PNIPU

Полиамид 12 – один из ключевых материалов в 3D-печати, сочетающий прочность, гибкость, химическую стойкость и биосовместимость. Этот универсальный пластик используют в авиа- и машиностроении, а также в медицине для создания протезов и имплантатов. Однако недостаток полимерных материалов в их пористости и хрупкости, которые можно устранить, добавляя стеклянные волокна. Ученые Пермского Политеха провели масштабное исследование и выяснили, что правильный выбор формы стеклянных частиц и ориентации печати может кардинально изменить свойства конечного продукта и повысить прочность на 23-44%. Результаты помогут создавать более надежные композитные изделия с определенными характеристиками для высокотехнологичных отраслей.

Статья опубликована в «Международном журнале передовых производственных технологий», 2025. Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда (№ 22–79-10350).

Детали из полиамида 12 часто изготавливают методом селективного лазерного спекания – это технология 3D-печати, которая основана на соединении полимерного порошка лазером, за счет чего слой за слоем создается изделие любой формы. Таким способом можно получать сложные решетчатые структуры с минимальным весом и максимальной прочностью, что особенно востребовано в авиации, например, для обшивки салона самолета, деталей подшипников, корпусов БПЛА.

Такой полимер обладает высокой прочностью и хорошей устойчивостью к усталости, то есть способностью долго не разрушаться под нагрузками. Однако детали, изготовленные методом селективного лазерного спекания, могут быть хрупкими из-за внутренней пористости. Исправить это можно с помощью специальных армирующих элементов, которые добавляются в состав порошка для укрепления структуры. Сейчас в качестве такого модификатора активно рассматриваются стеклянные волокна, способные улучшить механические свойства будущей детали.

Ученые Пермского Политеха в ходе масштабного исследования выяснили, что на характеристики композитного изделия сильно влияет как форма стеклянных частиц, так и ориентация печати.

Политехники изготовили образцы из полиамида с добавлением стеклянных частиц в виде шариков и коротких волокон, используя горизонтальную и вертикальную ориентацию печати. После провели комплексные испытания (растяжение, изгиб, сжатие, ударную вязкость, вязкость разрушения и испытания на усталость) и сравнили полученные характеристики с показателями чистого полиамида без добавок.

– Эксперименты показали, что состав материала необходимо выбирать в зависимости от того, при каких нагрузках будет использоваться деталь. Так, применение стеклянных шариков немного снизило прочность образцов при испытаниях на разрыв и ударную вязкость. Чистый полиамид менее жесткий, но показал лучшую прочность в этих испытаниях. Образцы с неравномерным распределением коротких стеклянных волокон в полимере ухудшили большинство показателей, включая прочность и пластичность, – рассказывает Михаил Ташкинов, заведующий научно-исследовательской лабораторией «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.

Политехники отмечают, что на свойства детали значительно влияет ориентация печати. Образцы, напечатанные горизонтально, оказались на 23-44% прочнее, чем вертикальные, из-за лучшего распределения нагрузки и меньшего количества слабых мест между слоями. Этот фактор важно учитывать при проектировании изделий и подготовке моделей к печати.

– С точки зрения промышленного применения выбор конкретного материала должен зависеть от точных условий эксплуатации детали, вида и величины предполагаемых нагрузок. Наше исследование показало, что для жестких конструкций его предпочтительнее укреплять стеклянными шариками. Например, в корпусах и оболочках приборов электроники, где важна высокая жесткость и стабильность размеров, а также в конструкционных компонентах дронов и аэрокосмической техники. А если в приоритете ударопрочность, лучшим решением станет чистый полиамид без наполнителей. Например, в съемных элементах и деталях, работающих в условиях износа и ударов, таких как протезы, – объясняет Илья Виндокуров, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ.

Ученые Пермского Политеха выяснили, что небольшие изменения в составе материала и параметрах печати могут кардинально поменять свойства конечного продукта. Полученные результаты позволят создавать композитные детали с определенными характеристиками под конкретные задачи. Это открывает новые возможности для аддитивного производства, особенно в областях, где критичны точность и надежность.

