Аннотация

Введение. Важную роль в совершенствовании современных технологических линий играют гидравлические расчеты их проточных частей. Нередко такие расчеты выполняются без учета характеристик насосных установок. Одновинтовые насосы (ОВН) являются одним из типов гидравлических машин, применяемых для перекачивания высоковязких жидкостей в современных пищевых производствах. Цель работы – разработка инженерного метода оценки влияния вязкости неньютоновских жидкостей на нагрузочные характеристики ОВН, применяемые в пищевых технологиях. Объекты и методы исследования. Одновинтовые насосы, снабженные бункером со шнеком и предназначенные для перекачивания высоковязких жидкостей. В качестве исходных данных использовались находящиеся в открытом доступе результаты испытаний ОВН серии Atlas W и результаты исследования реологических свойств кондитерских желейных масс. Были применены ранее разработанные автором методы расчета нагрузочных характеристик ОВН и учета влияния на них вязкости перекачиваемой жидкости. Зависимость вязкости от частоты вращения ротора определялась по формуле Бингама. Результаты и их обсуждение. Анализ результатов испытаний ОВН серии Atlas W подтвердил необходимость учитывать в расчетах минимальную частоту вращения ротора, при которой начинается перекачивание жидкости. Для данной серии указанная частота прямо пропорциональна перепаду давления. Построен примерный вид нагрузочных характеристик ОВН при перекачивании желейных масс. Производительность ОВН при перекачивании особо вязких пищевых продуктов заметно меньше, а затраченная мощность существенно больше, чем при перекачивании воды. Снижение температуры и возрастание содержания пектина в кондитерских желейных массах приводит к снижению подачи и росту затраченной мощности ОВН. Выводы. Разработан метод, позволяющий оценить нагрузочные характеристики ОВН (зависимости подачи, мощности и КПД от перепада давления) при перекачивании в пищевой технологии высоковязких жидкостей. Метод может быть использован при проектировании технологических трубопроводов.

Ключевые слова

Одновинтовые насосы, жидкие пищевые продукты, желейные массы, нагрузочные характеристики

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Study of the process of concentration as a factor of product quality formation / A. L. Maytakov [et al.] // Foods and Raw Materials. 2018. Vol. 6. № 1. P. 172–181. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2018-1-172-181.
2. Modelling of a milk powder falling film evaporator for predicting process trends and comparison of energy consumption / Y. Zhang [et al.] // Journal of Food Engineering. 2018. Vol. 225. P. 26–33. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2018.01.016.
3. Hettiarachchi C. A., Voronin G. L., Harte F. M. Spray drying of high pressure jet-processed condensed skim milk // Journal of Food Engineering. 2019. Vol. 261. P. 1–8. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2019.04.007.
4. Совершенствование технологического потока линии производства инстантированного киселя / К. Б. Плотников [и др.] // Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 1. С. 96–105. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-1-96-105.
5. Stoforos G. N., Simunovic J. Computer-aided design and experimental testing of continuous flow cooling of viscous foods // Journal of Food Process Engineering. 2018. Vol. 41. № 8. https://doi.org/10.1111/jfpe.12913.
6. Optimized hydraulic diameter and operating condition of tube heat exchanger for food industry – A numerical study / I. M. Arsana [et al.] // Journal of Mechanical Engineering Research and Developments. 2020. Vol. 43. № 6. P. 329–338.
7. Оптимизация параметров технологического трубопровода по технико-экономическим показателям / А. А. Хвостов [и др.] // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2020. Т. 82. № 1 (83). С. 34–46.
8. Балденко Д. Ф., Балденко Ф. Д., Гноевых А. Н. Одновинтовые гидравлические машины. Т. 1. Одновинтовые насосы. М.: ИРЦ Газпром, 2005. 488 с.
9. Bi H., Wu M., Zhang X. Design of parameters optimization system for crew pump well // International Journal of Simulation: Systems, Science and Technology. 2016. Vol. 17. № 25. P. 11–16. https://edas.info/doi/10.5013/IJSSST.a.17.25.01.
10. Numerical modelling of twin-screw pumps based on computational fluid dynamics / D. Yan [et al.] // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2017. Vol. 231. № 24. P. 4617–4634. https://doi.org/10.1177/0954406216670684.
11. Балденко Д. Ф., Балденко Ф. Д. Пути совершенствования одновинтовых насосов для реализации современных технологий нефтегазовой промышленности // Бурение и нефть. 2018. № 4. С. 4–11.
12. The hydraulic performance of twin-screw pump / D. Zhang [et al.] // Journal of Hydrodynamics. 2020. Vol. 32. № 3. P. 605–615. https://doi.org/10.1007/s42241-020-0938-9.
13. Design and investigation on a novel piezoelectric screw pump / Y. Yin [et al.] // Smart Materials and Structures. 2020. Vol. 29. № 8. https://doi.org/10.1088/1361-665X/ab98ec.
14. Наумов В. А. Расчет нагрузочных характеристик типоразмерного ряда одновинтовых насосов по результатам испытаний // Материаловедение. Энергетика. 2020. Т. 26. № 3. С. 80–89. https://doi.org/10.18721/JEST.26306.
15. Великанов Н. Л., Наумов В. А., Корягин С. И. Работа одновинтовых насосов с жидкостями различной вязкости // Технико-технологические проблемы сервиса. 2020. Т. 54. № 4. С. 40–44.
16. Yu C., Gunasekaran S. Modeling of melt conveying in a deep-channel single-screw cheese stretcher // Journal of Food Engineering. 2004. Vol. 61. № 2. P. 241–251. https://doi.org/10.1016/S0260-8774(03)00096-7.
17. Roland W., Miethlinger J. Heuristic analysis of viscous dissipation in single-screw extrusion // Polymer Engineering and Science. 2018. Vol. 58. № 11. P. 2055–2070. https://doi.org/10.1002/pen.24817.
18. CSF Inox S.p.A. Eccentric screw. URL: https://www.csf.it/en/products/eccentric-screw/ (date of application: 08.12.2020).
19. Atlas – Progressive cavity pump. URL: https://www.alphadynamic.eu/products/atlas-progressive-cavity-pump/atlaswsm/ (date of application: 20.12.2020).
20. Одновинтовые насосы Varisco. URL: https://promnasos.com/catalog/screw_pumps/varisco_vulcan/ (дата обращения: 07.07.2020).
21. Муратова Е. И., Смолихина П. М. Реология кондитерских масс. Тамбов: Тамбовский государственный технический университет, 2013. 188 с.
22. Fu T., Haworth B., Mascia L. Analysis of process parameters related to the single-screw extrusion of recycled polypropylene blends by using design of experiments // Journal of Plastic Film and Sheeting. 2017. Vol. 33. № 2. P. 168–190. https://doi.org/10.1177/8756087916649006.
23. Flow/pressure characteristics and modeling of deformation processes of single-screw extruders / A. A. Borisov [et al.] // Polymer Engineering and Science. 2010. Vol. 50. № 10. P. 2069–2073. https://doi.org/10.1002/pen.21722.