Глава 7Труба – вечный символ империи
Кто осмелится сравнивать с праздными пирамидами или какими-нибудь никчемными, хотя и знаменитыми, творениями греков наши водопроводы – эти великие сооружения, без которых немыслима жизнь человека?!Водопроводы всегда доказывали присутствие образованности.,,,,
1.Как известно, дороги (а более широко – транспортные системы) представляют собой вторую по важности проблему Отечества, которая мешает России занять ведущее место в числе передовых индустриальных стран. Проблема создания транспортных систем имеет долгую историю, и многим народам мира удавалось её решать весьма эффективно: выдающимися достижениями считаются каменные дороги Чако, дороги и мосты инков, китайские каналы и, конечно же, дороги, мосты и водопроводы Римской империи. Римляне оставили после себя множество уникальных сооружений. На символ Римской империи могут претендовать: Колизей, Пантеон, дорожная сеть, знаменитый меч гладиус. Сами же жители империи, почти наверняка, отдали бы предпочтение баням и связанной с ними системе водоснабжения, важнейшее место в которой занимали металлические трубы.
Почему это актуально?
2.Современное трубное производство ассоциируется с инновационными высокотехнологичными материалами: специальными сталями, пластмассами, уникальной керамикой. Трубы находят все большее применение в топливно-энергетическом и агропромышленном комплексе, машиностроении, жилищно-коммунальном хозяйстве. В настоящее время производственными мощностями по выпуску стальных труб располагают 60 стран, их производство сосредоточено в 500 трубных компаниях. Годовой потенциал выпуска стальных труб превышает 110 млн т, в том числе около 35 млн т – бесшовных труб. Стальные нефте- и газопроводы, протянувшиеся на тысячи километров, являются важнейшим приоритетом государственной политики и определяют энергетическую безопасность передовых стран мира. История трубного производства, насчитывающая почти четыре тысячи лет, показывает, что эта отрасль индустрии всегда представляла собой симбиоз высокой культуры быта (водопроводы и канализация), экономической безопасности (солеварение), уникальных инженерных решений и металлургических технологий.
Транспортные артерии Римской империи
3.Римлян, с полным на то основанием, можно считать настоящими революционерами в области транспортных систем и коммуникаций. Античная поговорка «Все дороги ведут в Рим» наиболее ярко отражает этот факт. Строительство передовых для своего времени путей сообщения и транспортных артерий представляет собой характерную черту римского государства на всём протяжении его существования. Ещё в 450 г. до н. э., когда Римская республика представляла собой лишь небольшое государство на территории Апеннинского полуострова, «Законом 12 таблиц» был установлен стандарт на ширину дорожной колеи, который затем неукоснительно соблюдался.
4.Первая римская мощёная дорога (350 км) была построена Клавдием Аппием между Римом и Капуей в 312 г. до н. э., в конце III в. общая длина сети подобных дорог составляла более 80 тыс. км. Вдоль важных дорог ставили мильные камни – каменные столбы высотой от полутора до четырех метров, на которых выбивали название дороги и расстояние до ближайшего населённого пункта.
5.Главным достоинством римской дороги была её многослойная конструкция. В нижний слой, фундамент (statumen), укладывали большие необработанные камни. Выше насыпали щебень или гравий, а ещё выше – слой песка или земли. Вблизи городов дороги мостили плоским булыжником. На некоторых мощёных дорогах в булыжном покрытии выбивали колею для колесниц. Конструкция дорог была столь удачной, что они прослужили не меньше тысячи лет, а некоторые служат и до сих пор.
6.Дорожная сеть включала многочисленные каменные мосты, имевшие сплошные своды и мощные опоры, ширина которых достигала половины пролёта. Впоследствии опыт строительства подобных сооружений позволил римским инженерам создать разветвлённую сеть водопроводов. Она предоставляла жителям Империи привычные бытовые удобства практически в любой точке Pax Romana (Римского мира): от военного форта у Вала Адриана в далёкой Британии (на границе «цивилизованного мира») до не менее далёких провинций Иудеи и Сирии на другом конце Империи.
7.Общая протяжённость римских водопроводов превышала 500 км, 55 из которых проходили по аркам акведуков (30 акведуков сохранилось до нашего времени). С Секстом Юлием Фронтином, мнение которого о римском водопроводе приведено выше в качестве эпиграфа, были солидарны многие римские историки, например, Плиний Старший (23/24–79 гг. н. э.) писал: «Если кто оценит потщательнее обилие вод в общественных местах, банях, водоёмах, каналах, домах, садах, загородных виллах, расстояния подачи воды, воздвигнутые арки, прорытые горы, выровненные долины, то признает, что во всем мире не было ничего более поразительного».
Древнейшие трубопроводы
8.Великие цивилизации Древнего мира формировались в долинах полноводных рек. Так было в Египте, Месопотамии, Индии, Китае. Быстрое развитие этих регионов мира, несмотря на наличие значительных водных ресурсов, рано или поздно приводило к дефициту питьевой воды. Поэтому уже в 4-v тысячелетии до н. э. в вышеупомянутых регионах начали строить трубопроводы для обслуживания наиболее густонаселённых территорий.
9.Первоначально использовались деревянные трубы, например, в Древнем Китае в качестве трубопроводов служили обработанные стволы бамбука, затем, с освоением керамики – гончарные трубы из обожжённой формованной глины. По мере развития металлургии возрастала роль металлических труб, имеющих перед деревянными и гончарными изделиями ряд технико-эксплуатационных преимуществ, прежде всего продолжительность срока эксплуатации и меньшие габариты.
10.Наиболее ранние из известных в настоящее время трубопроводов, в которых применялись металлические трубы, обнаружены в Египте. При раскопках дворцовой части пирамиды фараона Сухаре в Абусире были найдены фрагменты медных труб, применявшихся для сбора дождевой воды и отвода канализационных стоков. Трубы имели диаметр около 45 мм при толщине стенок 1,4 мм. Они были изготовлены из листового металла и соединялись друг с другом внахлёст. Канализационные медные трубы были уложены между известняковыми плитами внутри постройки. Во дворе они сообщались с закрытыми канавами, выдолбленными в толще дворового замощения, по которым загрязнённая вода отводилась за пределы сооружения. Приблизительное время создания трубопровода – 2500 г. до н. э.
Первоначально использовались деревянные трубы, например, в Древнем Китае в качестве трубопроводов служили обработанные стволы бамбука, затем, с освоением керамики – гончарные трубы из обожжённой формованной глины.
11.Наиболее широкое применение в древних водопроводах нашёл свинец. Этот металл обладает массой достоинств: он очень пластичен, прокатывается до тончайшего листа, легко подвергается механической обработке, обладает прекрасными литейными свойствами. Из недостатков можно отметить лишь невозможность изготовления из него проволоки. Мягкость свинца не позволяла ему конкурировать с медью, бронзой или железом в качестве материала для производства орудий труда. Но он оказался прекрасным материалом для изготовления труб и деталей водопроводов. Построенные в Вавилоне и признанные одним из семи чудес света висячие сады Семирамиды орошались водой через сложную систему колодцев и труб, сделанных из свинца.