В 2021 году препарат был признан эффективным средством для снижения массы тела у людей, страдающих ожирением. Данные о клиническом испытании лекарства были опубликованы в New England Journal of Medicine. Треть участников исследования потеряли около 20% веса. При этом, в отличие от других подобных препаратов, он крайне редко вызывал побочные эффекты.

Как работает препарат и сколько килограммов можно сбросить

Как уже говорилось ранее, Оземпик эффективен для снижения веса благодаря комплексному воздействию семаглутида на организм: он замедляет опорожнение желудка, продлевая чувство сытости и уменьшая общее потребление пищи.

— Помимо прочего, он воздействует на области мозга, отвечающие за аппетит, снижая тягу к еде. Кроме того, вещество способствует регулированию уровня глюкозы в крови, уменьшая резкие скачки сахара, которые могут вызывать чувство голода. Средняя потеря веса при использовании Оземпика варьируется и зависит от индивидуальных особенностей организма, дозировки и образа жизни, — отмечает Лариса Волкова.

Препарат демонстрирует дозозависимый эффект. Это означает, что повышенные дозы могут оказывать более выраженное воздействие на уровень глюкозы и вес. Лечение обычно начинается с небольшого количества, которое постепенно увеличивается под наблюдением врача для достижения оптимального терапевтического эффекта и минимизации побочных явлений.

Важно отметить, что эффективность инъекции максимальна в сочетании со здоровым образом жизни. Сбалансированная диета с ограничением калорий и достаточным количеством белка, а также регулярные физические упражнения способствуют более быстрому и устойчивому снижению веса. Клинические испытания показали, что пациенты, принимавшие максимальную дозу Оземпика (2 мг) и соблюдавшие рекомендации по питанию и физической активности, в среднем худели быстрее в отличие от тех, кто принимал плацебо – вещества без лечебного действия или более низкие дозы препарата.

По словам ученой, сложно говорить о конкретных сроках появления результата. Некоторым пациентам достаточно нескольких недель, чтобы заметить первые положительные изменения, в то время как другим может потребоваться несколько месяцев для достижения желаемого эффекта. Ключевым фактором является соблюдение рекомендаций врача и приверженность здоровому образу жизни. Пациентам следует регулярно наблюдаться у врача для оценки эффективности лечения и корректировки дозы при необходимости.

После прекращения приема препарата возможен обратный эффект — восстановление исходного веса или даже его увеличение. Это связано с тем, что инъекция не устраняет глубинные причины избыточной массы тела, а лишь временно модулирует пищевое поведение. Без коррекции диеты, физической активности и образа жизни нейроэндокринные сигналы голода могут вернуться к исходным показателям.

Дряблая кожа и выпадение волос: почему возникают побочные эффекты

Прием Оземпика сопряжен с рядом сопутствующих реакций. Наиболее распространенными являются желудочно-кишечные расстройства: тошнота, диарея, запоры. В отдельных случаях наблюдаются системные эффекты — головные боли, гипогликемия, аллергические реакции, депрессии. Отдельного внимания заслуживают изменения состояния кожи и волос.

— Дряблость и сухость кожи, эффект уставшего лица, а также выпадение волос не являются универсальными побочными эффектами Оземпика и наблюдаются далеко не у всех пациентов. Однако данный эффект имеет место быть и как правило уже через три месяца после приема. Эти проявления, если они возникают, чаще связаны с быстрым похудением в целом, а не с конкретным воздействием препарата. Экстремальное похудение может лишить кожу необходимого объема, что приводит к ее обвисанию и потере эластичности. Недостаток питательных веществ и стресс, вызванный ограничением в питании, также может негативно сказаться на состоянии волос. Для минимизации подобных рисков необходим контроль биохимических показателей крови и дополнительный прием витаминно-минеральных комплексов. Если же проблема становится серьезной, необходимо обратиться к врачу для консультации и корректировки лечения, — поясняет Лариса Волкова, профессор кафедры экологии Пермского Политеха, доктор медицинских наук.

