izvkgtuИзвестия КГТУKSTU News1997-3071Калининградский государственный технический университет10.46845/1997-3071-2025-78-67-80izvkgtu-168Research ArticleТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВPROCESSES AND TECHNOLOGY OF FOOD MANUFACTURINGСравнительный анализ производительности пищевых коловратных насосов при подаче высоковязких средComparative analysis of the performance of food rotary lobe pumps when delivering highly viscous mediahttps://orcid.org/0000-0003-0560-5933НаумовВ. А.NaumovV. A.

Владимир Аркадьевич Наумов, доктор технических наук, профессор кафедры техносферной безопасности и природообустройства,

Калининград

Doctor of Engineering, Professor of the Department of Technosphere Safety and Environmental Engineering,

Kaliningrad

vladimir.naumov@klgtu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5922-9123ЛевичеваО. И.LevichevaO. I.

Оксана Игоревна Левичева, аспирант,

Калининград

postgraduate student,

Kaliningrad

o_levicheva@bk.ruКалининградский государственный технический университетРоссияKalingrad State Technical UniversityRussian Federation2025140820250786780Copyright © Наумов В.А., Левичева О.И., 20252025Наумов В.А., Левичева О.И.Naumov V.A., Levicheva O.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.klgtu.ru/jour/article/view/168

Коловратные насосы (КН) используются для транспортирования пищевых сред с большой вязкостью, когда необходимо сохранить структуру продукта. В статье выполнен сравнительный анализ производительности КН, изготовленных тремя компаниями. Исходными данными послужили находящиеся в открытом доступе результаты испытаний КН этих трех компаний. Для моделирования подачи коловратными насосами плавленых сыров (ПС), сгущенного молока и др. следует использовать подход, базирующийся на нагрузочных характеристиках при перекачивании сред с наибольшими значениями эффективной динамической вязкости (ЭДВ). Производительность КН рассчитывается как произведение рабочего объема на разность между текущей частотой вращения ротора (ЧВР) и ее минимально необходимым значением (МНЗ) для начала подачи жидкости. МНЗ ЧВР у всех изученных КН снижается с увеличением ЭДВ и уменьшением перепада давления. Но абсолютные МНЗ ЧВР могут существенно различаться у разных КН при ЭДВ менее 200 сПз. Для корректного сравнения производительности КН с небольшим различием рабочего объема предложен метод приведения нагрузочной характеристики к безразмерной форме (зависимость безразмерной подачи от безразмерных величин перепада давления и ЧВР). Из трех исследованных агрегатов безразмерная подача КН 034-WCB оказалась наибольшей, однако разница между величинами безразмерной подачи разных КН была существенной лишь при перепаде давления около 1 МПа и ЭДВ менее 300 сПз. ПС, как правило, транспортируются при меньших давлениях. В таких условиях разница безразмерной производительности исследованных КН становится малозначимой. Результаты данного исследования могут быть использованы для подбора КН с необходимыми параметрами.

Lobe pumps (LP) are used for transporting food media with high viscosity when it is necessary to preserve a product structure. The article presents a comparative analysis of the LP performance manufactured by three companies. The publicly available test results of these three companies are served as the initial data. The approach based on the load characteristics when pumping media with the highest values of effective dynamic viscosity (EDV) has been used to simulate the performance of processed cheese (PC) by the lobe pumps. LP performance is calculated as the product of the working volume by the difference between the current rotor speed (RS) and its minimum required value (MRV) to start the liquid flow. The MRV RS decreases with an increase in EDV and a decrease in pressure drop in all studied LP. However, the absolute MRV RS may differ significantly for different LP with an EDV of less than 200 sP. The method is proposed for reducing the load characteristic to a dimensionless form (the dependence of the dimensionless performance on the dimensionless values of the pressure drop, EDV and the RS for a correct comparison of the LP performance with a small difference in the working volume. The dimensionless feed of LP 034-WCB turned out to be the largest of the three studied aggregates. However, the difference between the values of the dimensionless performance of different LP turned out to be significant only at a pressure drop of about 1 MPa and an EDV of less than 300 sP. PS, as a rule, are transported at lower pressures. Under such conditions, the difference in the dimensionless performance of the studied LP becomes insignificant. The results of this study can be used to select LP with the necessary parameters.

