ПРОБЛЕМЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ И НАДЕЖНОСТИ МАШИН
№ 4, 2014
УДК 532.517.6; 534.7; 534.14
© 2014 г. Ганиев Р.Ф.1, Корнеев А.С.2 ВОЛНОВЫЕ ГИДРОМАССАЖЕРЫ
1 Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, г. Москва;
2 Научный центр нелинейной волновой механики и технологии РАН, г. Москва
Разработаны и экспериментально исследованы волновые гидромассажеры, отличающиеся от подобных устройств вакуум-прессующим воздействием на кожный покров человека. Создаваемый уровень вакуума при различных режимах работы составляет от 1 до 9 кПа. Максимум амплитуды колебаний наблюдается в диапазоне частот от 99 до 504 Гц в зависимости от схемы подачи и давления воды на входе в гидромассажер, составляющего от 0,2 до 0,6 МПа выше атмосферного. Область применения данных устройств — лечебный массаж, проводимый как в клинических, так и в домашних условиях.
Разработанные гидроволновые массажеры [1—3] обеспечивают циклическое ваку-ум-прессующее воздействие на кожный покров человека. Это принципиально отличает их от традиционных гидромассажных устройств, в которых отсутствует фаза создания вакуума ("присасывающего", или отрицательного давления). Таким образом, волновые массажеры позволяют сочетать обычную гидротерапию с вакуум-терапией, что может дать полезный физиотерапевтический эффект. В волновых массажерах используется либо чистая вода, либо вода с лекарственными добавками.
Имеются несколько типов волновых гидромассажеров, два из которых представлены в настоящей статье (рис. 1). Волновой гидромассажер первого типа (1), состоит из корпуса 1, завихрителя 2 и сопла 3, изготовленных из нержавеющей стали. В завихри-теле выполнены аксиально-тангенциальные отверстия, обеспечивающие закрутку потока и увеличенную осевую компоненту скорости. При истечении закрученной струи из сопла возникают нестационарные потоки жидкости, приводящие к генерации колебаний давления и к возникновению волн, оказывающих массажный эффект. Гидромассажеры с аксиально-тангенциальными отверстиями сложны в изготовлении. Поэтому были разработаны более технологичные массажеры с чисто тангенциальной подачей жидкости (2). Их элементами являются: корпус 1, завихритель 2, одновременно
Рис. 1. Конструктивные схемы волновых гидромассажеров: 1 — с аксиально-тангенциальной подачей, 2 — с тангенциальной подачей
4* 99
Q, дм3/мин 22
18 14
10
Рс - Ра, кПа 0
-2 -6 -10
0,3 0,4 0,5 Р - Ра, МПа
Рис. 2
0,2 0,3 0,4 0,5 Р - Ра, МПа
Рис. 3
0,3 0,4 0,5 Р - Ра, МПа
Рис. 6
Рис. 2. Расходные характеристики волновых гидромассажеров: 1 — с аксиально-тангенциальной подачей,
2 — с тангенциальной подачей Рис. 3. Уровень вакуума, создаваемого волновыми гидромассажерами, при различных избыточных давлениях воды на входе: 1 — с аксиально-тангенциальной подачей, 2 — с тангенциальной подачей Рис. 6. Максимальные амплитуды колебаний давления при различных избыточных давлениях воды на входе в гидромассажеры: 1 — с аксиально-тангенциальной подачей, 2 — с тангенциальной подачей
выполняющий роль сопла, ручка 3, ввинчиваемая через прокладку 4. Для нормальной работы гидромассажера его сопло должно находиться под водой.
Экспериментальные зависимости расхода воды Q от избыточного давления на входе в гидромассажер представлены на рис. 2. Здесь Р — абсолютное давление, Ра — атмосферное давление. При одинаковых значениях давления расход воды через массажер аксиально-тангенциальной схемы примерно на 10% больше, чем для чисто тангенциальной. Это связано с меньшим гидравлическим сопротивлением на входе в канал для первого случая.
За счет центробежных эффектов в приосевой области течения происходит понижение давления ниже атмосферного, что иллюстрируется рис. 3. Здесь Рс — абсолютное давление внутри канала массажера на расстоянии 5 мм от среза сопла, Ра — атмосферное давление, Р — абсолютное давление на входе в массажер. С повышением давления воды на входе в массажер вакуумный эффект сначала заметно усиливается, затем его рост замедляется, а при избыточном давлении свыше 0,5 МПа его дальнейший рост практически прекращается. Тангенциальная подача воды позволяет создать более глубокий вакуум, чем аксиально-тангенциальная.
