CC BY
27
В результате проведения многочисленных экспериментов выявили коэффициент асимметрии Дд. = -1,035, при котором накопление пластических деформаций (для исследуемой стали 45) отсутствует. При < -1,035 происходит одностороннее накопление пластических деформаций в сторону сжатия с последующей потерей устойчивости равномерного
деформирования. При > -1,035 происходит одностороннее накопление пластических деформаций в сторону растяжения. Наибольшее значение накопления пластических деформаций выявлено при = -0,5 и составило примерно 20% от ширины петли пластического гистерезиса.
В заключении необходимо отметить, что при
сравнении величины
долговечности
Np
определённой по формуле (12) и найденной в результате многочисленных экспериментов дают хорошие результаты. Наибольшие отклонения не превышают 22%, что является вполне удовлетворительным результатом.
Список литературы:
1.Пенкин Н.С., Пенкин А.Н., Милованова Л.Н., Паутина Е.Д. Учёт циклической нестабильности и одностороннего накопления пластических деформаций при малоцикловой усталости.// Евразийский Союз Учёных. 2018.№4(49).С48-52.
2.Пенкин А.Н. Построение диаграмм малоциклового деформирования при расчётах на малоцикловую усталость в условиях сложного напряженного состояния// Известия вузов. Машиностроение.1989.№12.С11-44.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РЕСТАВРАЦИИ И СОХРАНЕНИЯ ДЕРЕВЯННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ ХИМИЧЕСКИХ _ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ_
DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2021.7.84.1307 Попков Сергей Алексеевич, Попкова Светлана Валерьевна
IMPROVEMENT OF METHODS OF RESTORATION AND PRESERVATION OF WOODEN CONSTRUCTIONS WITH THE USE OF MODERN CHEMICAL AUXILIARY SUBSTANCES
Sergey Popkov, Svetlana Popkova, Russian Federation
Northern Arctic Federal University (Arkhangelsk, North-West Russia)
ABSTRACT
The object of research is to search for the concrete methods & solutions for cultural heritage objects protection including international experience in this field. It was used and learnt the concrete "case" - conservation VASA vessel in Sweden. It is the only preserved ship dated 17th century. Method. Author has realized the range of investigations targeted for choosing the artificial method of wood aging and experiments with wood samples (pine, spruce) followed by the application of a chemical additive (glyoxal) - one of the most perspective material for wood preservation. Results. Finally, conclusions on the possibilities of applying the results obtained for the needs of unique wooden cultural heritage objects are presented.
Keywords: Cultural Heritage, Protection, VASA, International experience, Investigations, Glyoxal
1. Введение (Introduction).
Объектами исследования выступают решения, а также технологические методы сохранения деревянных конструкций уникальных культурных объектов.
Окружающая среда оказывает огромное влияние на состояние конструкций. Изделия из дерева разных исторических периодов деятельности человека демонстрируют не только изобретательность прошлых поколений, но и изменения в структуре древесины, по которым можно судить о состоянии и динамике изменения окружающей среды во времени [1].
Дерево - это органический материал. «В широком смысле, древесина производится из основных строительных блоков углекислого газа и воды и перерабатывается природой обратно в углекислый газ и воду. Для того чтобы артефакт
1 Прим. In broad terms, wood is produced from the basic building blocks of carbon dioxide and water and it is recycled by Nature back to carbon dioxide and
пережил свою цивилизацию, он должен пережить химическую переработку самой природой»1 [2 ].
Из-за биоразлагаемой природы древесины большинство исторических деревянных артефактов были утрачены [3 ].
Работа по исследованию и сохранению объектов культурного наследия, как правило, требует привлечение целого ряда экспертов для проведения тщательной исторической оценки деревянных конструкций, охватывающей, в частности, такие области, как наука и технология древесины, строительное проектирование, архитектура, технологии сохранения и др. [4].
Особенные свойства древесины, которая обладает критической влажностью и рыхлостью структуры, неустойчивостью во времени, требуют принятия незамедлительных мер ее консервации.
water. In order for artifacts to survive from past civilizations, the artifact must survive Natures recycling chemistries.Перевод Попкова С.В.
Очень важной задачей при сохранении исторических памятников является выбор правильного способа их консервации [5].
Во избежание механических повреждений массивных деревянных строений требуются особые меры предосторожности. «В определенных ситуациях ухудшающие факторы можно контролировать путем замены старой древесины на новую. При этом оценить дальнейшее ухудшение состояния уже гниющей древесины чрезвычайно трудно. После «извлечения» артефакта из его среды перед нами встает вопрос о том, как его сохранить или законсервировать. Необходим какой-то метод для стабилизации и недопущения ухудшения его состояния. Анализ состояния древесины перед консервацией поможет улучшить ее технологию»2 [2].
