izvkgtuИзвестия КГТУKSTU News1997-3071Калининградский государственный технический университет10.46845/1997-3071-2026-81-43-56izvkgtu-205Research ArticleТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВPROCESSES AND TECHNOLOGY OF FOOD MANUFACTURINGМетод определения допустимой частоты вращения ротора коловратного насоса при перекачивании рыбного фарша с учетом его реологических свойствMethod for determining the maximum permissible rotor speed of rotary lobe pumps when pumping fish mince based on its rheological propertieshttps://orcid.org/0000-0003-3483-3580АхмедоваН. Р.AkhmedovaN. R.

Наталья Равиловна Ахмедова - кандидат биологических наук, заведующая кафедрой техносферной безопасности и природообустройства

Калининград

Natal'ya R. Akhmedova - Candidate of Biological Sciences, Head of the Department of Technosphere Safety and Environmental Engineering

Kaliningrad

isfendi@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0560-5933НаумовВ. А.NaumovV. A.

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

Калининград

Vladimir A. Naumov - Doctor of Engineering, Professor of the Department of Technosphere Safety and Environmental Management

Kaliningrad

van-old@mail.ruКалининградский государственный технический университетРоссияKaliningrad State Technical UniversityRussian Federation2026070520260814356Copyright © Ахмедова Н.Р., Наумов В.А., 20262026Ахмедова Н.Р., Наумов В.А.Akhmedova N.R., Naumov V.A.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/205

Актуальность исследования обусловлена необходимостью сохранения структуры и качества фаршевых систем из рыбного сырья при их межоперационном транспортировании коловратными насосами в технологических линиях пищевых производств. Существующие рекомендации производителей по ограничению частоты вращения ротора применимы преимущественно к ньютоновским жидкостям и не учитывают сложное реологическое поведение рыбного фарша, характеризующееся наличием предельного напряжения сдвига, псевдопластичностью и тиксотропным разрушением волокнистой структуры под действием сдвиговых деформаций. Цель работы – усовершенствование метода определения наибольшей допустимой частоты вращения ротора коловратного насоса при перекачивании фаршевых систем из минтая с различными наполнителями (пшено, гречневая крупа, геркулес, ржаная мука). На основе реологической модели, описывающей касательное напряжение как сумму компонентов мгновенно-упругой деформации, пластического сдвига и вязкоупругого течения, получена аналитическая зависимость эффективной динамической вязкости от частоты вращения ротора. Для насосов серии JRZL выведена обобщенная формула связи допустимой частоты с рабочим объемом и безразмерной вязкостью перекачиваемой среды, где показатель степени β = 0,181 оказался постоянным для всей линейки. Разработан алгоритм решения нелинейного уравнения для расчета предельных режимов работы насоса. Установлено, что для RZL-120 переход от фарша без добавок к фаршу с ржаной мукой снижает допустимую частоту вращения с 232 до 68,7 об./мин. Предложенная методика позволяет обоснованно выбирать тип насоса и режим его работы, обеспечивая сохранение качества продукта и оптимизацию энергетических показателей.

The relevance of the study is determined by the need to preserve the structure and quality of fish mince systems during their inter-operational transportation by rotary lobe pumps in food production lines. Existing manufacturers' recommendations on limiting rotor speed are primarily applicable to Newtonian fluids and do not account for the complex rheological behaviour of fish minces, which is characterized by yield stress, pseudoplasticity, and thixotropic destruction of the fibrous structure under shear deformation. The aim of this work is to improve the method for determining the maximum permissible rotor speed of rotary lobe pumps when pumping pollock mince with various fillers (millet, buckwheat, oat flakes, rye flour). Based on a rheological model describing shear stress as a sum of instantaneous-elastic deformation, plastic shear, and viscoelastic flow components, an analytical dependence of effective dynamic viscosity on rotor speed has been derived. For JRZL-series pumps, a generalized formula relating permissible speed to pump working volume and dimensionless viscosity of the pumped medium has been obtained, with the exponent β = 0.181 remaining constant across the entire pump line. An algorithm for solving the nonlinear equation to calculate limiting pump operating modes has been developed. It has been found that for the RZL-120 pump, transitioning from mince without additives to mince with rye flour reduces the permissible rotor speed from 232 to 68.7 rpm. The proposed methodology enables a scientific election of pump type and operating mode, ensuring product quality preservation and optimization of energy efficiency indicators in food processing technologies.

