Шухов Владимир Георгиевич (советский инженер и учёный, почётный академик (1929; член-корреспондент 1928), Герой Труда (1932),Член ВЦИК (1927)) проектировал и строил паровые котлы и насосы, резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов и трубопроводы, создавал нефтеперегонные установки и наливные баржи, мосты и доменные печи, изобретал и возводил уникальные строительные конструкции, реставрировал памятники архитектуры.

Своими изобретениями Шухов охватил все стадии добычи, транспортировки и переработки нефти.
В 1878 году Шухов воплотил в жизнь смелый проект фирмы «Братья Нобель» — проложил первый в России нефтепровод и осуществил 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».

Американцы, как всегда, первыми восприняли идею, и 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. 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. 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 возможно, хотя и дорого, но при добыче в 50-100 миллионов пудов такой способ сообщения промыслов с заводами становился абсурдным.

Нобели решили, наконец, «водворить на замену им 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, и от этой мысли пришлось отказаться. 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 вовсе — ни в России, ни в США, где разработка теоретических вопросов была традиционно слаба.

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. Нобель остался один. Но он достал необходимый капитал и на свой риск начал дело. Непосредственное руководство строительством было возложено на В.Г. Шухова, которому представилась, таким образом, возможность на практике проверить теоретические положения, выработанные в ходе составления проекта.

Уже с первых дней Владимир Григорьевич столкнулся с тяжелой проблемой: прокладываемый нефтепровод вызвал яростное озлобление местного населения. Ведь с вводом его в действие несколько тысяч арбщиков лишались своего заработка. Последовали поджоги, и за строительством пришлось организовать специальный надзор, вооружив сторожей ружьями. Случались и другие неудачи — лопались выписанные из Америки трубы и т. п. Все же, зимой 1878-1879 годов проект был осуществлен «с большими жертвами и затратами, без чего не обходится новое дело», как сообщало позднее «Товарищество братьев Нобель». 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 Конон Иванович Лисенко в своем докладе Императорскому русскому техническому обществу в 1879 году отмечал: «…Результаты действия нефтепровода 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. «Товарищество братьев Нобель» стало получать заказы от других фирм на перекачку нефти с их промыслов, установив цену за эту услугу 5 копеек с пуда. Многие начали подумывать о строительстве собственных нефтепроводов. В 1879 году Бари (вступивший в новое дело «Бари, Сытенко и К°») и Шухов получили предложение Г.М. Лианозова построить ему нефтепровод протяженностью 11,5 верст (12,26 км). Владимир Григорьевич составил обогащенный опытом предыдущей работы проект и приступил к его осуществлению. В это время в Баку приехал и поступил к нему в качестве помощника Сергей Петрович Гаврилов — выпускник Технического училища 1875 года, учившийся очень хорошо и пользовавшийся расположением профессора Орлова. Именно Федор Евплович рекомендовал его Бари после того, как Гаврилов сменил несколько мест службы, но так и не нашел занятия, которое бы полностью удовлетворяло его. После окончания работ по сооружению лианозовского нефтепровода последовали заказы Мирзоева, Кокорева, Бенкендорфа.

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».
Значение первых нефтепроводов выходило далеко за пределы их практического использования. Уже в этих начальных проектах В.Г. 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 В.Г. 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 1897 году В.Г. Шухов в соавторстве с Д.И. Менделеевым написал статью «Нефтепроводы» для авторитетнейшего Энциклопедического словаря Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. (Владимир Григорьевич состоял сотрудником «Словаря» с 1897 по 1900 годы, с 40-го по 56-й полутом).

В перечисленных 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 однокурсником П. К. Худякова, инженером-технологом 1877 года выпуска, Константином Ивановичем Тумским. В книге много ссылок на Владимира Григорьевича. В главе «Трубопроводы» прямо говорится: «Все приведенные ниже данные заимствованы из прекрасного труда В.Г. Шухова «Трубопроводы и их применение в нефтяной промышленности».

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.

Проект «Нефтепровод БАКУ – БАТУМ».

Разработанный В.Г. Шуховым проект предусматривал строительство нефтепровода от Баку до Батума общей протяженностью 820 верст с 35-ю промежуточными станциями; диаметр труб — 6 дюймов. Стоимость сооружения была определена в 15 700 000 руб. «С устройством подобного нефтепровода, — утверждал И.П. Архипов, — в Батуме, понятно, воздвигнется другой Черный город, как в Баку». Перенесение процесса переработки нефти от места ее добычи к месту сбыта позволило бы, по мнению Ивана Павловича, ежегодно экономить от 7 до 10 миллионов рублей.

В ноябре 1886 года пятьдесят Бакинских заводчиков и нефтедобывателей, в том числе и такие авторитеты, как Хаджи-Зейнал Тагиев, «Каспийско-Черноморское общество», Мусса Нагиев, Цатуров, Адамов, Будачов, Елизаров, торговый дом «Бенкендорф и К°», «Товарищество Соучастников», Лианозов, Щастливцев, Тер-Акопов, обратились к министру государственных имуществ с ходатайством о скорейшем разрешении строительства транскавказского нефтепровода.

Но нефтепровод так и не состоялся. В 1891 году Кабинет министров принял окончательное решение: отложить осуществление проекта, считая его преждевременным. 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 вновь была привлечена фирма А.В. Бари. В рабочей тетради В.Г. Шухова имеется запись на этот счет: «9 февраля 1893 г. Переделка нефтепровода на керосинопровод. 9 февраля мы с А.В. Бари приехали в Петербург для переговоров об этом деле. Само правительство заинтересовано, следовательно, дело будет долгое и вряд ли состоится вследствие высоких цен. Если выйдет, то не раньше трех лет».

Так и получилось. Строительство магистрального керосинопровода Баку-Батум, проложенного вдоль линии Закавказской железной дороги, было начато в 1897 году и продолжалось десять лет. Окончательный проект сооружения был разработан Н.Л. Щукиным, видным специалистом в области паровозо- и вагоностроения.