В ходе экспериментальных исследований были получены амплитудно-частотные характеристики колебаний исследованных гидромассажеров с помощью датчика давления фирмы Кистлер и осциллографа Лекрой (рис. 4 и 5). Здесь по оси ординат отложена амплитуда колебаний давления в условных единицах (милливольтах шкалы прибора), по оси абсцисс — частота в герцах. Датчик располагался вдоль оси течения на расстоянии 3 мм от среза сопла. Положения максимумов были подвержены флуктуа-циям по времени. Сплошными линиями на рис. 4 и 5 показаны спектры колебаний в моменты времени, соответствующие максимальным амплитудам главного максимума, штриховыми — минимальным.
С повышением давления воды главные максимумы амплитуд колебаний смещаются в область более высоких частот. Для массажера аксиально-тангенциальной схемы частота главного максимума /т = 88 Гц при Р — Ра = 0,2 МПа, /т = 145 Гц при Р — Ра = 0,4 МПа и /т = 187 Гц при Р — Ра = 0,6 МПа. В случае чисто тангенциальной подачи этот эффект выражен сильнее: /т = 260 Гц при Р — Ра = 0,2 МПа, /т = 374 Гц при Р - Ра = 0,4 МПа и¡т = 504 Гц приР - Ра = 0,6 МПа.
Абсолютные значения амплитуд колебаний при одинаковых давлениях воды для аксиально-тангенциальных массажеров в 4-6 раз больше, чем для тангенциальных (рис. 6). Флуктуации амплитуд колебаний по времени для исследованных массажеров составляют от 30% до 50% от средних значений.
По результатам испытаний можно сделать следующие выводы: гидромассажеры аксиально-тангенциальной схемы создают более интенсивные колебаний давления, но
А, мВ 0,15 0,10 0,05 0 0,7 0,5 0,3
0,1
0
1,4
1,0
0,6
0,2 0
А, мВ
0,03 0,02 0,01 0 0,10
100
300
■ л> ¡1
] ■ Ш. I;
НОТ» 1 |
ИИ
™1 Г 1
500 700
0
0,25 г
0,15
0,05
900 /, Гц
- в
1 1л 1 Г' 1 1 1 1 1 ЁА * .и у С1:ч 1 1 г А 1 й'' »■ 1 ШШм^йУ < ,41 '1 V
0 100
300
Рис. 4
500 Рис. 5
700
900 /, Гц
Рис. 4. Амплитудно-частотная характеристика гидромассажера с аксиально-тангенциальной подачей при
различных избыточных давлениях воды: а — р — ра = 0,2 МПа, б — 0,4 МПа, в — 0,6 МПа. Рис. 5. Амплитудно-частотная характеристика гидромассажера с тангенциальной подачей при различных избыточных давлениях воды: а — р — ра = 0,2 МПа, б — 0,4 МПа, в — р — ра = 0,6 МПа
менее глубокий вакуум, чем массажеры тангенциальной схемы; в обоих случаях наблюдаются существенные вариации амплитуд колебаний по времени, в то время как частоты максимумов при постоянном давлении воды на входе в массажеры достаточно стабильны; с повышением давления главные максимумы амплитуд колебаний смещаются в область более высоких частот; для работы исследованных массажеров достаточно обычной водопроводной сети (с давлением от 0,3 до 0,5 МПа выше атмосферного).
В настоящее время массажеры подготовлены для клинических испытаний, по результатам которых можно будет сделать вывод об их физиотерапевтической эффективности и дать рекомендации по применению.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ганиев Р.Ф., Муфазалов Р.Ш., Васильев Р.Х. и др. Устройство для физиотерапии. Патент РФ № 2012319. Б. И. 1994. № 9. С. 28.
2. Ганиев Р.Ф., Муфазалов Р.Ш., Захаров В.Н. и др. Волновое устройство для гидромассажера. Патент РФ № 2008881. Б. И. 1994. № 5. С. 72.
3. Ганиев Р.Ф., Васильев Р.Х., Муфазалов Р.Ш. и др. Устройство для гидромассажа: Патент РФ № 2010559. Б. И. 1994. № 7. С. 22.
Москва
Поступила в редакцию 22.1.2014
в
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.