Трубная индустрия Древней Греции и Римской империи
12.Большое распространение водопроводы получили в Древней Греции. Характерной особенностью античной цивилизации является обилие городов. Для обеспечения их жителей водой греческие инженеры проявляли большую творческую изобретательность. Античные авторы упоминают водопроводы и канализационные сооружения, построенные в греческих городах: Афинах, Микенах, Фивах, Пергаме, Херсонесе.
13.В качестве источников воды использовались реки, ключи, искусственные резервуары для сбора дождевых вод. Вода подводилась к городам по подземным каналам и трубам. Трубы из глины, свинца, бронзы и меди укладывались в грунте. Стыки труб тщательно заделывались известковым раствором или заливались свинцом. При переходах через реки и овраги устраивались сифоны и дюкеры. Применялась запорная арматура, металлические краны. Канализация представляла собой систему подземных каналов и гончарных труб, отводивших стоки на поля орошения. В период наивысшего расцвета Афины с населением около 200 тыс. человек обслуживались 18 водопроводами. Первым известным сочинением по гидравлике, в котором содержались расчеты водопроводных и канализационных систем, считается трактат Архимеда «О плавающих телах», написанный около 250 г. до н. э.
14.Наибольшее развитие в эпоху Древнего мира трубное производство получило в Римской империи. В Риме, по свидетельству современников, существовала настоящая индустрия трубного производства с соответствующими товарными знаками, клеймами мастеров и штампами заказчиков. На основании подсчётов Фронтина можно считать, что ежедневное потребление воды на душу населения составляло в среднем от 600 до 900 л. Для сравнения, в 1900 г. потребление воды в Петербурге составляло 200 л, а в современных индустриальных мегаполисах потребление питьевой воды 300…400 л на человека в день.
Первым известным сочинением по гидравлике, в котором содержались расчеты водопроводных и канализационных систем, считается трактат Архимеда «О плавающих телах», написанный около 250 г. до н. э.
15.Помимо бытового потребления, вода расходовалась на ирригацию многочисленных садов, производственные нужды, снабжение фонтанов и цирков. Кроме того, в каждом римском городе, военном форте (оппидуме), сельском поселении (викусе) существовали общественные бани (термы) и туалеты (латрины).
Римские термы
16.Низкие цены, устанавливаемые законодательно, делали термы доступными всем слоям населения. Если городская баня была платной, то город обычно сдавал её в аренду, и на арендатора (conductor) налагался договором ряд обязательств, выполнение которых проверялось эдилами. Несмотря на ничтожность входной платы, бани, тем не менее, приносили доход за счёт дополнительных услуг: аренды рабов для охраны вещей, массажа, косметических процедур, а также организации питания посетителей.
17.Термы представляли собой комплекс комнат с различной температурой. Первая – раздевалка (аподитериум). Вторая комната – холодная (фригидариум). Здесь почти весь пол занимал бассейн с холодной водой. Стены отделывались мрамором и мозаикой. От них 3–4 ступеньки вели к полу и бассейну, а вдоль стен были расположены ниши со скамьями и стульями. Вода всегда была свежей и чистой: почти во всех общественных банях имелась помпа для смены воды, производимой дважды в день. Третья комната – тёплая (тепидариум). Здесь проходил подготовительный этап разогрева, здесь же тело посетителя натирали ароматическими маслами, готовя к жаркой бане. Четвертое помещение – горячее (калидариум), в нём располагался продолговатый бассейн с горячей водой. Пятая комната – парная, «сердце» термы (судаториум, или лаконикум), где температура поднималась до 85 °С и где человек обильно потел, а в нишах стояли ванны, в которых можно было окатиться холодной водой. И, наконец, последнее помещение – лавариум, где обливались водой, принимали ванны, натирались ароматическими маслами и т.д.
Низкие цены, устанавливаемые законодательно, делали термы доступными всем слоям населения. Если городская баня была платной, то город обычно сдавал её в аренду, и на арендатора (conductor) налагался договором ряд обязательств, выполнение которых проверялось эдилами.
18.В банях были также «натиральни», «чистильни», залы для научных бесед (экседры), залы для игры в мяч, места для прогулки, лавки и даже гостиницы, библиотеки и художественные галереи. Первоначально судаториум обогревался с помощью печи-жаровни: на бронзовой решётке над раскалёнными углями разогревались крупные камни. Поливая их водой, получали влажный пар. Позже, с I в. до н. э., была разработана эффективная система центрального отопления с подогревом пола и стен – гипокауст (hypocaustum). В термах с помощью печи (praefurnium) нагревались вода и воздух, которые затем циркулировали под полом и в полостях стен. При этом использовались двойные покрытия, чтобы пол не был очень горячим.
19.Верхнее покрытие состояло из больших кирпичей, слоя битой глины и основного покрытия. Оно держалось на небольших кирпичных опорах, размещенных в шахматном порядке. В стены были встроены прямоугольные полые кирпичи, которые крепились металлическими скобами. Если хотели получить очень большой нагрев, то горячий воздух направляли ещё и в стены, которые делали из полого кирпича. Вода разной температуры подавалась в термы по трубам из трёх больших медных котлов, помещенных над печью один над другим так, что в нижнем была горячая вода, в среднем – умеренно тёплая, а в верхнем котле – холодная. Вода пропускалась по медным трубам по периметру банных помещений и подводилась к водоразборным кранам и фонтанам.
Водопроводы и водораспределительные системы
20.Водопроводы строились следующим образом. На довольно высоком месте находили обильный источник воды и устраивали искусственный водоём. Он должен был находиться выше уровня города, который он обслуживал, а сам водопровод должен был иметь постоянный уклон вниз, чтобы вода свободно стекала под действием силы тяжести (самотёком). Водопровод включал как надземные, так и подземные участки. Подземные трубы выполнялись из дерева, глины или свинца. В местах пересечения водопровода с твёрдыми скальными породами вырубались водоотводные каналы; в мягких грунтах эти каналы выкладывались камнем и над ними сооружались своды. На определённом расстоянии друг от друга делались отверстия для вентиляции, чтобы вода оставалась чистой и свежей.
21.Надземные каменные водопроводы имели гидроизоляцию из водонепроницаемой замазки (она состояла из извести и измельченной терракоты) и отверстия сверху для доступа воздуха. Там, где это было возможно, жёлоб водопровода лежал в земле, но мог и подниматься на фундамент из каменной кладки. Арки акведуков образовывали один или несколько ярусов, что позволяло сооружать водопроводы через реки в виде мостов и прокладывать по ним дороги. На крутых склонах устраивались вертикальные участки, похожие на небольшие водопады. При подходе водопровода к городу сооружались водонапорные башни с распределительными системами для воды (castellum), откуда вода поступала в водопроводную сеть из свинцовых или глиняных труб к местам общественного и частного потребления или в следующие водораспределительные башни и в водохранилища (lacus). Также водопровод включал закрытые водоотстойные резервуары (piscina).