коловратные насосыпроизводительностьвязкостьдавлениебезразмерная формамоделированиеlobe pumpsperformanceviscositydimensionless shapemodelingИсследование выполнено в рамках государственного задания НИОКР «Разработка и совершенствование продукционных систем пищевой отрасли».The research was carried out within the framework of the state assignment of research and development work "Development and improvement of food industry production systems".ReferencesГорбатов, А. В. Реология мясных и молочных продуктов: монография / А. В. Горбатов. – Москва: Пищевая промышленность, 1979. – 384 с.Gorbatov A. V. Reologiya myasnykh i molochnykh produktov: monografiya [Rheology of meat and dairy products: monograph]. Moscow, Pishchevaya promyshlennost' Publ., 1979. 384 p.Подрезов, А. Насосы для пищевой промышленности / А. Подрезов // Переработка молока. – 2016. – № 9 (203). – С. 26–27.Podrezov A. Nasosy dlya pishchevoy promyshlennosti [Pumps for the food industry]. Pererabotka moloka. 2016, no. 9 (203), pp. 26–27.Луговая, И. С. Классификация гидравлических систем для перекачивания высоковязких жидкостей / И. С. Луговая // Наука и техника. – 2019. – Т. 18. – № 5. – С. 422–426.Lugovaya I. S. Klassifikatsiya gidravlicheskikh sistem dlya perekachivaniya vysokovyazkikh zhidkostey [Classification of hydraulic systems for pumping highly viscous liquids]. Nauka i tekhnika. 2019, vol. 18, no. 5, pp. 422–426.Hsieh, C.-F. A new curve for application to the rotor profile of rotary lobe pumps / C.-F. Hsieh // Mechanism and Machine Theory. – 2015. – V. 87. – P. 70–81.Hsieh C.-F. A new curve for application to the rotor profile of rotary lobe pumps. Mechanism and Machine Theory. 2015. V. 87. P. 70–81.Li, Y. Mitigation of radial exciting force of rotary lobe pump by gradually varied gap / Y. Li., D. Guo, X. B. Li. // Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. – 2018. – V. 12. – N 1. – P. 711–723.Li Y., Guo D., Li X. B. Mitigation of radial exciting force of rotary lobe pump by gradually varied gap. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 2018. V. 12. N 1. P 711–723.Numerical analysis and verification of flow characteristics of rotor cavity of spiral rotary lobe pump / Y. Li, X. Zhang, D. Guo, X. Wang // Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering. – 2018. – V. 34. – N 10. – P. 62–67.Li Y., Zhang X., Guo X. D. Wang Numerical analysis and verification of flow characteristics of rotor cavity of spiral rotary lobe pump. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering. 2018. V. 34. N 10. P. 62–67.Malael, I., Costea, F., Draghici, M. Flow evaluation of the lobe pump using numerical methods // Applied Physics, System Science and Computers III. – 2019. – V. 574. – P. 301–309.Malael I., Costea F., Draghici M. Flow evaluation of the lobe pump using numerical methods. Applied Physics, System Science and Computers III. 2019. V. 574. P. 301–309.Li, Y., Du, J., Guo, D. Numerical research on viscous oil flow characteristics inside the rotor cavity of rotary lobe pump // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. – 2019. – V. 41. – P. 1–11.Li Y., Du J., Guo D. Numerical research on viscous oil flow characteristics inside the rotor cavity of rotary lobe pump. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2019. V. 41. P. 1–11.Amer, M., Vaca, A., Bowden, M. Effects of different blade numbers on radial exciting force of lobe pump rotor. Bioprocess and Biosystems Engineering. – 2022. – V. 45. – N 9. – P. 1477–1488.Amer M., Vaca A., Bowden M. Effects of different blade numbers on radial exciting force of lobe pump rotor. Bioprocess and Biosystems Engineering. 2022. V. 45. N 9. P. 1477–1488.Flow fluctuation abatement method and flow characteristics of lobe pump by external non circular gear drive / D. Liu, C. Xu, L. Shi [et al.] // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2024. – V. 38. – P. 271–284.Liu D., Xu C., Shi L., Tian B., Jin X. Flow fluctuation abatement method and flow characteristics of lobe pump by external non circular gear drive. Journal of Mechanical Science and Technology. 