Нефтяные насосы

Первый в России шнуровой насос был запроектирован В.Г. Шуховым в 1886г. и установлен в одном из имений Подольской губернии. Он подавал воду на высоту более 36 метров и действовал хорошо. 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». 21 апреля 1886 года Владимир Григорьевич подал прошение в департамент торговли и мануфактур Министерства финансов о выдаче привилегии на его изобретение. Управляющий департаментом, эксперт комитета по техническим делам, засвидетельствовал, что «хотя применение сжатого воздуха к выкачиванию жидкостей уже давно известно, но ввиду особой компактности всего насоса, достигнутой известным распределением частей его, это изобретение можно считать новым и в России неизвестным.

Тем не менее, эрлифт имел ряд недостатков. Он мог подавать жидкость лишь по вертикальной или сильно наклонной трубе, из-за невозможности создать в конце напорной трубы значительное постоянное давление 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. 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 жёсткости 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. Они были установлены, в частности, в Москве в университетских клиниках на Девичьем поле и на фабрике у совецкого, на Тульском патронном заводе, на Реутовской мануфактуре (длина штанги 54 метра), на станциях «Москва» и «Чернь» Московско-Курской железной дороги, а впоследствии и на многих других станционных водокачках. Разработанная Владимиром Григорьевичем теория инерционных поршневых насосов с гибкой штангой была опубликована в 1899 году П.К. Худяковым в его курсе «Построение насосов».

Еще одним типом насосов, которым занимался В.Г. Шухов, были так называемые сдвоенные насосы прямого действия с компенсацией, которые выпускала американская фирма Вортингтона и которые применялись для перекачки нефти по нефтепроводам. «Строительная контора Бари» распространяла их в России, так что Владимир Григорьевич отлично знал эту конструкцию. «Из всех типов насосных машин, — писал он, — наибольшим распространением, как известно, пользуются в настоящее время сдвоенные насосы прямого действия. Простота их устройства, обуславливаемая отсутствием маховых колес с передаточным механизмом кривошипа и шатуна, позволяет конструировать эти насосы сравнительно очень легкими и дает, в общем машину, отличающуюся удобством и простотой ухода». Это строка из книги В.Г. Шухова «Насосы прямого действия. Теоретические и практические данные для расчета их», изданной Политехническим обществом в 1897 году и ставшей вторым, дополненным изданием работы Владимира Григорьевича «Насосы прямого действия и их компенсация», опубликованной в № 8 «Бюллетеней Политехнического общества» за 1893/94 год. Свою задачу при написании ее сам Шухов определил так: «Насколько известно, в технической литературе не разработан вопрос о расчете как цилиндров расширения, так и компенсаторов для насосов прямого действия, поэтому далее делается попытка решения этого интересного вопроса».

Как и во всех других случаях Владимир Григорьевич рассмотрел проблему всеобъемлюще и строго научно. В первой части книги он дал расчет компаунд-насосов, т. Е. насосов прямого действия с цилиндрами расширения пара, работающих без компенсации, и вывел закон: для получения максимальной работы насосы следует проектировать так, чтобы отношение площадей цилиндров расширения пара, последующего к предыдущему, было величиной постоянной. Вторая часть заключала теорию так называемой компенсации прямодействующих насосов, т. Е. регулирования их хода в зависимости от происходящего в паровых цилиндрах расширения пара, а также обоснование целесообразности применения компенсаторов. Свою работу Владимир Григорьевич завершил «справочными данными для определения размеров насосов», приведенными в столь простой и удобной форме, что впоследствии они были позаимствованы разнообразными техническими справочниками.

Уже первая редакция издания была встречена инженерами восторженно. В отзыве, появившемся в «Техническом сборнике и вестнике промышленности» книга была названа «интересным сводом в одно целое всех расчетов, касающихся определения размеров паровых цилиндров у насосов прямого действия», причем отмечалось, что «автор в весьма простом и остроумно обработанном виде решает этот вопрос в самой общей форме».

«Появление этого исследования мы нашли нужным отметить и приветствовать как весьма крупный научный вклад, разъясняющий вопрос о рациональном построении паровых насосов и рациональном применении их на практике», — говорит автор рецензии и в заключение выражает надежду на то, что заводчики будут лучше изготавливать насосы и что «работа Шухова поможет им и пользующимся их изделиями сознательно сразу отличать дурное от хорошего и ошибочное от верного».

Труд Владимира Григорьевича по теории прямодействующих насосов был специально отмечен их главным производителе Вортингтоном. Ведь «успех распространения» этих насосов, по свидетельству П.К. Худякова, «был прочно обеспечен только после того, как В.Г. Шухов разработал опубликовал свою теорию». «Честь теоретического разъяснения вопроса о расчете компаунд-насосов и о расчете насосов для перекачки нефтяных остатков с подогреванием их принадлежит у нас инженер-механику В.Г. Шухову. Его работы в этой области, освещенные и проверенные целы рядом опытов на протяжении его двадцатилетней практической деятельности, являются в высшей степени ценным вкладом русскую техническую литературу, идущую этом вопросе далеко впереди иностранной», — утверждал Петр Кондратьевич 1896 году на страницах изданного Министерством финансов сборника «Производительные силы России».

Не менее высоко отозвался о труде Шухова и Н.Е. Жуковский: «Идея об отыскании наивыгоднейших конструкций лежит основе почти всех теоретических работ Владимира Григорьевича.

Он проводит ее в стройной и простой математической форме, иллюстрируя свою мысль таблицами и графиками… Особенную же изящность в применении ее мы встречаем в общеизвестной работе Владимира Григорьевича по паровым насосам, где изыскивается наивыгоднейшая конструкция насоса…».

Чтобы закончить эту тему, необходимо упомянуть о том, что Владимир Григорьевич занимался насосами, работая над своей книгой «Трубопроводы и их применение в нефтяной промышленности». В ней он решал, в частности, вопрос о стоимости обзаведения насосом для нефтепровода и дешевизне его эксплуатации, что требовало, по словам П.К. Худякова, «наибольших тонкостей аналитического расчета», а также стремясь повысить коэффициент полезно го действия компаунд-насосов, предложил использовать теплоту отработанного в них пара для подогрева нефтяных остатков их перекачке по трубам.