Кому тренд принесет больше вреда, чем пользы

Препарат категорически противопоказан при беременности, лактации, хронических заболеваниях желудочно-кишечного тракта (панкреатит, гастропарез), эндокринных нарушениях и индивидуальной непереносимости компонентов. Перед назначением обязательна консультация эндокринолога и оценка общего состояния здоровья, так как необоснованный прием может усугубить скрытые патологии.

— Решение о применении инъекций для похудения должно основываться на балансе потенциальной пользы и рисков. Использование медикаментозной терапии оправдано только в тех случаях, когда ожирение устойчиво к немедикаментозным методам и представляет угрозу для здоровья, поэтому Оземпик — это не «волшебная таблетка», а инструмент, требующий осознанного подхода и обязательного медицинского сопровождения, — отмечает эксперт Пермского Политеха Лариса Волкова.

Влияние на рак

В последнее время в средствах массовой информации и научных кругах активно обсуждается вопрос о возможном влиянии препарата «Оземпик» (действующее вещество — семаглутид) на риск развития рака.

— Важно отметить, что на данный момент эта тема находится в стадии активного изучения, и однозначных выводов о связи между «Оземпиком» и раком нет. Некоторые предварительные исследования и наблюдения вызвали интерес к этой теме, но результаты пока противоречивы. Важно отметить, что на данный момент научные данные о влиянии «Оземпика» (семаглутида) на риск развития рака противоречивы и не позволяют сделать однозначных выводов. Для выяснения этого вопроса необходимы дополнительные углубленные исследования, — говорит Сергей Солодников, кандидат медицинских наук, научный консультант по вопросам фармакологии НОЦ ХимБИ ПНИПУ.

Как долгосрочный прием влияет на метаболизм

Поскольку Оземпик — это не биологически активная добавка, а рецептурный препарат, предназначенный для лечения диабета 2-го типа, он рассчитан на длительное применение. Если врач назначает его для снижения веса, то прием ведется курсами.

— Действие инъекции при применении от 5 до 10 лет пока изучено не до конца. Исследования, которые подтвердили его безопасность и эффективность, проводились в течение ограниченного времени — это стандартная практика для новых лекарств. На сегодняшний день нет доказательств того, что длительный прием препарата вызывает опасные для жизни осложнения. Однако нельзя исключать теоретически возможные риски. Например, в редких случаях вещество семаглутид может чрезмерно стимулировать клетки поджелудочной железы, что иногда приводит к ее воспалению. Продолжительное воздействие на расщепление жиров может нарушить способность организма адаптироваться к изменениям в питании или нагрузках, — говорит Сергей Солодников, кандидат медицинских наук, научный консультант по вопросам фармакологии НОЦ ХимБИ ПНИПУ.

Важно помнить, что применение лекарства без консультации с врачом может привести к серьезным последствиям. Кроме того, из-за ажиотажа вокруг препарата участились случаи продажи подделок. Такие «аналоги» часто содержат непредсказуемые компоненты, вызывающие отравление или аллергические реакции.

В условиях плотной городской застройки возведение нового здания осложняется множеством факторов. В частности, устройство свайного фундамента ударными методами вызывает колебания, которые могут повредить соседние постройки. Раньше расчет безопасного расстояния до существующих рядом сооружений инженеры проводили вручную, что часто приводило к некорректным результатам и занимало много времени. Сегодня современные технологии дают возможность повысить качество этого процесса. Ученые Пермского Политеха разработали программу, которая позволяет быстро в полевых условиях определить минимально допустимое расстояние до существующего здания. По сравнению с ручными расчетами, способ обеспечивает 95%-ную точность.

На программное обеспечение выдано свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2025660379 Федеральной службой по интеллектуальной собственности. Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

Свайный фундамент служит в качестве несущего элемента для жилых зданий, коммерческих сооружений, трубопроводов и многих других сооружений. При его проектировании важно учитывать, как забивка свай повлияет на близлежащие здания. Необходимо правильно рассчитывать расстояние между ними, чтобы возникающая вибрация от забивки свай в грунт минимально воздействовала на соседние постройки и не привела к их повреждению.

