Конструкции, или почему не ломаются вещи

Гордон Джеймс Эдвард

Это выдержка из упомянутого выше доклада. Далее говорится, что "… было принято также ставить на рычаг клапана угольную корзину". Это послужило причиной взрыва на пароходе "Геркулес". Удивительно только, что за рассматриваемый период из-за взрывов котлов на английских пароходах погибло лишь 77 человек. На железных дорогах положение было примерно таким же и причины были в основном те же. Непрерывная цепь серьезных катастроф растянулась на 70 или 80 лет. Наверное, последняя из них произошла в 1909 г. Взорвался котел паровоза, хотя манометр показывал нулевое давление. Оказалось, что рабочий неправильно собрал предохранительный клапан, так что он не мог стравливать пар. Манометр показывал нуль потому, что его стрелка сделала полный оборот и уперлась в стопор с противоположной стороны. Три человека было убито и трое тяжело ранено.

В наши дни

котлы взрываются значительно реже. Отчасти это связано с тем, что их производство и эксплуатация тщательно регламентируются законом и страховыми компаниями, но в еще большей степени из-за того, что сейчас почти не осталось паровых машин. Действующие паровые котлы находятся, как правило, на больших предприятиях, таких, как электростанции, и обслуживаются, по-видимому, достаточно компетентными людьми.

Но что называть котлом? Это довольно интересный юридический вопрос. В промышленности существует множество типов сосудов высокого давления, использующихся в различных технологических процессах. Многие из них выглядят совершенно непохожими на традиционные котлы, вследствие чего их опасность зачастую бывает не столь очевидна. Вообще говоря, контроль за их производством и эксплуатацией менее строг, чем в случае обычных котлов [125] . Однако, поскольку многие из этих сосудов нагреваются технологическим паром или горячим маслом под давлением, последствия аварии могут быть не менее драматичными, чем для обычных котлов. Следует иметь в виду, что предел усталости металла сварного шва в конструкциях из обычной стали, подвергающихся воздействию влажного пара, может быть не больше 20 МН/м² (1,5 кгс/мм²).

125

В СССР действуют единые правила проектирования и эксплуатации всех видов сосудов высокого давления, которые весьма строго регламентируют все вопросы соответствующего поведения инженеров и рабочих.- Прим. ред.

В одном случае, с которым мне пришлось разбираться, два больших вращающихся барабана для изготовления покрытой пластиком бумаги перевели с подогрева маслом низкого давления на технический пар высокого давления. Надо сказать, что инспектор страховой компании настаивал на том, что барабаны должны быть "усилены" с помощью треугольных косынок из мягкой стали, приваренных изнутри к поверхности цилиндра и к плоским крышкам барабана.

Вскоре после переоборудования оба барабана взорвались во время работы. Имея в руках чертежи, я рассчитал, что в этих барабанах было по крайней мере 48 мест, где должна была бы произойти авария. Но моя оценка оказалась слишком пессимистической - на самом деле разрыв произошел только в 47 местах. Слава богу, никто не был убит и никто серьезно не пострадал; все это явилось ударом для инспектора страховой компании, который был, надо полагать, прилежным и достаточно рассудительным маленьким человеком.

Другой случай оказался более трагическим. Фирма химического машиностроения закупила где-то на стороне сосуд-смеситель, который предполагалось использовать как часть строящегося для заказчика завода. Так как смеситель должен был нагреваться маслом под давлением, то нагревательная рубашка была подвергнута контрольным испытаниям холодной водой. Она выдержала давление в 5 ат без каких-либо видимых повреждений. Однако, когда установка была поставлена заказчику и рубашка заполнена очень горячим маслом под давлением всего в 1,5 ат, она взорвалась после нескольких часов работы, обрызгав человека маслом температурой 280°С, в результате чего тот умер через несколько дней.

Согласно докладу официального инспектора, авария могла произойти только вследствие халатности моего клиента - фирмы химического машиностроения. В результате фирма была вовлечена в очень сложный и дорогостоящий судебный процесс.

В действительности же официальный доклад об аварии был основан на неверных выводах, сделанных на основании осмотра осколков. Резервуар взорвался не потому, что мои клиенты использовали его неподобающим образом, причиной аварии явились ошибки в проекте и изготовлении. И хотя природа технических причин аварии была довольно сложной, как мои клиенты, так и непосредственные изготовители сосуда полагали, что конструирование такого сооружения - задача тривиальная. На самом деле сосуд по-настоящему даже не проектировался, а был "скроен на глазок" и сварен в какой-то третьеразрядной мастерской.