Резервуары для хранения нефти и ее продуктов

В 1883 году Шухов в работе «Механические сооружения нефтяной промышленности» писал: «Нефть и ее продукты, вырабатываемые в больших количествах, сохраняются в резервуарах или бассейнах, материал и конструкции которых могут быть крайне разнообразны; причем, как и во всяком промышленном сооружении, разнообразие это является результатом сочетания местных экономических условий и технических познаний строителей. Так, если следовать по пути движения нефти от места ее добычи до районов потребления, то можно встретить хранилища в виде простых земляных ям со столбом внутри, служащим для опоры брусьев, на которых покоится настил досчатой крыши; в виде деревянных чанов, стянутых железными обручами; в виде обыкновенных каменных, выложенных цементом бассейнов, и, наконец, в виде железных резервуаров. Мы считаем лишним говорить здесь обустройстве ям и чанов для хранения нефти, устройстве, которое очень просто и, кроме того, эти типы хранилищ совершенно исчезают в рационально поставленном нефтяном хозяйстве».

Но пятью годами ранее, попав в Баку, он столкнулся именно с этими примитивными «типами хранилищ». Непроницаемость их, естественно, часто нарушалась, и огромное количество нефти уходило обратно в землю. Все в Черном городе было «в жирных лужах, нефть с шипением сочилась из-под земли, переливаясь всеми цветами радуги с металлическим блеском». Как уже говорилось, нефтепромышленники не были заинтересованы в сокращении потерь вследствие низкой цены на «черное золото». Побудить их к строительству надежных металлических резервуаров могло лишь создание простых и экономичных конструкций последних, обеспечивающих возможность быстрого и дешевого их изготовления и монтажа.

Эта задача была практически единолично разрешена В.Г. Шуховым в чрезвычайно короткий срок. Уже в 1878 году им были построены первые резервуары для фирмы братьев Нобель. А в 1883 году был опубликован и крупный научный труд по этой теме, уже упоминавшийся выше. «Настоящую статью мы посвятили, главным образом, описанию железных резервуаров, — писал Владимир Григорьевич в предисловии к нему. — Это тем более необходимо, что, насколько известно, техническая литература почти не затрагивает вопроса о рациональном устройстве железных резервуаров, служащих для хранения жидких тел».

Впервые в мировой практике В. Г. Шухов показал, что оптимальной конструктивной формой резервуара является цилиндрическая. Простейшее и всем известное свойство круга — минимальный периметр при данной площади — стало источником колоссальной экономии металла и значительного уменьшения веса сооружений. «Обыкновенный тип железного резервуара, — писал изобретатель, — представляет собой тело цилиндрической формы с плоским днищем, покоящимся на основании, и с конической или тоже плоской крышей. Стены резервуара образуются рядом колец, склепанных из листового железа; нижнее кольцо соединяется с днищем с помощью угольника. Верхнее кольцо оканчивается также угольником, который служит опорой для стропил крыши».

Отметив, что «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 стены резервуара», Владимир Григорьевич разработал лаконичную и очень удобную методику этого расчета, уточненную в последующих его работах по данной теме.

«Когда резервуар наполнен жидкостью, то радиус цилиндрической поверхности стен получает некоторое увеличение вследствие растяжения материала, подверженного усилиям. Влияние днища и верхнего угольника препятствует этому удлинению материала стенок, и можно сделать предположение, что дно резервуара вместе с приклепанным к нему угольником не подвергается никаким изменениям после нагрузки резервуара, так как радиальные усилия, передающиеся от стенок к дну, слишком незначительны для того, чтобы произвести радиальное же удлинение в массе металла, составляющего дно и нижний угольник». Исходя из этого положения и применив дифференциальное уравнение 4-й степени, Шухов исследовал картину распределения напряжений в стенках резервуара и получил вид упругой кривой их деформации, т. е. ответил на все вопросы, связанные с обеспечением прочности сооружения и его устойчивости. При «определении наибольшего напряжения в листах резервуаров» Владимир Григорьевич обратился к своему излюбленному приему — аналогии, и рассмотрел задачу о плавающем брусе «аb», подпертом в точке «а» и нагруженном неравномерной нагрузкой, отметив при этом, что в составленное уравнение «вместо веса воды будет входить сопротивляемость железа». Главный вывод, сделанный им на основе произведенных расчетов, касался определения оптимальной высоты резервуара и гласил: «Все рационально построенные резервуары, то есть удовлетворяющие условию min употребленного на их устройство материала, должны быть одинаковой высоты, которая зависит от даваемой практикой толщины железа дна и крыши и от коэффициента прочного сопротивления, допускаемого в железе, то есть от доброкачественности последнего… В резервуарах больших емкостей (свыше 4000 м3), где (по конструктивным соображениям) днища имеют толщину 6 мм и вес покрытия остается почти постоянным на 1 м2 его горизонтальной проекции, эти резервуары имеют почти одинаковую высоту (около 11,4 м) и составляются по высоте из 8 поясов», образованных листами стандартной ширины.

Этот вывод имел колоссальное практическое значение, так как благодаря ему обеспечивалась стандартизация типоразмеров резервуаров и элементов, из которых они собирались. Уже в советское время, в 1931 году, по инициативе Шухова и под его непосредственным руководством был разработан первый общесоюзный стандарт ОСТ 5125 на клепаные резервуары от небольших, вместимостью 11; 23, 42; 61; 105 и т. д. м3, до крупных РВС-10000 м3.

Следующее положение, высказанное Шуховым, касалось толщины стенок сооружения. Для больших емкостей он считал целесообразным использовать резервуары с переменной толщиной стенок — оптимально 9 мм в нижнем поясе и 4,5 мм — в верхнем. Для таких резервуаров Владимир Григорьевич сформулировал ставшее классическим теоретическое положение, использование которого на практике принесло большую экономию металла: «Резервуар с переменной толщиной стенок имеет наименьший вес при условии, что объем всего железа дна и покрытия (а, следовательно, и его вес) равен объему (а, следовательно, и весу) всего железа в стенках, необходимому для восприятия растягивающего усилия в поясах». В таких резервуарах, указывал он далее, «при отклонении их высоты от наивыгоднейшего теоретического значения… даже на 10 % в ту или другую сторону вес резервуара увеличивается всего на 0,5 %» (величина при конструировании почти неуловимая). Последнее обстоятельство со всей очевидностью показывает, что переход от теоретического значения высоты к ее действительному значению (в соответствии с шириной стандартных листов) практически не отражается на экономичности конструкции.

