Магнитные уплотнения и 3D-печатные роторы прошли инженерную проверку

Проектный интенсив «Остров инженеров» завершился 31 июля 2026 года на производственной площадке Инжинирингового центра «Кронштадт». В нем участвовали 79 студентов и четыре наставника из 18 университетов 13 городов России. Организаторами выступили Передовая инженерная школа СПбПУ «Цифровой инжиниринг» и Высшая инженерная школа Политеха.

Технические задания охватывали несколько классов оборудования и технологических операций: санитарную обработку емкостей, уплотнение узлов, приводы нефтедобывающих установок, фильтрацию, преобразование энергии ветра, производство деталей компрессоров, диагностику подшипников и конструирование рабочих колес. Общим для проектов стало сопоставление исходных требований, расчетной модели, прототипа и результатов эксперимента.

Один из кейсов предусматривал создание поворотных промывочных устройств для CIP-технологий. Такие устройства используют для санитарной обработки внутренних поверхностей емкостного оборудования без его разборки. При проектировании участники рассчитывали траекторию движения рабочей среды, зоны орошения, расход жидкости и равномерность очистки. Эти параметры определяют полноту обработки поверхности и стабильность работы устройства в различных режимах.

Другой кейс включал создание бесконтактного магнитожидкостного уплотнения для эксплуатации в экстремальных средах. Магнитная жидкость удерживается в зазоре магнитным полем и препятствует утечке рабочей среды. Участники согласовывали напряженность магнитного поля, свойства жидкости, геометрию зазора, давление и частоту вращения. Работоспособность конструкции оценивали по устойчивости магнитожидкостного слоя и объему утечек при заданных нагрузках.

Для ускоренных ресурсных испытаний манжетных уплотнений участники спроектировали специальный стенд. Он должен воспроизводить эксплуатационные воздействия и фиксировать изменение характеристик изделия в течение заданного числа циклов. В ходе испытаний контролируют герметичность, температуру, частоту вращения и нагрузку. Эти данные используют при оценке ресурса, выявлении причин износа и сравнении конструктивных вариантов.

Еще один кейс относился к торцевым уплотнениям. Сначала участники рассчитали распределение контактных давлений, температурное состояние и условия возникновения утечек с помощью CAE-моделирования. Затем они сопоставили расчетные значения с результатами эксперимента. Такое сравнение необходимо для проверки модели и определения параметров, влияющих на герметичность, тепловой режим и ресурс узла.

В приводной технике команды разработали адаптивный редуктор для нефтедобывающего оборудования. Устройство должно изменять передаточное отношение в зависимости от режима работы привода. Поэтому проект включал механическую передачу, исполнительный механизм и алгоритм управления. При оценке конструкции учитывают диапазон передаточных отношений, быстродействие, нагрузочную способность и устойчивость при переходных процессах.

Задача по интеллектуальной фильтрации предполагала создание аппарата обратной промывки с автоматизированной регенерацией фильтрующего элемента. Система должна определять степень загрязнения фильтра, выбирать момент промывки и задавать параметры восстановительного цикла. В ходе работы участники разработали конструкцию аппарата, измерительную систему и алгоритм управления. Критериями оценки служат стабильность фильтрации, продолжительность рабочего цикла, расход промывной среды и степень восстановления пропускной способности.

Команда СПбПУ разработала модульный стенд для проверки геометрии роторов и окон нагнетания винтового компрессора на стадии проектирования. Опытные детали изготовили методом 3D-печати, что сократило время подготовки образцов и позволило сопоставить несколько конструктивных вариантов до перехода к традиционной технологии производства. При проверке контролировали геометрию роторов, взаимное положение рабочих поверхностей, балансировку и величину зазоров. Результаты использовали для корректировки цифровой модели и конструкции стенда.

Другой компрессорный кейс включал создание гибридного рабочего колеса для высоконапорных центробежных компрессоров. Композитно-металлическая конструкция объединяет материалы с разными характеристиками прочности, жесткости, плотности и теплового расширения. Поэтому при расчете учитывают распределение напряжений в зоне соединения и поведение рабочего колеса при вращении. Участники также оценивали технологию соединения материалов и ее влияние на ресурс детали.

Для подшипников скольжения участники разработали стенд автоматизированной диагностики. Он регистрирует температуру, вибрацию, нагрузку, положение вала и параметры смазочного слоя. На основе этих данных система выявляет изменения, связанные с развитием неисправности. Для проверки алгоритма участники сформировали данные исправного узла и режимов с искусственно созданными дефектами. Сопоставление наборов данных показало, какие признаки можно использовать для распознавания повреждений.

Еще одна команда спроектировала ветрогенератор с адаптивной системой управления. При изменении скорости и направления ветра меняются аэродинамические нагрузки, частота вращения и электрическая мощность установки. Алгоритм управления должен учитывать эти параметры при выборе рабочего режима. Поэтому проект объединил аэродинамический расчет, конструирование механической части, разработку генератора и настройку системы регулирования.

Во всех десяти кейсах участники сопоставляли расчетные модели с характеристиками изготовленных образцов. Команды оценивали герметичность, ресурс, геометрию, нагрузочную способность, стабильность рабочих режимов и точность диагностики. Экспериментальные данные использовали для проверки расчетов и корректировки технических решений. Такая связка расчетного и физического эксперимента соответствует логике опытно-конструкторских работ, где испытание образца служит основанием для доработки конструкции и документации.

Научная составляющая интенсива заключалась в проверке инженерных гипотез на конкретных объектах — уплотнениях, фильтрах, приводах, рабочих колесах, подшипниках и элементах энергетических установок. Участники получили данные о рабочих режимах прототипов и ограничениях выбранных решений. Благодаря этому проектные предложения приобрели измеряемые характеристики, которые можно использовать для дальнейшего расчета, испытаний и конструкторской доработки.

Полный список команд-победителей и экспертов — на сайте ПИШ «ЦИ»