История кафедры криогенной техники ИТМО

В 1953 г. решением Минвуза СССР в Ленинградском технологическом институте холодильной промышленности была организована кафедра глубокого охлаждения и разделения газов. Первым заведующим кафедрой стал доцент, кандидат технических наук Иван Кузьмич Кондряков, вместе с ним здесь же начал работать кандидат технических наук, доцент Семен Самойлович Будневич (оба впоследствии профессора, доктора технических наук) и преподаватели Владимир Николаевич Базовский и Евгений Леонидович Федотов. Первое заседание кафедры состоялось 29 августа 1953 г.

Открытию кафедры способствовал академик П.Л. Капица (1894–1984). Он был одним из выдающихся ученых нашей страны, лауреатом Нобелевской премии (1978), директором Института физических проблем (ИФП) АН СССР.

Можно сказать, что становление кафедры как педагогического и научного подразделения института началось с 1955 г., что было связано с приходом на кафедру профессора, доктора технических наук Константина Ивановича Страховича. Через относительно короткий промежуток времени к работе на кафедре был привлечен целый ряд специалистов, работавших на предприятиях и в НИИ.

В их числе – выдающийся ученый и крупнейший специалист в области стационарного турбокомпрессоростроения, главный конструктор компрессорных машин Невского машиностроительного завода им. В.И. Ленина доктор технических наук, профессор Владимир Федорович Рис.

Коллектив кафедры криогенной техники (1981 г.)

Другим известным ученым, который в это же время начал работать на кафедре, был доктор технических наук, профессор Марк Исаакович Френкель, до этого работавший в ЛенНИИхиммаше в должности начальника отдела поршневых компрессорных машин.

В эти же годы в сектор НИСа кафедры стали привлекать к преподавательской и научной работе молодых инженеров.

Так, в 1957 г. ассистентом стал выпускник кафедры Г.А. Головко, а в 1958 г. сюда поступили ее выпускники Л.А. Акулов и В.Б. Ржевская, а также В.Н. Новотельнов; к преподавательской работе в 1960 г. приступил К.Я. Шмалько.

Начала активно работать аспирантура кафедры, которая готовила научные и преподавательские кадры высшей квалификации не только для нашего института, но и для многих предприятий, НИИ и вузов, расположенных в других городах.

Первым аспирантом кафедры, успешно защитившим кандидатскую диссертацию, был впоследствии заведующий кафедрой экономики и проректор института по учебной работе Н.В. Крылов. В дальнейшем диссертационные работы выполнили сотрудники кафедры В.Н. Новотельнов, Г.А. Головко, Е.И. Борзенко, Л.А. Акулов, С.В. Холодковский, О.В. Пахомов и другие.

Профессор Л.А. Акулов ведет практические занятия по курсу «Криогенные системы и установки»

Большая группа аспирантов кафедры состояла из сотрудников НПО «Микрокриогенная техника» города Омска, в числе которых были А.К. Грезин, Л.Л. Штейн, В.Г. Бахнев и И.Х. Карагусов. Все они успешно защитили кандидатские диссертации и в последующие годы составляли основу административного и научного руководства НПО «Микрокриогенная техника», а А.К. Грезин долгое время был генеральным директором ООО НТК «Криогенная техника».

В последующие годы закончили аспирантуру кафедры и успешно защитили кандидатские диссертации некоторые преподаватели и научные сотрудники Омского политехнического института, Казахского химико-технологического института, НИИЭФА им. Д.В. Ефремова, ГОИ им. С.И. Вавилова, СПбИЯФ им. Б. Константинова и ряда других.

Интенсивно проводилась работа по расширению и оснащению оборудованием учебной лаборатории кафедры.

Начальный период становления кафедры был достаточно трудным за неимением лабораторной и научной базы. Лаборатория, созданная на базе кафедры холодильных машин, состояла из помещений площадью 12–14 м2, где размещалась немецкая установка, работающая по циклу К. Линде, производительностью 1,5–2 л жидкого воздуха в час.

