Более 65% нефтедобывающих скважин эксплуатируются штанговыми насосными установками. Однако в условиях роста обводнения породы и истощения месторождений они затрачивают большое количество электроэнергии для эффективной выкачки ресурсов. Поэтому сейчас остро стоит вопрос оптимизации работы установок, чтобы снизить энергопотребление при прежнем уровне добычи нефти. Ученые Пермского Политеха разработали инновационный способ балансировки станка-качалки – ключевого элемента нефтяного насоса. Методика позволит на 7% снизить энергопотребление и на 10% – нагрузку на двигатель, что значительно сократит эксплуатационные затраты и продлит срок службы оборудования.

Статья опубликована в журнале «Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов», 2025. Исследование выполнено при поддержке Минобрнауки РФ (проект № FSNM-2023-0005).

Станок-качалка – это механизм, который под действием работы электродвигателя выполняет возвратно-поступательные движения и обеспечивает перекачку нефти штанговым насосом. Для обеспечения равномерности загрузки электродвигателя в процессе качания в станке-качалке применяют роторный противовес, который создает дополнительный момент в процессе подъема колонны штанг, тем самым снижая нагрузку на двигатель.

Однако в условиях сложной разработки месторождений, например, при добыче трудноизвлекаемых запасов нефти, потребление электроэнергии может быть значительно увеличено. Снизить его возможно за счет оптимизации работы и изменения алгоритмов управления электроприводом станка-качалки. Также дополнительное снижение потребления энергии может быть получено за счет оптимальной балансировки роторного противовеса, которой в промышленной практике не уделяют должного внимания.

Ученые Пермского Политеха разработали алгоритм оптимального уравновешивания станка-качалки. При помощи цифровой модели и технологических переменных установки он рассчитывает оптимальный вес противовеса, установка которого позволит снизить удельное энергопотребление.

Алгоритм разработчиков не нуждается в дополнительной модернизации конструкции, он работает на основе уже доступных параметров работы насоса – углового положения механизмов и электромагнитного момента привода.

– Мы предлагаем алгоритм, который оценивает нагрузку на электродвигатель и угловые координаты станка качалки по цифровой модели, что позволяет рассчитать сбалансированность работы установки в реальном времени, а также выработать рекомендации по изменению веса роторного противовеса, для снижения энергопотребления установки, – рассказывает Савелий Сальников, инженер кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» ПНИПУ.

Для проверки эффективности метода ученые создали испытательный стенд, который имитирует работу реального скважинного насоса. Он включает в себя двигатели, частотные преобразователи и главный контроллер, проводящий расчет оптимального уравновешивания максимального момента противовеса. Так, в ходе эксперимента разработчики получили информацию о необходимом снижении максимального момента противовеса с 36 до 32,6 килоньютон-метра (единица измерения момента силы). После установки нужного значения ученые повторно замеряли потребление энергии при тех же скоростях качания и нагрузке.

– В результате замеров мы выяснили, что наш алгоритм на 7,15% снижает потребление электроэнергии, а также на 10,32% снижает среднеквадратичную нагрузку на двигатель за цикл качания, что позволяет сохранить его ресурс. При неизменном режиме эксплуатации скважины энергозатраты можно уменьшить более чем на 10%, – поделился Савелий Сальников.

Практическое применение методики ученых Пермского Политеха значительно снизит потребляемую электроэнергию станком-качалкой в условиях добычи трудноизвлекаемых ресурсов, что позволит сократить затраты на эксплуатацию нефтяного оборудования.

Интернет — это не просто роскошь, а необходимость: он открывает доступ к образовательным платформам, удаленной работе и новым рынкам сбыта для предпринимателей. Сегодня проблема плохого соединения особенно остро стоит в частных и сельских районах. Согласно данным исследования, в 2024 году качество интернета полностью устраивало только 39% домохозяйств. Ученые Пермского Политеха представили новое устройство для передачи трафика, которое способно обеспечить стабильный и быстрый интернет даже в самых отдаленных уголках страны. Их разработка призвана решить проблему цифрового неравенства между городскими и сельскими жителями, а также улучшить качество связи для владельцев загородной недвижимости.