22.Основное количество воды распределялось между тремя категориями: императорскими парками и дворцами, общественными учреждениями (термы, сады, амфитеатры, склады, рынки) и большими фонтанами. Фонтанов в Риме было множество: Проперций писал, что «по всему городу раздается тихий плеск воды». Они устраивались на перекрёстках улиц и служили для обеспечения водой жителей домов, не имевших водоснабжения, в основном, многоквартирных, т.е. выполняли функцию уличных водопроводных колонок в современных деревнях и небольших городках.
23.Для оптимального распределения воды между группами потребителей была организована оригинальная система, описываемая Марком Витрувием Поллио, автором известного римского трактата об архитектуре и строительном деле, так: «При входе воды в город делают водоподъёмную башню и соединённый с этою башней тройной бассейн, а из башни проводят три одинакового размера трубы внутрь баков, соединённых так, чтобы излишек воды из крайних выливался в средний бак. Из среднего ведут трубы во все вместилища и водомёты (фонтаны), из второго – в бани, для доставления городу ежегодного дохода, из третьего – в частные дома, чтобы у населения не было недостатка в воде; таким образом, частные лица не смогут отводить воды, которая с самого начала распределяется по особым категориям. Такое распределение мною и установлено для того, чтобы обыватели, проводящие в свои дома собственные водопроводы, обеспечивали их податями через откупщиков».
24.Строительство водопроводов в Древнем Риме осуществлялось на общественные средства, но, прежде всего, на средства, полученные в результате победоносных войн. Так, водопровод Aqua Anio был построен на средства, полученные в результате разгрома Пирра, а Aqua Marcia – на средства, полученные после взятия Коринфа. Затраты на эксплуатацию водопроводов покрывались за счёт специальных налогов на бани и каналы.
Акведуки
25.Водоснабжение Рима затруднялось из-за сильно пересечённой местности, так как город расположен на семи холмах, окруженных равнинами Кампаньи. Водоснабжение осуществлялось с помощью водоводов, которые в пределах города располагались на акведуках (от лат. aqua – вода и ducere – вести) – специальных сооружениях в виде мостов. Водовод проходил по верху акведука и представлял собой канал в виде жёлоба, выполненный из камня, кирпича или бетона.
26.Стоит отметить, что римляне не были здесь первопроходцами. В VII в. до н. э. около Ниневии – древней столицы Ассирии – был выстроен большой водовод длиной 40 км. Для переброски его через долину реки ассирийцы построили каменный акведук с пятью сводчатыми арками, каждая пролётом 2,74 м. На протяжении 900 м он представлял собой открытый канал шириной около 2,3 м, проложенный в искусственном каменном ложе. Возможно, это был один из первых акведуков, построенных людьми.
27.Сооружали акведуки и в Древней Греции. Самым выдающимся акведуком Геродот считал акведук на острове Самос. Этот акведук историк включил в список чудес света. В Новом Свете акведуки появились существенно позже: обнаруженные в конце 2009 г. в мексиканском городе Паленке акведук и водопровод майя были построены около 750 г. В 2010 г. в Перу был обнаружен водопровод инков.
28.Для прокладки водопровода через ущелья или крутые низины римляне применяли два различных способа: либо строили мост-акведук с небольшим уклоном в сторону стока, либо использовали принцип сифона, согласно которому вода в трубе должна всегда возвращаться к своему первоначальному уровню. Мосты иногда представляли собой настоящие архитектурные шедевры.
29.Например, через долину реки Гар к городу Ниму (Франция) проведён водопровод длиной почти 50 км, в состав которого входит перекинутый через реку трёхъярусный акведук максимальной высотой 50 м и длиной 269 м. Он сооружён из громадных каменных блоков массой до 6 т, которые укладывались друг на друга без раствора, «насухо». Внутренняя часть опор сделана из римского бетона. Поражает точность сооружения: уклон его составляет лишь 34 см на километр и общее падение высоты на протяжении 50 км составило всего 17 м. Через Пон-дю-Гар проходило 20 тыс. м3 воды в день. Самый длинный римский акведук был построен во II в. для обеспечения водой Карфагена (современный Тунис), его длина составляла 141 км.
Сифоны и дюкеры
30.Если сооружение моста было невозможно или нецелесообразно, например, если ущелье было слишком глубоким, сооружали сифон. В этом случае применяли систему труб, которые круто спускались по одному склону ущелья и поднимались по другому. Известно более двадцати сифонных сооружений, относящихся ко времени Римской империи. Конструкцию сифона, применявшегося в Древнем Риме, правильнее называть обратным сифоном, или дюкером, так как вода в нём движется по U-образной траектории в отличие от обычного сифона, имеющего П - образную форму. Поскольку вода движется по U-образной траектории, сифон начинает работать, как только она вводится в одно из его плеч. В простом U-образном сифоне вода, введённая на одном конце, поднимется до того же уровня на другом. Римские сифоны имели значительную длину, поэтому потери на трение становились заметными, и приёмный конец приходилось устраивать на уровне несколько ниже подающего конца.
31.Обычно сифон начинался в точке, где водопровод, проложенный в виде открытого канала из каменной кладки, достигал края ущелья, которое нужно было пересечь. В этом месте вода стекала в напорный резервуар, выложенный из кирпича и установленный поперек канала (castellum). По существу, этот резервуар был распределительным, так как сифон состоял не из одной (как в современной гидротехнике), а из нескольких (до девяти) тонких труб, уложенных параллельно друг другу. Их входные концы располагались в ряд в нижней части резервуара.
32.Подсоединённые к напорному резервуару трубы опускались по короткому откосу до земли и проходили по склону ущелья с заглублением примерно на 1 м. Подземная прокладка труб предотвращала их чрезмерное расширение в жаркие дни. Сифонные трубы могли прокладываться до самого дна ущелья, следуя его профилю, однако на дне часто строился невысокий мост (вентер), с тем, чтобы нижняя часть U-образного сифона была более плоской для уменьшения перепада высот. Вентер сокращал расстояние от верха до низа U-образного сифона и, следовательно, уменьшал статическое давление, однако создавал два резких перегиба (геникулус) на концах моста, из-за чего могли возникать напряжения в стыках труб при ударе водяной струи, поэтому римляне обычно укрепляли здесь трубы массивной каменной кладкой. После второго геникулуса трубы поднимались по противоположному склону ущелья. Наверху вода поступала в приёмный резервуар, аналогичный напорному, а из него – в обычный водопровод.