Поскольку судить о состоянии объекта или материала по одному параметру часто является неэффективным, все чаще используются мультисенсорные методы, то есть сочетания сразу нескольких измерительных методик [6 ].
С течением времени некоторые свойства древесины меняются, вызывая постепенные преобразования. По мнению Yokoyama и др., старовозрастная древесина не претерпевает каких-либо значительных изменений по жесткости (в продольном и радиальном направлении) или прочности (в продольном направлении). Вместе с тем, исследователи считают, что возраст - это главный фактор постлинейных изменений, проявляющихся в заметном снижении прочности на разрыв поперек волокон [7].
Процесс хранения и естественного старения дерева сопряжен с рядом изменений - например, в окраске (выравнивание/потемнение): ель темнеет, в то время как клен и береза приобретают отчетливую желтизну, а иные породы - светлые оттенки различной интенсивности. Кроме того, возможно появление поверхностной неровности и эрозии весеннего слоя древесины под воздействием УФ-излучения и воды [8].
Древесина - один из немногих природных материалов, способных противостоять сжатию, растяжению и изгибающим напряжениям. Поэтому как строительный материал древесина использовалась исторически и повсеместно. Однако, данный материал все-таки подвержен распаду и старению, (иногда) требуя структурных вмешательств для поддержания своего состояния
[9].
Исследование процессов гниения древесины в водонасыщенных средах под воздействием бактериального разложения началось сравнительно недавно, но уже сделало тревожные выводы о состоянии опорных оснований исторических зданий Европы, а также археологического
2 Прим. In certain situations, the deteriorating factors can be monitored by installing fresh wood to the historical wood. It is extremely difficult to assess further deterioration in wood that already is decayed. Once the historical wood has been recovered from its
материала в обводненных средах. Оценка степени деградации является важным аспектом разработки мероприятий по стабилизации и/или сохранению состояния объектов [10].
Актуальность работы связана с необходимостью расширения знаний, разработки новых решений, а также технологических методов реставрации и сохранения деревянных конструкций уникальных культурных объектов.
Основу для проведения исследований составляют материалы зарубежных
исследователей: экспертов отдела охраны памятников старины Национального музея Дании; биосистемных разработок национальной лаборатории в Ризо Датского технического университета; Музея Васа, Стокгольм, Швеция; кафедры химии Шведского университета сельскохозяйственных наук и др..
Важно учитывать зарубежный опыт. Шведский военный корабль "Vasa", стал одним из первых затонувших деревянных кораблей и, конечно же, самый большой, к которому был применен метод сохранения объекта с использованием материала «полиэтиленгликоль». Он приобрел особую важность в деле сохранения объектов наследия, а именно, с точки зрения его химической устойчивости и способности проникать в переувлажненную древесину [11]. Микроскопические исследования и химический анализ показали достаточную сохранность древесины вследствие того, что на момент затопления судно было еще новым и что оно было построено в основном из сердцевины дуба (Quercus sp.), который обладает природной устойчивостью к гниению и поэтому широко использовался в судостроении [12].
Если такую древесину высушить и оставить без пропиточного состава, весьма скоро она начнет гнуться и растрескиваться. Нужен консервант, который бы заменил воду и при этом не испрялся. Именно таким консервантом и является ПЭГ, уже на раз доказавший свою эффективность после начала его применения в 1960-х гг. [13].
Цель - описание опыта по совершенствованию методов реставрации и сохранения уникальных деревянных конструкций, а также проведения исследований с использованием современных химических вспомогательных веществ.
Определены следующие задачи для исследования:
- изучение опыта зарубежных стран (кейс: военный корабль Васа, Швеция);
- представить результаты применения метода искусственного состаривания древесины и проведения исследований на примере древесных образцов (сосна, ель) с последующим нанесением химического вспомогательного вещества
environment, it becomes a question on how to preserve or conserve the artifact. Some method is needed to restore or stabilize the artifact from further degradation. Analyses of the wood before conservation will help to improve the conservation. Перевод Попкова С.В.
(«Глиоксаль») как производного материала полиэтиленгликоля;
- представить выводы по возможностям применения полученных результатов.
Научная новизна заключается в исследовании метода искусственного состаривания древесины (ультрафиолетовое облучение) с последующим нанесением химического вспомогательного вещества и оценке возможностей применения полученных результатов на объектах культурного наследия [14]. Анализ литературных источников свидетельствует об ограниченности публикаций по использованию этого метода на практике.
Метод (Methods).
Методология работы основывается на результатах фундаментальных и прикладных исследований отечественных и зарубежных ученых в области сохранения объектов культурного наследия, а также на общенаучных методах. В работе описываются результаты исследований, которые реализовал автор данной статьи.
Результаты и обсуждение (Results and Discussion).
