CC BY
18УДК 622.331(09](470] Селеннов В.Г.
Селеннов Вадим Георгиевич, д. т. н.
Михайлов A.B.
Михайлов Александр Викторович, д. т. н., проф., профессор кафедры машиностроения Санкт-Петербургского горного университета. Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия д. 2. [email protected].
ИССЛЕДОВАНИЯ ЛАБОРАТОРИИ ФИЗИКИ ТОРФА ВСЕСОЮЗНОГО (ВСЕРОССИЙСКОГО) НАУЧНО-
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ИНСТИТУТА ТОРФЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Аннотация. История развития физики торфа в институте торфяной промышленности.
Ключевые слова-, торф, история науки.
Selennov V.G.
Selennov Vadim G., Dr. Sc. of Engineering.
Mikhailov A.V.
Mikhailov Alexander V., Dr Sc., Professor of the Chair of Mechanical Engineering St. Petersburg Mining University. 2, 21st Line, St Petersburg 199106, Russia.
RESEARCH
LABORATORY OF PEAT PHYSICS OF THE ALLUNION (ALL-RUSSIAN) RESEARCH INSTITUTE OF PEAT INDUSTRY
Annotation. The history of the development of peat physics at the Institute of Peat Industry.
Keywords: peat, history of science.
Систематические работы по физике торфа в России были начаты в конце двадцатых - начале тридцатых годов прошлого века для решения практических задач торфяной промышленности. Но еще в справочнике по торфу, изданном в 1944 году, отмечено, что «...материалы раздела "Техническая физика торфа" получены в самое последнее время и требуют дополнительной проверки».
Работы по физике торфа всегда проводились для рационального построения технологических процессов добычи и переработки торфа, поскольку производительность и энергоемкость этих процессов тесно связаны с изменением физико-механических свойств торфа при разрушении структуры, уплотнении под действием внешних сил или потери влаги, перемешивании и других воздействиях.
Основополагающие исследования по физике торфа были выполнены под руководством профессора H.A. Наседкина, который в 1936-37 годах, работая в Инсторфе (Научно-исследовательский институт торфяной промышленности, г. Москва], начал изучать вопросы напряжений в торфяном массиве под действием нагрузок. Затем эти работы были продолжены в лаборатории физики торфа ВИМТ-ВНИИТП (Всесоюзный институт механизации торфяной промышленности - Всесоюзный научно-исследовательский институт торфяной промышленности].
Торф рассматривался с физической точки зрения как дисперсная система, состоящая из различных по форме и размерам твердых частиц, воды и воздуха. А его свойства в значительной степени зависят от количества и соотношения двух последних составляющих.
С самого начала работы по физике торфа носили прикладной характер для объяснения вопросов взаимодействия торфа с механизмами торфяных машин, оценки и прогнозируемое™ свойств торфа как оснований для фундаментов зданий, сооружений и торфяного оборудования, определения и изменения физико-механических свойств торфа в процессе осушения торфяных залежей, добычи торфа, условий транспортирования и хранения.
Огромное значение для практики имели работы по тепловым и электрическим свойствам торфа, его огне- и взрывоопасное™, которыми занимались такие ученые, как Г.И. Покровский, М.Х. Пигулевский, Г.В. Пфафенродт, Л.С. Апт, С.А. Сидякин и другие.
Наиболее весомый вклад в работы по исследованию физико-механических свойств торфяных залежей и торфа в послевоенный период в СССР был внесен доктором технических наук С.С. Корчуновым.
Корчунов Сергей Сергеевич, 1921-1991 гг., доктор технических наук, многие годы возглавлял лабораторию физики торфа, а затем отдел исследований физико-механических свойств торфяных залежей и торфа ВНИИ торфяной промышленности. Под его руководством проведены обширные исследования физико-механических свойств торфяных залежей и торфа. Им выполнены основополагающие работы по несущей способности торфяных залежей. Во ВНИИТП работал с 1942 по 1991 гг.