33.Сифоны как инженерные сооружения внушают уважение уже своими размерами. Потрясающие воображение сифоны сохранились возле городов Аспендос (Турция) и Лион (Франция). Общая длина девяти сифонов в лионской водопроводной системе достигает 16,6 км. Каждый сифон состоял из девяти труб, а их общая длина достигала 150 км. Для изготовления такого количества труб требовалось 12…15 тыс. т свинца, и очевидно, что добыча и транспортировка такого огромного количества металла требовала гигантских усилий. По-видимому, это и послужило причиной невысокой распространённости в Римской империи сифонов по сравнению с каменными мостами-акведуками. Так как римляне строили только сложные сифоны, очевидно, что более широкому применению сифонов препятствовали вовсе не технические трудности. Несомненным фактом является то, что сифоны обходились римлянам намного дороже, чем мосты.
34.Древние греки также применяли сифоны, из которых наиболее известен исключительно большой сифон в Пергаме в Малой Азии. Он относится ко времени правления эллинского монарха Евменеса II (197–159 гг. до н. э.) и состоит из одной трубы длиной 3 км, спускающейся на очень большую глубину – 190 м. Вода в сифоне создавала статическое давление примерно 19 атм. В течение многих лет этот сифон был причиной многих заблуждений учёных. Поскольку многочисленные римские сифоны не удостаивались должного внимания, пергамский сифон создавал ложное впечатление, что древние греки преуспели больше римлян в теории гидравлики и что они были более искусными инженерами, способными изготовлять трубы для больших давлений, тогда как римлянам это не удавалось.
35.Перемещение воды по трубам в римских сифонах осуществлялось под значительным давлением. В 1875 г. французский инженер Эжен Бельгран изготовил копии римских труб и подверг их испытаниям на разрушение, которое происходило только тогда, когда давление в трубах достигало 18 атм. Такие трубы могли успешно работать в сифоне, опускающемся на 180 м ниже исходного уровня.
Римское трубное производство
36.Римское трубное производство подробно описывает Витрувий в восьмой книге сочинения «Архитектура» (I в. до н. э.). В ней главное внимание уделено водопроводам и материалам, из которых делают трубы.
37.Канал водовода сверху перекрывался каменными плитами во избежание засорения и испарения воды, а также воздействия на нее ультрафиолета солнечных лучей, из-за которых, как предостерегал Витрувий, в воде начинается быстрый рост водорослей. Обычно часть трассы водопровода вблизи и в самом городе проходила над поверхностью земли для удобства её разводки. Крупнейшей аркадой акведука была так называемая аркада Палатинского ответвления, построенная при Нероне. Она достигала почти 20 м высоты и состояла более чем из 200 арок пролетом 7,75 м и несущих столбов толщиной 2,3…2,4 м. Почти вся она была сделана из бетона.
38.Разводка воды по отдельным домам и другим сооружениям осуществлялась с помощью водоводов, в основном под землёй. Водоводы представляли собой свинцовые и керамические трубы или траншеи в виде каналов. Размеры труб были строго стандартизированы и выпускались в специализированных мастерских. Фронтин разработал стандартные размеры водопроводных труб для 25 диаметров, хотя использовали только 15.
39.Витрувий обращает внимание на целесообразность изготовления свинцовых труб длиной не менее 3 м при толщине около 8 мм. Такие трубы могли выдерживать давление воды до 1,5 атм. При необходимости римляне пользовались значительно более толстыми трубами. Например, в водопроводе Алатри, где трубы должны были выдерживать давление до 10 атм, толщина их стенок достигала 35 мм.
40.Трубы изготовляли из литых свинцовых листов, которые сначала изгибали на деревянном сердечнике, после чего продольные края образованной трубы соединяли, а сердечник вынимали. Продольный шов выполняли различными способами. Чаще всего трубы грушевидного сечения запаивали по шву оловянно-свинцовым припоем. Однако встречались паяные соединения встык или внахлёстку и даже трубы с желобчатым изгибом кромок, уплотнённые замазкой. Труба получалась овального или грушевидного поперечного сечения с непрерывным продольным швом. Интересно, что шов не был самым слабым местом трубы; в испытаниях, проведенных Бельграном, разрушение происходило не по шву, а по боковой стенке. Таким способом было трудно изготовлять трубы большого сечения, поэтому римские сифоны состояли из нескольких тонких труб. Диаметр труб составлял от 20 до 300 мм. Обычно они имели наружный диаметр 250…270 мм и толщину стенки от 30 до 50 мм. Трубы замуровывали в каменную кладку, чтобы сохранить их герметичность.
41.По свидетельству Витрувия, самая большая свинцовая труба имела длину окружности 100 дюймов (порядка 60 см в диаметре). Днища и стены каналов водоводов делались или бетонными со слоем штукатурки, или каменными, а крыша – из плоских каменных плит или плит, уложенных в два ската. Со времени Нерона покрытия каналов в основном выполняли в виде бетонного цилиндрического свода. Размеры просвета канала делались таким образом, чтобы человек проходил по нему почти не сгибаясь. Высота сечения составляла 1,5…3 м, а ширина – 0,6…1,2 м.
42.Римлянами были разработаны бетонные трубы, которые, по оценкам современных специалистов, могли выдерживать более высокие давления жидкости, чем керамические или свинцовые. Прототипом им служили трубы из естественного камня с выдолбленными в средней части отверстиями. Бетонные трубы снаружи имели квадратную форму с размером сторон 21 см, а внутренний диаметр труб составлял 6…8 см. Трубы изготовлялись в виде отдельных звеньев длиной около 95 см и соединялись между собой «стык в стык» с последующей зачеканкой стыка раствором и бетоном. Такие трубы были обнаружены западногерманскими археологами в Тунисе, в районе Карфагена и других бывших провинциях Римской империи.
Свинцовое отравление – причина заката Римской империи?
43.По широко распространённой в середине прошлого века гипотезе американских токсикологов, свинцовый водопровод являлся одной из причин быстрой деградации римской нации, вызывая отравление свинцом. Установленным фактом является то обстоятельство, что обнаруживаемые при раскопках останки римлян эпохи империи содержат большие количества свинца. Из-за систематического отравления малыми дозами свинца продолжительность жизни римских патрициев зачастую не превышала 25 лет. Многие знатные римляне со временем стали отличаться быстрой утомляемостью, вялостью, склонностью к бездействию и безразличием.
44.Хорошо известно, что все растворимые в воде соединения свинца высоко токсичны. На устойчивость свинца к воде оказывает большое влияние растворённый в ней диоксид углерода (углекислый газ). При малых количествах он образует на поверхности свинца соединение, не растворимое в воде, и тем способствует устойчивости свинца. Если содержание углекислого газа в воде сравнительно велико, а именно так было с водой, питавшей древний Рим, то диоксид углерода, реагируя со свинцом, образует гидрокарбонат свинца, который хорошо растворяется в воде. Поступая в организм в малых порциях, свинец задерживается в нём и, постепенно замещая кальций, входящий в состав костей, вызывает хроническое отравление.
По широко распространённой в середине прошлого века гипотезе американских токсикологов, свинцовый водопровод являлся одной из причин быстрой деградации римской нации, вызывая отравление свинцом.