Статья опубликована в журнале «Автоматизированные системы управления и информационные технологии», том 2, 2024. Разработка выполнена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Многие россияне, живущие в сельской местности, сталкиваются с нестабильным соединением, медленной загрузкой страниц и невозможностью работать или учиться онлайн. Особенно это стало актуально после пандемии, когда дистанционный формат образования и работы стал обыденностью. При этом, как показывает исследование, на момент 2024 года каждое десятое домохозяйство в стране вообще не имело доступа в Сеть.

На рынке устройств мобильной связи, модемов в частности, есть много разных предложений. Но, как правило, онилибо слишком дорогие, либо не отличаются высокой производительностью и не обеспечивают стабильную скорость свыше 100 Мбит/с, а потому не могут предоставить хорошее качество услуг, таких как просмотр видео, загрузка и выгрузка крупных файлов, гейминг.

Ученые Пермского Политеха разработали уникальное устройство широкополосного доступа к Сети, которое способно обеспечить стабильный и высокоскоростной интернет. Слово «широкополосный» происходит от термина в телекоммуникациях «ширина полосы пропускания» (bandwidth). Чем шире полоса, тем больше данных может передаваться за единицу времени.

— Для устройства была разработана принципиальная схема, печатная плата, корпус. Модем может работать в диапазоне 2600 МГц, поддерживает технологию MIMO 4x4, которая позволяет одновременно передавать и принимать данные по четырем независимым каналам.Также у оборудованияесть четыре порта для проводного подключения и столько же разъемов для внешних антенн. Кроме того, разработанный модем совместим с сетями 4G и 5Gи поддерживает современные стандарты связи: Wi-Fi 6 – более высокая скорость соединения (передачи данных), LTE-A Pro – улучшенная версия мобильной связи 4G, QAM256 – метод кодировки, который позволяет передавать больше информации за один раз, – рассказывает Сергей Тюрин, старший преподаватель кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ.

Особенность устройства в том, что оно обеспечивает высокую скорость передачи данных — до 4,6 Гбит/с на расстоянии 1 км от базовой станции и 100 Мбит/с на 20 км. Для сравнения: большинство современных модемов в России поддерживают скорость от 100 до 300 Мбит/с, но для 4G при удалении от станции на 10-20 км она падает до 1-10 Мбит/с.

Устройство может также работать с внешними антеннами, что позволяет гибко настраивать связь в зависимости от условий местности. В качестве антенн специалисты использовали собственные разработки — направленные антенны с усилением сигнала до 27 дБм, изготовленные из нержавеющей стали и спутниковых тарелок.

Для моделирования работы устройства использовались программные комплексы «MatLab link budget analysis» и «Google earth», чтобы воспроизвести реальные условия связи и проверить ее устойчивость на разных расстояниях.

— Использование антенн позволило значительно улучшить мощность и качество принимаемого сигнала, даже если пользователь находится далеко от вышки сотового оператора. Результаты вычислений показали, что устройство стабильно работает на расстоянии более 11 км от базовой станции, — комментирует Сергей Тюрин.

Новое устройство предлагает вдвое большую скорость, чем самый дорогой модем Huawei (модель с поддержкой 5G стоит 71 500 рублей), но его цена значительно ниже: 15 000 рублей за 4G-версию и 22 000 за 5G. Это делает оборудование исследователей доступным для широкого круга пользователей.

Разработка ученых Пермского Политеха поможет жителям сельской местности и частного сектора, а также малому и среднему бизнесу, расположенным вне крупных городов, которым необходим надежный канал связи для онлайн-торговли, видеоконференций, облачных сервисов и других задач. Это может стать важным шагом в развитии цифровой инфраструктуры России и повысить уровень жизни населения.

