[发明专利]一种基于周期性台阶柱面的减阻装置及减阻方法

权利要求书

1.一种基于周期性台阶柱面的减阻装置，其特征在于：包括转轴、轴套，所述轴套为中空、一端密封的圆柱体，轴套内壁上沿轴向等间距设有若干凹凸台阶，转轴位于台阶柱面轴套内且与台阶柱面轴套同轴安装，转轴与轴套内壁形成等距间隙；转轴和轴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为转轴半径，R_o为轴套半径，H为转轴的高度；

对轴套的内壁面圆柱形下凹台阶高度为h，按以下公式：

0.1(R_o-R_i)≤h≤0.45(R_o-R_i)

对应的圆柱形台阶的半径为R_w＝R_o+h；

下凹台阶圆柱面沿轴向的距离0.6(R_w-R_i)≤L₁≤0.8(R_w-R_i)，

凸形台阶圆柱面沿轴向的距离为0.6(R_o-R_i)≤L₂≤0.8(R_o-R_i)。

2.一种采用权利要求1所述的基于周期性台阶柱面的减阻装置的减阻方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1.确定转轴和轴套的尺寸；对轴套的内壁面加工圆柱形凹凸台阶，在轴向距离以L₁、L₂的形式周期循环，直到在整个轴向距离覆盖完成，在轴套侧壁上距离底面15～25mm处开有小注射孔；

步骤2.对转轴表面和轴套内壁面进行处理，转轴表面和轴套内壁面粗糙度均小于1.6，并利用超声波对转轴表面和轴套内壁面进行检测、清洗，表面无残留杂质；安装固定粘度计，并对粘度计在未装载情况下调零；

步骤3.安装转轴和轴套，转轴与轴套同轴度小于0.02，转轴轴线垂直于轴套内底面；

步骤4.在转轴与轴套间隙加注工作液体，通过调节不同的转轴转速实现改变Taylor涡尺寸，减少大尺寸Taylor涡数量；计算其对应的减阻率，按以下公式：DR＝(T₁-T₂)/T₁×100％，式中，T₁为轴套半径R_o的光筒对应的转轴的转矩值，T₂为轴套内壁面在周期性台阶柱面时对应的转轴的扭矩值。