В настоящее время такие расчеты выполняются вручную по методикам ведомственных строительных норм (ВСН 490-87) на основе приведенных там графиков и формул. Они устанавливают предельные уровни колебаний грунта и определяют безопасную зону их влияния. Однако это занимает большое количество времени, а также часто приводит к ошибкам и неточностям из-за человеческого фактора. Новые технологии позволяют интегрировать положения этой методики в более современные подходы к расчетам.

Ученые Пермского Политеха представили программу, которая на основе исходных данных о типе грунта и состоянии сооружений автоматически определяет возможность погружения свай вблизи существующих зданий в соответствии с ВСН 490-87. Решение исключает ошибки, возникающие при ручном расчете, и делает процесс доступным даже в полевых условиях.

ПО включает в себя пользовательскую форму ввода данных (свойства грунта, параметры свай и зданий), внутреннюю расчетную часть и форму вывода полученных результатов в удобном для специалиста текстовом виде.

На основе введенных характеристик программа рассчитывает минимально допустимое расстояние до соседних объектов, при котором их устойчивость не нарушится.

– Существуют коммерческие программы для подобных геотехнических расчетов (например, Plaxis 3D Dynamics). Однако они требуют специальных навыков работы с ПО, имеют высокую стоимость по сравнению с нашей и не адаптированы под стандартную методику (ВСН 490-87). Также в основном они ориентированы на сложное моделирование, тогда как на практике часто требуется лишь определение допустимого расстояния для забивки свай без детального моделирования, – объясняет Александра Еремина, инженер 1 категории кафедры строительного производства и геотехники ПНИПУ.

Политехники отмечают, что теперь графики, необходимые для расчета безопасного расстояния, полностью оцифрованы и переведены в алгоритмы, которые исключают субъективные ошибки, возникающие обычно при ручном расчете, и сводят к минимуму человеческий фактор. Нужно лишь ввести в систему исходные данные и пользователь в течении 3-5 минут получит готовый результат без необходимости работать с графиками вручную.

– Мы провели натурные испытания относительно трех зданий и сооружений, замерив параметры вибраций при реальном погружении свай. Результаты подтвердили надежность программы. Наше решение обеспечивает точность 90-95% по сравнению с ручными расчетами, поскольку исключает человеческий фактор и строго следует алгоритмам, – добавляет Александра.

Программа ученых Пермского Политеха уже готова к использованию в проектных организациях и строительных компаниях. Ее применение позволит снизить риски повреждения существующих близлежащих зданий при возведении новых и ускорить подготовку к строительным работам в стесненных условиях.

— Удивительно, у всех людей одинаковый набор лицевых мышц, но мимика уникальна. Именно она выступает одним из непосредственных способов выражения эмоций и важнейшей составляющей невербальных средств человека. С ее помощью можно поддерживать и подкреплять смысл вербальных посланий. Благодаря мимике человек может осуществлять обратную связь в процессе коммуникации, что будет способствовать эффективному взаимопониманию, — рассказывает Ольга Юрьева, доцент кафедры «Социология и политология» Пермского Политеха, кандидат психологических наук.

От нейрона к улыбке: как мозг рисует эмоции на нашем лице

Сложная система мимики формируется за счет скоординированной активности множества мозговых структур, участвующих в распознавании, интерпретации и демонстрации эмоциональных реакций.

— Путь нервного импульса, отвечающего за мимическую реакцию, включает в себя несколько важных этапов. Все начинается в эмоциональных центрах мозга, таких как миндалевидное тело, которое играет ключевую роль в обработке эмоций и формировании первичных реакций. Оттуда сигналы передаются в кору головного мозга, где происходит их осознанная обработка и формирование реакции, которую мы можем воспринимать и контролировать. Далее нервные импульсы направляются к моторным нейронам в стволе мозга, которые обеспечивают передачу сигнала к периферическим нервам, — поясняет Иван Шитоев, ассистент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ.

