Поэт Александр Блок назвал девятнадцатый век «железным». В середине этого века Генри Бессемер придумал ускоренный процесс производства стали. Сталь стала главным конструкционным материалом, и у 19-го века появился могучий хребет и выросли крепкие плечи. Впервые за многовековую историю человечество реально почувствовало свою силу и возможности. Возник культ освоения природы, а художники начали вдохновляться огромными агрегатами для производства чугуна и стали.
Особенно живописными на холсте выглядели доменные печи и стоящие рядом, словно сторожа, высокие башни воздухонагревателей, которые называются красивым словом «каупер». О них и поговорим.
Как фамилия превращается в башню
Слово «каупер» – несомненный эпоним, то есть имя собственное, превратившееся в имя нарицательное. Кем же был Эдвард Альфред Каупер (Edward Alfred Cowper; 1819 – 1893), чьим именем до сих пор называют воздухонагреватели доменной печи?
Он родился в Лондоне 10 декабря 1819 года — в то самое время, когда пар уже победил воду и ветер, в качестве главной движущей силы промышленности. Отец его, Эдвард Шикл Каупер (Edward Shickle Cowper; 1790–1852), был профессором инженерного отделения Кингс-колледжа в Лондоне и плодовитым изобретателем. В такой семье перед мальчиком выбор профессии, в общем-то, не стоял.
В 1833 году, четырнадцати лет от роду, юный Эдвард был отдан в ученичество к Джону Брейтуэйту из Сент-Панкраса — инженеру, которому приписывают изобретение первой паровой пожарной машины.
Именно там, ещё подмастерьем, Каупер в 1837 году придумал рельсовую петарду, небольшую хлопушку, которую крепили к рельсам в условиях плохой видимости, при тумане или ночью. Она взрывалась с громким хлопком, когда колёса состава наезжали на неё. Слыша этот хлопок, машинист экстренно тормозил. Это изобретение применяется на железных дорогах по сей день. Не каждый инженер может похвастаться, что его первое изобретение, сделанное в шестнадцать лет, переживёт и его самого, и даже его детей и внуков.
В 1841 году Каупер перешёл в компанию, которая занималась строительными и железнодорожными работами в районе Бирмингема. Именно здесь он занялся разработкой металлических конструкций.
В 1851 году компания, в которой работал Каупер, получила контракт на строительство Хрустального дворца — главного здания Всемирной выставки в Лондоне. Здание дворца было огромным, 563 метра в длину, 124 метра в ширину и почти 33 метра в высоту. Это была первая, и очень эффективная демонстрация конструкционных свойств стали. Ажурный стальной каркас держал на себе всю тяжесть конструкции, делая павильон волшебно прозрачным. Стекло пропускало вовнутрь павильона дневной свет и защищало внутреннюю часть экспозиции от осадков. Каупер руководил созданием рабочих чертежей всего проекта.
В том же 1851 году он ушёл из компании и открыл собственную консультационную практику в Лондоне. Компания Каупера проектировала мосты и перекрытия. Самый важный её инженерный проект - кованая железная крыша Бирмингемского вокзала Нью-Стрит. Это был крупнейший в мире на тот момент стальной пролёт — более 64 метров длиной. Рекорды и красота Хрустального дворца были повторены в Бирмингеме.
Каупер являлся активным учредителем Института механических инженеров — одного из первых профессиональных инженерных обществ мира, основанного в 1847 году. Он всю жизнь участвовал в работе этого института, занимал разные должности в совете и в 1880–1881 годах занимал президентское кресло.
Эдвард Каупер скончался в мае 1893 года от пневмонии в своём доме в Уэйбридже.
Регенерация тепла
А теперь поговорим о том изобретении, которое сохранило имя Каупера до наших дней. Чтобы понять его масштаб и пользу, следует вернуться назад, к ранним доменным печам, какими они были до середины 19-го века.
Домна до Каупера — это сжигание денег
Во-первых, это были печи холодного дутья. В них подавался воздух, имеющий температуру окружающей среды. Во-вторых, они потребляли огромное количество угля самого высокого качества, кокса. В результате эффективность производства была не высока.
Подогревать воздух перед подачей в печь предложил инженер Джеймс Бомонт Нилсон (James Beaumont Neilson; 1792–1865). Это оказалось прекрасной идеей. Расход топлива снизился, производство чугуна стало более эффективным.
