Оценка рабочих характеристик установок для подачи высоковязких пищевых масс с помощью кулачковых насосов российского производства

В пищевой промышленности для перекачивания рабочих сред используют кулачковые насосы, которые являются одними из самых сложных в изготовлении. При этом у насосов данного типа есть ряд преимуществ: низкие эксплуатационные затраты, длительный срок службы и бережное перемещение пищевых масс без повреждения их структуры. В данной работе рассматриваются рабочие характеристики кулачковых насосов российского производства с целью разработки метода оценки рабочих характеристик по параметрам технического паспорта. Установлено, что с увеличением безразмерного коэффициента динамической вязкости возрастает как подача, так и затраченная мощность кулачковых насосов серии КНП российского производства, но с увеличением вязкости влияние ее на подачу уменьшается, а на затраченную мощность – возрастает. При этом результаты расчета показывают, что с ростом вязкости перекачиваемой жидкости показатели энергетической эффективности сначала улучшаются, а затем начинают ухудшаться. Это связано с тем, что для перекачивания более вязких пищевых масс требуются большие энергетические затраты. Выполнен гидравлический расчет технологического трубопровода при перекачивании пищевой массы (плавленого сыра), который показал, что при транспортировании высоковязких продуктов уменьшение диаметра трубопровода слабо влияет на подачу, но приводит к заметному увеличению гидравлических потерь, затраченной мощности и ухудшению энергетической эффективности установки. Предложен метод, который позволит получить приближенные рабочие характеристики кулачковых насосов российского производства по насосу-аналогу. Полученные в данной работе характеристики кулачковых насосов позволяют рассчитать расход, перепад давления и затраченную мощность в рабочей точке для заданного технологического трубопровода.

1. Karassik I. J., Messina J. P., Cooper P., Heald C. C. Displacement Pumps // Pump Handbook. Ed. I. J. Karassik. New York: McGraw-Hill, 2001. P. 609–640.

2. Jung S. Y., Han S. M., Cho H. Y., Kim C. Automated design system for a rotor with an ellipse lobe profile // Journal of Mechanical Science and Technology Mechanical Science and Technology. 2009. V. 23. N 11. P. 2928–2937.

3. Kang Y. H., Vu H. H., Hsu C. Factors impacting on performance of lobe pumps: A numerical evaluation // Journal of Mechanics. 2012. V. 28. N 2. P. 229–238.

4. Kang Y. H., Vu H. H. A newly developed rotor profile for lobe pumps: Generation and numerical performance assessment // Journal of Mechanical Science and Technology. 2014. V. 28. N 3. P. 915–926.

5. Li Y., Guo D., Li X. Mitigation of radial exciting force of rotary lobe pump by gradually varied gap // Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 2018. V. 12. P. 711–723.

6. Гиноян Р. В., Кулаткова А. С., Денисюк Е. А. Влияние конструктивных особенностей насосов для подачи смеси мороженого на процесс фризерования и качество готового продукта // Перспективы развития агропромышленного и лесного производства Союзного государства России и Белоруссии: Международная научно-практическая конференция (26.09.2019): материалы. Нижний Новгород: Нижегород. ГСХА, 2019. С. 155–158.

7. Гиноян Р. В., Кулаткова А. С. Применение кулачковых насосов в технологической линии производства мороженного с целью стабилизации подачи смеси // Современные аспекты производства и переработки сельскохозяйственной продукции: VI Международная научно-практическая конференция (31.03.2020): материалы. Краснодар: КубГАУ, 2020. С. 88–92.

8. Li Y. B., Du J., Guo D. S. 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.

9. Akhmedova N. R., Levicheva O. I., Naumov V. A. Influence of liquid food products viscosity on lobe pump performance (case of pumping fish oil) // Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Fishing Industry. 2022. N 3. P. 74–81.

10. Waukesha Cherry-Burrell. Rectangular flange positive displacement pumps. URL: https://www.spxflow.com/waukesha-cherry-burrell/products/universal-1-series-rectangular-flange-positive-displacement-pumps/ (дата обращения: 08.08.2023).

11. Pomac Pumps Co. Lobe Pumps PLP Series. URL: https://www.pomacpumps.com/en/pharma/lobe-pump-pКН/ (дата обращения: 08.08.2023).

12. Левичева О. И., Наумов В. А. Некоторые проблемы исследования и подбора оборудования для производства плавленых сыров: краткий обзор // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2023. Т. 9. № 3. С. 27–42.

13. ООО «Технология». Пищевые кулачковые насосы. URL: https://newhomogenizer.ru/catalog/kulachkovii-nasos/ (дата обращения: 09.09.2023).

14. ООО «ПК Константа». Роторные насосы ОНР. URL: http://pkkonstanta.ru/katalog/nasosy-pishevye/nasosy-rotornye-onr-ora-pishevye.html (дата обращения: 09.09.2023).

15. АО «Некрасовский машиностроительный завод». Каталог пищевых роторных насосов ОРА. URL: http://nmzyaroslavl.ru/product/pumps/shesterennye_nasosy/rotornye_nasosy_ora/ (дата обращения: 09.09.2023).

16. Dimitreli G., Thomareis A. S. Effect of temperature and chemical composition on processed cheese apparent viscosity // Journal of Food Engineering. 2004. V. 64. P. 265–271. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2003.10.008.

17. Реологические основы расчета оборудования производства жиросодержащих пищевых продуктов / В. А. Арет, Б. Л. Николаев, Г. П. Забровский, Л. К. Николаев. Санкт-Петербург: СПбГУиПТ, 2006. 435 с.

18. Исследование реологических характеристик плавленого сыра / С. А. Бредихин, В. Н. Андреев, А. Н. Мартеха, Ю. М. Березовский // Ползуновский вестник. 2021. № 4. С. 35–40. DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2021.04.005.

19. Csizmadia P., Till S. The effect of rheology model of an activated sludge on to the predicted losses by an elbow // Periodica Polytechnica. Mech. Eng. 2018. V. 62. N 4. P. 305–311.

20. Bibok M., Csizmadia P., Till S. Experimental and numerical investigation of the loss coefficient of a 90° pipe bend for power-law fluid // Periodica Polytechnica. Chem. Eng. 2020. V. 64. N 4. P. 469–478.