Для резервуаров малой емкости Владимир Григорьевич предложил использовать «стенки постоянной толщины, которая определяется по конструктивным соображениям». Такой «резервуар с постоянной толщиной стенок имеет наименьший вес при условии, что объем всего железа дна и покрытия (а, следовательно, и его вес) вдвое меньше объема (а, следовательно, и веса) всего железа стенок». Причем «отклонение высоты резервуара от ее наивыгоднейшего теоретического значения вызывает еще меньшее изменение веса, чем в резервуарах с переменной толщиной стенок; даже при отклонении высоты на 10 % в ту или иную сторону вес резервуара увеличивается всего наО,33 %».

Работа «Механические сооружения нефтяной промышленности» заканчивалась тем, что для каждого типа резервуаров Шухов дал простую формулу вычисления минимального веса сооружения, учитывая рыночную стоимость железа и отношение к ней стоимости нефти, выраженное посредством коэффициентов. «Иметь под руками такую формулу, — отмечал профессор Худяков, — весьма ценно для всех, кто занимается проектировкой сооружений, составлением смет и проверкой исполненных смет». По свидетельству того же Худякова книга Шухова «пользовалась большой популярностью среди русских инженеров, ведущих проектирование металлических конструкций». В кратком извлечении она вошла в очень распространенное издание «Н?ttе» — «Справочная книга для инженеров, архитекторов, механиков и студентов» и стала, таким образом, достоянием европейских технических кругов. (Кстати сказать, «H?ttе» был одним из любимых справочных изданий Шухова; в уцелевшей части его библиотеки сохранились тома и на немецком, и на русском языках с многочисленными пометками Владимира Григорьевича.)

Чрезвычайную практическую ценность представляло решение В.Г. Шуховым вопроса об опирании резервуаров. Ранее считалось, что резервуары должны иметь весьма солидное (и, следовательно, дорогостоящее) жесткое основание. Это установившееся положение было Владимиром Григорьевичем опровергнуто. Рассматривая днище резервуара как брус, лежащий на сплошном упругом основании, и используя все то же дифференциальное уравнение 4-й степени, он вначале теоретически, а затем и практически доказал, что наивыгоднейшим основанием конструкции, лежащей на податливой основе, будет не жесткий брус, а гибкий лист, закрепленный по краям. Конструкция, лежащая на сплошном упругом основании, например на песке, будет тем рациональнее построена, чем меньше будет работать на изгиб, т. е. чем меньше будет ее момент инерции.

Прийти к этому, казавшемуся некогда парадоксальным, выводу Владимиру Григорьевичу вновь помогла аналогия. Предположим, рассуждал он, что необходимо удержать на плаву груз. Если поместить его на плавающую жесткую платформу, груз будет стремиться переломить ее. Чем тяжелее груз, тем большие разрушающие усилия он будет вызывать в платформе и тем большей прочностью она должна обладать, чтобы этим усилиям сопротивляться. Но если вместо платформы взять сеть, состоящую из поплавков, соединенных между собой тросами, и нагрузить ее, то под воздействием нагрузки поплавки осядут, часть их уйдет под воду, а часть останется на поверхности. В результате сеть будет удерживать груз, не испытывая разрушающих усилий, которые погашаются сопротивлением упругой среды — в данном случае, воды.

Принципиально так же разрешается и вопрос об опирании резервуара на землю. Для резервуаров небольшой емкости до 10 000 пудов Владимир Григорьевич рекомендовал устраивать основание в виде простой, хорошо утрамбованной песчаной подушки толщиной около 30,5 см, а для резервуаров вместимостью 75 000 пудов и более — в виде песчаной подушки, покрытой сверху гидрофобным асфальтовым слоем, внутри имеющей дренажную систему и окаймленной во избежание размыва и выдавливания песка легким бетонным кольцом. Особое внимание Шухов обращал на тщательное выравнивание и трамбовку грунта под фундамент, поскольку «неравномерная осадка резервуара весьма болезненно отражается на его прочности». При устройстве подобного упругого основания, воспринимающего все давление от веса хранимой жидкости, толщина днища самого резервуара назначалась только исходя из конструктивных соображений, в зависимости от почвенных условий, влаги и т. п., и составляла от 4 до 6 миллиметров.

К сожалению, это эффективное и остроумное решение, вошедшее в инженерную практику многих стран мира, в советское время в нашей стране было забыто. Резервуары стали ставить на ленточные фундаменты из железобетонных плит, эксплуатация которых, особенно в северных районах, совершенно не оправдала себя.

Столь же тщательно В.Г. Шухов разработал вопрос о покрытиях резервуаров. Крыши сооружений, предназначенных для хранения тяжелых нефтяных продуктов, делались им негерметичными, из кровельного железа, укладываемого по деревянной обрешетке. Стропильные ноги располагались, как правило, радиально и образовывали конусное покрытие с подъемом, примерно равным 1/3 радиуса. В первые годы строительства металлических шуховских резервуаров их крыши устраивались иногда и сферической формы, что, впрочем, сильно усложняло и удорожало конструкцию. Поэтому Владимир Григорьевич использовал их редко. В рабочей тетради его за 1911 год, однако, имеется расчет резервуаров со сферическими крышами для Владикавказской железной дороги, фирмы братьев Нобель и майкопских промыслов.

Для нефти с большим содержанием легких фракций Шухов предложил хранилища с плоским покрытием, имеющим уклон около 1/20 радиуса, с герметическими швами металлических листов. Сверху такой кровли наливался пятисантиметровый слой воды, «предохраняющий от утечки бензина и дающий противопожарность». По свидетельству самого изобретателя, резервуары такой системы были построены в Майкопе и Москве.

Первые цилиндрические резервуары, как уже упоминалось, были построены Шуховым для «Товарищества братьев Нобель» одновременно с прокладкой нефтепровода в 1878 году. Фирма очень гордилась этими сооружениями. «Товарищество, — отмечалось в рекламном издании 1882 года, — в недавнее время ввело большое новшество своим вполне удавшимся опытом сооружения обширных нефтехранилищ совершенно своеобразной конструкции, среди озера Беюк-Шора, вне промысловой площади и, следовательно, при наилучших гарантиях от огнеопасности».

