專利名稱：錐形節(jié)流閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種節(jié)流閥。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已知節(jié)流閥或控制閥。這些閥可用于控制流體流的流量，也可用于使流過節(jié)流閥的流體流中的液滴的尺寸增大。所述術(shù)語節(jié)流閥表示用于控制一個或多個過程參數(shù)的閥門，例如(但不限于)流量、壓力、溫度和液位等。在油氣領(lǐng)域，控制閥用于控制壓力、液位(level)、溫度和流量。在一些情況中，當在控制閥上產(chǎn)生足夠的壓降時，這些控制閥在填塞狀態(tài)(choked condition)下運行。在處理天然氣時，閥門上的這種壓力降低導(dǎo)致溫度下降，而不會從氣體提取熱量或做功(即絕熱)。由于勢能(potential energy)的可用于熱力學(xué)做功的部分在閥內(nèi)消散，因而這種所謂的節(jié)流過程本質(zhì)上是等焓的。對于真實的氣體條件，比如高壓天然氣，分子間力主要為結(jié)合力(association force)，因而所述等焓膨脹過程導(dǎo)致已知的焦耳-湯姆遜(JT)冷卻。 這導(dǎo)致的溫度降低僅僅歸因于內(nèi)部分子能量降低，而焓仍然保持不變。產(chǎn)生這種壓力降低的閥被稱為JT閥。JT閥的這種冷卻效應(yīng)可用于壓縮部分天然氣流體，使得液化和/或固化部分能在容器內(nèi)分離。對于這些分離器容器的大多數(shù)，驅(qū)動力是慣性或重力或換言之是液化的液滴的重量，并決定分離的效率。這種基于JT閥的低溫分離器通常被稱為JT-LTS系統(tǒng)。例如，已知傳統(tǒng)的籠型閥(cage-valve)如由Mokveld Valves B. V供應(yīng)的用于控制服務(wù)的閥，其中，流體的流量通過穿孔套筒(perforated sleeVe)23節(jié)流。穿孔套筒23 內(nèi)可以設(shè)置活塞型閥體22，以控制流經(jīng)穿孔套筒23的流量。以下將結(jié)合圖Ia至圖Id來更為具體地描述這種籠型閥。圖Ia所示的傳統(tǒng)的Mokveld節(jié)流閥包括閥殼體21，在閥殼體21中，活塞型閥體 22可滑動地設(shè)置在相關(guān)的穿孔套筒23內(nèi)，從而通過旋轉(zhuǎn)位于閥桿25上的齒輪M，使得齒型活塞桿(teethed piston rod)沈推動活塞型閥體向上和向下進入流體出口通道27，如箭頭28所示。所述閥具有流體入口通道四，該流體入口通道四具有能夠圍繞閥體22和/ 或穿孔套筒23的環(huán)形下游下游區(qū)^A。并且，所允許的從流體入口通道四流到流體出口通道27的流體的流量可由活塞型閥體22相對于相關(guān)聯(lián)的穿孔套筒23的軸向位置所控制。傳統(tǒng)的套筒23包括開口 30 (穿孔、狹槽或孔洞)，開口 30具有徑向定位，即相對于套筒23的圓柱形表面垂直。這在作為穿孔套筒23的橫截面視圖的圖Ib中得以展示。通過使閥體22在套筒23中沿軸向移動即可控制流動面積(flow area)。如圖Ic所示，在具有徑向開口的籠型閥23內(nèi)的流態(tài)(flow pattern)是高度雜亂的，因此引入高剪切力促使液滴分裂成小滴。圖Id示意性地圖示了流體出口通道27內(nèi)的具有小液滴的均勻霧狀流(mist flow)，并顯示了在流體出口通道27內(nèi)的液滴的濃度 (concentration)是大致均勻的(由均勻的灰色陰影表示)。盡管JT閥的首要功能是流體速度控制，但也常被忘記其第二功能是產(chǎn)生可分離的液相。在氣體處理工業(yè)中，通過JT閥由等焓膨脹獲得的平均液滴尺寸是未知的。