, как выглядели бакинские нефтяные промыслы в 1878 году. Всюду копоть, усталые работники, примитивный ручной труд, частые пожары. Создавалось впечатление, что никто и никогда здесь не спрашивал себя: «А нельзя ли делать то же самое эффективнее, дешевле, быстрее, проще?» Инженер Шухов был молод и полон решимости изменить этот мир. И он приступил к работе.
Сначала была решена задача транспортировки. Вы же, наверное, слышали выражение: добыли столько-то баррелей нефти? В переводе на русский язык «баррель» – «бочка». Раньше нефть от промысла к месту перегонки возили в дубовых бочках. Их и считали. Но перевозка часто обходилась дороже самой нефти.
Первой самостоятельной работой инженера Шухова стал нефтепровод Балаханы – Черный город длиной 10 км. Это был первый нефтепровод в России. Первый – это значит, что В. Г. Шухов взял чистый лист бумаги, карандаш, и… Для начала он составил проект. А что такое проект? Это полное описание стройки на бумаге.
Надо выбрать подходящие трубы. Но нефть сама по трубам не потечет. Надо выбрать насосы, которые смогут качать нефть по этим трубам. Чтобы насосы работали, им нужна энергия. Значит, надо выбрать паровые машины. Трубы нефтепровода укладывали на землю. На пути встречались подъемы, спуски, ложбины. В каких-то местах требовались мостики. Они тоже вошли в проект.
Потом молодой инженер нанимал рабочих, контролировал ход стройки, организовывал испытания. Заказчики были довольны не только качеством работ, но и разумной стоимостью.
Следующим на очереди было хранение нефти. В то время на бакинских промыслах нефть хранили попросту в ямах. Часть нефти улетучивалась, часть уходила в землю. Бесхозяйственность. И Владимир Григорьевич стал строить металлические резервуары.
Хранилища Шухова были сделаны по точному расчету. Толщина листов стали была подобрана так, чтобы резервуар был надежным, но при этом в нем не было ничего лишнего. Внизу должен быть более толстый лист, а наверху – более тонкий. Такой резервуар и собирать проще, и стоит он дешевле.
А еще В. Г. Шухов придумал делать эти резервуары круглыми. Площадь круга больше площади других фигур при той же длине контура. Это значит, что при одинаковом расходе материала на стенки, в круглый резервуар поместится больше, чем в прямоугольный. Хотите убедиться? Возьмите две одинаковые полоски бумаги. Из одной склейте круглый бортик, а из другой – прямоугольный. Поставьте бортики рядом и насыпьте в прямоугольный песок до самого верха (только следите, чтобы бортик не раздувался и не превращался в круг). Пересыпьте этот песок в круглый «резервуар», и вы убедитесь, что в круглом еще осталось место – можно насыпать больше, чем в прямоугольный.
И снова В. Г. Шухов не ограничился проектом. Он разработал технологию производства деталей и сборки своих резервуаров. Технология – это описание того, что и как надо делать, чтобы получилось то, что написано в проекте.
А что же с переработкой нефти? В 1878 году бензиновый двигатель еще не изобрели. Бензин был никому не нужен. Да-да, представьте себе, были и такие времена. Единственным продуктом, ради которого добывали нефть, был керосин. Его использовали в лампах и фонарях. Все остальное попросту выливали в море или сжигали в оврагах.
Шли споры о том, можно ли эффективно использовать мазут в печах и котлах. Владимир Григорьевич еще в студенчестве изобрел форсунку – устройство, в котором мазут распылялся паром. Когда есть хорошая форсунка, мазутом можно топить котел, например, на пароходе. Постепенно мазут из пожароопасного отхода производства превратился в ценное топливо.
Бакинскую «коллекцию» В. Г. Шухова дополнили несколько конструкций насосов, которые пришли на смену желонкам – длинным узким ведрам, которыми черпали нефть из скважины: зачерпнул, вытянул наверх, вылил в бочку; снова зачерпнул, снова вытянул и вылил. А насос поднимает нефть наверх непрерывно. Получается гораздо быстрее.
