[發明專利]一種基于周期性臺階柱面的減阻裝置及減阻方法

有效

• 申請號: 201811321996.0
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109356935B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 胡海豹;張文云;文俊;鮑路瑤;杜鵬;任劉珍;黃瀟
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F16C33/04
• 分類號: F16C33/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

1.一種基于周期性臺階柱面的減阻裝置，其特征在于：包括轉軸、軸套，所述軸套為中空、一端密封的圓柱體，軸套內壁上沿軸向等間距設有若干凹凸臺階，轉軸位于臺階柱面軸套內且與臺階柱面軸套同軸安裝，轉軸與軸套內壁形成等距間隙；轉軸和軸套的尺寸按以下公式：

0.8≥η＝R_i/R_o≥0.6，ξ＝H/(R_o-R_i)≥6，

式中，R_i為轉軸半徑，R_o為軸套半徑，H為轉軸的高度；

對軸套的內壁面圓柱形下凹臺階高度為h，按以下公式：

0.1(R_o-R_i)≤h≤0.45(R_o-R_i)

對應的圓柱形臺階的半徑為R_w＝R_o+h；

下凹臺階圓柱面沿軸向的距離0.6(R_w-R_i)≤L₁≤0.8(R_w-R_i)，

凸形臺階圓柱面沿軸向的距離為0.6(R_o-R_i)≤L₂≤0.8(R_o-R_i)。

2.一種采用權利要求1所述的基于周期性臺階柱面的減阻裝置的減阻方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1.確定轉軸和軸套的尺寸；對軸套的內壁面加工圓柱形凹凸臺階，在軸向距離以L₁、L₂的形式周期循環，直到在整個軸向距離覆蓋完成，在軸套側壁上距離底面15～25mm處開有小注射孔；

步驟2.對轉軸表面和軸套內壁面進行處理，轉軸表面和軸套內壁面粗糙度均小于1.6，并利用超聲波對轉軸表面和軸套內壁面進行檢測、清洗，表面無殘留雜質；安裝固定粘度計，并對粘度計在未裝載情況下調零；

步驟3.安裝轉軸和軸套，轉軸與軸套同軸度小于0.02，轉軸軸線垂直于軸套內底面；

步驟4.在轉軸與軸套間隙加注工作液體，通過調節不同的轉軸轉速實現改變Taylor渦尺寸，減少大尺寸Taylor渦數量；計算其對應的減阻率，按以下公式：DR＝(T₁-T₂)/T₁×100％，式中，T₁為軸套半徑R_o的光筒對應的轉軸的轉矩值，T₂為軸套內壁面在周期性臺階柱面時對應的轉軸的扭矩值。