因此下游分離器的分離效率在很大程度上是未知的。由于不理想的分離效率，不時會發(fā)生氣體質(zhì)量問題。在這些案例中通常是碳氫化合物露點過高，這尤其說明了碳氫化合物液滴容易變得太小。國際專利W02006070020描述了一種改進的閥，其能提高分離效率。以下將結(jié)合圖加至圖2d進行詳細描述。圖加所示的閥包括閥殼體21，在殼體21中，活塞型閥體22可滑動地(箭頭8所示)設(shè)置在相關(guān)聯(lián)的穿孔套筒或籠123內(nèi)，從而通過旋轉(zhuǎn)位于閥桿25上的齒輪M，使得齒型活塞桿沈推動活塞型閥體向上和向下進入流體出口通道27，如箭頭28所示。所述閥具有流體入口通道29，該流體入口通道四具有可圍繞閥體22和/或穿孔套筒23的環(huán)形下游下游區(qū)^A。并且所允許的從流體入口通道四流到流體出口通道27的流體的流量由活塞型閥體22相對于相關(guān)聯(lián)的穿孔套筒123的軸向位置所控制。所述閥還可以包括錐形中心體15，該錐形中心體15與流體出口通道27的中心軸線11大致同軸，并且導(dǎo)致流體出口通道27的橫截面積沿下游方向逐漸增大下游，從而使流體出口通道27中的流體通量產(chǎn)生可控的減速，并且形成能夠促進油中的壓縮液滴或泡沫生長和聚結(jié)的渦流。圖2b顯示了在節(jié)流閥內(nèi)所述穿孔套筒123包括傾斜的或非徑向的開口 130，該開口 130是在所選擇的相對于穿孔套筒123的中心軸線切向偏斜的方向上鉆孔得來，使得各個開口 130的縱軸線12以距離D正交于中心軸線11，該距離D為套筒123的內(nèi)徑R的0. 2 至1倍，優(yōu)選為0.5至0. 99倍。傾斜開口 130在流經(jīng)流體出口通道27的流體流中形成如箭頭14所示的漩渦流 (swirling flow)。漩渦運動也可由閥密封(valve trim)和/或閥桿(valve stem)和/ 或閥殼體的具體幾何形狀來施加。在根據(jù)圖加和圖2b的閥中，可獲得的自由壓力(free pressure)用于絕熱膨脹，以在流體流中形成漩渦流。由于未施加熱力學(xué)的功，或者膨脹流體未關(guān)于其環(huán)境傳遞膨脹熱力學(xué)的功，因此所述絕熱膨脹可認為是等焓過程。動能主要通過沿閥下游的下游延長管長度的渦流的阻尼(dampening)來耗散。如圖2c所示，在具有切向開孔的籠型閥內(nèi)的流態(tài)是規(guī)則的并具有漩渦運動，因此可以減少能夠促使液滴分裂成更小液滴的剪切力，并促使微小液滴/氣泡的聚結(jié)。圖2d示意性地圖示了具有小液滴的霧狀流集中在流體出口通道27的外周。如圖2d所示，節(jié)流閥內(nèi)渦流運動的出現(xiàn)使得液滴18集中在位于流體出口通道 27(由更深的陰影表示更高的濃度)的外周緣的減流區(qū)域(reduced flow area)7A(大約是總橫截面積的60% )內(nèi)，從而使得液滴數(shù)量密度以大約1. 7的系數(shù)增加。此外，由于較高的切向速度，渦流中心處的擾流耗散速度較大。可理解的是，在節(jié)流閥的流體出口通道27內(nèi)形成大液滴(或者在油或冷凝脫氣情況下的大氣泡)將使得在流體分離裝置(fluid separation assembly)中分離液體和氣體更為容易，流體分離裝置可以設(shè)置在節(jié)流閥的下游。這種流體分離裝置可以包括一個或更多重力禾口 / 或方 風分離器(cyclonic separation vessels)。所述流體可以是情形1)具有液相的主導(dǎo)(pre-dominantly)為氣態(tài)的載體，或者是情形幻具有不相溶的液相和/或氣相的主導(dǎo)為液態(tài)的載體。情形1)的例子是對使用JT 閥的LTS過程供給帶有冷凝物、水和乙二醇(glycol)的液態(tài)部分的天然氣氣流。