Вернувшись в Москву в 1880 году, В. Г. Шухов продолжил работать для нефтяной промышленности. Он сконструировал и организовал строительство нефтеналивных барж. Следуя правилу доводить дела до конца, он лично налаживал сборку своих барж на Волге и не оставлял мастерские без внимания, пока рабочие полностью не освоили выпуск судов. От своих подчиненных и рабочих Владимир Григорьевич всегда требовал содержать в чистоте и порядке рабочее место и цех. Тогда детали не теряются, и инструмент всегда под рукой.
Продолжая работы для нефтяников, в 1891 году В. Г. Шухов получил патент (документ о полном праве автора на его изобретение) на промышленную установку для крекинга (расщепления) нефти. Это очень важное изобретение, и инженер Шухов сделал его первым в мире. Оно намного опередило время. В Баку первый завод с установкой крекинга по проекту В. Г. Шухова был построен только в 1931 году. Инженеру было тогда уже 78 лет. Но он был на своем посту и налаживал работу установки. А пока впереди еще долгая жизнь и много открытий.
Сетчатые конструкции, ажурная башня
По проекту В. Г. Шухова были построены восемь павильонов Всероссийской промышленной и художественной выставки в Нижнем Новгороде в 1896 году. Как и предполагал Владимир Григорьевич, павильоны стали самостоятельным экспонатом. Особенными были их крыши. Легкие и прочные сетчатые покрытия (висячие и в виде сводов) быстро собирались из большого количества одинаковых элементов. Причем элементы эти были настолько простыми, что изготавливать их можно было тут же, на месте.
Вторым открытием выставки стала ажурная водонапорная башня В. Г. Шухова. Всех, кто спрашивал у него, как такая легкая конструкция выдерживает тяжелый бак наверху, Владимир Григорьевич в шутку направлял в кустарный павильон, смотреть плетеные корзины. В этой шутке была, как полагается, доля правды. Плетеная из ивовых прутьев корзина – вещь легкая и прочная. Но все-таки башни В. Г. Шухова были совершенно новым изобретением.
Особенность башен Шухова в том, что их криволинейная форма (гиперболоид) образована прямыми элементами. Как так? А вот как. Возьмите пару мягких кружков (да хотя бы… из сыра или из тонкого пенопласта), воткните в один из них по кругу несколько зубочисток, накройте вторым кружком и немного поверните. Вот и у вас теперь есть свой гиперболоид. А чтобы он не разворачивался обратно в цилиндр, надо добавить зубочистки под таким же углом наклона, но в противоположном направлении. Это сложнее, надо будет потрудиться. А если зубочистки скрепить в местах пересечений, гиперболоид станет жесткой конструкцией и сможет выдерживать нагрузку.
А теперь проведите опыт. Сделайте два гиперболоида и один из них оберните бумагой. Поставьте свои сооружения на стол рядом и подуйте на них, как будто поднялся ветер. Можно поспорить, что первой упадет башня, обернутая бумагой. «Ветер» давит на нее сильнее, чем на ажурную конструкцию. Ветроустойчивость – полезное свойство сооружений.
Инженер Шухов получил много заказов. Его сетчатые покрытия появились над цехами заводов, торговыми рядами, вокзалами. Ажурные водонапорные башни, маяки и мачты были построены по всей стране. Перекрытия ГУМа в Москве, маяк в устье Днепра и многие другие сооружения находятся в строю уже больше ста лет.
Но, пожалуй, самой знаменитой стала радиобашня, построенная в Москве в 1922 году. Ее высота – 150 метров. Высокие башни Владимир Григорьевич предложил собирать из отдельных секций-гиперболоидов. Шуховская башня в Москве построена из шести секций. Каждая новая секция была собрана на земле внутри башни и поднята наверх на ручных лебедках. Так, небольшая бригада рабочих смогла построить вручную высокую башню. И снова: расчет – проект – технология сборки – дело, доведенное до результата. И снова экономия материалов, времени, средств. Это было очень нужно нашей стране, которая в то время была разорена войнами.
В. Г. Шухов не только спроектировал много сетчатых конструкций, но и разработал методику их расчета. Методика – это в каком порядке считать, с чего начать, чем закончить и как проверить, что в расчетах нет ошибки.
Первая мировая война
В годы войны контора А. В. Бари, в которой работал В. Г. Шухов, выполнила несколько заказов для армии и флота.
Артиллеристы заказали платформы для тяжелых орудий. Платформы нужно было сделать тяжелыми, но… легкими. Тяжелыми они должны быть, чтобы выдерживать орудия, которые на них располагаются и стреляют. А легкими они должны быть, чтобы их могли возить лошади.