коловратный насосрыбный фаршдопустимая частота вращения ротораэффективная динамическая вязкостьэнергетическая эффективностьrotary lobe pumpfish mincemaximum permissible rotor speedeffective dynamic viscosityenergy efficiencyИсследование проведено в рамках выполнения государственного задания НИОКР «Разработка и совершенствование инновационных процессов пищевой инженерии».The study was carried out within the framework of the state assignment for R&D "Development and improvement of innovative processes in food engineering".ReferencesГорбатов, А. В. Реология мясных и молочных продуктов: моногр. / А. В. Горбатов. – Москва: Пищ. пром-сть, 1979. – 384 с.Gorbatov, A. V. Rheology of meat and dairy products: monogr. / A. V. Gorbatov. – Moscow: Pishchevaya promyshlennost', 1979. – 384 p.Наумов, В. А. Производительность и энергетическая эффективность коловратного насоса при перекачивании мясного фарша / В. А. Наумов. – DOI: 10.21323/2071-2499-2024-4-44-48 // Все о мясе. – 2024. – № 4. – С. 27–32.Naumov, V. A. Productivity and energy efficiency of the lobe pump for minced meat pumping / V. A. Naumov. DOI: 10.21323/2071-2499-2024-4-44-48 // All about meat. – 2024. – № 4. – P. 27–32.Kang, Y. H. Factors impacting on performance of lobe pumps: a numerical evaluation / Y. H. Kang, Y. H. Vu, C. Hsu. – DOI: 10.1017/jmech.2012.26 // Journal of Mechanics. – 2012. – Vol. 28, № 2. – P. 229–238.Kang, Y. H. Factors impacting on performance of lobe pumps: a numerical evaluation / Y. H. Kang, Y. H. Vu, C. Hsu. – DOI: 10.1017/jmech.2012.26 // Journal of Mechanics. – 2012. – Vol. 28, № 2. – P. 229–238.Li, Y. Mitigation of radial exciting force of rotary lobe pump by gradually varied gap / Y. Li, D. Guo, X. Li. – DOI: 10.1080/19942060.2018.1517053 // Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. – 2018. – Vol. 12. – P. 711–723.Li, Y. Mitigation of radial exciting force of rotary lobe pump by gradually varied gap / Y. Li, D. Guo, X. Li. – DOI: 10.1080/19942060.2018.1517053 // Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. – 2018. – Vol. 12. – P. 711–723.Li, Y. B. Numerical research on viscous oil flow characteristics inside the rotor cavity of rotary lobe pump / Y. B. Li, J. Du, D. S. Guo. – DOI: 10.1007/s40430-019-1781-0 // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. – 2019. – Vol. 41. – P. 1–11.Li, Y. B. Numerical research on viscous oil flow characteristics inside the rotor cavity of rotary lobe pump / Y. B. Li, J. Du, D. S. Guo. – DOI: 10.1007/s40430-019-1781-0 // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. – 2019. – Vol. 41. – P. 1–11.Ахмедова, Н. Р. Влияние вязкости жидких пищевых продуктов на энергетическую эффективность кулачковых насосов / Н. Р. Ахмедова, О. И. Левичева, В. А. Наумов. – DOI: 10.26297/0579-3009.2023.5-6.14 // Известия вузов. Пищевая технология. – 2023. – № 5–6 (394). – С. 88–93.Akhmedova, N. R. Influence of liquid food products viscosity on the lobe pumps energy efficiency / N. R. Akhmedova, O. I. Levicheva, V. A. Naumov. – DOI: 10.26297/0579-3009.2023.5-6.14 // Proceedings of Higher Education Institutions. Food Technology. – 2023. – № 5–6 (394). – P. 88–93.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. Improvement of the analytical model of the food lobe pumps load characteristics / O. I. Levicheva // Bulletin of Science and Education of North-West Russia. – 2025. – Vol. 11, № 1. – P. 18–27.Rotary Lobe Pumps. Characteristic Curves Booklet. – Текст: электронный // KSB Aktiengesellschaft: сайт. – URL: https://www.ksb.com/en-se/lc/products/pump/dry-installed-pump/vitalobe/V06A (дата обращения: 02.12.2025).Rotary Lobe Pumps. Characteristic Curves Booklet. – Text: electronic // KSB Aktiengesellschaft: site. – URL: https://www.ksb.com/en-se/lc/products/pump/dry-installed-pump/vitalobe/V06A (date of treatment: 02.12.2025).Operating & Maintenance Manual for JRZL-100 Series Rotary Lobe Pumps. – Текст: электронный // Dixon: сайт. – URL: https://dixonvalve.com/sites/default/files/documents/Rotary-Lobe-Pumps-JRZL-100-Series_0.pdf (дата обращения: 31.12.2025).Operating & Maintenance Manual for JRZL-100 Series Rotary Lobe Pumps. – Text: electronic // Dixon: website. – URL: https://dixonvalve.com/sites/default/files/documents/Rotary-Lobe-Pumps-JRZL-100-Series_0.pdf (date of treatment: 31.12.2025).