情形2)的例子是對使用節(jié)流閥的油或碳氫化合物冷凝穩(wěn)定過程供給帶有水和/或乙二醇和混入氣體(entrained gas)的液態(tài)部分的油或冷凝流。圖2c和圖2d展示了在閥的出口通道形成旋渦流的優(yōu)點為兩部分1、規(guī)則的速度類型- >更小的界面剪力- >更少的液滴/氣泡分裂- >更大的液滴，和2、在流體出口通道7的流動區(qū)域的外周7A中集中液滴或者在流體出口通道7的中心集中液滴- >大數(shù)量密度- >提高聚結(jié)- >更大的液滴/氣泡18。MM通過在處理中(例如膨脹冷卻、制冷冷卻等)冷卻流體流，冷凝部分可以(部分地)固化成例如晶體狀固體。對于產(chǎn)自地下水庫的井流(well fluid)，這些固體可包括氣體水合物、油蠟(oil wax)、浙青質(zhì)、樹脂(resin)、二氧化碳、硫化氫等。氣體籠(Gas clathrate)(也叫氣體水合物或氣體冰)是在其晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)包括大量的氣體分子的固態(tài)水。這種氣體籠被發(fā)現(xiàn)在地質(zhì)流體(formation fluid)中，例如石油或天然氣，其中一些氣體成分(例如甲烷、乙烷、丙烷、(異(iso)) 丁烷、二氧化碳、硫化氫) 在升高的壓力下能與水結(jié)合形成水合物。這些水合物通常存在于結(jié)塊的基本不溶于流體本身的固體中。有利于氣體水合物形成的熱力學(xué)條件常見于管線、傳輸線或其它管道、閥和/或安全裝置、容器、熱交換器等中。這是非常不希望發(fā)生的，因為氣體晶體會結(jié)塊并致使填塞或堵塞流動線路(flow-line)、閥和儀器。這導(dǎo)致停工、生產(chǎn)損失、爆炸風險和傷害或者碳氫化合物的非故意釋放至陸地或海邊的環(huán)境中。相應(yīng)地，很多產(chǎn)業(yè)非常關(guān)注天然氣水合物，尤其是石油和天然氣產(chǎn)業(yè)。當將含有二氧化碳的井流冷卻至低于-60°C的溫度時，可形成二氧化碳晶體。有意地加工流體以生產(chǎn)二氧化碳固體的工藝可從W09901706和W003062725中獲知。蠟、樹脂、浙青質(zhì)可形成在含油的井流中，其中油被冷卻在例如泄壓(pressure let down)(即閃蒸)容器中。因此，以上結(jié)合圖Ia至圖2d所描述的節(jié)流閥傾向于這種問題。即在使用時，(傾斜)開口 30、130會被包含在流體流中的固體(部分地)堵塞。所述固體而后容易附著在所述閥的內(nèi)部，例如附著在入口和(傾斜)穿孔30、130的內(nèi)部，從而部分或完全堵塞(傾斜)開口 30、130。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種節(jié)流閥，該節(jié)流閥能夠克服被固體例如水合物阻塞的開口的以上所提及的至少一個問題。根據(jù)一種具體實施方式
，提供了一種節(jié)流閥，該節(jié)流閥包括流體入口和流體出口， 所述節(jié)流閥設(shè)置為控制流經(jīng)從流體入口到流體出口的流路的流體流的流量，所述流路包括多個開口，該開口在使用時對節(jié)流閥產(chǎn)生壓降并因此對流體流產(chǎn)生冷卻效果，其中所述開口沿下游方向擴大。所述開口可以具有角度范圍為10° -50°的發(fā)散角φ。另外，所述開口可以具有相對于中心軸線呈徑向、切向或軸向的定位或方向。所述開口也可以具有相對于中心軸線呈切向和軸向的定位或方向的結(jié)合。
這種節(jié)流閥具有的優(yōu)點是，由于所述開口的錐形，所述開口被固體堵塞的機會更


現(xiàn)在將僅以示例方式結(jié)合隨附的示意圖來描述具體實施方式