Синтез-газ служит основой для производства множества ценных химических продуктов. Это смесь водорода и оксида углерода, которую вырабатывают из углеродсодержащего сырья, а затем перерабатывают в топливо, пластмассы, удобрения, синтетические смолы и лекарственные средства. В промышленности для его получения используется специальный реактор, в котором сырье, например, природный газ, с помощью катализатора и при определенных температуре и давлении преобразуется в синтез-газ. Ученые Пермского Политеха разработали новый тип реактора, который обеспечивает равномерный прогрев устройства, в отличие от аналогов. Конструкция позволяет на 30% увеличить производительность получения синтез-газа.

На изобретение получен патент. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Реактор для получения синтез-газа представляет собой металлический каркас, в котором расположены реакционные и теплообменные трубки. В первых послойно расположен катализатор – металлокерамические гранулы, ускоряющие процесс синтеза, а вторые отводят тепло из устройства. Проходя через катализатор, компоненты углеводородного сырья вступают с ним в химическую реакцию и выходят в виде синтез-газа (смеси водорода и оксида углерода).

Основная проблема существующих устройств заключается в неравномерном распределении тепла в слоях катализатора. Во время процесса важно строго соблюдать температурный режим, чтобы обеспечить химическую реакцию между веществами. Однако металлические трубки нагреваются быстрее по сравнению с керамическим материалом, из-за этого катализатор у стенок трубок сильно перегревается, а в центре, наоборот, не прогревается до нужной температуры.

Ученые Пермского Политеха разработали новую конструкцию реактора, в котором слои катализатора чередуются со слоями сферических металлических частиц. Последние позволяют быстрее проводить тепло внутри трубок, за счет чего оно распределяется равномерно.

– Наше устройство для получения синтез-газа содержит реакторную камеру – полый цилиндр, внутри которого установлены 30 каналов (трубок) увеличенного диаметра и система нагрева, представляющая собой центральную трубу с отверстиями для выхода тепла. Сами каналы заполнены с чередованием слоев катализатора (никель с керамикой) и слоя металлических шариков. Такая конструкция обеспечивает одинаковый прогрев и повышение производительности реактора на 30%, – рассказывает Николай Кондрашов, главный инженер проектов ПНИПУ.

Такой результат ученые получили, испытав опытный образец устройства на российском предприятии атомной отрасли.

Разработанный реактор работает следующим образом: углекислый газ и водяной пар под давлением подают в центральную трубу и поджигают, тем самым нагревая стенки до 900 градусов. В реакционные каналы закачивают углеводородное сырье, например, метан, он проходит через слои металлических шариков и катализатора, где происходит превращение веществ в смесь водорода и оксида углерода. В результате полученный синтез-газ выводится из устройства.

Новый тип реактора ученых Пермского Политеха позволит повысить производительность синтез-газа в российской химической промышленности. Предлагаемая конструкция обеспечивает надежность и эффективность работы, снижая затраты и увеличивая выход полезного продукта.

Лопух с древних времен используется в кулинарии, фармацевтике и медицине. До сих пор он привлекает внимание исследователей благодаря своему богатому химическому составу и лечебным свойствам. Создание природных лекарственных средств — важное направление в современной науке, поскольку такие препараты имеют меньше побочных эффектов и могут стать дополнением или даже альтернативой для синтетических антибиотиков, которые все больше теряют эффективность из-за того, что бактерии постепенно развивают к ним устойчивость. Ученые Пермского Политеха изучили биологическую активность настоя из листьев лопуха и выяснили, что он обладает антибактериальными свойствами, что важно для борьбы с инфекциями, и способностью снижать уровень глюкозы в крови, что может помочь при профилактике сахарного диабета. Эти открытия могут стать основой для создания новых природных лекарственных средств.