45.Однако более поздние исследования опровергли гипотезу о том, что именно свинцовый водопровод стал причиной катастрофических последствий для Римской империи. На внутренней стороне каждой свинцовой трубы учёные обнаружили непроницаемый слой безопасных для человеческого организма соединений кальция, возникший благодаря постоянному контакту труб с богатой кальцием горной водой. Вода текла по водопроводу непрерывно и поэтому была в контакте со свинцовыми трубами лишь недолгое время. Толстая корка карбоната кальция, которая образовывалась в трубах, служила изоляцией, так что через некоторое время после установки сифонных труб прямой контакт воды со свинцом прекращался полностью.
46.Кроме того, оказалось, что римляне были прекрасно осведомлены о токсических свойствах свинца. По этому поводу Витрувий писал: «преимущества водопроводов с глиняными трубами следующие. Во-первых, если в них произойдёт какое-нибудь повреждение, его всякий может исправить; затем, вода из этих труб гораздо здоровее воды из свинцовых, так как у свинца тот недостаток, что из него образуются свинцовые белила, считающиеся вредными для человеческого тела. А раз то, что из свинца образуется, вредно, несомненно, что и сам он не здоров.
47.Это можно видеть на примере литейщиков свинца, цвет тела у которых чрезвычайно бледен. Ибо когда свинец при литье плавится, то пары его, оседая в частях тела и день ото дня выжигая их, лишают находящуюся в членах кровь её сил. Поэтому, если мы хотим иметь здоровую воду, никоим образом не следует проводить её по свинцовым трубам. И то, что вкус воды из глиняных труб лучше, доказывается обиходом, так как всякий, хотя бы столы его и были уставлены серебряной посудой, тем не менее, пользуется, ради чистоты вкуса, глиняной».
48.Скорее всего, причиной свинцового отравления был не столько водопровод, сколько использование свинца в быту. Так, римляне добывали сахар посредством выпаривания виноградного сока при длительном кипячении в свинцовой посуде. Свинцовые сосуды широко использовались для хранения вина, поскольку свинец придаёт вину сладкий привкус и способствует консервации. Кроме того, у зажиточных римлян было принято покрывать тонким слоем этого металла внутреннюю поверхность бронзовых кубков, жаровен и иной посуды. Свинец мог взаимодействовать с кислотами, содержащимися в вине, и в составе растворимых солей непрерывно поступать в организм. Широко применяли в античной древности и свинцовые краски – белую и красную. Их использовали наряду с сурьмой в косметических средствах.
Акведуки эпохи индустриализации
49.С конца VIII в. в результате варварских нашествий и общего упадка началось разрушение римских акведуков (римляне вернулись к пользованию колодцами, как в древнейшие времена), и только с XV в. их начали постепенно восстанавливать. Большая часть опыта римских инженеров была потеряна, и в Европе строительство акведуков практически прекратилось до XIX в. Известным исключением была Новая река – искусственный водный путь в Англии, открытый в 1613 г. для снабжения Лондона свежей питьевой водой. Её длина составляла 62 км.
50.Развитие каналов дало новый толчок в строительстве акведуков. Однако только в XIX в. их строительство возобновилось в крупных масштабах, чтобы поставлять воду в быстрорастущие города и промышленные регионы. Разработки новых материалов (бетон и чугун) и новых технологий (паровой двигатель) позволили провести множество существенных усовершенствований. Применение чугуна дало возможность строить дюкеры, рассчитанные на высокое давление, а создание насосов с паровым приводом позволило значительно увеличить скорость и объём водяного потока.
51.В XIX в. Англия стала ведущей державой в строительстве акведуков, обеспечивая водой крупнейшие индустриальные города, такие как Бирмингем, Манчестер и Ливерпуль. Самые большие акведуки были построены в Соединённых Штатах Америки. Акведук Catskill доставлял воду в Нью-Йорк на расстояние 190 км. Это достижение было превзойдено на крайнем западе страны; наиболее примечательным стал акведук Colorado River, который снабжал водой Лос-Анджелес и окрестности с расстояния в 400 км.
Солеварение – главный движитель средневекового трубного производства
52.После падения Римской империи технология производства металлических труб пережила период длительной стагнации. В большинстве средневековых городов прокладывались деревянные трубопроводы. Отдельные звенья делались из цельных стволов деревьев, из которых вручную высверливалась сердцевина. Сверление было очень трудоёмкой работой. Один мастер за день мог изготовить не больше десяти метров труб. Если трубу нужно было разветвить, то использовали естественную развилку дерева, также высверленную насквозь. Известно, что около 1430 г. в Германии появилась специальная сверлильная машина для производства деревянных труб. Леонардо да Винчи занимался усовершенствованием этой машины, введя в её состав ускоритель вращения. В XVII в. эта машина была снабжена водяным приводом.
53.Одной из важнейших отраслей средневекового производства, регулярно потреблявшей значительное количество труб и полосового железа, являлось солеварение. О том, какую большую роль играла соль в жизни народов, говорят многие географические названия. Кельты, германцы, славяне почитали места добычи соли священными, а саму соль использовали в качестве денег. Интересно, что латинское слово «salarium» – соляной паек, который получали в Древнем Риме, со временем трансформировалось в «salar» – заработная плата. Аналогом латинского слова «соль» (sal) в кельтском языке служило слово «hall». Римляне и самих кельтов называли галлами, подчёркивая их принадлежность к соляному промыслу.
Сверление труб и подъём воды
Из труда Г. Агриколы «12 книг о металлах»
Добыча и переработка рассола
А – солеварни; В – разрисованные вывески; С – первое отделение; D – среднее отделение; Е – заднее отделение; F – окна в задней стене; G – окно в кровле; H – колодец; I – колодец другого устройства; К – ушат; L – носильный шест; М – вилы, на которые уставшие носильщики опирают шест
(из труда Г. Агриколы, «12 книг о металлах»)
Процесс выпаривания соли
A – котлы; B – треножник; C – черпак:
(из труда Г. Агриколы, «12 книг о металлах»)
54.На карте Европы можно найти множество географических названий с корнем «галл» – свидетельств кельтских соляных разработок. Одно из самых любопытных: Галле-на-Залле (буквально – «соль на соли»). Соляной промысел имеет отношение и к названиям многих русских городов и посёлков, например: Сольцы, Усолье, Усть-Сысольск, Соликамск (Соль Камская), Соль Вычегодская, Соль Галицкая, Соль Тотемская, Соль Старой Руссы.
55.Соль получали как из легкодоступных солёных ключевых, речных, озёрных и морских вод, так и из подземных источников. Во втором случае добыча могла производиться шахтным способом – когда залежи представляли собой горную породу, а также с помощью колодцев и скважин для извлечения на поверхность соляного раствора – рассола. Производство поваренной соли из воды солёных источников (салин) требовало большого количества топлива. Воду непрерывно выпаривали в больших железных котлах, которые не выдерживали силы огня более полугода.