Но как подогревать воздух, поступающий в доменную печь? Ответ, можно сказать, носился в воздухе. Вернее, уходил в трубу с выходящим из домны горячим газом. Температура этого газа составляла 250–300 °C! Зачем же терять столько нужного тепла, если его можно использовать для обогрева холодного воздуха, которым раздувают пламя в домне?
Идея
Решение, предложенное Каупером для нагревания холодного воздуха сегодня кажется банальным. Но тогда оно удивило всех. Каупер предложил регенерацию тепла. Сначала нагревать горячим доменным газом кирпичную кладку, а потом через эти же кирпичи пропускать холодный воздух. Кирпичи при этом работали, как аккумулятор тепла: сначала нагревались, а потом охлаждались.
Схема была простой. Доменный газ по пути в трубу гнали через высокую кирпичную башню и нагревали кладку. Затем через уже раскалённую кирпичную кладку продували холодный наружный воздух. Он выходил нагретым и таким подавался в доменную печь. Если поставить рядом несколько воздухонагревателей, регенерация станет непрерывной: пока одна кирпичная башня нагревается доменным газом, другая нагревает входящий в доменную печь воздух.
Эдвард Каупер запатентовал этот способ регенерации тепла доменного газа. А сам кирпичный регенератор тепла стали называть по имени изобретателя, кауперами. Конечно, с маленькой буквы.
Результат
До появления горячего дутья температура воздуха, поступающего в домну, была равна температуре наружного воздуха. На подогрев воздуха тратилось изрядное количество дорогого кокса. С появлением воздухонагревателей-кауперов температура воздуха, вдуваемого в доменную печь, поднялась до 800–1200 °C, расход кокса упал на десятки процентов, а производительность домны выросла на 30–50 процентов.
К 1893 году, когда Каупер умер, по всему миру работало более пятисот воздухонагревателей его конструкции. Цифры говорят сама за себя, и выводы были однозначными. .
Но главный эффект оказался системным. Благодаря внедрению горячего дутья домна превратилась в регулируемую систему, появилась возможность регулировать параметры работы печи и оптимизировать их. Это была тихая технологическая революция, которая значительно повысила производительность доменного процесса.
Изменение системы доменного дутья – продукт работы не одного Эдварда Каупера, построившего высокие колонны-воздухонагреватели, а многих других инженеров и учёных. Идею горячего дутья предложил уже упомянутый Джеймс Нилсон. Сами воздухонагреватели построил Эдвард Каупер. А немецкий физик и химик Роберт Бунзен (Robert Bunsen; 1811–1899) научился измерять состав доменных газов, а значит, понимать, что происходит внутри печи. Так были заложены научные основы металлургии, ремесла, казалось бы, чисто практического.
Эстетика индустрии
Кауперы привносят в металлургию ещё одно качество, эстетику. Мы видим несколько высоких цилиндрических башен, соединённых с домной змеящимися трубопроводами. Кауперы напоминают и соборы без окон, и органные трубы без музыканта, и могучие индустриальные крепости. Не случайно они стали привлекать внимание художников.
Индустриальные парки — или как завод превращается в музей
Сегодня многие старые металлургические комплексы превращены в парки. Самый известный пример — Ландшафтный парк Дуйсбург-Норд: бывший металлургический завод Тиссена стал пространством для прогулок, концертов и скалолазания на стенах газгольдеров.
И что там притягивает взгляд? Правильно. Башни воздухонагревателей. Они не дымят, не греют — но продолжают «работать» уже как объекты культуры. Люди поднимаются на них, фотографируют, используют как декорации для фильмов и выставок.
То же самое на «Печах Кэрри» (Carrie Blast Furnaces) под Питтсбургом — законсервированный металлургический комплекс, где экскурсии водят бывшие сталевары. Там туристы специально приходят, чтобы постоять под колоссальными кирпичными стовами — молча, как в церкви.
Инженерия становится архитектурой. Потом — искусством. Потом — местом памяти.
Живы ли кауперы сегодня
Современные доменные воздухонагреватели выше, лучше теплоизолированы, оснащены автоматикой, работают с более сложными режимами нагрева и переключения фаз. Но принцип — тот же самый, что Каупер запатентовал в 1857 году. Кирпичная кладка нагревается. Воздух проходит через неё, возвращая тепло в процесс.
Иногда технология живёт так долго, что перестаёт казаться изобретением. Становится частью «естественного порядка вещей».
Если Вы однажды окажетесь в индустриальном парке и увидите эти воздухонагреватели — а не увидеть их невозможно - не спешите проходить мимо. Перед вами не просто старая техника. Перед вами — застывшая мысль середины 19-го века, которая до сих пор работает.