Статья опубликована в журнале «Химия. Экология. Урбанистика», том 2, 2025. Разработка выполнена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

В современной науке наибольшее внимание обычно уделяется корням лопуха, тогда как его листья остаются менее изученными. Однако именно они содержат богатый набор биологически активных веществ, которые могут поддерживать здоровье человека. Это, например, полифенолы, флавоноиды и органические кислоты – они отличаются выраженной антибактериальной и гипогликемической активностью, то есть препятствуют развитию инфекций и помогают контролировать уровень сахара. Именно эти эффекты ферментированного настоя из листьев лопуха изучили ученые Пермского Политеха.

Для того, чтобы получить такое средство, исследователи пользовались особой технологией, запатентованной ими же ранее (№2733141). Она основана на ферментации – это биологический процесс, при котором микроорганизмы преобразуют органические вещества (например, сахара, белки, растительные компоненты) в другие соединения с помощью ферментов – особых веществ, которые они сами и выделяют. В методе ученых Пермского Политеха используется штамм молочнокислых бактерий Lactobacillus plantarum 8P-A3. Эта процедура повышает биодоступность полезных компонентов и усиливает важные свойства за счет метаболитов, вырабатываемых микроорганизмами.

В ходе исследования проверялась антибактериальная активность настоя in vitro (в пробирке) против нескольких распространенных патогенных микроорганизмов – в частности, золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) и кишечной палочки (Escherichia coli). Они вызывают инфекции, устойчивые ко многим антибиотикам.

– Настой продемонстрировал значительную антибактериальную активность против этих двух бактерий. Минимальная подавляющая концентрация составила 1:80, что в два раза эффективнее по сравнению с настоем, ферментированным без использования пробиотиков. Обнаруженная антибактериальная активность открывает возможности для применения такого настоя в качестве натурального средства для борьбы с бактериальными инфекциями, – комментирует Руслан Хайбуллин, аспирант кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ.

Также ученые Пермского Политеха впервые доказали, что настой из листьев лопуха может снижать уровень сахара в крови. Это открытие особенно значимо для разработки новых методов борьбы с сахарным диабетом, при котором у пациентов уровень глюкозы повышается. Для оценки достоверности эффекта ученые сравнили действие настоя с метформином – он широко используется в лечении диабета 2 типа.

— Для того, чтобы проверить результаты исследования, использовался тест на глюкозотолерантность: лабораторным крысам после 12-часового голодания вводили 40%-ный раствор глюкозы, а затем — либо настой ферментированных листьев лопуха, либо метформин. Наш настой показал коэффициент стабилизации уровня сахара в крови, сопоставимый с метформином — 1,11 против 1,08. Это открытие может помочь в разработке натуральных средств для контроля диабета, — рассказывает Лариса Волкова, профессор кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ, доктор медицинских наук.

Важно было также оценить токсичность настоя. Для этого ученые вводили самцам белых мышам по 1 мл препарата и наблюдали за их состоянием 14 дней. В результате все животные выжили, признаков отравления у них замечено не было.

В дальнейшие планы исследователей входит расширить спектр изучаемых бактерий, оценить действие настоя в длительной перспективе и провести клинические испытания.

Исследование, проведенное учеными Пермского Политеха, показало, что ферментированный настой из листьев лопуха обладает выраженной биологической активностью и лекарственными эффектами. Разработка ученых Пермского Политеха перспективна для создания новых натуральных препаратов — как антибиотиков, так и средств для контроля глюкозы. Такой продукт может пригодиться и врачам, и их пациентам, а также компаниям, которые изготавливают лекарства. Кроме того, предложенная технология ферментации может применяться и в производстве функциональных продуктов питания, полезных для здоровья.