56.В Восточных Альпах, в районе Зальцбурга (кстати, тоже города соли), дефицит топлива для выпаривания соли ощущался уже в начале XIII в. В 1237 г. было запрещено хлебопашество на вырубках вокруг солеварен в расчёте на то, что со временем эти земли опять покроются лесом. В начале XVII в. обратились к другому пути решения проблемы – транспортировать соляной раствор в более богатые лесом места с помощью трубопроводов. Они строились из сверлёных еловых бревен, служивших без замены по 80 лет и более. В 1607 г. такой трубопровод длиной около 35 км связал главные притоки реки Трауна. Раствор шёл самотёком. Спустя десять лет был реализован более сложный проект – из-за оскудения лесов в бассейне реки Залах воду из соляных источников направили в долину Трауна. Проблема заключалась в том, что задуманная трасса трубопровода представляла собой гигантский сифон. Необходимо было преодолеть подъём до водораздела в 260 м. Для строительства были использованы 9 тыс. отборных еловых брёвен. По трубопроводу транспортировали 60 л солёной воды в минуту.
Бурение скважин
57.В большинстве регионов Европы и Азии основным источником соли были подземные воды – рассолы. Первоначально для их добычи применялись колодцы, как правило, в сечении квадратной формы. Когда глубина колодца достигала слоёв земли, богатых рассолами, колодец ещё немного углубляли и закрепляли сруб. С течением времени на дне накапливался рассол, который вычерпывали обыкновенной бадьёй. Такая технология широко применялась практически повсеместно и в эпоху Древнего мира, и в средние века. Однако по мере истощения верхних горизонтов, приходилось осваивать всё большие глубины, и на смену колодцам пришли скважины.
58.Бурение скважин как способ разрушения горных пород для различных хозяйственных надобностей человечество применяло с давних времен. Исследования египетских пирамид и каменоломен показывают, что при добыче и обработке камня применяли сверление довольно глубоких шпуров. Оно производилось медной трубкой или стержнем, под который подсыпались зёрна кварца; для охлаждения трубки в неё подливалась вода. В Древнем Египте применялось и ударное бурение – долбление пород ударами медных клиньев, зубил и резцов. Зарождение собственно бурения – получения глубокого отверстия в недрах земли – произошло в Китае в 1-м тысячелетии до н. э., когда ударное бурение начали применять для проходки скважин на воду глубиной до 500 м.
59.В средневековье главнейшую принадлежность большинства солеваренных заводов составляли трубы и варницы. С помощью труб рассол извлекался из недр земли и транспортировался к местам переработки, а в варницах он освобождался от воды и посторонних примесей.
60.История отечественного бурения началась в XII–XIV вв., когда на северо-западе европейской части России и в Предуралье стали добывать подземные рассолы из скважин. Первые «трубы» глубиной до 174 м были проведены на Тотемских соляных промыслах в Вологодской области. Уже к началу XVI в. в Тотьме использовались скважины глубиной до 200 м, а в конце XVIII в. была пробурена скважина глубиной 268 м. В этом же городе историком Н.Н. Прозоровым в 1867 г. была обнаружена самая древняя отечественная инструкция по проведению буровых работ: «Роспись, как зачат делать новая труба на новом месте», которая датируется XV–XVI вв. В ней используются 128 специальных русских буровых терминов, свидетельствующих о самобытности этого промысла.
61.Отечественными мастерами была разработана оригинальная технология бурения специальных «рассолоподъёмных» скважин. Буровой инструмент – кованые долота и сверла (желонки) укреплялся на еловых шестах, скреплённых железными скобами.
62.В мягких породах с глубины 25…30 м, бурение велось сверлением – вращательным способом («ходом») инструментами вращательного бурения, твёрдые породы проходились ударным способом («боем») различными долотами. Продолжительность бурения скважины составляла от 3 до 5 лет. При этом, например, только в Тотьме в конце XVII в. функционировали 133 скважины.
63.Начинали бурение широким буравом. С погружением бурава для предупреждения обвала земли в углубление вставляли круглую деревянную трубу, которая называлась матицей. Когда доходили до первого твёрдого слоя земли, формировали порог – закраину, на который устанавливали (садили) матицу. После укрепления матицы бурение производили более узким буравом и продолжали работу до тех пор, пока не доходили до слоя, богатого рассолом известной «доброты». «Доброту рассола» (крепость) определяли особым инструментом, который в более позднее время получил название ареометра. Первоначально ареометром служил пустотелый деревянный волчок, на боках которого были сделаны деления (градусы), называвшиеся «лотами». Позднее его заменил латунный солемер, а в XIX в. был создан ареометр из стекла.
64.Если по ареометру добываемый из трубы рассол оказывался достаточной доброты, вполне пригодный для варки соли, бурение останавливалось, формировали новый порог и на него от поверхности земли спускали более тонкие, чем матица, трубы, которые на Руси назывались «весёлыми». «Весёлые» трубы большей частью изготовлялись из меди. После укрепления и посадки «весёлых» труб бурение продолжалось на небольшую глубину третьим наиболее узким буравом. Эта последняя часть углубления называлась «копёж», потому что здесь накапливался рассол. В XVII в. скважины достигали 300…400 м и более, так как крепкий рассол в большинстве случаев находился на значительной глубине.
65.Иногда при бурении скважины находили провалы (подземные соляные озёра), наполненные рассолом. Из таких озёр рассол по трубе поднимался самотёком и в первое время даже бил фонтаном. Однако, как правило, рассол приходилось поднимать из трубы искусственно. Для этого в медные трубы опускали бадьи в виде цилиндра, имевшие на дне, как обыкновенная помпа (насос), кожаный клапан. Бадья вмещала около четырёх ведер рассола. Бадью вытаскивали с помощью ворота. Позднее рассол выкачивали из трубы особыми машинами с конным приводом. Рассол по желобам или бревенчатым трубам стекал в варницу.
Средневековые варницы
66.Варница представляла собой деревянное или каменное здание, в котором на железных четырёхугольных сковородах – противнях площадью до 65 м2 и массой до 650 кг – цренах (цыренах или чренах) производили солеварение. Посреди варницы устраивалась печь. Снаружи здания в печь для притока свежего воздуха под землёй подводили широкий воздуховод (поддувало), выложенный кирпичом или укреплённый досками. Над печью на железных крючьях вешали црен так, чтобы поднимающийся из печи огонь охватывал его с боков. Црен ковался из толстых железных листов, которые назывались полицами. Размер его достигал 7 м в длину, 5 м в ширину, глубина составляла 40…60 см.
67.Очаг под цреном и колосниками, как правило, разделялся на две топки. Дым из печи через широкие железные трубы отводился в смежное помещение – сушильню, где трубы изгибались, формируя несколько оборотов, и выходили в дымовую трубу. В сушильне на полатях складывалась сырая соль, которая сушилась воздухом, нагретым трубами. Если рассолоподъёмная труба давала много рассола, то строили несколько варниц, а кроме них ещё и запасные, чтобы не прекращать солеварения в случае ремонта. В варницах было очень жарко, поэтому работать приходилось совершенно раздетыми, только голову покрывали круглыми шапочками из соломы, а на бёдра надевали повязки.