В достаточно короткий срок были смонтированы и введены в эксплуатацию кислородная установка типа СК-12М, а также поршневой воздушный и ротационный компрессоры.

В соответствии с приказом Минвуза РСФСР с 1967 г. ежегодный выпуск инженеров по машинному оборудованию и установкам глубокого холода в ЛТИХП был увеличен до 60 человек. Несколько раньше на вечернем факультете института одну группу студентов стали готовить по специальности «Инженер глубокого охлаждения». Таким образом, суммарный прием абитуриентов по этой профессии в институте вырос до 100 человек.

В 1974 г., в соответствии с приказом Минвуза СССР, вместо специализации «Машины и установки глубокого холода», входившей в специальность 0529 «Холодильные и компрессорные машины и установки», была открыта специальность 0579 «Криогенная техника» со специализациями «Криогенные машины и установки» и «Установки сжижения и разделения газов».

Еще одна реорганизация процесса обучения прошла на кафедре с введением специальности 16.03 «Техника и физика низких температур» в 1987 г. Позднее эта специальность, без изменения названия, получила номер 070200.

В 1974 г. кафедру возглавил доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации Георгий Анатольевич Головко, который проработал в этой должности до 1993 г. С 1975 г. кафедра стала называться кафедрой криогенной техники. С 1993 по 2007 гг. ею руководил профессор, заслуженный работник высшей школы Российской Федерации Леонид Алексеевич Акулов. В последующий период ее заведующим являлся доктор технических наук, профессор, заслуженный работник высшей школы Российской Федерации, лауреат премии Правительства Российской Федерации в области образования Евгений Иванович Борзенко. С 2015 года до реорганизации кафедрой заведовал доктор технических наук, профессор, почетный работник высшей школы РФ Александр Юрьевич Баранов.

На кафедре криогенной техники по всем дисциплинам разработаны учебно-методические комплексы изучаемых предметов, включающие рабочую программу, методические рекомендации по преподаванию дисциплины для преподавателей, а также набор методических указаний и рекомендаций по ее изучению и освоению.

В лаборатории криогенных газовых машин. Профессор Е.И. Борзенко проводит занятия в группе повышения квалификации инженерного состава

Одновременно с началом учебной работы сотрудники и преподаватели кафедры стали активно заниматься научной деятельностью. Одной из первых научных работ, выполненных под руководством С.С. Будневича и И.К. Кондрякова, была модернизация ВРУ ТК-200. Модернизация этой установки позволила получить наряду с жидким также и газообразный кислород. При этом производительность установки возросла почти в два раза, что существенно снизило удельные энергозатраты на получение кислорода. Академик П.Л. Капица положительно оценил проведенную кафедрой работу.

В течение всего периода с момента создания кафедры ведется научная работа, основное направление которой касается совершенствования и разработки методов расчета и конструкций машин, аппаратов, установок и систем криогенной техники.

В соответствии с этим направлением наметился круг научных интересов и возникли определенные научные школы, основателями и научными руководителями которых были ведущие профессора кафедры.

Организатором направления, связанного с совершенствованием компрессорных и расширительных машин, был профессор К.И. Страхович. Параллельно с этим под руководством профессора С.С. Будневича проводились работы по усовершенствованию аппаратов и установок разделения воздуха. Позднее на их основе выделились два вида научных работ. Один был связан с получением особо чистых веществ методом низкотемпературной ректификации, и эти работы продолжаются под руководством профессоров Л.А. Акулова и Е.И. Борзенко, а второй касался проблем низкотемпературной адсорбционной очистки газов (руководитель профессор Г.А. Головко). В результате проведенных работ при участии кафедры был создан ряд промышленных модулей для получения особо чистого О2, азота высокой чистоты и других газов и жидкостей.