Болезнь Альцгеймера — это хроническое нейродегенеративное заболевание головного мозга, которое является одной из самых распространенных форм деменции. Согласно статистике ВОЗ, в 2015 году ей страдали 47 миллионов человек во всем мире, к 2030 году это число увеличится до 75, а к 2050 — до 132. На поздних стадиях болезнь не поддается лечению, поэтому крайне важна ранняя диагностика – только в этом случае прогрессирование патологии возможно значительно замедлить. Но начало ее развития сложно отследить как пациенту, так и врачу, поскольку симптомы могут долго себя не проявлять. Ученые Пермского Политеха предложили инновационный метод диагностики болезни Альцгеймера, который основан на исследовании вен головного мозга. Их подход позволяет выявлять заболевание с точностью до 89% на ранних стадиях.

На разработку выдан патент № 2837964. Исследование выполнено в рамках НОЦ Мирового уровня.

По мере развития болезни Альцгеймера связи между нейронами нарушаются и мозг теряет способность выполнять свои функции: ухудшаются память, мышление, речь, способность к логическому анализу. Человек начинает путаться во времени и терять ориентацию даже в знакомой обстановке, появляются тревога, раздражительность, параноидальные идеи.

На данный момент полного излечения от болезни Альцгеймера не существует. Однако есть препараты и подходы, которые могут замедлить развитие заболевания или препятствовать его переходу в тяжелую форму. Поэтому раннее выявление и профилактика играют ключевую роль в замедлении прогрессирования патологии и сохранении качества жизни человека.

Проблема в том, что болезнь Альцгеймера развивается медленно и начинается задолго до появления первых клинических симптомов. Существующие методы диагностики либо слишком дороги, либо не дают достаточной точности. Генетические тесты могут показать только предрасположенность к болезни, но это еще не является гарантией ее развития. Лабораторные исследования крови также сталкиваются с проблемой специфичности — маркеры воспаления могут быть связаны с другими заболеваниями и давать ложные результаты.

Ученые Пермского Политеха предложили инновационный метод диагностики болезни Альцгеймера, который основан на исследовании вен левого и правого полушарий головного мозга с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) и машинного обучения. Ранее ученые ПНИПУ запатентовали способ диагностики через анализ четырех вен. В новом подходе учитываются показатели магнитной восприимчивости уже шести, что повышает достоверность диагноза.

— На практике это выглядит следующим образом. Пациенту вводят контрастное вещество на основе гадолиния, которое усиливает сигнал МРТ, где человек проходит сканирование головного мозга. Далее специалисты измеряют магнитную восприимчивость в шести мозговых венах. Эти параметры дают важную информацию о состоянии кровеносных сосудов и уровнях кислорода, которые могут меняться при развитии болезни Альцгеймера, — объясняет Леонид Кожемякин, начальник отдела инноваций ПНИПУ, кандидат технических наук.

Следующий этап – обработка данных. В отличие от предыдущего подхода ученых Пермского Политеха, который предполагал ручную работу на бумажной диагностической карте, в новом методе полученные параметры вводятся в заранее обученную компьютерную программу, которую также специально разработали ученые. Она использует алгоритмы машинного обучения — так называемое «дерево решений», которое выглядит как разветвляющаяся блок-схема. По ней программа обрабатывает данные – последовательно проверяет значения магнитной восприимчивости вен – и на мониторе выдает заключение: CON – человек здоров, или AD – болезнь Альцгеймера.

— Наш подход позволяет обнаружить болезнь на доклинической стадии, когда симптомы еще не проявились. В отличие от инвазивных способов, таких как биопсия, МРТ с контрастом минимально воздействует на организм. Главное преимущество нашего метода — его точность: достоверность диагностики составляет не менее 89%, что значительно выше, чем у большинства современных аналогов, — комментирует Юлия Большакова, студентка факультета прикладной математики и механики.

Новый метод ученых Пермского Политеха – это надежный и доступный способ диагностики болезни Альцгеймера. Разработка позволяет специалисту получить четкий ответ, который станет основой для дальнейших диагностических и лечебных мероприятий. Важно отметить, что окончательное решение всегда остается за лечащим врачом, поскольку метод поддерживает, но не заменяет профессиональную экспертизу.