В конечном итоге эти нейроны активируют лицевой нерв (седьмая пара черепных нервов), отвечающий за иннервацию мимических мышц лица. В результате происходит их сокращение, что и вызывает выражение эмоций — улыбку, гримасу или другие мимические движения. Такой сложный и скоординированный процесс позволяет нам реагировать на эмоциональные стимулы и выражать свои чувства.

От 5 до 12: как меняется количество работающих мышц при разных эмоциях

Количество задействованных лицевых мышц при различных эмоциях действительно варьируется, при этом точные цифры могут несколько отличаться в зависимости от индивидуальных особенностей и интенсивности выражения.

Улыбка считается одним из наиболее универсальных и приятных проявлений эмоций. Она обычно активирует от 10 до 12 крупных и мелких мышц лица.

— При выражении печали задействуются примерно 5–7 мышц. Основные из них — опускающие угол рта, губ и прижимающие их к зубам. Может включаться и мускулатура, приподнимающая нижнюю часть лица, а также создающая морщинки на лбу, что подчеркивает грустное состояние. В целом, выражение печали более сдержанное и менее активное по сравнению с улыбкой, — поясняет Иван Шитоев, ассистент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ.

Эмоция удивления активирует около 5–6 мышц. Ключевыми являются мышцы поднимающие брови, что придает лицу открытое и удивленное выражение, а также расширяющие глаза и распахивающие верхние веки. Иногда задействуется мускулатура, раскрывающая рот (например, поднимающая губы), чтобы подчеркнуть выражение изумления.

При гневе задействуются около 6–8 мышц. Важнейшие — сжимающие губы, опускающие угол рта. Также активируются мышцы, сокращающие брови и создающие вертикальные морщины на лбу, что придает лицу выражение напряженности и агрессии.

Примечательно, что чем сильнее эмоция, тем больше мышечных групп она вовлекает. Но самое удивительное — наш мозг безошибочно считывает эти тонкие различия, позволяя нам интуитивно отличать искренние эмоции от наигранных. Эта сложная система развивалась тысячелетиями, чтобы сделать человеческое общение максимально точным и выразительным.

Улыбка Дюшенна и другие секреты: почему мозг распознает фальшь за доли секунды

В 1862 году французский невролог Гийом Дюшен проводил эксперименты с электрическими импульсами, чтобы вызвать искреннюю улыбку. Участники смеялись сквозь боль, но их глаза оставались «холодными» — так ученый доказал, что контролировать эти эмоции сознательно почти невозможно, а искренняя улыбка задействует две мускулатурных группы. Большая скуловая тянет уголки рта вверх. Круговая мышца глаза — создает «гусиные лапки» и приподнимает щеки, делая лицо «светящимся».

«Настоящая» улыбка возникает непроизвольно, когда мы испытываем радость или нежность. Ее невозможно подделать.

— В отличие от нее, фальшивая улыбка, как правило, ограничивается активацией лицевых мышц, ответственных за движение рта. Эти различия объясняются тем, что подлинные эмоциональные состояния инициируют более обширные и сложные нейронные процессы в мозге, включая активацию подкорковых структур, таких как лимбическая система. Подделка некоторых эмоций затруднена из-за необходимости точной координации между различными лицевыми мышцами, а также отражения сопутствующих физиологических изменений, связанных с внутренними переживаниями, таких как изменения в сердечном ритме и дыхании, — объясняет Иван Шитоев.

В кинематографе актеры используют микроэкспрессии (кратковременные непроизвольные движения мышц), идентичные реальным эмоциям, поэтому чаще всего, мы склонны им верить.

Генетика, стресс или привычки? Как жизнь «отпечатывается» на лице

Лицо человека — это не просто набор черт, а уникальная «карта», на которую время, эмоции и образ жизни наносят свои отметины. Одни люди выглядят моложе своих лет, другие — старше, и дело не только в генах.