。在示意圖中，相應(yīng)的參考標示指示相應(yīng)的部分，其中圖Ia至圖Id示意性地圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一種閥；圖加至圖2d示意性地圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一種閥；圖3a至圖3c示意性地圖示了根據(jù)具體實施方式
的閥的側(cè)視圖；圖如至圖如示意性地圖示了另一種具體實施方式
；圖fe至圖k示意性地圖示了另一種具體實施方式
；圖6a至圖6d和圖7a至圖7b圖示了另一種具體實施方式
；圖8示意性地圖示了在不同表面上的冰粘附強度(ice adhesion strength)曲線；和圖9a至圖9c示意性地圖示了另一種具體實施方式
。
具體實施例方式現(xiàn)在將結(jié)合圖3a和圖3c描述一個具體實施方式
。圖3a和圖3c顯示的節(jié)流閥包括流體入口四和流體出口 27，節(jié)流閥設(shè)置為控制流過從流體入口四至流體出口 27的流路的流體流的流量。所述流路包括多個開口 330，在使用時，開口 330在節(jié)流閥中形成壓降，從而產(chǎn)生流體冷卻效果，其中開口 330沿下游方向擴大。壓力下降(膨脹)和冷卻導(dǎo)致冷凝，并且從而在沿閥的流路的膨脹過程中形成液滴。節(jié)流閥利用可獲得的自由壓力進行等焓膨脹，在一些具體實施方式
中，利用所述自由壓力在流體流中形成旋渦流。下游方向可定義為在使用時通過開口 330朝向流體出口通道27的流動方向。實際上，如以下將具體闡述的，縱軸線定義開口 330的擴大(widening)方向，該縱軸線可以具有任意適當?shù)姆较?，這將結(jié)合圖如至圖7b加以具體解釋?？衫斫獾氖?，該具體實施方式
可通過如上結(jié)合附圖Ia至圖2d所描述的節(jié)流閥而形成，現(xiàn)在該節(jié)流閥包括沿下游方向擴大的開口。根據(jù)一種具體實施方式
，開口 330具有角度范圍為10° -50°的發(fā)散角 (divergent angle) φ。以下將對選擇合適角度所需的考慮進行更詳細的解釋。因此，節(jié)流閥可包括閥殼體21和穿孔套筒323，穿孔套筒323包括多個開口 330。如圖3a所示，流動方向可選擇為使得流體從穿孔套筒323的外部流向內(nèi)部。然而， 根據(jù)圖北所示的可選擇方式，節(jié)流閥可以相反的方向的使用，即流體可從穿孔套筒323的內(nèi)部流向外部。圖3c示意性地圖示了開口 330，其中箭頭DD示意性地說明了圖3a或圖北中的下游方向。節(jié)流閥還可包括活塞型閥體22，該活塞型閥體22相對于穿孔套筒323可滑移地設(shè)置，以控制通過開口 330的流體流的流量?；钊烷y體22和穿孔套筒323可根據(jù)結(jié)合圖Ia至圖Id和圖加至圖2d所描繪的具體實施方式
設(shè)置。穿孔套筒323可具有筒狀，并具有沿縱向軸線11的主體軸線(body axis) 0開口 330可通過在套筒323的周向間隔穿孔而形成?；钊烷y體22可具有匹配穿孔套筒323的內(nèi)部的筒狀，并可置于套筒323內(nèi)，使得活塞型閥體22的外表面與穿孔套筒 323的內(nèi)表面鄰接或相對靠近。此外，活塞型閥體22可通過錐形中心體15延伸，該錐形中心體15使從從穿孔套筒323的開口流出的流體流偏離(deflect)。另外，所述閥具有流體入口通道四，該流體入口通道四具有環(huán)形下游部^A，該環(huán)形下游部29A可圍繞活塞型閥體22和/或穿孔套筒123，通過對活塞型閥體22相對于相關(guān)聯(lián)的穿孔套筒123的軸向位置的控制，即可控制所允許的從流體入口通道四進入到流體出口通道27的流體的流量?？勺⒁獾?，也可使用其它類型的節(jié)流閥、焦耳-湯姆孫或其它節(jié)流(choke)型和/ 或限流型閥，例如由可滑移地設(shè)置在穿孔套筒323外部的部件替換活塞型閥體22的節(jié)流閥。