Впервые в СССР на промышленных установках был опробован метод низкотемпературной адсорбционной очистки аргона от кислорода. Первоначальные исследования проводились в целях совершенствования и анализа схем ВРУ большой производительности, которые работали по циклу низкого давления с одновременным получением жидкого и газообразного кислорода. Профессора С.С. Будневич и И.К. Кондряков для получения продуктов разделения воздуха в жидком виде разработали модель ВРУ, работающую по совмещенному детандерному циклу. Кроме того, профессор С.С. Будневич проводил исследования работы регенераторов ВРУ с целью совершенствования методов их расчета.

Рядом преподавателей и сотрудников кафедры под руководством доктора технических наук, профессора, почетного работника высшей школы РФ И.К. Прилуцкого и доктора технических наук, профессора, заслуженного машиностроителя РФ Л.Г. Кузнецова проводятся комплексные исследования по совершенствованию рабочих циклов и систем газораспределения детандерных ступеней; обоснованию целесообразности применения неметаллических материалов в элементах поршневых компрессорных и расширительных машин; разработке высокооборотных малорасходных воздушных и газовых агрегатов многофункционального назначения в «сухом» исполнении на базах компрессоров с традиционным (кривошипно-шатунным) и специфическими (аксиальными и др.) механизмами движения.

В лаборатории кафедры совершенствуются способы расчета компрессорных и детандерных ступеней, а также методы экспериментального стенда.

Профессором И.К. Прилуцким и его учениками выполнен большой объем работ по созданию поршневых детандеров нового поколения на унифицированных базах. Эти работы успешно проводятся с такими санкт-петербургскими организациями и предприятиями, как ОАО «Компрессор», ОАО «НИИхиммаш», ОАО «Пневматика» и рядом других.

Занятие под руководством профессора И.К. Прилуцкого в компьютерном классе

В середине 80-х годов прошлого столетия под руководством профессоров Л.А. Акулова и Е.И. Борзенко совместно с АтлантНИРО начали проводиться работы по использованию азотных технологий в процессах охлаждения и замораживания рыбы, что в дальнейшем получило широкое распространение. Для одного из отечественных рыбокомбинатов совместно с ООО «Пищепроект» была разработана, изготовлена и пущена в эксплуатацию скороморозильная установка туннельного типа АСУ-1, которая обеспечивала замораживание судака и окуня. Эта установка после незначительной модернизации успешно работает в течение ряда лет при средней производительности 400 кг рыбы в час. По заданию ОАО «Самсон» были разработаны специальные азотные рефрижераторные установки, размещаемые в теплоизолированных кузовах грузовых автомашин. Это позволило при развозке мясных изделий и полуфабрикатов в летнее время сохранять их качество и товарный вид в течение рабочего дня, несмотря на частое открывание дверей.

Совместно с ЗАО «НЕЛА» (Санкт-Петербург) была разработана система быстрого замораживания с помощью жидкого азота хлебобулочных изделий для их последующего хранения в стационарных холодильных камерах. Длительная эксплуатация таких установок подтвердила высокую эффективность этого способа и высокое качество продукции, получаемой после размораживания и выпечки.

Следует отметить комплекс исследований по совершенствованию криовакуумных насосов, проведенный доктором технических наук, профессором, почетным работником высшей школы РФ Владиславом Ивановичем Ивановым, а также цикл исследований системы охлаждения криотурбогенераторов жидким гелием сверхкритического давления, выполненных профессорами В.Н. Новотельновым, Е.И. Борзенко и Л.А. Акуловым для АО «Электросила» и НИИ «Электромаш» АН СССР.

Под руководством профессора С.С. Будневича на кафедре был выполнен большой объем научных работ по газификации углей Канско-Ачинского месторождения, связанных с комплексной межвузовской программой «Энергия».