За основу работы был взят опыт сохранения шведского корабля Васа (Vasa) [15].
Рисунок 1 - Корабль Baca, Музей Vasa, Стокгольм
Это уникальный сохранившийся корабль 17 века, который является объектом исследования и примером применения технологии для сохранения объектов культурного наследия путем использования химического вещества -полиэтиленгликоль (ПЭГ).
Существующие в 50-60х годах прошлого столетия методы обработки «мокрой» древесины были обобщены в докладе Шведского Совета национальной античности в 1959 г. (позднее Национальный совет по охране наследия). Одним из предложенных материалов для сохранения стал новый материал - полиэтиленгликоль (ПЭГ), разработанный в Швеции Rolf Morén и Bertil Centerwall, Mo & Domsjö AB (шведский патент № 157.302, 1952). ПЭГ - это синтетический полимер, химическая формула H(OCH2CH2)nOH [16].
Несмотря на отсутствие документально подтвержденного решения для использования ПЭГ в архивах проекта, можно сделать вывод, что в то время это был наиболее приемлемый доступный вариант для сохранения объектов. ПЭГ 4000 уже успешно был апробирован для обработки некоторых деревянных изделий - находок Vasa, поднятых в период 1957-1960 г.г., и именно эти результаты, а также отсутствие времени для проведения широкомасштабных испытаний стали основой для решения об использовании ПЭГ для корпуса Vasa [13].
ПЭГ представляет собой синтетический водорастворимый воск. Это обычный ингредиент в косметике, например, помады и кремы для лица, и часто используется в фармацевтической и пищевой промышленности. Эксперименты показали, что раствор ПЭГ может распространяться в древесине и заменять молекулы воды, и, таким образом, будет предотвращена растрескивание или усадка древесины.
В настоящее время ПЭГ является стандартным материалом для консервации «мокрой» древесины, и с тех пор он используется на ряде других затонувших объектов, во многом благодаря опыту Vasa.
На сегодняшний день промышленностью стран Евросоюза и Российской Федерации производятся ПЭГ различных марок и разной молекулярной массой, от ПЭГ-200 до ПЭГ-6000, где цифры после наименования обозначают последнюю [17].
Дискуссии о применении ПЭГ ведутся много лет, с тех пор, как он был использован для сохранения Vasa. Проводились исследования и предлагались другие материалы, такие как лактитол, азелаиновая кислота, водорастворимый кератин, лигнофенолы, кремниевые масла и т.д, но ПЭГ до сих пор демонстрирует лучшие результаты по таким параметрам, как надежность, повторяемость, простота использования и экономичность [12].
Основываясь на опыте в части использования ПЭГ 4000 (полиэтиленгликоля) для консервации и реставрации деревянных конструкций, необходимо не только применять уже существующие наработки в этой области, но и использовать новые способы с использованием материалов полученных путем окисления производных веществ, в частности этиленгликоля, кислородом воздуха в смеси с инертным газом на катализаторе, содержащим медь и кристаллическое серебро (патент RU 2 058 290 C1 СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИОКСАЛЯ) [18].
В результате получаем вещество «Глиоксаль». Данное химическое вещество очень схоже с ПЭГ по химическому составу и имеет один и тот же класс химической опасности- 3 (третий) (паспорта материалов), производится в России компанией «Новохим» (г.Томск) [19].
Наличие альдегидных групп в глиоксале позволяет, при определенных условиях, осуществить не только пропитку древесины, но и химическое взаимодействие компонентов древесины с альдегидными группами глиоксаля с образованием химических соединений (наподобие ацеталей и полуацеталей [20]. Установлено, что обработка тремя слоями глиоксаля значительно лучше защищает древесину от водопоглощения, чем один слой, разница же между двумя и тремя слоями незначительна. Поэтому в целях удешевления изделий из ДПК с таким наполнителем, целесообразно применять двухслойную пропитку [21].
Именно это вещество и берем для проведения исследований.
Методы искусственного старения
применяются, как правило, при выполнении реставрационных работ. С их помощью можно достичь высокого уровня имитации старинной древесины.
Британский научно-исследовательский центр FIRA (Furniture Industry Research Association) [22] разработал экспрессметод, обеспечивающий получение эффекта антикварной патины для мебели из недорогих пород древесины. Процесс, названный UV-pine, позволяет с помощью интенсивного ультрафиолетового облучения придать обычной сосновой мебели благородный вид «почтенной старины». Данный процесс
совершенно безвреден для окружающей среды и высоко экономичен при использовании. Оборудование, которое применяется для этой цели - везеромер. Это не что иное как испытательная климатическая камера QUV (аппарат искусственной погоды, установка типа УФИ) для ускоренного старения материалов и изделий под воздействием неблагоприятных погодных факторов и УФ-излучения.