在此情況下，活塞型閥體22可包括筒狀內(nèi)壁，該筒狀內(nèi)壁與穿孔套筒123的外壁在形狀和結(jié)構(gòu)上相匹配?；钊烷y體22不包括開口及類似物，并因而能用于阻隔流體從流體入口通道四向流體出口通道27流動。在使用時，流體通過多個開口 330的一部分從流體入口通道四進入流體出口通道27。通過改變活塞型閥體22與穿孔套筒323的相對位置，更多或更少的開口 330出現(xiàn)在流體入口通道四與流體出口通道27之間，并允許流體通過。開口 330的數(shù)量可在最小值零(對應(yīng)于節(jié)流閥完全關(guān)閉位置)至最大值(對應(yīng)于節(jié)流閥完全打開位置) 之間變動。如上所述，開口 330沿下游方向擴大，這意味著開口 330在上游側(cè)具有入口 301，入口 301具有第一橫截面積Al，并且開口 330在下游側(cè)具有出口 302，出口 302具有第二橫截面積A2。其中，第一橫截面積Al大體上小于第二橫截面積A2 :A1<A2。例如，第一橫截面積Al可以小于第二橫截面積A2的75%。如上所述，下游方向可從穿孔套筒323的外部至內(nèi)部，或者相反。開口 330可以具有大體上為圓形的橫截面積。但是，也可以設(shè)計其它合適的形狀， 例如矩形橫截面積。所述擴大的開口 330具有使水合物不會堵在開口 330內(nèi)的優(yōu)點，即開口 330具有自排放的形狀，這將在下文作更詳細的解釋。固-固界面如上所述，由于粘附力和摩擦力的作用，水合物易于附著在開口 330的內(nèi)壁上。固體表面之間的粘附強度(Ps)由這些表面之間的界面能以及表面精加工度(光滑/粗糙)所決定。例如，穿孔套筒323可由高合金鋼例如雙相鋼或鉻鋼或者金屬例如鈦或鎢或者陶瓷材料制成。因此，水合物與合金鋼表面之間的最大粘附強度可認為是& = 12. IO5N/ m2。粘附強度的表示(indications)可在例如 Bondarev E. A. 、Groisman A. G.禾口 Savvin Α. Z.于1996年(在第二次天然氣水合物國際會議(the 2nd International conference on natural gas hydrates)中)發(fā)表的“氣體水合物和冰的粘附性”中找到。另外，穿孔套筒323的內(nèi)表面可涂上能夠抵制冰和/或水的適當材料。對于有涂層或者無涂層的不同表面進行的測試顯示了粘附強度(冰面)與在上述表面上的水接觸角滯后(the hysteresis of the water contact angle)之間的模糊關(guān)系。所述測試獲得的關(guān)系顯示于圖8，說明了表面可濕性和所選表面的冰粘附強度的關(guān)系。圖8中的所有點各表示一個具體材料組成的表面和具體表面拓撲(surface topology)。
角蟲角if后(contact angle hysteresis)定義為 角蟲角(advancing water contact angle)禾口后水接角蟲角(receding water contact angle)的差。所述圖顯示了當水接觸角滯后減小時冰水粘附強度降低。發(fā)散角為使得開口 330的內(nèi)表面與可能位于開口內(nèi)的水合物之間的靜摩擦力最小，也為了使水合物能夠從開口中釋出，提供的具體實施方式