Оборудование солеварни
А – очаг;
В – устье очага;
С – чрен;
D – столбы;
Е – балки, наложенные на столбы;
F – короткие брусья;
G – железные шесты с крючьями;
H – скобы;
I – длинные брусья;
K – большие железные шесты с крючьями
(из труда Г. Агриколы, «12 книг о металлах»)
68.Сама варка соли состоит из двух операций. Во-первых, кипячение, или уваривание до засола, до густоты. При этом из рассола помимо соли выделялись гипс, соли кальция, магния, оксид железа, органические вещества, которые необходимо было удалять. Во-вторых, осаждение соли, или «привод», когда, приглушая топку под цреном, давали соли осесть, после чего её выгребали.
69.Оставшийся маточный рассол (тотьмичи называли его «семенами») не выливался, а в црен сразу же начинали наливать новый рассол и вновь кипятить. Так продолжалось четыре раза, после чего варница полностью остужалась, происходил осмотр црена, частичный его ремонт, обмазка ржаной мукой по углам и линиям склёпывания полиц – железных листов, из которых изготовлялся црен, печь чистили от золы и вновь обмазывали. Периодические остановки были необходимы ещё и потому, что если долго не выливать оставшийся маточный рассол, то он становился горьким и ухудшал качество соли. В период остановки варницы на время ремонта црена или при наличии излишков рассол продавался, а при нехватке его приходилось покупать.
Железные полицы и црены
70.Црены были наиболее уязвимым звеном в варницах, быстро коррозируя от постоянного контакта с горячим рассолом и пламенем. Г. Агрикола писал: «Мастер и его заместитель попеременно варят рассол днём и ночью… и добывают из него соль. Ни один црен не может выдержать силы огня больше полугода». Капитальный ремонт их производился не менее одного раза в 1,5 года, текущий – гораздо чаще. Мастера, занимавшиеся ремонтом старых и изготовлением новых цренов, считались наиболее квалифицированными рабочими. Труд этих мастеров оценивался очень высоко. Заработная плата составляла до 10 руб. в год на человека. Их также называли циренщиками, откуда происходят такие фамилии, как: Цырен(ь)щиков, Цирен(ь)щиков и Церен(ь)щиков, наиболее распространённые в регионах, где существовала развитая солеваренная промышленность. Также на промысле существовала профессия поличных мастеров – кузнецов, изготовлявших полицы.
71.Ремонтные работы являлись обыденным, регулярным занятием, на которое отвлекалась значительная часть сырья, денежных средств и рабочей силы (до 19 % всех затрат расходной части бюджета солеваренной отрасли хозяйства). Полицы, цренные гвозди и остальная оснастка частично изготовлялись на месте, но в основном закупались.
72.В XVI в. Соловецкий монастырь был одним из главных заказчиков изделий из «болотного» железа и скупал у местного лопарского населения в больших количествах «цренные полицы». О масштабах закупок свидетельствуют сохранившиеся документы монастыря. Например, в 1588 г. Соловецкий монастырь закупил у местного жителя по имени Данила 1300 железных полиц и 40 топоров. В 1609 г. трое корелян продали монастырю 1569 полиц. В тот же год монастырь приобрел у двух корелян из Шуи 1582 полицы, 671 пудов и 24 фунта уклада.
73.Активно закупали железо для цренов и другие монастыри. Во второй половине XVI в. цена железа на внутреннем рынке Поморья доходила до 76 копеек за пуд. А так как црены часто прогорали, спрос на железные полицы год от году увеличивался.
74.Оценим объём потребления железа в солеварении Московской Руси XVI–XVII вв. Масса полицы составляла в среднем около 4 фунтов. Соловецкий монастырь закупал их более 2000 штук в год. Учитывая, что подобных центров в стране насчитывалось около двадцати, ежегодное потребление железа только для изготовления цренов, без учета оснастки, составляло более 15 т.
Водоснабжение Москвы
75.Уровень организации водоснабжения в Древней Руси в основном соответствовал достижениям в этой области в европейских странах. В XI или начале XII в. первый водопровод из деревянных труб появился на Ярославовом дворище в Новгороде. Позднее в царских поместьях, монастырях, крупных хозяйствах строились водопроводы, в конструкции которых использовались металлические трубы. Согласно описям 1641–1662 гг., колодец Троице- Сергиевой лавры был оборудован чёточным водоприёмником с системой подъёма воды по медным трубам.
76.Оригинальная водопроводная система существовала в Московском Кремле. При постройке князем Дмитрием Донским в 1367 г. каменного города на территории, примерно равной площади нынешнего Кремля, был сооружен каменный тайный ход к воде. Однако, кроме тайников, в Кремле был построен и первый самотёчный водопровод. Источником водоснабжения служил обильный родник, выбивавшийся в подземелье Угловой (Собакиной, Арсенальной) башни. Он существовал до конца XIX в. и отличался чистой и прозрачной водой. Исчез родник только после прокладки вблизи башни канализационного коллектора.
77.Уже во времена Ивана Калиты вода из реки Москвы попадала в Кремлевский тайный колодец по деревянной трубе из сверлёных стволов дуба. Наверх её поднимали с помощью ступального колодца – большого колеса, которое крутили мужики, шагая по широким перекладинам. В 1492 г. по велению Ивана III в Кремле был построен первый самотёчный водопровод. Он начинался от тайного родника в основании Арсенальной башни, которую (а также Спасскую, Боровицкую, Водовзводную и Никольскую) построил итальянский архитектор Пьетро Антонио Солари, или, на русский манер, Пётр Фрязин (считается, что эта фамилия происходит от итальянского «фре» – холодно).
78.Особый интерес представляет второй кремлёвский водопровод, он же первый водонапорный. Его строительство в 1631 г. было поручено «часового и водяного взвода мастеру» Христофору Галовею (он же автор часов на Спасской башне) и русским умельцам Антипе Константинову и Трефилу Шарутину. Водопровод имел следующую систему: вода отводилась из реки Москвы и самотёком по трубе приводилась в белокаменный колодец внизу Свибловой башни.
79.Диаметр колодца составлял около 5 м; глубина его доходила до 9 м. Строитель «из башни той воду привёл на Сытный и на Кормовой дворец в поварни». Это было осуществлено с помощью «водяного взвода», т.е. водоподъёмной машины, после чего и сама башня стала называться Водовзводной. Подъём воды осуществлялся лошадьми. Она поступала в напорный выложенный свинцом резервуар на той же башне. Отсюда по свинцовым трубам вода шла в «водовзводную палатку» (регулирующий резервуар), стоявшую у верхнего набережного сада, вблизи Старого денежного двора. Из «водовзводной палатки» вода по уложенным в земле свинцовым трубам расходилась по разным направлениям. Она поступала во дворцы: Кормовой, Сытный, Хлебный, Конюшенный и Потешный, на поварни, в Верховые сады. В водопроводную систему входили многочисленные искусственные водоёмы и «водовзводные лари».
