Метод определения допустимой частоты вращения ротора коловратного насоса при перекачивании рыбного фарша с учетом его реологических свойств

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.

1. Горбатов, А. В. Реология мясных и молочных продуктов: моногр. / А. В. Горбатов. – Москва: Пищ. пром-сть, 1979. – 384 с.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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).

9. 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).

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.