Инженер Шухов решил эту задачу, никогда не догадаетесь как. Он сделал платформы круглыми. Когда надо сменить позиции, круглые основания двух платформ крепятся на ось и становятся колесами повозки. На эту повозку грузятся все остальные детали, и четыре лошади везут две платформы на новые позиции. Там все собирается заново в полчаса. Артиллеристы с благодарностью говорили еще и о том, что в конструкции нет мелких деталей. Ничто не закатится в траву, не потеряется.
Моряки заказали несколько типов мин, включая хитроумные устройства для них. Например, мина должна самоуничтожаться, если она оторвалась о якоря. Ведь если мина уплывет с того места, где ее установили, на ней могут подорваться и свои корабли. Такого допустить нельзя.
Все заказы военных были выполнены с блеском. Это был вклад В. Г. Шухова в боеспособность наших армии и флота. Владимир Григорьевич всегда был сторонником мирного решения разногласий между народами, но в годы войны он не мог остаться в стороне, делая вид, что ничего не происходит.
Уметь применить знания
Многие ученые работали с бакинской нефтью, публиковали научные работы. А промысел продолжал считать караваны баррелей и черпать нефть желонками.
Многие ремесленники в Баку мастерили перегонные кубы для нефти и дубовые бочки. А промысел продолжал коптить, гореть, выливать мазут в море.
Тут приехал инженер Шухов и для начала построил нефтепровод, а потом хранилища, насосы, баржи.
Многие архитекторы и инженеры проектировали сложные сооружения: павильоны для выставок, цеха заводов, маяки и башни. А построить очень нужную радиобашню в Москве поручили не кому-нибудь, а В. Г. Шухову.
Почему именно он? Конечно, талант и трудолюбие. Но и образование. Владимир Григорьевич сполна использовал то, чему его научили в Императорском техническом училище.
Во-первых, В. Г. Шухов никогда не строил на глазок. Зная математику и физику, он всегда делал расчеты. Его постройки не слишком массивные и не слишком хрупкие. Они ровно такие, как надо. А это означает надежность и экономию материалов.
Во-вторых, имея опыт работы в мастерских училища, при проектировании инженер Шухов всегда думал о технологии изготовления, о том, как рабочие будут строить по его чертежам. Поэтому конструкции В. Г. Шухова всегда было легко изготавливать и собирать.
И в-третьих, в основе всей работы гениальные идеи, острый ум, умение видеть «организм» машины, сооружения, чувствовать его.
Идея – точный научный расчет – проект – технология – организация производства. Такой подход В. Г. Шухов взял за правило. В итоге легкие, прочные, надежные, простые в изготовлении вещи. Именно такие вещи нужны людям во все времена.
Настоящий инженер
Мосты, паровые котлы, цеха, водопроводы, вращающаяся сцена театра (МХАТ), ангары, трамвайные депо, причалы, канатные дороги – все это и многое другое проектировал и строил В. Г. Шухов.
При этом Владимир Григорьевич никогда не проявлял высокомерия, всегда с уважением относился к людям, не поднимал голос в спорах, умел слушать и слышать коллег.
А еще инженер Шухов жалел машины. Сохранились воспоминания (Л.И. Арнаутов, Я.К. Карпов) о том, как однажды Владимир Григорьевич неожиданно зашел в комнату дежурного инженера на строительстве Новоспасского моста в Москве. Он представился и предложил помочь рабочим, которые уже несколько дней не могут завести локомобиль. «Не могу видеть, когда люди, не знающие машину, мучаются с ней», – сказал Владимир Григорьевич. Локомобиль быстро завели, и инженер продолжил свою ежедневную прогулку.
Шухов любил свою работу и часто работал 10-12 часов в день. Но он любил и другую жизнь: свою семью, друзей, шахматы, фотографию, велосипед, астрономию, историю.
Владимир Григорьевич Шухов прожил 85 лет и работал до последнего дня. Однажды начав менять этот мир, он никогда не останавливался на достигнутом, всегда двигался вперед, осваивал всё новые области. В.Г. Шухов применял свои знания на пользу человеку. Он сделал на этом пути очень много. И мир изменился по его проектам. Шухов был настоящим инженером.