В 1879 году той же фирмой были построены резервуары системы Шухова для керосина в Царицыне. Резервуарная станция состояла из 11 хранилищ общей емкостью 850 000 пудов. В 1881 году нобелевские резервуары появились в Москве, Туле, Орле и Харькове, в 1882-м — в Бердичеве, Варшаве, Воронеже, Двинске, Киеве, Калуге, Минске, Нижнем Новгороде, Полоцке, Ростове-на-Дону, Смоленске и Саратове. Тогда же фирма Бари построила 4 резервуара для керосина емкостью 100 000 пудов (РВС-2000 м3)каждый для пароходства «Лебедь» в Царицыне. В общей сложности в 1882 году в России насчитывалось уже 130 резервуаров системы Шухова.

В 1883-1888 годах в Царицыне для товарищества «Нефть» была построена крупная резервуарная станция из 38 резервуаров емкостью от 100 000 (РВС-2000 м3)до 165 000 тысяч пудов (РВС-3000 м3) каждый. В 1884-1888 годах для той же компании была построена резервуарная станция в Петербурге; в 1884 году — керосиновая станция в Москве. В 1884-1885 годах была возведена керосиновая станция Закавказской железной дороги в Батуме: 5 резервуаров по 100 000 пудов (РВС-2000 м3) каждый и 4 резервуара по 60 000 пудов (РВС-1000 м3), а также спроектировано особое приспособление, обеспечивающее одновременную выгрузку целого поезда с керосином, состоящего из 32 вагонов-цистерн. В 1885 году такая же станция была построена в Баку. В том же году фирма возвела шесть резервуаров общей емкостью 600 000 пудов керосина на заводе «С.М. Шибаев и К°» в Баку. В 1885-1888 годах в Батуме были построены четыре резервуара вместимостью 150 000 пудов (РВС-3000 м3) керосина каждый.

К 1917 году одной только компанией Бари по всей территории России было возведено свыше 20 тысяч шуховских резервуаров. Их стоимость в расчете на 1 пуд жидкости колебалась в пределах от 10 до 30 копеек. Резервуар на 170 000 пудов нефти (РВС-3000 м3) диаметром 21,3 м и высотой 8,5 м весил 400 000 пудов (из них на кровлю приходилось 50 000 пудов). По сравнению с прямоугольными немецкими и американскими хранилищами система Шухова давала 25-30-процентную экономию металла.

По отзыву профессора П.К. Худякова, «В.Г. Шухов сделал обследование вопроса о постройке резервуаров с исчерпывающей полнотой, предусматривая все возможные варианты подбора листового металла для цилиндрической части и для днищ, то есть он первый поставил свою работу в условия чисто производственного характера, что и являлось весьма ценным для практического применения всех результатов; подготовленных в этой его работе («Механические сооружения нефтяной промышленности»)». Владимир Григорьевич считал, что «основными признаками хорошо спроектированного резервуара (помимо минимального веса при заданном объеме) является минимальное количество отходов и минимум трудоемкости в работе: резке, изготовлении отверстий, клепке, чеканке и проч.». И эта высокая технологичность была одним из главных достоинств конструкции Шухова.

Вот как строились резервуары его системы по рассказу самого Владимира Григорьевича К.И. Тумскому: «Постройка резервуара начинается с того, что склепывают днище, к нему прикрепляют обод (уголок), к которому уже приклепывается первое кольцо, составляющее как бы закраину днища. Затем приготовленное таким образом дно, установленное на полусаженки дров, испытывают: наливают в него нефть и смотрят, не даст ли днище течи в течение нескольких дней стояния. Если все в порядке, то приступают к наложению следующих рядов, склепанных полистовым методом, возводя вокруг резервуара особые леса… Когда резервуар готов, его испытывают, для чего наполняют водой и оставляют стоять несколько дней. Если окажется течь, подчеканивают и исправляют слабые места. Потом воду спускают и наполняют резервуар нефтью».

Еще в 1881 году при строительстве резервуарной станции в Константинове по заказу В.И. Рагозина Шухов впервые применил поточный метод монтажа. Каждая бригада мастеров специализировалась на каком-либо виде работ, последовательно переходя от одного сооружения к другому. Таким образом, когда часть резервуаров уже была подведена под крышу, у других только было закончено днище и начиналась установка листов первого пояса стен. Вся нефтяная станция состояла из десяти резервуаров емкостью 160 000 пудов каждый (РВС-3000 м3). Полное количество пошедшего на них железа составило 42 000 пудов. Сборка резервуаров и их клепка были начаты 15 июня 1881 года. Постройка станции полностью завершилась 5 сентября.

Впоследствии поточный метод неоднократно применялся Шуховым не только при строительстве резервуарных станций, но также и при одновременной постройке нескольких барж, возведении многопролетных зданий и во всех других случаях, где это оказывалось целесообразным.

Элеваторы для зерна и соли, хранилища для спирта, аммиака, масла, кислот, цемента, баки для воды, «сухие» и «мокрые» газгольдеры, цилиндры мешалок керосиновых заводов — эти листовые конструкции возводились по всей России под непосредственным руководством В.Г. Шухова на основе и в развитие выработанной им теории и практики резервуаростроения. Произведенный им переворот в деле хранения нефти оказал огромную услугу русской нефтяной промышленности, поскольку обеспечил ей возможность постоянно располагать обширными запасами сырой нефти, независимо от состояния добычи в данный момент. А ведь еще за несколько лет до его изобретения при отсутствии или недостатке этих запасов в нефтяной отрасли «наблюдались поистине беспримерные в других отраслях колебания цен на сырье, обуславливавшие невозможность установления сколько-нибудь регулярной обработки продукта».

На склоне своих лет Владимир Григорьевич мог с полным правом заявить, что «сорокапятилетняя практика построения в России нефтяных резервуаров, основанная на теоретическом определении наивыгоднейших соотношений диаметра и высоты заданного объема, дает возможность точно определить наименьший вес материала, затраченный на постройку резервуара данного объема, и в этом отношении практика Соединенных Штатов ничего нового дать не может».

В том же году произошел инцидент, показавший, что ничего нового в резервуаростроении не могут дать и европейские страны, в частности Германия. В № 3 авторитетного и популярного во всем мире журнала Общества германских инженеров «Zeitschrift des Vereines deutscher Indeneure» за 1925 год была опубликована статья инженера Штиглица о резервуарах, требующих наименьших затрат материала на их постройку. В предисловии утверждалось, что исследование представляет собой нечто совершенно «новое и оригинальное».