В результате произошло следующее. Во время испытаний под высоким давлением сварные швы нагревательной рубашки сильно пострадали, но никто этого не заметил. Швы были настолько близки к разрушению, что нескольких циклов нагружения при гораздо меньших давлениях оказалось достаточно для усталостного разрушения, приведшего к трагическим последствиям. Знающий и опытный инженер должен был бы предусмотреть такую возможность. По закону и, возможно, по справедливости основная тяжесть вины ложилась на изготовителей сосуда, но я не мог избавиться от мысли, что компетентная фирма, располагавшая опытными инженерами-химиками, могла бы предотвратить беду. Когда я оказался на этой фирме, директор пригласил меня обедать. В ходе беседы я между прочим спросил его:

— Сколько в вашей фирме дипломированных инженеров, мистер…?

И услышал в ответ:

— Ни одного, слава богу!

О вырезании дыр

Вообще говоря, вырезать дырки в уже существующих конструкциях довольно безрассудно, и тем не менее некоторые просто не могут противиться соблазну проделать это. Случай, о котором пойдет речь, произошел с самолетом "Мастер", построенным перед войной в качестве учебного самолета Королевских военно-воздушных сил. По характеру исполнения и стилю управления он был похож на "Харрикейн" и "Спитфайер". В трудные дни 1940 г. некоторые из этих самолетов были переоборудованы в истребители, для чего в крыле поставили шесть скорострельных пушек. Первоначальный учебный вариант машины имел тросовый привод механизмов управления, который хотя и прекрасно работал, но был слишком "мягким" для настоящего истребителя. Поэтому кто-то решил заменить в истребительном варианте "Мастера" тросы на металлические тяги. Чтобы пропустить тяги, управляющие рулями высоты и поворота, в шпангоуте хвостовой части были сделаны соответствующие вырезы.

Прошло совсем немного времени, и последовала серия из трех катастроф со смертельным исходом. Во всех трех случаях у самолета в полете отваливался хвост. При стендовых испытаниях фюзеляжа выяснилось, что его прочность упала до 45% расчетной нагрузки. Мораль, я думаю, ясна.

Гораздо более известная катастрофа такого же типа с огромным количеством жертв произошла с транспортом "Биркенхед". Этот металлический пароход был спущен на воду в 1846 г. как военный корабль. Он имел должную прочность и был снабжен в нужном количестве водонепроницаемыми переборками. Когда его переоборудовали в транспорт, военное ведомство настояло, чтобы в поперечных переборках [126] были сделаны большие отверстия, дабы в помещениях для солдат было больше места и света.

126

За исключением, конечно, переборок машинного отделения.

В 1852 г. "Биркенхед" отправился в Индию через Кейптаун, имея на борту 648 человек, в том числе 20 женщин и детей. В результате навигационной ошибки судно налетело на одинокую скалу в 4 милях от побережья Южной Африки. Корабль получил огромную пробоину в носовой части, и поскольку переборки корпуса были практически вырезаны, все люди, находившиеся в носовой части корабля, были затоплены водой почти мгновенно. Многие солдаты не успели проснуться: было 2 часа ночи. Под напором заполнившей корабль воды передняя часть его обломилась и быстро пошла ко дну. Было темно, море кишело акулами, спасательных шлюпок не хватало. Оставшиеся в живых сгрудились на корме, которая тонула медленнее. Солдаты вели себя храбро и дисциплинированно: они собрались на верхней палубе, в то время как женщин и детей посадили в немногие уцелевшие шлюпки и отправили на берег. Все женщины и дети были спасены. Уцелело лишь 173 человека, остальные утонули или были съедены акулами.

Быстрое затопление водой большинства отсеков корабля явилось очевидным следствием того, что во многих переборках были вырезаны отверстия, что и послужило, конечно, причиной гибели судна. Жертв было бы, наверное, значительно меньше, если бы корабль не разломился надвое, что произошло, по-видимому, в результате ослабления корпуса как целого.

История с "Биркенхедом" стала широко известна как пример дисциплины и героизма экипажа. Когда известие достигло Берлина, прусский король приказал зачитать его перед строем в каждой армейской части. Возможно, было бы лучше, если бы он заставил военное министерство не вмешиваться в вопросы конструкции кораблей - предмет, в котором армейские чины всегда мало что понимали.