Для реализации опытных испытаний автор выбрал за основу искусственного состаривания древесины метод ультрафиалетового облучения (излучения). Необходимость наличия аппарата, применяемого для получения данного эффекта, везерометра, послужило потребностью создания данного прибора собственными силами.
Далее в период февраль-июнь 2020г. были проведены исследования на примере древесных образцов (сосна, ель) с последующим нанесением химического вспомогательного вещества («Глиоксаль»), включая:
1)выбор образцов, подготовку образцов для испытаний, включая:
- состаривание образцов, используя прибор с УФ лампами;
-обработку и пропитку одним из перспективных пропитывающих агентов для древесины и изделий - «Глиоксалем».
2)проведение испытаний для определения оценки следующих характеристик:
- изменение массы образцов;
- изменение окраски образцов;
- водопоглощение;
- измерение поверхностного натяжения.
Работа по проведению исследований
проводилась на базе лаборатории кафедры композиционных материалов и строительной экологии высшей инженерной школы САФУ . [23].
Для проведения исследований использовались 48 деревянных брусков размером 30мм*60мм*150мм. Материал: сосна и ель.
Образцы были разделены на следующие группы: контрольные, искусственно состаренные (обработанные УФ), обработанные УФ и покрытые глиоксалем. Породы древесины: сосна и ель. Условные обозначения образцов (Е-ель, С-сосна).
Бруски пронумеровали.
Произвели замеры прибором (электронный штангенциркулем ШЦЦ-1-250-0.01) . Таким образом, геометрические размеры принимаем 30 мм на 60 мм на 150 мм в пределах допустимых погрешностей, которые составляют менее 1%.
Далее были проведены работы по состариванию образцов, используя созданный
прибор искусственного состаривания древесины. Состаривание происходит из расчета 40 часов нахождения в приборе с УФ лампами. Данная скорость старения материала равнозначна 1 году реального времени
Рисунок 3 -Начало работ
Был произведен визуальный осмотр образцов после проведения испытаний.
Рисунок 4 - Образцы после проведенных испытаний (ель/торец)
Изменение массы образцов
Рисунок 5 - Образцы после проведенных испытаний (ель/основная плоскость)
По результатам произвели измерения
По результатам испытаний произвели изменения массы образцов, обработанных измерения массы образцов, обработанных УФ «Глиоксалем».
излучением.
Результаты проведенной работы, динамика
Далее образцы обработали и пропитали изменения массы образцов представлены в «Глиоксалем». таблице 1.
После нанесения материала образцы с покрытием сушили в естественных условиях в течение двух дней.
Таблица 1
Результаты изменения массы образцов
Условное обозначение (ель) Масса, г. Условное обозначение (сосна) Масса, г.
Контрольные образцы
Е1 101,2 С1 103,44
Е2 114,12 С2 98,82
Е3 114,49 С3 98,51
Е4 114,63 С4 102,85
Е5 118,34 С5 117,33
Е6 113,12 С6 102,5
Образцы, обработанные УФ излучением
Е7 129,92 С7 89,6
Е8 130,5 С8 116,41
Е9 119,3 С9 95,08
Е10 126,19 С10 112,95
Е11 110,87 С11 95,66
Е12 109,44 С12 100,73
Образцы, обработанных «Глиоксалем»
Условное обозначение (ель) Масса, гр. Условное обозначение (сосна) Масса, гр.
Е7 131,8 С7 93,35
Е8 134,03 С9 99,07
Е9 122,62 С10 116,98
Е11 114,28 С11 100,48
Е12 112,7 С12 103,42
По результатам испытаний построены графики отдельно), обработанные УФ и покрытые изменения массы образцов (для сосны и ели «Глиоксаль».
Изменение массы образца после обработки Глиоксалем
«
а
00
ев ^
а |
о 1 120,00
ев ^ о чЪ
Л 110,00
100,00
E7 E8 E9 E10 Б11
Условное обозначение (ель)
E12
~~ Образцы, обработанные УФ излучением _ Образцу!, обработанные Глиоксалем
Рисунок 6 - Изменение массы образца после обработки «Глиоксалем» (ель) Изменение массы образца после обработки Глиоксалем
& 115,00
(ч '
и о я
а
ю о ев О
8
105,00
95,00
85,00
Условное обозначение (сосна)
_ Образцы, обработанные УФ излучением ~~ Образцы, обработанные Глиоксалем
Рисунок 7 - Изменение массы образца после обработки «Глиоксаль» (сосна)
В результате полученных измерений, можно сделать вывод о том, что масса образцов увеличилась и компонент глиоксаль не разложился при естественном высыхании.