Российские инженеры сделали попытку восстановить справедливость. М.Я. Цоллер обратился в редакцию немецкого журнала с письмом, в котором доказывал приоритет Шухова, издавшего свой труд по данной теме еще в 1883 году. С большой поспешностью, уже через две недели, рукопись была Цоллеру возвращена. А сопровождало ее письмо, в котором выражалось сомнение в том, что «для В.Г. Шухова особенно важно признание за ним приоритета в этом вопросе».

Рассказывая эту историю, Худяков заключает: «Захватного права в науке до сих пор не существовало, и только теперь, по-видимому, есть стремление дикость и огрубелость ведения недавней войны перенести также и в область науки. Такой почин не делает чести Ассоциации германских инженеров.
А что касается самого инженера В.Г. Шухова, то… наш дорогой товарищ Владимир Григорьевич так привык встречать подобного рода отношение и к его научным работам, и к его инженерным изобретениям, что его трудно удивить или возмутить явлениями этого порядка…».

Цилиндрические резервуары оказались одним из самых совершенных изобретений В.Г. Шухова. Конструкции эти повсеместно строятся и по сей день. Однако, к сожалению, многие принципы, заложенные Шуховым в резервуаростроении, были в позднейшее время искажены. Еще в 1926 году Владимир Григорьевич с грустью отметил в рабочей тетради: «Смятие масляного резервуара в Новороссийске. Не обращают внимания на мои предупреждения, не делают высоких резервуаров…».

А вот мнение современных инженеров. «Шуховская теория расчета и конструирования стальных вертикальных цилиндрических резервуаров, соотношение геометрических размеров и основные выводы сохраняют свою ценность и в настоящее время, являясь классическими, — заявляли в 1990 году специалисты института «ЦНИИПроектстальконструкция». — Резервуары, построенные Шуховым, начиная с последней четверти XIX века и до 1930-х годов, прослужили 70-100 лет и по настоящее время находятся в рабочем состоянии. Их обследование в Баку, Астрахани, Самаре, Ярославле, Грозном и других городах показало высокое качество их изготовления и монтажа, обеспечившее надежную работоспособность конструкции. Многие резервуары РВС-10000 м3, построенные в 1970-х годах в искажение шуховских принципов методом рулонирования, уже через десять лет потребовали капитального ремонта».

Наливные баржи Шухова

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 не 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. Что касается конструктивной стороны, то Владимир Григорьевич вернулся к типу «мнущих» воду «расшив». Продольные и поперечные переборки, выполнявшиеся из стальных листов, усиленных стойками и раскосами, делили баржу на ряд герметичных отсеков и одновременно служили диафрагмами жесткости. По оси судна шел магистральный трубопровод диаметром 6-8 дюймов, от которого в каждый отсек направлялись ответвления меньшего диаметра.

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 копеек 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.

Однако не только теоретические вопросы расчета и конструирования барж требовали внимания Владимира Григорьевича. Ему пришлось разработать способ их сооружения и принять на себя руководство тем трудным и ответственным процессом, каким являются судостроительные работы. Дело осложнялось тем, что два этапа — проектирование барж и их строительство — были разорваны в пространстве. Чертежи и расчеты выполнялись в Москве, а монтаж велся непосредственно на волжских берегах. Подобная организация работ стала возможной лишь благодаря тому, что вся техническая документация отличалась очень высоким качеством. Рабочие чертежи барж давали исчерпывающую информацию для их постройки, включая не только развертку и раскрой металлических листов, но и точную разметку отверстий под заклепки. На чествовании пятидесятилетия практической деятельности Владимира Григорьевича один из выступавших вспоминал, как в те далекие времена, в 1880-е, казалось «почти невозможным правильно собирать 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 клепанные из железных листов конструкции…».

Первоначально судостроительные мастерские Бари были открыты в Царицыне, но в начале 1890-х годов решили перенести их ближе к центру России. Городом, выгодно расположенным в среднем течении Волги, был Саратов. На нем и остановились. Нашли большую, удобную, затопляемую в половодье площадку на возвышенном берегу, там и построили завод. Сборка судов осуществлялась на стапелях. При этом отпадала необходимость в сложной операции по спуску на воду готовых барж: они сами всплывали в половодье при поднятии уровня воды в реке выше верхней отметки стапелей. При такой организации работ, по свидетельству фирмы, удавалось за зиму построить целую флотилию наливных судов и весной начать их эксплуатацию.

Постоянно находились на волжских верфях и заведовали всеми делами в качестве представителей фирмы Бари сначала Я.А. Радциг (товарищ Шухова по Техническому училищу 1875 года выпуска), а затем в течение многих лет — Сергей Петрович Гаврилов. На этом назначении Владимир Григорьевич настаивал лично, поскольку очень доверял Гаврилову и ценил его как специалиста.

Большую роль играл и мастер Григорий Григорьевич Суворов. Личностью он был весьма колоритной. Работник с большим здравым смыслом и кипучей энергией, он, по воспоминаниям коллег, одевался во фрак с белым жилетом и носил на голове цилиндр. Летом вставал в три часа утра и мог работать до глубокой ночи. С молодых лет до старости Суворов проработал у Бари, а уже в почтенном возрасте достиг положения директора завода в Петербурге.

Всего с 1884 по 1906 год фирмой Бари было построено 65 наливных барж грузоподъемностью от 25 000 до 232 000 пудов. Общая грузоподъемность всех судов составила 6 803 500 пудов; общий вес употребленного на них металла — 750 000 пудов. При этом на период до 1900 года пришлось 39 построенных барж, в 1901 году их было сооружено восемь, а в 1902-м — сразу одиннадцать. Среди заказчиков значились такие известные судовладельцы, как Баранов, Шитов, Ушаков, Шамси Асадулаев, Булычев, Меркульев, Соколов, Поляков, Гагарин, Шибаев, «Восточное общество товарных складов», общества «Мазут» и «Ока». Неоднократно обращалась к фирме Бари и старейшая (основанная в 1854 году) компания «Кавказ и Меркурий», имевшая собственное проектное бюро и судостроительный завод в Спасском затоне. В навигацию 1907 года на Волге появилась самая большая в тот момент в мире металлическая баржа «Марфа Посадница» длиной 150 м, грузоподъемностью 500 000 пудов, принадлежавшая Д.В. Сироткину. Строилась она на заводе И.А. Шорина в Гороховце на Клязьме на основании шуховской теории и методов расчета. Отец Шорина хорошо знал Владимира Григорьевича, познакомился с ним еще в 1879 году в Баку. В 1913 году на том же заводе и по тем же принципам была построена 200-метровая баржа-больница для Астраханского рейда.