2024. V. 38. P. 271–284.Numerical analysis of the inlet and outlet diameter effects on pulsation dynamics and cavitation in the lobe pump / H. Zhou, P. Zhou, L. Meng [et al.] // Journal of Applied Fluid Mechanics. – 2025. – V. 18. – N 5. – P. 1189–1204.Zhou H., Zhou P., Meng L., Li J., Xiang C., Qian H. Numerical analysis of the inlet and outlet diameter effects on pulsation dynamics and cavitation in the lobe pump. Journal of Applied Fluid Mechanics. 2025. V. 18. N 5. P 1189–1204.Гиноян, Р. В., Кулаткова, А. С. Применение кулачковых насосов в технологической линии производства мороженного с целью стабилизации подачи смеси / Р. В. Гиноян, А. С. Кулаткова // Современные аспекты производства и переработки сельскохозяйственной продукции: материалы VI Международной научно-практ. конференции (Краснодар, 31 марта 2020). – Краснодар: Изд-во КубГАУ, 2020. – С.88–92.Ginoyan R. V., Kulatkova A. S. Primenenie kulachkovykh nasosov v tekhnologicheskoy linii proizvodstva morozhenogo s tsel'yu stabilizatsii podachi smesi [The use of cam pumps in the technological ice cream production line in order to stabilize the supply of the mixture]. Sovremennye aspekty proizvodstva i pererabotki sel'skokhozyaystvennoy produktsii. Materialy VI Mezhdunarodnoy nauchno-prakt. konferentsii (Krasnodar, 31.03.2020). Krasnodar, Izd-vo KubGAU, 2020, pp.88–92.Гиноян, Р. В., Пасин, А. В., Кулаткова, А. С. Влияние содержания различных доз сухого обезжиренного молока на структурно-механические свойства смесей мороженого и энергопотребление технологического оборудования при производстве мороженого «Пломбир» / Р. В. Гиноян, А. В. Пасин, А. С. Кулаткова // Вестник ВСГУТУ. – 2021. – № 2 (81). – С. 18–25.Ginoyan R. V., Pasin A. V., Kulatkova A. S. Vliyanie soderzhaniya razlichnykh doz sukhogo obezzhirennogo moloka na strukturno-mekhanicheskie svoystva smesey morozhenogo i energopotreblenie tekhnologicheskogo oborudovaniya pri proizvodstve morozhenogo [The effect of the content of various doses of skimmed milk powder on the structural and mechanical properties of ice cream mixtures and energy consumption of technological equipment in the production of ice cream "Plombir"]. Vestnik VSGUTU. 2021, no. 2 (81), pp. 18–25.Ахмедова, Н. Р., Левичева, О. И., Наумов, В. А. Влияние вязкости жидких пищевых продуктов на производительность кулачковых насосов (на примере перекачивания рыбного жира) / Н. Р. Ахмедова, О. И. Левичева, В. А. Наумов // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Рыбное хозяйство. – 2022. – № 3. – С.74–81.Akhmedova N. R., Levicheva O. I., Naumov V. A. Vliyanie vyazkosti zhidkikh pishchevykh produktov na proizvoditel'nost' kulachkovykh nasosov (na primere perekachivaniya rybnogo zhira) [The effect of viscosity of liquid foodstuffs on the performance of lobe pumps (using the example of pumping fish oil)]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Rybnoe khozyaystvo. 2022, no. 3, pp.74–81.Akhmedova, N. R., Levicheva, O. I., Naumov, V. A. Performance characteristics of rotary lobe pumps for high viscosity food medium / N. R. Akhmedova, O. I. Levicheva, V. A. Naumov // IOP Conference Series. Earth and Environmental Science. – 2024. – V. 1420. – N 1. – URL: https://doi.org/10.1088/1755-1315/1420/1/012013 (дата обращения: 08.03.2025).Akhmedova N. R., Levicheva O. I., Naumov V. A. Performance characteristics of rotary lobe pumps for high viscosity food medium. IOP Conference Series. Earth and Environmental Science. 2024, vol. 1420, no. 1. Available at: https://doi.org/10.1088/1755-1315/1420/1/012013 (accessed 08 March 2025).Левичева, О. И. Усовершенствование аналитической модели нагрузочных характеристик пищевых коловратных насосов / О. И. Левичева // Вестник науки и образования Северо-Запада России. – 2025. – Т. 11. – № 1. – С. 18–27.Levicheva O. I. Usovershenstvovanie analiticheskoy modeli nagruzochnykh kharakteristik pishchevykh kolovratnykh nasosov [Improvement of the analytical model of the load characteristics of food lobe pumps]. Vestnik nauki i obrazovaniya SeveroZapada Rossii. 2025, vol. 11, no. 1, pp. 18–27.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.