Оценка изменения окраски материалов Для проведения исследования использовался прибор спектрофотометр Х-Яйе. Прибор
предназначен для измерения отношений двух потоков оптического излучения, один из которых — поток, падающий на исследуемый образец, другой — поток, испытавший то или иное взаимодействие с образцом и позволяет производить измерения для различных длин волн оптического излучения, соответственно в
результате измерений получается спектр отношений потоков.
Спектрофотометром производится измерение цвета в заданной области и разложение его на три величины L*, a*, b* (пространство Lab) - значение светлоты отделено от значения хроматической составляющей цвета (тон, насыщенность). Светлота задана координатой L, отображая коэффициент спектрального отражения (изменяется от 0 до 100, то есть от самого темного
до самого светлого), хроматическая составляющая - двумя декартовыми координатами а и Ь. Первая обозначает положение цвета в диапазоне от зеленого до красного, вторая — от синего до желтого.
Измерения проводились на основной плоскости образца и дублировались измерением боковой поверхности.
На основании полученных результатов составлены графики показателей цветности.
Показатели цветности контрольных образцов
90 89 J 88
£ 87 е
Й 86
3 85 к
о 84 С 83 82
Е 1
Е2
Е3
Е4
Е5
Е6
Условное обозначение (ель)
^^"Плоскость ^^"Боковая
Рисунок 8 - Показатели цветности контрольных образцов - (ель)
Показатели цветности контрольных образцов
87 86 85 84 83
ь л е
таза82 ё 81 П80 79 78
С1
С2 С3 С4 С5
Условное обозначение (сосна)
С6
^^"Плоскость ^^"Боковая
Рисунок 9 - Показатели цветности контрольных образцов (сосна)
Таким образом, цветность образцов может отличаться в зависимости от структуры древесины и точек измерения (основная плоскость или боковая), поэтому при выборе материала
реставрации нужно четко отслеживать структуру древесины.
Далее строим графики зависимости величины Ь (светлость) от а для образцов ели и сосны.
Рисунок 10 - График зависимости величины Ь от а для образцов ели и сосны
Рисунок 11 - График зависимости величины Ь от а для образцов после обработки УФ
Рисунок 12 - График зависимости величины L от а для образцов после обработки УФ и «Глиоксаль»
Результаты показывают, что присутствует На следующем этапе были построены графики
линейная зависимость величины Ь от а. Причем зависимости а от Ь для образцов ели и сосны. насыщенность тона после обработки глиоксалем возрастает.
а
Рисунок 13 - График зависимости, а от Ь для образцов ели и сосны
a
Рисунок 15 - График зависимости, а от b для образцов ели и сосны, после обработки УФ + «Глиоксаль»
Результаты показывают, что зависимости Для сравнения изменений окраски образцов
хроматической составляющей цвета (тон, построим графики до и после обработки насыщенность) a от b не наблюдается. «Глиоксалем».
Ель
82 80 78 76 74 72 70
E7 E8 E9 E11 E12
Рисунок 16 - Гистограмма изменения величины L после до и после обработки «Глиоксаль» (ель)
Сосна
81,5 81 80,5 80 79,5 79 78,5 78 77,5 77 76,5
С7 С9 С10 С11 С12
Рисунок 17 - Гистограмма изменения величины L после до и после обработки «Глиоксаль» (сосна)
Таким образом, преимущественно, испытуемые образцы приобретают более темный оттенок.
Определение водопоглощения
Оценка показателя производилась на основании ГОСТ 16483.20-72 [24].
Для испытания использовали 6 образцов, предназначенных для испытаний (контрольные, обработанные УФ излучением, УФ излучением и с нанесенным на них покрытием).
Через 24 ч вынули испытуемые образцы из воды, осторожно осушили, используя фильтровальную бумагу и сразу взвесили с точностью до 0,1 г.
Далее последовательно через каждые сутки (24 часа) проводили измерение массы образцов до состояния стабилизации.
Обработка результатов
Водопоглощение W, кг/(м2^ч05), рассчитывают по формуле
m — m W- m m
5•X05 '
где Ш1 - масса образца после проведения испытания, кг;
то - масса образца до проведения испытания,
кг;
- площадь испытуемой поверхности образца для испытаний, без учета площади изолирующего покрытия, м2;
t - время (настоящем стандарте 24 ч). Расчеты и полученные значения водопоглощения Ж при определенных соотношениях представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Результаты работ по оценке характеристики «водопоглощение»_
Условное обозначен ие образцов Время проведенное в водной среде, ч
0 24 48 72 96 12 14 0 4 168 192 216 240 264
С2 (конт) 98,82 119,4 4 125,5 129,8 3 133,8 1 Прогнозируемые величины 145,9 9 147,5 5 150,2 3 152,3 5 154,5
С8 (УФ) 116,4 1 139,1 9 146,6 5 151,9 7 156,9 1 168,9 1 171,2 4 173,9 3 175,2 3 177,9 4
С11 (УФ+Гл) 100,4 8 118,3 1 124,3 1 129,5 4 134,1 8 146,1 148,6 8 151,2 0 152,9 8 155,4 5
Е3 (конт) 114,4 9 136,1 6 143,2 1 148,8 0 154,0 3 165,8 9 168,8 5 171,1 1 172,3 7 174,7 7
Е10(УФ) 126,1 9 161,2 9 168,5 172,2 5 177,2 4 188,0 8 191,4 8 193,7 3 194,8 8 197,1 2
Е9(УФ+Гл ) 122,6 2 138,2 1 144,9 5 150,1 1 155,3 5 166,3 7 168,6 5 171,1 2 172,8 4 175,6
200
вТ 180
1160 (В Q.