Рис. 1. Корчунов С.С.
Fig.l. Korchunov S.S.
Кандидатская диссертация на тему «Зависимость несущей способности и деформации торфяной залежи от размера опорной поверхности» защищена в Московском торфяном институте в 1949 г. Докторская диссертация «Исследование движения влаги в различных процессах добычи торфа на основе потенциальной теории» защищена в Калининском торфяном институте в 1962 г.
Под его руководством и при его непосредственном участии сотрудниками лаборатории был проведен ряд работ, имеющих большое научное и прикладное значение. В ходе исследований деформаций торфа при сжатии определены коэффициенты объемного сжатия твердой фазы торфа, что дало возможность обосновать применимость к торфу теории динамики грунтовой массы. Теоретически получено уравнение сжатия трехфазной дисперсной системы, которое является основой расчетов процессов сжатия рыхлых материалов;
получена теоретическая зависимость механической прочности торфа от его влажности, плотности, удельного объема и других характеристик, а также других зависимостей, основанных на развитии потенциальной теории равновесия и передвижения влаги в торфе.
Было предложено и обосновано уравнение усадки торфа при изменении его влажности, которое позволило определить коэффициент усадки как новую физическую характеристику торфа, связанную с дисперсностью материала. Впервые получена теоретическая зависимость механической прочности торфа от его влажности, плотности, удельного объема и других характеристик. Развита новая трактовка перерабатывающей способности машин и механизмов, исходя из затрат энергии и реологических свойств перерабатываемого материала.
По результатам исследования процесса механического обезвоживания торфа разработана методика расчета прессов и рассмотрен процесс выдавливания торфа при прессовании из открытой или частично открытой камеры прессования различной формы и кривизны.
Большой комплекс работ выполнен по исследованию процесса передвижения влаги в торфе при различных технологических процессах его добычи. Развита и применена в конкретных процессах теория потенциалов равновесия и передвижения влаги, позволяющая подойти к обоснованию расчетных методов для системы материалов, неоднородных по водно-физическим свойствам. Эти работы явились развитием и продолжением работ Инсторфа по водопроводимости торфа естественной влажности, выполненные в Московском торфяном институте Л.С. Евстафьевым в 1936 г. Для измерения потенциала влаги и уровня грунтовых вод были разработаны:
• влагопотенциометр для измерения потенциала в верхних слоях залежи ВП-2;
• самопишущий влагопотенциометр ВПС-1;
• зондовый влагопотенциометр ВПЗ-З;
• прибор для определения уровня грунтовых вод в торфяной залежи.
Позже лабораторией физики торфа был разработан прибор ПФП-1, предназначенный для определения коэффициента фильтрации в полевых условиях в небольшом объеме исследуемой среды без прорытия скважин. Работа прибора основана на использовании стационарного потока, создаваемого насосом на заданной глубине между источником и стоком и накладываемого на естественный поток влаги в торфяной залежи. Прибор измеряет вертикальный и горизонтальный коэффициенты фильтрации.
Предложен новый метод определения степени осушенности торфяной залежи, учитывающий метеорологические условия сезона добычи. Теория потенциала влаги в торфяной залежи использована для получения решений процесса обезвоживания торфа при механическом прессовании.
Комплекс многолетних исследований по несущей способности и проходимости торфяных залежей выявил особенности разрушения легкодеформируемых торфяных оснований, значительно отличающиеся от аналогичных процессов в минеральных грунтах. Разработан метод определения допускаемых давлений для гусеничных машин с использованием эталона. Обоснован метод оценки торфяного основания условным модулем деформации, определяемым с помощью движущейся гусеничной машины (трактора], опорные поверхности которой используются в качестве гибкого штампа (С.С. Корчунов, О.Н. Абакумов, В.Г. Селеннов, Е.В. Ефимов].