По официальным сведениям в 1909 году на Волге числилось 117 металлических наливных судов общей емкостью около 19 млн. пудов. Как видно, больше половины из них было построено фирмой Бари. Но это количество современных и безопасных судов было ничтожной каплей в море деревянных барж, которых в начале XX века по Волге плавало свыше 1300.

То, что после 1902 года, несмотря на ожидавшееся дальнейшее развитие кавказской нефтяной промышленности, заказы фирме Бари на строительство наливных барж начали сильно сокращаться, объясняется тем, что монополией в этой, как и во многих других областях нефтяного дела, завладела компания братьев Нобель, располагавшая прекрасно оснащенными судостроительными мастерскими. Бороться с таким конкурентом «Строительной конторе А.В. Бари» было невероятно трудно. И только высочайшее качество шуховских конструкций, быстрота сборки судов и их низкая стоимость позволяли ей получать хотя бы часть заказов.

Осуществленная во многом благодаря трудам В.Г. Шухова перевозка нефтепродуктов наливом в Европе и Америке называлась «способом русского речного флота». В изданной в Париже в 1927 году биографии П.А. Столыпина его сын свидетельствовал: «Наше речное судоходство было развито как нигде в мире». Остается лишь сказать, что В.Г. Шухов проектировал также наливные пароходы, отличавшиеся чрезвычайно малой посадкой (фирмой Бари их было построено семь), морские баржи и способы их буксировки, морские (в Баку и Батуме) и речные пристани, землечерпалки, передвижные речные станции на поплавках, а также деревянные баржи, оборудованные металлическими цистернами.

Переработка нефти, крекинг

Едва ли не главное свое изобретение В.Г. Шухов сделал, разрешая проблему переработки нефти, — создал установку для осуществления крекинг-процесса, который с гораздо 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». Помощником Владимира Григорьевича, щепетильно записанным им в соавторы, был Ф.А. Инчик, инженер конторы Бари. Об этом человеке известно немного: только то, что его профессиональные интересы сосредотачивались в области нефтяного дела. Из документов видно, что в конце 1870-х годов «дворянин Феликс Инчик» совместно с отставными офицерами Пальчевским, Жерве и Лачиновым получил привилегию на приборы для добывания светильного газа из нефти и нефтяных остатков и стал соучредителем Товарищества «Дневной свет». А в 1899 году в Грозном ему была выдана привилегия на «гидравлический изолятор для охраны от пожара и усушки керосина, бензина и других летучих жидкостей».

На практике изобретение Шухова сразу после получения патента было осуществлено дважды. Первый раз — и это хорошо известно — на заводе С.М. Шибаева в Баку; второй раз — на заводе Ротшильда, свидетельство, о чем мы находим в монографии К.И. Тумского. В этой книге есть отдельная глава под названием «Непрерывно действующий аппарат Шухова» с его подробным описанием. 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 и составлял гордость имевших его фирм. Вот что сообщает о них отчет Товарищества С.М. Шибаева: «Аппараты отличаются оригинальностью и совершенством конструкции… и для всякого, знакомого с нефтяным делом, ясно видно, какая затрата технического знания и остроумия потребовалась, пока выработался современный их тип… Аппараты Товарищества состоят всего из одного куба, пройдя через который, нефть отдает весь керосин и превращается в мазут… Куб этот размером 30 х 12 фут построен следующим образом: скелет из углового железа обтянут листовым железом в 1/4 дюйма толщиной и приклепан к лапам, упирающимся в кладку — это верхняя часть куба. Нижняя часть состоит из листа толщиной в 5/16 дюйма, выгнутого по цепной линии и прикрепленного к верхней части. Такая конструкция куба при малой затрате материала дает большую прочность всей постройке, что проверено на заводах Товарищества шестилетним опытом». Помимо главной части — собственно перегонного куба — в состав каждой установки входили: «подогреватель поступающей на перегонку нефти, в котором подогревание происходит горячими остатками, исходящими из трубчатки; регулятор уровня нефти; трубчатка для нагревания нефти выше 100 °С остатками, исходящими из перегонного куба; погоноразделитель, дающий от пяти до восьми фракций керосина и бензина при водяном охлаждении, и холодильники погонов».
Дополнение к этой характеристике можно найти в книге К.И. Тумского. Сравнивая его с нобелевской кубовой батареей, Константин Иванович пишет: «Аппарат Шухова при малом объеме имеет большую нагревательную поверхность и, утилизируя скрытую теплоту паров, доводит расход топлива до минимума. Но самое важное его преимущество — то, что при надлежащей установке в каждый данный момент он выделяет в разных частях продукты однообразного удельного веса… Погоноразделители Шухова при испытании их работы на заводах дали очень хорошие результаты. Поверхность нагрева аппарата Шухова около 320 квадратных футов, а общий вес с трубчаткой, погоноразделителем и холодильниками — около 1000 пудов (700 пудов железа, 300 пудов чугуна). В сутки аппарат перегоняет до 27-30 своих объемов».

К 1896 году керосиновый завод Шибаева выпускал «до 8 миллионов пудов керосина различных сортов и, кроме того, до 40 тысяч пудов легкого бензина, насухо испаряющегося при 100 °С, совершенно бесцветного и не обладающего неприятным запахом». По производительности пять компактных и экономичных аппаратов Шухова вполне заменяли пятнадцати кубовую батарею.
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 ; 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» (также совместно с Ф.А. Инчиком). 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 отверстиьями, 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 В.Г. Шухова в области переработки нефти вскоре получили свое логическое завершение. 24 января 1890 года им совместно с неизменным помощником тех лет С.П. Гавриловым была подана заявка, а 27 ноября 1891 года получена привилегия № 12926 на способ «перегонки под давлением и при высокой температуре нефти и нефтяных продуктов». Это и был в точном значении слова крекинг-процесс (от английского cracking — ломание). Ключевые слова в тексте патента — «под высоким давлением».

