В Волгоградском государственном техническом университете разработали методику цифровых двойников, которая поможет повысить прочность стальных канатов для нефтедобывающих установок. Об этом сообщило РИА Новости. 

На большинстве нефтяных скважин мира используются штанговые насосы. На них в качестве привода установлены станки-качалки, соединенные с насосом, погруженным в скважину, стальной штангой. В последние годы штангу стали заменять специальным стальным канатом, что позволяет размещать насос в наклоненной скважине малого диаметра.

Вместе с тем возникла проблема с эксплуатационной надежностью таких канатных штанг — из-за недостаточной прочности они приходят в негодность, а это тормозит процесс нефтедобычи. Поэтому оптимизация их конструкции — одна из практических задач, отметили в ВолгГТУ.

Традиционно стальные тросы и канаты проектируют согласно научно-технической документации и экспериментально определяют, какое усилие они способны выдержать. Но алгоритмы расчета прочности не могут учесть всех конструктивных особенностей, например размера и формы проволок в слоях или величину зазоров между проволоками.

Специалисты ВолгГТУ разработали метод расчета необходимых параметров для сборки каната с помощью его цифрового двойника — создавая детальную компьютерную 3D-модель каната и подбирая оптимальное соотношение параметров.

"В результате исследования сделан вывод о достоверности компьютерного моделирования поведения при различных схемах нагрузки на сложную многоэлементную систему, которой является закрытый многослойный стальной канат", — рассказал заведующий кафедрой "Материаловедение и композиционные материалы" ВолгГТУ Леонид Гуревич.

Исследователям удалось выявить влияние минимальных изменений размеров элементов конструкции на распределение напряжений и деформаций по изделию.

Далее спроектированный канат изготавливают в металле и передают для натурных испытаний. Это позволяет уменьшить количество повторяющихся дорогостоящих тестов.

Цифровой двойник дает возможность проверить несколько альтернативных вариантов соотношения параметров, выявить достоинства и недостатки каждого и выбрать оптимальный, а в итоге — сэкономить не только деньги, но и время при постановке на производство новых видов конструкции.

"По нашим расчетам, метод позволит повысить нагрузочную способность канатной штанги нефтедобывающих установок на 20 процентов", — продолжил Гуревич.

Он обратил внимание на то, что расчет свойств проволочных изделий методом компьютерного моделирования уже опробовали при конструировании проводов воздушных линий электропередач и грозозащитных тросов. Прочность разработанных образцов оказалась выше, чем у тех, что уже используются в промышленности.

Дальнейшей задачей научного коллектива Гуревич назвал объединение возможностей с ведущими производителями канатной продукции для выпуска высококачественных стальных компонентов нефтедобывающих установок.

В январе 2022 года ИА "Девон" сообщало, что Волгоградский государственный технический университет попал в тройку российских организаций, получавших охранные документы в России, по итогам 2021 года. Он со 101 патентом стал вторым в рейтинге американской компании IFI CLAIMS после "Татнефти" (138 патентов). На третьей позиции - Уральский федеральный университет (95).