Исследования по физике торфа и торфяных залежей проводились при тесном сотрудничестве ученых ВНИИ торфяной промышленности, его Калининского и Московского филиалов с учеными Калининского политехнического института. Корчунов С.С. выступал в качестве рецензента на всемирно известную монографию проф. Амаряна Л.С. «Прочность и деформируемость торфяных грунтов» (1969 г.). В благодарность Корчунов получил авторский экземпляр (рис. 2].
Л. С. АМАРЯН
Рис. 2. Титульный лист монографии Л.С. Амаряна Fig. 2. The title page of the monograph L.S. Amaryan
Селенное Вадим Георгиевич, 1939 г. р. доктор технических наук, член-корр. РАЕН, ведущий конструктор-научный сотрудник; продолжил работы Корчунова С.С. по исследованию несущей способности торфяной залежи и проходимости торфяных машин; руководитель и разработчик новых направлений переработки торфа и получения формованной продукции. С 1987 г. - заместитель директора по научной работе, с 1988 г. - генеральный директор института. Во ВНИИТП с 1961 г. по 2014 г.
Рис. 3. В.Г. Селеннов Fig. 3. V.G. Selennov
Кандидатская диссертация на тему «Исследование взаимодействия гусениц торфяных машин с осушенными залежами верхового типа» защищена в Калининском политехническом институте в 1976 г. Докторская диссертация «Разработка научных основ, технологии и оборудования производства субстратных тор-фоблоков» защищена в Калининском политехническом институте в 1990 г.
Учеными ВНИИ торфяной промышленности разработаны теоретические основы процессов сушки торфа, учитывающие тепло- и массоперенос, определены коэффициенты тепло- и влагопереноса, изучен тепло- и влаго-обмен в верхних слоях торфяной залежи. Получены теоретические уравнения кинетики сушки. На основании проведенных исследований разработаны современные методы расчета продолжительности и интенсивности сушки кускового и фрезерного торфа, влияние осадков на процесс сушки, оптимизация, методы контроля и управления процессом полевой сушки торфа (С.С. Корчунов, Л.М. Малков, Е.Е. Петровский, И.Д Соколов).
Значительное внимание уделялось изысканию методов и средств снижения зависимости добычи торфа от неблагоприятных погодных условий и повышения надежности поставок торфяной продукции потребителям, включая создание автоматизированной системы управления технологическими процессами добычи торфа.
Михайлов Александр Викторович, 1954 г. р., доктор технических наук. С 1989 по 2012 гг. во ВНИИПТ возглавлял отдел физико-механических свойств торфяных залежей и торфа. С 1998 по 2012 - заместитель генерального директора Всероссийского НИИ торфяной промышленности. С 2006 по настоящее время профессор кафедры машиностроения Санкт-Петербургского горного университета. Почетный профессор Тверского государственного технического университета. Эксперт РАН РФ. Во ВНИИТП с 1979 по 2012 г.
Рис. 4. A.B. Михайлов
Fig. 4. A.V. Mikhailov
Кандидатская диссертация «Обоснование параметров щеточного рабочего органа для уборки фрезерного торфа из расстила» защищена в Калининском политехническом институте в 1983 г. Докторская диссертация «Повышение эффективности машин для добычи фрезерного торфа с пооперационно адаптированными рабочими органами» защищена в Санкт-Петербургском государственном горном институте в 2004 г.
С использованием результатов основополагающих исследований СС. Корчунова, Л.С. Ама-ряна, М.В. Мурашова, Л.М. Малкова, Л.Н. Самсо-нова, Е.Т. Базина, В.А. Миронова и др. в последние годы под руководством Михайлова A.B. отделом физико-механических свойств торфяных залежей и торфа разработаны технологии и
оборудования по производству активных углей из торфа, торфяных нетканых материалов, гранулированной продукции. Разработана технология и оборудование для селективной добычи натурального торфяного сырья на основе при-
родоохранных принципов рационального природопользования. Разработаны и внедрены комплексные системные технологии, оборудование и материалы для очистки поверхностного стока с урбанизированных территорий.