Исследования в области психологии и нейробиологии подтверждают, что мимика не просто отражает сиюминутные чувства, но и формирует устойчивые изменения во внешности. Так, например, морщины «скорби» (марионеточные линии), идущие от уголков рта вниз к подбородку, могут указывать на частые проявления печали, грусти или разочарования. Межбровные вертикальные морщины между бровями, известные как «гневливые», могут указывать на частое раздражение или сосредоточенность. «Гусиные лапки» (морщины вокруг глаз), появляющиеся при улыбке, могут указывать на частое проявление радости, смеха и позитивных эмоций.

— Жизненный «отпечаток» на лице формируется из-за постоянного сокращения определенных мышц, что приводит к образованию морщин и изменению структуры кожи. С возрастом она теряет эластичность и становится менее способной восстанавливать свою форму после длительной работы мышц. Кожный покров лица состоит из эпидермиса, дермы и гиподермы (подкожно-жировой клетчатки). Дерма содержит коллагеновые и эластиновые волокна, составляющие дермальный матрикс, который обеспечивает упругость и эластичность кожи. Повторяющиеся сокращения мышц, особенно в сочетании с возрастными изменениями (снижение синтеза коллагена и эластина фибробластами), приводят к повреждению дермального матрикса, уменьшению его плотности и потере эластичности кожи, говорит – рассказывает Иван Шитоев, ассистент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ.

Кроме того, с возрастом происходит атрофия жировой ткани (липоатрофия), что приводит к изменению контуров лица, появлению провалов и углублению морщин.

Контроль эмоций может способствовать замедлению возрастных изменений. Осознанное управление лицевыми мышцами (например, минимизация чрезмерной активности) снижает нагрузку на кожу, предотвращая преждевременное образование морщин. Одновременно умеренная тренировка мышечной мускулатуры лица улучшает эластичность тканей. При этом подавляемые чувства, например, скрываемый гнев, могут вызывать хроническое напряжение лицевых мышц, что способствует образованию мимических морщин и дисфункций, аналогичных явным проявлениям.

Любой металл имеет зеренную структуру, то есть на микроуровне состоит из множества кристаллических элементов, которые и называются зернами. От их распределения и размера зависят свойства материала – прочность, пластичность, устойчивость к температурам, силовым нагрузкам и прочее.

В конструкции диска авиадвигателя выделяют несколько элементов: полотно –основное «тело» детали, обод – внешняя часть, к которой крепятся лопатки турбины, и ступица – выемка в центре для насадки на вал. Все они испытывают разные воздействия: обод нагревается до 800-900 °К из-за контакта с горячим газом, а ступица испытывает существенные растягивающие напряжения. Это чревато неупругими деформациями, трещинами и даже мгновенным разрушением турбинных дисков, что сделает непригодным и сам двигатель.

Ученые Пермского Политеха спроектировали градиентную структуру зерен: от 30 мкм вблизи ступицы до 50 мкм у обода. Мелкие повышают статическую и усталостную прочность, что важно для зоны высоких напряжений, а более крупные улучшают сопротивление ползучести и трещинообразованию в зоне контакта с высокими температурами.

– Для проверки этой идеи мы разработали математическую модель, которая позволяет исследовать распределение температуры, напряжений и деформаций в диске. Мы использовали метод конечных элементов для численного моделирования работы диска в условиях, близких к реальным. В расчетах учитывались скорость вращения, рабочие температуры – 573 °К на ступице и 873 °К на ободе, а также механические нагрузки от лопаток и посадки на вал, – рассказывает Никита Кондратьев, заведующий лабораторией многоуровневого моделирования конструкционных и функциональных материалов ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.

Исследователи провели сравнения для дисков с двумя вариантами структуры: однородной, когда зерна имеют преимущественно одинаковый размер по всей детали, и градиентной, когда он целенаправленно изменяется в разных частях диска.