ю о
го 120
и
140
и
(В
100 80
Водопоглощение (сосна)
24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 Время проведенное в водной среде, час
•Контрольный
УФ
УФ+Глиоксаль
Рисунок 18 - Динамика показателя «водопоглощение» (сосна)
220 rf 200 180
m
S. 160
ю о
140 120 100 80
Водопоглощение (ель)
0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 Время проведенное в водной среде, час
Контрольный УФ УФ+Глиоксаль
Рисунок 19 - Динамика показателя «водопоглощение» (ель)
0
В результате проведения опыта глиоксаль равномерно набирают массу. Как следствие, полностью растворился в воде. Все образцы конструкции (древесина), обработанные
«Глиоксаль», невозможно использовать во влажной среде (сваи, окладные венцы).
Измерение поверхностного натяжения Поверхностное натяжение -
термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого
изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.
В данном исследовании поверхностное и межфазное натяжение жидкостей определялось с
помощью метода падающей капли прибором Easy Drop по двум точкам (вода, декан).
Назначение прибора заключается в:
- измерении краевого угла смачивания поверхностей жидкостями;
- оценке однородности поверхности;
- сравнении поверхностей;
- изучении адгезионных свойств поверхностей;
- сродстве поверхности и покрытия. Программное обеспечение позволяет
контролировать процесс измерения контактного угла (КУ), рассчитывать свободную энергию поверхности (СЭП) твердых тел, поверхностное и межфазное натяжение жидкостей.
Рисунок 20 - Прибор EasyDrop
При проведении исследований, образец (поверхность) помещается на столик с подъемным механизмом (ручное управление) и за несколько секунд устанавливается в правильном положении относительно камеры. Система
одиночного/двойного дозирования быстро капает на поверхность, а регулируемая подсветка и система наведения резкости с 6-и кратным увеличением обеспечивает оптимальные условия изображения капли, после этого камера записывает цифровое изображение.
Программное обеспечение позволило рассчитать и запротоколировать КУ и СЭП.
Компактный прибор для измерения контактного угла EasyDrop USB работает с ноутбуком, благодаря чему прибор приобретает мобильность: он может быть легко перенесен и установлен на новом месте.
По результатам испытаний были построены графики поверхностного натяжения (сосна, ель).
Поверхностное натяжение (сосна)
80 70 60 50 40 30 20 10 0
Контрольный
УФ УФ+Глиоксаль
■ IFT(s) IFT(s,D) IFT(s,P)
Рисунок 21 - Поверхностное натяжение (сосна)
Поверхностное натяжение (ель)
80 70 60 50 40 30 20 10 0
II
Контрольный
УФ УФ+Глиоксаль
■ IFT(s) IFT(s,D) IFT(s,P)
Рисунок 22 - Поверхностное натяжение (ель)
После обработки «Гликсаль», поверхностное натяжение вырастает, что означает возможность использования конструкций, обработанных «Глиоксаль», в наружной среде.
Заключение (Conclusions).
1.Таким образом, шведский военный корабль "Vasa", стал один из первых затонувших деревянных кораблей и, конечно же, самый большой, к которому был применен метод сохранения объекта с использованием материала ПЭГ. Благодаря этому объекту, стало возможным исследовать результаты применения метода в долгосрочной перспективе, как успешный пример применения технологии для сохранения объектов, что может быть использовано для сохранения объектов культурного наследия деревянного зодчества.
2. В результате проведенных исследований, включая состаривание образцов, обработку и пропитку одним из перспективных
пропитывающих агентов для древесины и изделий - «Глиоксалем», проведение испытаний для определения оценки следующих характеристик: изменение массы, окраски образцов, водопоглощение, измерение поверхностного натяжения, сформулированы следующие выводы:
1)наблюдается эффект искусственного состаривания древесины при использовании метода УФ излучения, который может быть использован при планировании работ на объектах культурного наследия со сроком постройки более 100 лет;
2) использование вещества «Глиоксаль» рекомендуется для покрытия конструкций, эксплуатируемых в наружной среде, учитывая наличие дополнительных защитных свойств от атмосферных осадков (гидрофобность), которые приобретают деревянные конструкции при нанесении вещества;
3)использование вещества «Глиоксаль» не рекомендуется для покрытия конструкций, эксплуатируемых во влажной среде (сваи, окладные венцы).
