Но Шухов не может удовлетвориться уравнением, которое дает возможность получить ряд технически правильных решений. Он считает себя обязанным указать, какое из них является наилучшим, наивыгоднейшим в каждом случае. Последовательно Владимир Григорьевич выводит формулы, по которым можно подсчитать общий вес труб, необходимых для трубопровода, годовой расход топлива, определить объем работы насосов для перекачивания жидкости.
Шухов предвидит, что жизнь может поставить перед строителями будущих нефтепроводов следующие задачи:
зная диаметр трубопровода, найти наивыгоднейшую для него величину расхода (то есть количество жидкости, перекачиваемой в минуту) и число станций;
зная расход, определить наивыгоднейшие диаметр трубопровода и число станций.
Показав, как получить нужные уравнения для решения этих задач, Шухов считает необходимым более подробно остановиться на том случае, когда для трубопровода определенного диаметра нужно отыскать наивыгоднейший расход. Владимир Григорьевич полагает, что «наиболее простая и наиболее богатая интересными для практики теоретическими указаниями постановка вопроса» позволяет в то же время решить другую задачу о выгодности трубопровода по сравнению с другими способами транспортировки жидкости - например, наливными вагонами или судами.
Операции, которые проделывает Шухов со своими уравнениями, подводят его к очень важным выводам. Вот вкратце их суть:
скорость перекачиваемой жидкости, вне зависимости от ее количества и диаметра трубопровода, является величиной постоянной;
всегда можно определить, при каком количестве жидкости перекачка ее по трубопроводу обойдется дешевле перевозки;
только при непрерывной работе трубопровод может дать наиболее экономичные результаты.
От теоретических положений гидромеханики Шухов последовательно переходит к конкретным условиям производства. «Это объясняет заслуженный успех работы Владимира Григорьевича,- говорит И. Я. Конфедератов.- Ученого привлекала в ней строгая методология исследования, практика - конкретные руководящие указания, изложенные в предельно простой и удобной для непосредственного использования форме».
Стремясь предусмотреть все, что может понадобиться практику-строителю, Шухов не жалеет труда и времени, чтобы составить таблицы, где высчитаны наиболее экономные значения скоростей движения жидкости, стоимости перекачки, толщины стенок труб для различных условий.
Почти без передышки Владимир Григорьевич приступает к теоретическому обоснованию процесса транспортировки по трубам мазута, который, как известно, отличается от нефти значительно большей вязкостью. Шухов показывает, что характерные свойства нефтяных остатков с особой силой проявляются при низких температурах: «Характер движения их (остатков) в этом случае не имеет ничего общего с движением жидкого тела. Остатки при этих температурах представляют очень густую массу, падающую комками; и в общем картина их истечения напоминает, если можно так выразиться, истечение мокрой смеси песка с глиной».
Еще в Баку Владимир Григорьевич установил, что с повышением температуры мазута уменьшается его вязкость и облегчается движение по трубам. Руководствуясь этим наблюдением, Шухов построил первый в мире трубопровод с подогревом перекачиваемого мазута. В итоге тщательного изучения работы мазутопровода на свет появилась формула, дающая возможность определить наиболее выгодный диаметр труб по заданному расходу мазута.
Поскольку мазут в то время перекачивался только с помощью паровых насосов прямого действия, Шухов предложил простой и остроумный способ подогрева остатков - использовать теплоту отработанного пара из паровых цилиндров насосов.
Чем больше мы подогреваем мазут, тем меньше его вязкость, следовательно, тем меньше мощности требуется на его перекачку. Но возрастает расход пара на подогрев мазута, больше труда и материалов уходит на сооружение подогревателя. Как быть? Должен же существовать какой-то разумный (невольно напрашивается современный термин «оптимальный») режим, который обеспечит наименьшие расходы на перекачивание и подогрев.
Шухов разрабатывает метод определения такого режима по наивыгоднейшей температуре подогрева мазута. Значения этой температуры он сводит в таблицу, где также приведены данные о величине поверхности нагрева подогревателя. Владимир Григорьевич дает расчеты теплоизоляции мазутопровода, определяет расстояния, на которые его можно провести при полном использовании на подогрев всего отработанного в насосах пара. Предусмотрены все могущие возникнуть у строителя вопросы, например, какого размера должны быть цилиндры перекачивающих насосов при заданной производительности мазутопровода, какой величины должна достигнуть поверхность нагрева паровых котлов для питания паром перекачивающих насосов.
Оценку этих работ мы находим в «Руководстве по нефтепромысловой механике» академика Л. С. Лейбензона. «Автор считает долгом,- пишет Л. С. Лейбензон,- посвятить труд своему учителю - почетному академику В. Г. Шухову, который первый исследовал с научной точки зрения вопросы о движении нефти и подогретого мазута по трубам и тем положил основание нефтяной гидравлике».
Секрет дешевого резервуара
Итак, заложены надежные основы теории нефтепроводов. Но Шухов не собирается ставить на этом точку. Если уж полем его инженерной деятельности стала техника нефтяной промышленности, то заниматься ей он будет широко, всесторонне, методично, не упуская ничего существенного.
На очереди - проблема хранения нефти. Шухов хорошо понимает, что массовое использование для этой цели металлических резервуаров станет реальной возможностью не раньше, чем для них будут найдены наиболее простые и технически рациональные конструкции. Железный листовой резервуар не должен иметь себе равных среди других емкостей для хранения нефти по быстроте и дешевизне изготовления.
Мы уже упоминали о том, что в Баку Шухов впервые ввел в обиход цилиндрические нефтяные резервуары. Именно этой формы он будет придерживаться и в дальнейшем. Почему? Элементарная геометрия учит, что из всех плоских фигур равной площади наименьший периметр имеет круг. Из всех плоских фигур равного периметра наибольшая площадь у круга. Зная это, можно прийти к заключению: если задана площадь основания, то наибольшая вместимость и наименьшая металлоемкость будет у цилиндрического резервуара. По меткому замечанию одного из биографов Шухова, Владимир Григорьевич возводит простейшее, всем известное свойство круга в один из руководящих принципов проектирования, превращает его в источник экономии металла.
Шухов не был бы самим собой, если бы ограничился только тем, что наглядно продемонстрировал возможность и выгоды применения цилиндрических резервуаров вместо прямоугольных, хотя уже этим, по существу, предопределил дальнейшее развитие металлического резервуарост-роения. Владимир Григорьевич считает, что должен разработать обоснованный метод расчета цилиндрических резервуаров, такой, который позволил бы уверенно проектировать нефтехранилища разных размеров.
«Обыкновенный тип железного резервуара представляет собой тело цилиндрической формы с плоским днищем, покоящимся на основании, и с конической или также 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 опорою для стропил крыши».
Это отрывок из статьи Шухова «Механические сооружения нефтяной промышленности» - его первой, по сути дела, печатной работы, опубликованной еще в 1883 году. Шухов считает совершенно излишним упоминать о своих авторских правах на «обыкновенный тип железного резервуара цилиндрической формы», о том, что такие нефтехранилища были впервые установлены в Баку несколько лет назад именно им. Уже здесь проявляется непритязательность, неизменно присущая Владимиру Григорьевичу на протяжении всей его долгой жизни.