– Результаты показали, что градиентный вариант обеспечивает больший запас статической прочности – это значит, что напряжения в критических зонах перестали достигать опасных значений. Также это улучшает усталостную прочность детали — время до разрушения увеличилось, а накопление повреждений снизилось. Для градиентного диска максимальные напряжения составили 435 МПа у ступицы и 330 МПа у обода, что ниже критических значений, – объясняет Кирилл Романов, аспирант и ассистент кафедры «Математическое моделирование систем и процессов», младший научный сотрудник лаборатории многоуровневого моделирования конструкционных и функциональных материалов ПНИПУ.

Кроме того, ученые проверили устойчивость модели к отклонениям параметров. Оказалось, что модель остается стабильной в том числе при колебаниях температуры и размера зерен, что подтверждает ее надежность.

Исследование ученых Пермского Политеха демонстрирует, что формирование градиентной зеренной структуры может быть эффективным способом создания более долговечных и надежных турбинных дисков. Это важно с точки зрения оптимизации свойств материала для разных зон детали, работающих при различных режимах экстремальных воздействий.

Развитие нефтегазодобывающей промышленности России включает в себя расширение объемов балансовых запасов нефти. С учетом текущего уровня технологий, их стало не только возможно добывать, но и делать это экономически выгодно. К забалансовым запасам в первую очередь относится трудноизвлекаемая нефть, разработка месторождений которой требует существенных затрат и применения новых технологий. Одной из перспективных является добыча с помощью наклонно-направленных скважин и скважин с боковыми стволами. Эффективная эксплуатация нефтедобывающего оборудования при этом реализуется за счет применения насосных установок с канатными штангами.

Такая штанга представляет собой канат закрытой конструкции, скрученный из стальных проволок, который закрепляется на установке с помощью специальных заделок. В нижней части они соединяют с плунжером насоса (элемент, создающий давление при перекачке нефти), а в верхней – со станком-качалкой на поверхности скважины. При перекачке нефти происходят возвратно-поступательные движения, и штанга ходит вверх и вниз, за счет чего она растягивается и в некоторых случаях сжимается.

Но традиционная конструкция каната плохо устойчива к таким нагрузкам. Это приводит к многократному изгибу элемента и возникновению дефектов – между проволоками появляются зазоры и нарушается структурная целостность вблизи заделки. В таких условиях штанга быстро переходит в неисправное состояние и требует остановки работы насоса и выполнения замены со всеми сопутствующими на это затратами.

В качестве решения этой проблемы на наружную поверхность штанги часто наносят защитное полимерное покрытие, которое предотвращает смещение слоев проволок. Однако при трении оно изнашивается и загрязняет нефть примесями, также его нанесение удорожает производство.

Ученые Пермского Политеха усовершенствовали эту конструкцию, добавив к нижней заделке металлический фиксатор-спираль. Такой способ предотвращает изгиб каната и сохраняет его целостность в месте концентрации напряжений и накопления дефектов, при этом не усложняя и не удорожая изделие.

– Фиксатор представляет собой металлическую спираль из коррозионностойкой стали, например, марки 20Х13, которая увеличивает жесткость детали на участке вблизи нижней заделки, тем самым предотвращает его отказ. Фиксатор имеет противоположное направление свивки, то есть скручивания, по сравнению с канатом, что позволяет равномерно распределить нагрузку, – объясняет Геннадий Трифанов, заведующий кафедрой горной электромеханики ПНИПУ, профессор, доктор технических наук.

Политехники отмечают, что спираль крепится за счет посадки с натягом, винтами или сваркой. И установить ее можно легко без лишнего оборудования даже на готовую к эксплуатации штангу.

– Диаметр и шаг свивки фиксатора определяются диаметром каната, что позволяет монтировать спираль на него путем ее частичного наложения и прокручивания вдоль троса. Такая установка дает возможность увеличить жесткость уже изготовленной и применяемой канатной штанги, – поделилась Анна Иванченко, старший преподаватель кафедры горной электромеханики ПНИПУ.

Простое, но эффективное решение ученых Пермского Политеха позволит повысить срок службы канатных насосных штанг в наклонно-направленных скважинах, сокращая затраты на обслуживание и повышая рентабельность добычи.