References
1 R.M. Rowell, J. Barbour (Eds.), Archaeological wood: properties, chemistry, and preservation. American Chemical Society Advances in Chemistry Series 225, Washington, DC, 1980, 472 pp.
2 Thomas Nilssona, Roger Rowella. Historical wood - structure and properties // Journal of Cultural Heritage.2012. - Electronic text data. DOI:10.1016/j.culher.2012.03.016, free access (05.10.2020). - Title from screen.
3 R.M. Rowell, Handbook of wood chemistry and wood composites, Taylor and Francis, Boca Raton, FL, 2005, 487 pp.
4 Riggio, Mariapaola & D'Ayala, Dina & Parisi, Maria & Tardini, Chiara. (2017). Assessment of heritage timber structures: Review of standards, guidelines and procedures [Electronic resource] // Journal of Cultural Heritage. 2017. - Electronic text data. DOI: 31. 10.1016/j.culher.2017.11.007, free access (12.05.2020). - Title from screen
5 Федосенко, И. Г. Эффективность способов консервации древесины исторических памятников [Электронный ресурс] / И.Г.Федосенко // УДК 699.8 Белорусский государственный технический университет. - 2014. - Электрон. журн. - Режим доступа: https://elib.belstu.by/bitstream/123456789/20223/1/Fe dosenko 46-47.pdf, свободный (дата обращения : 13.05.2020). - Загл. с экрана
6 Peter Niemza, David Mannesb. Nondestructive testing of wood and wood-based materials// Journal of Cultural Heritage.2012. - Electronic text data. DOI: 10.1016/j.culher.2012.04.001. free access (05.10.2020). - Title from screen.
7 M. Yokoyama, J. Gril, M. Matsuo, H. Yano, J. Sugiyama, B. Clair, S. Kubodera, T. Mistutani, M. Sakamoto, H. Ozaki, M. Imamura, S. Kawai, Mechanical characteristics of aged Hinoki wood from Japanese historical buildings, C. R. Phys. 10 (2009) 601-611
8 W. Pitt, 33 Farbtafeln Parkett-Nadel-, Laub, Exotenhölzer vor und nach UVEinstrahlung, Holzmann Verlag, 2010.
9 André Jorissen. Structural interventions // Journal of Cultural Heritage.2012. - Electronic text data. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.culher.2012.05.001. , free access (05.10.2020). - Title from screen.
10 Jana Gelbricha, Carsten Maib, Holger Militzb. Evaluation of bacterial wood degradation by Fourier Transform Infrared (FTIR) measurements // Journal of Cultural Heritage.2012. - Electronic text data. DOI:10.1016/j.culher.2012.03.003 13S, free access (05.10.2020). - Title from screen.
11 Martin Nordvig Mortensen, Helge Egsgaard b, S0ren Hvilsted c, Yvonne Shashoua a, Jens Glastrup. Characterisation of the polyethylene glycol impregnation of the Swedish warship Vasa and one of
the Danish Skuldelev Viking ships // Journal of Archaeological Science.2007. - Electronic text data. DOI:10.1016/j.jas.2006.10.012, free access (05.10.2020). - Title from screen.
12 Hocker, Emma & Almkvist, Gunnar & Sahlstedt, Malin. The Vasa experience with polyethylene glycol: A conservator's perspective // Journal of Cultural Heritage. 2012. - Electronic text data. DOI: 13. S175-S182. 10.1016/j.culher.2012.01.017, free access (12.05.2020). - Title from screen.
13 Hafors, B. Procedures in selecting and evaluating the conservation liquid for the Vasa wooden material. Proceedings of the 7th ICOM-CC Working group on Wet Organic Archaeological Materials Conference [Text] / B. Hafors// Grenoble.-1998, 1999. - P. 87-94.
14 Российская Федерация. Законы. Об объектах культурного наследия (памятниках истории и культуры) народов Российской Федерации [Текст]: [Федеральный закон от 25.06.2002 N 73-ФЗ (ред. от 24.04.2020)] // СЗ РФ. -2002. - № 26, ст. 2519
15 Vasa museet [Electronic resource]// -Electronic text data. - Mode of access: https://www.vasamuseet.se/besok, free access (10.02.2020). - Title from screen
16 Stromberg, A. Konservering av vattendrankt tra Regalskeppet Wasa [Text] / A. Stromberg //Statens Sjohistoriska Museum meddelanden 7, Stockholm, 1959.