В то же время на кафедре под руководством д.т.н., профессора Г.А. Головко совместно с медицинскими ВУЗами Ленинграда были начаты исследования направленные на разработку криомедицинской аппаратуры. Были изготовлены и испытаны: прототип криодеструктора для операций в верхних бронхах и первый в СССР аппарат для физиотерапевтичского использования криогенных температур, который в последствии стали называть криосауной. Исследования в области техники и технологии общего криотерапевтического воздействия продолжил аспирант Г.А. Головко, Баранов А.Ю., который в 1991 году защитил кандидатскую диссертацию по этому направлению. Работы в этой научно-практической области продолжатся. Их результатом стала организация производства отечественных аппаратов для общей криотерапии, которые были внедрены в клиническую практику в 1998 году. В рамках работ в области криомедицинской техники сформировалась научная школа, в рамках которой защищено 7 кандидатских и одна докторская диссертация. С 2003 года аппаратура для общей криотерапии экспортируется во все страны мира, в том числе США, Японию, Китай, Индию, Южную Корею, Австралию, Гватемалу, Страны Евросоюза. Криосауны разработанные на кафедре использовались сборными командами на универсиаде в Казани 2013 г, олимпийских играх в Сочи 2014 г, на чемпионате мира во футболу 2018 г.

Доценты кафедра криогенной техники О.В. Пахомов инициировал начало исследований в области новых способов трансформации теплоты, использованию электрокалорического и магнитокалорического эффектов.

Результаты большинства из выполненных на кафедре научно-исследовательских работ были опубликованы в 20 монографиях, написанных сотрудниками кафедры, и в многочисленных статьях отечественных и зарубежных периодических изданий. Их содержание широко освещалось в многочисленных докладах, конгрессах, конференциях, семинарах и симпозиумах, проходивших в нашей стране и за рубежом. В 2018 году кафедра по поручению международного института холода провела международную конференцию «3rd IIR conference on cold applications in life sciences – cryotherapy and cryopreservation».

В связи с развитием в Российской Федерации сферы производства, хранения и транспортирования сжиженного природного газа сотрудники кафедры д.т.н., профессор Баранов А. Ю. и доцент, к.т.н. Зайцев А. В. включились в исследования, направленные на разработку отечественных технологий получения сжиженного природного газа и аппаратуры для его производства, хранения и транспортирования. По этому направлению развернута подготовка магистров и аспирантов, защищены первые квалификационные работы.

К 2024 г. исследования по направлению техника и технология сжиженного природного газа стали основным направлением научно-практической деятельности профессорско- преподавательского состава и учащихся кафедры. Основная идея технологических и конструкционных разработок заключалась в адаптации апробированных криогенных технологии к специфическим требованиям отрасли производства, хранения, транспортирования и использования сжиженного природного газа. По контракту с республикой Беларусь ученые кафедры разработали криогенный топливный бак для большегрузного карьерного самосвала, работающего на газомоторном топливе. Группа сотрудников и аспирантов кафедры подключились к междисциплинарному исследованию Университета ИТМО в рамках проекта «Разработка моделей технологических схем низкотемпературных процессов подготовки газа и средств автоматизации их использования в инженерном пакете». Активно заработали магистратура и аспирантура по направлению техника и технология сжиженного природного газа. Защищено свыше 120 магистерских диссертаций. Обучается 16 аспирантов, трое из которых представили диссертации к защите. Выпускники, получившие специализацию «Техника и технологии сжиженного природного газа» работают на крупнейших предприятиях России: «Сахалин СПГ», «Ямал СПГ» и «Криогаз-Высоцк» и т.д.

Научные работы кафедры защищены многочисленными авторскими свидетельствами на изобретения СССР, патентами РФ и более чем 40 зарубежными патентами в США, Японии, Великобритании и других странах.

За годы существования кафедры подготовлено более 5000 инженеров, 65 кандидатов наук и 18 докторов наук, специализирующихся в области криогенной техники, которые работают в многочисленных учебных и научных организациях, а также на промышленных предприятиях нашей страны.