В Политехе с помощью аддитивных технологий изготовили крыльчатку

Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого с помощью технологии электродугового выращивания изготовили крыльчатку - колесо центробежного компрессора. Это элемент проточной части устройства, который предназначен для перемещения воздушных масс, газовых смесей или жидкостей. Ранее никто в мире не использовал аддитивные технологии для производства таких крупных изделий, подчеркивают специалисты. При этом новый способ позволяет в разы быстрее и дешевле изготавливать детали по сравнению с традиционными подходами. Крыльчатка успешно прошла стендовые испытания. Исследование проведено при поддержке Программы развития Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого на 2025–2036 годы в рамках реализации программы «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
Новый подход к производству колес центробежных компрессоров – крыльчаток предложили ученые СПбПУ. Крыльчатки – это целый класс изделий, которые могут быть частью центробежного компрессора, перекачивающего агрегата или насоса. Такие устройства необходимы для многих отраслей промышленности, но особенно актуальны в энергетической сфере – для перемещения газа по магистральным газопроводам. Традиционный способ изготовления крыльчаток – это механическая обработка металлических заготовок, однако это достаточно затратный процесс и с точки зрения стоимости материалов, и с точки зрения времени на работу.
В Политехе предложили использовать для изготовления крыльчатки электродуговое выращивание из металлической проволоки, которая плавится за счет энергии горения электрической дуги. В процессе плавления металл переносится слой за слоем, формируя заготовку изделия. На его прочность влияют выверенное сочетание скорости движения при выращивании, а также скорость подачи проволоки, мощность дуги, состав металла проволоки и т.д.
«При традиционном способе изготовления масса заготовки в семь раз больше массы конечной детали. Инженеры механически обрабатывают металл подобно художнику, который вытачивает скульптуру из куска мрамора. При этом большая часть металла (86% от массы изначальной заготовки) превращается в стружку, это долгий и дорогой процесс. Наша же технология позволяет получить заготовку детали всего на 15% превышающую по массе конечное изделие, т.е. коэффициент использования материала (КИМ) составляет 0,86. При традиционном способе КИМ - 0,14. Мы значительно экономим дорогостоящий материал, а вместе с тем мы в разы ускоряем процесс изготовления крыльчатки», - отметил кандидат технических наук, заведующий Лабораторией легких материалов и конструкций Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ Олег Панченко.
Изготовленный в лаборатории Политеха образец успешно прошел серию стендовых испытаний, условия которых были аналогичны эксплуатационным. Крыльчатку раскручивали до 18 тысяч оборотов в минуту. После испытаний инженеры отсканировали крыльчатку и сравнили с трехмерной моделью, с помощью которой готовили программу для печати. Анализ не показал отличий в снимках, а значит, геометрия детали не нарушилась. Ранее в мире не использовали электродуговое выращивание для изготовления подобных крупных изделий.
Разработанная в Политехе технология может быть использована для изготовления крыльчаток на существующих российских производственных линиях и не потребует их значительной перестройки, отмечают специалисты.
Исследование проведено при поддержке Программы развития Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого на 2025–2036 годы в рамках реализации программы «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).