17Никитин, М. К. Мельникова, Е. П. Химия в реставрации. Справочное пособие [Текст] / М.К. Никитин, Е.П. Мельникова. - Ленинград: 1990. - 304 с
18Водянкина, О. В. Глиоксаль [Текст] : моногр. / О. В. Водянкина, Л. Н. Курина, Л. А. Петров. - Москва, 2007. - 247 с.
19Группа компаний «Новохим»
https://novochem.ru
20Никулин, С. С. и др. Отходы и побочные продукты нефтехимических производств - сырье для органического синтеза [Текст] /С.С. Никулин -Москва: Химия, 1989. - 240 с.
21Стородубцева, Т. Н, Аксомитный, А А, Никулин, С.С., Губин, А.А. Защитная обработка древесины глиоксалем [Текст] // Лесотехнический журнал. - 2017. -№2 (26). - С. 148-154.
22Furniture Industry Research Association [Electronic resource] //- Electronic text data. - Mode of access : www.fira.co.uk, free access (13.05.2020). -Title from screen.
23Кафедра композиционных материалов и строительной экологии высшей инженерной школы САФУ https://narfu.ru/hseng/struktura-i-kontakty/kafedry/kkmise/
24 СССР. Государственный комитет стандартов Совета Министров СССР. МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
16483.20-72. ДРЕВЕСИНА. Метод определения водопоглощения [Электронный ресурс]: Постановление Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 21.12.72 N
2300. Электронные текстовые данные - Режим свободный (дата обращения: 12.01.2020). - Загл. с доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200014959, экрана.
УДК 62-565
К ВОПРОСУ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ _РАБОТЫ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНЫХ УСТАНОВОК_
DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2021.7.84.1310
Пронина А.К.
ФГАУ ВО «Севастопольский государственный университет» Морской институт кафедра «Судовое электрооборудование»
ON THE ISSUE OF IMPROVING THE QUALITY OF ELECTRICITY IN THE TRANSIENT OPERATING MODES OF MARINE DIESEL GENERATOR SETS
A.K. Pronina
FSAU VO "Sevastopol State University" Marine Institute Department "Ship Electrical Equipment»
АННОТАЦИЯ
Исследуется работа дизель-генераторных установок (ДГУ) в условиях значительных отклонений частоты при резких изменениях нагрузки. Системы, содержащие мощные статические преобразователи в переходных режимах работы, испытывают резкое ухудшение качества электроэнергии по показателю несинусоидальности напряжения. Использование фильтро-компенсирующих устройств в условиях отклонения частоты оказывается не эффективно. С целью улучшения качества переходного процесса предлагается снизить провалы скорости (частоты) увеличением инерционной массы ДГУ путем навешивания маховика.
ABSTRACT
The operation of diesel generator sets (DGS) under conditions of significant frequency deviations with sharp load changes is investigated. Systems containing powerful static converters in transient operating modes experience a sharp deterioration in the quality of electricity in terms of non-sinusoidal voltage. The use of filter-compensating devices in conditions of frequency deviation is not effective. In order to improve the quality of the transition process, it is proposed to reduce the speed (frequency) dips by increasing the inertial mass of the DGU by hanging the flywheel.
Ключевые слова дизель-генераторные установки, газотурбинный наддув, момент инерции установки, качество переходного процесса, отклонения частоты, несинусоидальность напряжения, фильтро-компенсирующие устройства, инерционный маховиковый накопитель
Keywords: diesel generator sets, gas turbine supercharging, moment of inertia of the installation, quality of the transient process, frequency deviations, voltage non-sinusoidality, filter-compensating devices, inertial flywheel drive
Объектом исследования являются судовые электроэнергетические системы (СЭЭС), в которых имеют место режимы со значительными колебаниями нагрузки. Ввиду ограниченной мощности дизель-генераторных установок, в судовой сети могут возникнуть значительные отклонения частоты при внезапных набросах и сбросах нагрузки на генератор.
При резком увеличении нагрузки на генератор на валу ДГУ мгновенно возникает тормозной электромагнитный момент М [Н>м], определяемый по формуле
р п
где Рнг- набрасываемая мощность (Вт);П -скорость вращения вала генератора (1/с).
Согласно уравнению движения привода
йП
М„-М = 3—< 0 , д dt
(2)
где Мд - момент дизеля; 3 - момент инерции установки.
При резком увеличении момента возникает отрицательное ускорение, при этом скорость и частота генератора уменьшаются. Очевидно, что быстрота падения скорости ограничивается только за счет механической инерционности вращающихся масс дизеля и генератора. Характерный вид переходных процессов изменения скорости дизеля на рис.1.