80.О Кремлёвском водопроводе один из источников сообщает следующее: «Он (Христофор Галовей) соорудил на берегу реки огромную башню, куда провел воду посредством колеса, устроив колёса и приспособления для того, чтобы поднимать воду ночью и днём без всякого труда и снабжать ею царский двор для всяких потребностей. Он выкопал пять огромных колодцев, выстроил над ними купола, провёл трубы и желоба и сделал снаружи железное колесо: если понадобится вода, повёртывают колесо одной рукой, и вода течёт в изобилии, когда это нужно». Высота подъёма воды достигала 40 м, суточная производительность составляла около 4 тыс. ведер. Второй водопровод поил обитателей Кремля около века, пока не был разрушен во время страшного пожара 1737 г.
81.Кремлёвский водопровод обслуживался специальным персоналом. Известно, что в 1681 г. царским распоряжением было предписано в Измайловском дворце в «мыленке и сенях пол и стены до лавок наслать свинцовыми досками и доски лить и оловом спаять водовзводного дела мастеру Ивану Ерохову своими снастями и угольем и по договору дать ему по 10 алтын за доску».
82.В том же 1681 г. в Верхнем Набережном саду был устроен пруд, выложенный свинцовыми досками, длиной 5 саженей, шириной 4 сажени, глубиной 2 аршина. Вода в пруд подавалась по свинцовым трубам диаметром 50…63 мм из Водовзводной башни.
83.Оценив культурные удобства, доставляемые водопроводами, русские цари стали устраивать их и в других местах своего пребывания. В частности, был построен водопровод в богатейшем загородном Коломенском дворце. В XVII в. свинцовые трубы широко применялись в Москве и для прокладки уличной сети водопровода.
Чугунные трубы
84.К концу XVII в. развитие доменного производства привело к широкому использованию литых чугунных труб, отличавшихся от свинцовых, оловянных, медных и латунных существенно более низкой стоимостью. Знаковым сооружением, в котором были применены чугунные водопроводные трубы, стали знаменитые фонтаны Версаля. В 1662 г. мастером Р. Салемом по проекту архитектора А. де Виля были созданы подземные водяные колёса и основные гидротехнические устройства системы фонтанов. Для проведения воды были применены соединенные фланцами чугунные трубы диаметром от 9 до 16 дюймов (228…406 мм) и длиной 5 футов (1,52 м). С этого времени чугун повсеместно превратился в основной металл трубопроводов.
85.После изобретения паровой машины сфера применения чугунных труб расширилась, так как были созданы необходимые предпосылки для создания систем централизованного парового отопления. В конце XVIII в. чугунные трубы с циркулирующим по ним паром были успешно установлены в Англии в теплицах Ваксфильда и зимнем саду лорда Дерби. В 1817 г. французский инженер де Шабан осуществил проект парового отопления здания консерватории в Париже, а в 1819 г. – двух жилых зданий в Лондоне. Металлом парового отопления стал чугун – из него были отлиты и трубы, и паровой котел.
86.Уже в 1825 г. в Париже было издано руководство по устройству парового отопления (автор – Третгольд). В нём, в частности, содержалось подробное описание и приводились чертежи парового отопления, осуществлённого в семи зданиях оранжерей и теплиц в Лондоне. В этой системе длина паровой магистрали от котельной до наиболее удалённого здания достигала 167 м.
87.Использовались чугунные трубы и в России. Например, в 1853 – 1858 гг. выдающийся инженер Андрей Дельвиг, двоюродный брат известного поэта и друга Пушкина Антона Дельвига, реконструировал Ростокинский водопровод, питавший Москву водой Мытищинских источников, заменив верхнюю кирпичную галерею чугунными трубами.
Бесшовные железные и стальные трубы
88.В начале XIX в. металлические трубы потребовались для быстро развивающегося железнодорожного транспорта. Уже в паровозе «Ракета» английского изобретателя Дж. Стефенсона, построенном в 1814 г., длина железных «дымогарных» труб составляла около 45 м. К качеству этих труб предъявлялись особые, высокие требования, в частности, они не должны были иметь швов. Таким образом, паровая энергетика, ставшая основой Промышленной революции, поставила перед металлургией проблему цельнотянутых бесшовных железных и стальных труб.
89.Известный в то время способ изготовления бесшовных труб (патент Д. Уилкинсона от 1790 г., Англия) годился для производства труб только из мягких цветных металлов. Он заключался в отливке свинца, меди или латуни в форму со стальным стержнем. На стержне, диаметр которого соответствовал внутреннему диаметру трубы, в калиброванных валках происходила раскатка литых заготовок. Медные (паяные) и железные (сварные) шовные трубы, широкое производство которых было освоено в начале XIX в., также калибровались волочением. В 1838 г. английский изобретатель Ч. Грин предложил изготовлять цельнотянутые трубы из меди и её сплавов из отлитой полой заготовки.
90.Наконец, в 1851 г. Хардинг и Кристоф (Франция) разработали способ изготовления цельнотянутых труб из стали. Стальную болванку просверливали и волочили через волоку с оправкой, имеющей форму жёлудя.
91.К числу крупнейших достижений в области обработки металлов давлением относится изобретение способа прокатки бесшовных труб. Идея способа была высказана в 1860 г. немецким инженером и предпринимателем Рейнхардом Маннесманом. В 1885 г. он и его брат Макс взяли патент на валковый прошивной стан, в котором нагретая сплошная заготовка или слиток превращались в толстостенную короткую трубу или гильзу.
92.Устройство состоит из двух вращающихся в одном направлении валков, оси которых расположены под углом друг к другу (косорасположенные валки). Возникающая между валками и заготовкой сила трения направлена под углом к оси заготовки. В процессе взаимодействия заготовки и валков она разлагается на две составляющие. Первая сила, являясь касательной к окружности заготовки, приводит её во вращение, а вторая, направленная параллельно оси заготовки, сообщает ей поступательное движение. При одновременном вращательном и поступательном движении заготовка надвигается на помещенную перед ней оправку, которая препятствует ее поступательному движению.В результате периферийные слои металла вытягиваются валками по винтовой линии вдоль оправки, выходя из конусов в виде трубы. Способ Маннесманов был впервые опробован в заводских условиях в 1887 г., а уже в 1890 г.
93.Маннесманы на основе своих патентов создали в Германии крупнейший концерн «Маннесманрёнен верке», ставший вскоре ведущим поставщиком труб на мировом рынке.В 1893 г. трубопрокатный стан Маннесманов с огромным успехом экспонировался на Всемирной выставке в Чикаго. Присутствовавший там знаменитый американский изобретатель Т.А. Эдисон на вопрос, что больше всего произвело на него впечатление на выставке, ответил, что это бесшовная стальная труба Маннесманов.
Аппиева дорога на карте Италии