Наумов, В. А. Зависимость наибольшей допустимой частоты вращения ротора от рабочего объема коловратных насосов и вязкости пищевой жидкости / В. А. Наумов // Вестник науки и образования Северо-Запада России. – 2025. – Т. 11, № 3. – С. 26–35.Naumov, V. A. Dependence of the maximum allowable rotor speed on the lobe pumps working volume and the viscosity of the food liquid / V. A. Naumov // Bulletin of Science and Education of North-West Russia. – 2025. – Vol. 11, № 3. – P. 26–35.Наумов, В. А. Допустимая частота вращения ротора коловратного насоса при транспортировании плавленых сыров / В. А. Наумов, О. И. Левичева. – DOI: 10.21603/2073-4018-2025-3-27 // Сыроделие и маслоделие. – 2025. – № 3. – С. 98–103.Naumov, V. A. Inter-Operational Conveying of Processed Cheese Spreads: Permissible Rotation Speed of Rotary Lobe Pump. / V. A. Naumov, O. I. Levicheva. – DOI: 10.21603/2073-4018-2025-3-27 // Cheese and Butter Making. – 2025. – № 3. – P. 98–103.Исследование влияния структурорегулирующих добавок на свойства рыбных фаршевых систем / В. Д. Богданов, А. А. Симдянкин, А. В. Панкина, В. Д. Мостовой. – DOI: 10.21443/1560-9278-2022-25-3-219-230 // Вестник МГТУ. – 2022. – Т. 25, № 3. – С. 219–230.Investigation of the effect of structure-regulating additives on the properties of minced fish systems / V. D. Bogdanov, A. A. Simdyankin, A. V. Pankina, V. D. Mostovoy. – DOI: 10.21443/1560-9278-2022-25-3-219-230 // Bulletin of MSTU. – 2022. – Vol. 25, № 3. – P. 219–230.Исследование реологических характеристик рыбного фарша из объектов аквакультуры / Ю. А. Фатыхов, Д. Л. Альшевский, В. И. Устич [и др.]. – DOI: 10.24143/2073-5529-2023-3-119-128 // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Рыбное хозяйство. – 2023. – № 3. – С. 119–128.Study of the rheological properties of minced fish from aquaculture objects / Yu. A. Fatykhov, D. L. Alshevsky, V. I. Ustich [et al.]. – DOI: 10.24143/2073-5529-2023-3-119-128 // Bulletin of Astrakhan State Technical University. Series: Fishing Industry. – 2023. – № 3. – P. 119–128.Совершенствование технологии рыбного фарша из прудовых рыб и оценка качества кулинарных изделий из него / Н. В. Ярцева, Н. В. Долганова, И. Ю. Алексанян, А. Х.-Х. Нугманов. – DOI: 10.29141/2500-1922-2022-7-2-7 // Индустрия питания. – 2022. – Т. 7, № 2. – С. 61–71.Technology Improvement of Minced Fish from Pond Fish and Quality Assessment of Culinary Products / N. V. Yartseva, N. V. Dolganova, I. Yu. Aleksanyan, A. Kh.-Kh. Nugmanov. – DOI: 10.29141/2500-1922-2022-7-2-7 // Food Industry. – 2022. – Vol. 7, № 2. – P. 61–71.Gorbatovskiy, A. A. Minced products from undersized sea fish: new industrial technology / A. A. Gorbatovskiy, I. L. Rakityanskaya, M. V. Kaledina. – DOI: 10.21603/2308-4057-2021-1-87-94 // Foods and Raw Materials. – 2021. – Vol. 9, № 1. – P. 87–94.Gorbatovskiy, A. A. Minced products from undersized sea fish: new industrial technology / A. A. Gorbatovskiy, I. L. Rakityanskaya, M. V. Kaledina. – DOI: 10.21603/2308-4057-2021-1-87-94 // Foods and Raw Materials. – 2021. – Vol. 9, № 1. – P. 87–94.Агеев, О. В. Обоснование реологической модели фаршевой системы из рыбного сырья при производстве экструдированной продукции / О. В. Агеев // Вестник науки и образования Северо-Запада России. – 2025. – Т. 11, № 3. – С. 6–25.Ageev, O. V. Substantiation of a rheological model for a fish-based mince system in the production of extruded products / O. V. Ageev // Bulletin of Science and Education of North-West Russia. – 2025. – Vol. 11, № 3. – P. 6–25.

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