«В период 1880-1900 годов главный продукт перегонки нефти был керосин, — вспоминал о создании своего изобретения Владимир Григорьевич. — Наблюдения над перегонкой показали, что с изменениями давления и температуры в кубах изменяется количество или качество керосина и других легких продуктов.

С целью увеличить выход керосина и легких продуктов явилась мысль построить аппарат для разложения нефти под высоким давлением. Особенности конструкции аппарата вытекали из трех главных данных:

1. Количество передаваемого тепла одним квадратным футом поверхности нагрева возрастает со скоростью движения жидкости при данной разности температур.

2. Осадки кокса (углерод разложения) при большой скорости легче отделяются от стенок поверхности нагревания.

3. Поверхность нагрева, равно как и весь аппарат, должна выдерживать большое давление.

Для каждого, занимающегося водотрубными котлами и немного знакомого со свойствами нефти в отношении зависимости состава дистиллятов от давления и температуры, должно быть ясно, что для работы при большой температуре (до 400 °С) и при большом давлении (до 10 атмосфер) прибор должен иметь поверхность нагрева трубную, подобную водотрубным котлам. Для избежания накопления осадков кокса в трубах и более совершенной передачи тепла должна быть циркуляция. Если уклон труб не дает хорошей естественной циркуляции, то следует ввести искусственную. Далее очевидно, что прибор должен иметь дефлегматор».

По самой сущности установка должна была быть «универсальной, т. е. отвечать всем требованиям промышленности, давая самые разнообразиые продукты перегонки и разложения».

В приведенном рассказе есть фраза о водотрубных котлах. Действительно, на рубеже восьмидесятых — девяностых годов Владимир Григорьевич одновременно работал над несколькими изобретениями, в том числе и над созданием паровых котлов собственной системы. И такое «разбрасывание» не только не мешало ему, но, напротив, очень помогало, позволяя проводить остроумные и эффективные аналогии. О том, что Шухов постоянно обращался к аналогии между паровым котлом и нефтеперегонным аппаратом, свидетельствуют многочисленные записи в его рабочих тетрадях.

Со свойственной ему необычайной скромностью Владимир Григорьевич замечал, что, «строго говоря, в приборе последнего патента нет ничего выдающегося в смысле изобретательности». Но очевидная для гениального инженера конструкция для его современников стала неожиданной, недооцененной и недопонятой. По свидетельству изобретателя, «в начале 1890 года в Москве был построен опытный аппарат и по получении результатов заявлен патент В опытном аппарате давление изменялось от шести футов водяного столба до девяти атмосфер и температура — от 200 °С до 300 °С и выше. Давление поддерживалось одинаковое от труб до конденсатора. Половина жидкости впускалась в дефлегматор и половина — через циркуляционный насос. Опытный аппарат показал существенное значение впуска свежей жидкости в купол. Причем легкие продукты выделялись, не проходя через разложение. Бензина получалось до 20 %. Легкие погоны сжижались, при опыте пускались обратно в перегонку для агитации. Делались испытания держать в холодильниках повышенное давление с целью насыщения легких погонов газами». В течение всего времени действия аппарата велись подробные записи, но, как и многие другие ценные материалы, они погибли во время революции.

Одним из немногих, кто сразу понял и оценил шуховскую идею, был Виктор Иванович Рагозин. Он взял на себя осуществление проекта в коммерческих размерах. Но его скорое разорение, а затем и смерть прервали начатое дело. Больше «смельчаков» не нашлось. На долгие годы изобретение было забыто. Даже такой знаток, как К.И. Тумский, не упоминает о нем в своей книге.

Такое развитие событий обуславливалось положением, сложившимся в русской нефтяной промышленности к 1890-м годам. По итогам Всероссийской выставки 1896 года В.Н. Оглоблин отмечал: «Годы текут, молодое нефтяное дело в России перешло в более зрелый возраст, когда меньше бывает увлечений, больше стремлений к только верным предприятиям, не требующим ни риска, ни лихорадочных лабораторных поисков. В последние 10-12 лет нефтяное дело концентрируется, главным образом, в богатых руках, нередко иностранцев (Нобель, Ротшильд, «Волго-Камский банк»), старающихся исключительно только увеличить добывание нефти, удешевить перевозку ее, понастроивших громадные обрабатывающие заводы. Но эти последние… ничего не сделали за последние 14 лет для разработки новостей в области нефтяных товаров…». Члены московского отделения Императорского русского технического общества на одном из своих заседаний высказались еще более определенно: «Мы приходим к заключению, что нефтяное дело в России технически развивалось всего 10-12 лет, пока представляло интерес новизны, а затем это развитие прекратилось. Интеллигентные труженики перестали видеть в своих хозяевах меценатов науки и отошли в сторону…».

Но дело не только в косности и недалекости тогдашних нефтепромышленников. По самой своей сути изобретение Шухова было устремлено в будущее — в век автомобилей и самолетов. Ведь главное назначение крекинга — получение бензина в промышленном объеме и гораздо более высокого качества, чем бензин прямой перегонки. В 1923 году «Нефтяной бюллетень» провозгласил: «Если бы нужно было назвать «лозунг дня последнего времени» в мировой нефтяной промышленности, то таким лозунгом, несомненно, является крекинг-процесс…». Тогда Владимир Григорьевич вновь вернулся к этой теме. К счастью, ему суждено было увидеть осуществление своей идеи и самому участвовать в ее реализации. На исходе же XIX века, как не без горечи замечал изобретатель, «состояние нефтепромышленности было достаточно хорошо» и без аппарата его системы. «Прибор не получил промышленного осуществления, мои работы по перегонке прекратились, и затем в течение 32 лет мне не пришлось следить за ходом прогрессивного развития этой отрасли нефтепромышленности… Сам я, Шухов, занялся в конторе А.В. Бари более интересными делами (котлы Шухова, башни Шухова, крыши Шухова, баржи и т. п.)» — вспоминал он.

Нужно упомянуть и еще один забытый всеми факт: Владимир Григорьевич готовил к печати теоретический труд «Перегонка нефти», объявление, о чем было помещено на обложке его книги «Стропила», изданной в 1897 году. Но и этот проект остался неосуществленным.