Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Эдвин Л. Дрейк летом 1859 года руководил бурением первой нефтяной скважины в США – в районе Титусвилля, Пенсильвания. Скважина имела глубину 69½ фута и сначала выдавала 8—10 баррелей нефти в день для нефтяной компании Сенека из Коннектикута. Когда были установлены насосы, производительность скважины увеличилась. В последующие годы много таких скважин было пробурено в долине реки Ойл-Крик. Некоторые из них давали 1500 баррелей в день. С самого начала было ясно, что для освещения эта нефть намного предпочтительнее, чем китовый жир и свечи. Долина Ойл-Крик располагалась в заросшем лесом регионе, далеко от населенных пунктов. В 20 или 30 милях к северу располагалось несколько железнодорожных полустанков. В течение трех лет нефть с большим трудом перевозили на грузовиках по проселочным тропам, едва ли заслужившим название дорог, на эти полустанки для погрузки на железную дорогу. Процесс был чрезвычайно дорогостоящим. Другой возможный маршрут – на юг через Ойл-Крик и реку Аллегейни в Питтсбург. Здесь автомобильная часть была короче, а водная перевозка дешевле, чем железнодорожная. Нефть перевозили на плоскодонках и баржах сначала в бочках, потом в специально построенных деревянных танках. Наконец, в 1862 году была построена железная дорога до Ойл-Крик, что существенно сократило автомобильные перевозки и обеспечило железнодорожную связь с Чикаго и Нью-Йорком. В 1865 году появилась первая цистерна – платформа с деревянными танками на 45 баррелей нефти в каждом конце. Она совершила успешное экспериментальное путешествие в Нью-Йорк и стала прародительницей современных вагонов-цистерн, первый из которых был построен в 1869 году.

Еще один шаг в совершенствовании перевозки нефти был сделан несколькими годами раньше. В 1865 году была проложена шестимильная труба из города Питхоул в Пенсильвании к станции Миллер-Фарм железной дороги Ойл-Сити. Сэмюэл ван Сикл, построивший этот первый в мире трубопровод, установил три паровых насоса, которые перекачивали 1900 баррелей нефти ежедневно через 2-дюймовую трубу из кованого железа. В 1874 году была построена первая магистральная линия из нефтяных районов до нефтеперегонных заводов в Питтсбурге – на расстоянии 60 миль. По этой 4-дюймовой магистрали транспортировалось ежедневно 7500 бочек – более 300 000 галлонов. Первый трубопровод на восток через Аллегейни – Биг-Бенсон. Шестидюймовая труба была начата в 1878 году и завершилась в районе Нью-Йорка десятью годами позже. Строители столкнулись с упорным противодействием железнодорожников и других участников транспортного процесса.

Никогда раньше жидкость не перекачивалась на большие расстояния с постоянной скоростью по трубопроводу, который спускался в долины и поднимался на горные хребты. Ранний опыт с водопроводами был практически бесполезен, поскольку только очень немногие водопроводы использовали гидравлические насосы, среди них – гидротехническое устройство Марли в Версале. При строительстве длинных нефтепроводов возникали совсем другие проблемы по части гидравлики. Довольно скоро было установлено, что нефть может двигаться с вполне удовлетворительной скоростью – несколько миль в час – при использовании одноцилиндровых поршневых насосов, установленных через каждые несколько миль. Постоянно возникали и другие проблемы. До 1874 года не было точной информации об экономичном и эффективном перемещении сырой нефти и продуктов ее переработки. Инженерам еще предстояло выяснить, как применять фундаментальные концепции гидравлики к такой вязкой жидкости, как некоторые нефтепродукты.

Самые известные американские нефтепроводы, Биг-Инч и Литл-Инч, были построены во время Второй мировой войны. Первый – 24-дюймовая линия – перекачивал от Техаса до Филадельфии и Нью-Йорка сырую нефть. Второй – 20-дюймовая линия – перекачивал нефтепродукты между Техасом и Нью-Джерси. По трубам также перекачивают природный газ на побережье Атлантического океана и в другие районы США.

Первый газопровод был построен во Фредонии, Нью-Йорк, в 1821 году, но только в XX веке природный газ стал использоваться как топливо. В 1930-х годах природный газ постепенно стал заменять газ, полученный из угля. К 1955 году газопроводы протянулись из Техаса в Новую Англию, и природный газ заменил не только газ, полученный из угля, но и сам уголь во многих отраслях промышленности. Газ не только легче перерабатывать и использовать. Он чище угля и существенно снизил загрязнения дымом и сажей в некоторых промышленных регионах. До того как природный газ стал широко использоваться, он просто уходил в атмосферу или сжигался непродуктивно. Такое разбазаривание ценного природного ресурса существенно снизилось благодаря его хранению в заброшенных колодцах для последующего использования и расширению сети газопроводов. Продуктивное использование природного газа стало весомым инженерным вкладом в сохранение природных ресурсов.

Человек не может жить без воды, которая важнее для жизни, чем любое другое питательное вещество, за исключением кислорода. Вода жизненно необходима не только для людей. Благодаря ирригации и мелиорации земель она обеспечивает общество продуктами питания. Вода необходима для тушения пожаров. Некоторые ранние современные системы водоснабжения давали воду главным образом для борьбы с огнем.

С начала цивилизации водные пути служили для перевозки, а в Средние века вода стала важнейшим источником энергии. Как описано в главе 5, водяное колесо изобрели рано, и оно избавило человека и тягловых животных от роли главного источника энергии. В XVIII веке вода приобрела качественно новое значение в производстве энергии, поскольку стала использоваться в паровых машинах. И в XX веке вода участвует в производстве электроэнергии. Она вращает водяные колеса и паровые турбины, охлаждает двигатели внутреннего сгорания. Вода также активно используется в промышленности. Инженеры придумали первые техники водоочистки именно для промышленного использования очищенной воды, а не для потребления человеком.

Тем не менее именно необходимость в чистой воде для потребления в городах вызвала к жизни создание обширных водопроводных систем. Эти системы не только накапливают и очищают воду, но также транспортируют ее на много миль. Акведуки – важные средства транспорта, по которым перевозится много тонно-миль каждый день. Кроме обеспечения населения чистой водой, санитарные инженеры придумывают техники для безопасной утилизации отходов человеческой жизнедеятельности. Победа санитарной инженерии над эпидемиями опасных желудочно-кишечных заболеваний – важнейшее достижение в области общественного здравоохранения.