中，開口的形狀是沿下游方向呈錐形發(fā)散的，或者換言之，其中的開口 330沿下游方向DD擴大。在圖3c中展示了這種開口 330 的舉例。所述開口 330具有沿下游方向的高度h和典型的為10°的發(fā)散角φ。所述開口 330 具有入口 301，該入口 301具有典型尺寸d。以下提供所涉及的物理學(xué)的第一位近似(first order approximation)。對于給定的應(yīng)用，最低壓差Pd是確定的。假如開口 330被水合物完全堵塞，則在水合物上作用有沿所述開口的橫截面的法向的力Fd = Pd · A1，其中A1是開口 330的入口的橫截面積。同樣地，所述內(nèi)壁與水合物之間的粘附力為FS = PS*AS，其中As是開口的內(nèi)表面。 從Bondarev等人可知，對于合金鋼表面而言，氣體水合物與所述表面之間的最大粘附強度 (Ps)可視為 12. 105N/m2 ( = 12bar)。最后，通過關(guān)于所述開口的內(nèi)表面^的法向力(ig以及所述兩個固體表面之間的摩擦因數(shù)(f)，可確定摩擦力Ff = f. !V法向力&成比例于1.壓差力 Fd ；2.氣體水合物(或所考慮的其它固體)的泊松比；3.開口橫截面的比值A(chǔ)1/A2。由于在所考慮的應(yīng)用過程中已給出了前兩個變量，只有比值A(chǔ)1/A2是獨立設(shè)計的變量，該比值和開口的高度h—起決定發(fā)散角φ。開口的出口處的橫截面積(Α2)越大，水合物體積在開口 12的縱軸線方向的變形量越大。因此，沿徑向(圓筒狀開口)或橫向(矩形開口)的壓應(yīng)力(1\)越小。開口 330的設(shè)計標準現(xiàn)在變?yōu)镕d彡Fs+Fn，即粘附力Fs與法向力&的總和應(yīng)小于壓力Fd，以使得水合物得以推出開口 330。以上是所涉及的物理學(xué)的第一位近似。但是，以上的第一位近似顯示出，設(shè)置具有特定發(fā)散角φ (即10-50° )的錐形開口 330比較有利。對于具有直徑為d的圓形橫截面的開口 330，應(yīng)用以下公式
Pd d. CO^y2 φ) Ps +/Pn ‘ 4.Λ -同樣地，對于具有長度為1、寬度為w的矩形橫截面的開口 330，應(yīng)用以下公式Pd /.w.cos(X^) Ps +/Λ. h.2(J + w)-為減小摩擦力(Ff)，優(yōu)選使開口的內(nèi)表面打磨光滑至平均粗糙度Ra < 2微米或Ra <0.6微米。因此，根據(jù)一個具體實施方式
，開口 330、330，、330”、330”，、330””的平均表面粗糙度(Ra)低于2微米。根據(jù)一個具體實施方式
，開口 330的內(nèi)表面施加低于25°的水接觸角滯后，即為減小開口的內(nèi)表面和固體表面之間的粘附力Fs，可選擇材料以使前水接觸角和后水接觸角之間的差值小于25°或者小于15°。為進一步避免水合物沉淀的堆積，開口的內(nèi)表面可涂覆防水涂層(ic印hobic coating)。適合的防水涂層可以是氟化類金剛石(fluorinated diamond like carbon) (F-DLC)。所述涂層的表面(以及下表面)的粗糙度需要在各個方向上小于0. 05微米，但更優(yōu)選的是在各個方向上小于0.02微米。只要在所述表面上的靜水接觸角大于90°或者更優(yōu)的大于110°，同時使所述表面上的前水接觸角和后水接觸角之間的差值(即滯后)小于25°或者更優(yōu)選的小于15°，任何涂層(例如陶瓷、類金剛石、合成橡膠(elastomer)、高分子材料)都合適。因此，內(nèi)表面可涂覆厚度為大于3微米的類金剛石層。這種材料可包括主要由多晶體碳鍵(poly-crystalline carbon bonds)構(gòu)成的類金剛石涂層。根據(jù)一個具體實施方式
，類金剛石涂層包括碳-氟鍵、碳-硅鍵、碳-氧鍵和碳-氫鍵中的一種或多種。因此，類金剛石涂層可包括碳與以下原子之一構(gòu)成的鍵氟(F)、 硅(S)、氧(0)、氫(H)。所述類金剛石涂層可應(yīng)用于基體材料(例如合金鋼)上，涂層厚度大于3微米或更優(yōu)選的大于6微米。徑向開口根據(jù)圖如至圖如所示意性描繪的具體實施方式
，提供了一種節(jié)流閥，其中開口 330’關(guān)于穿孔套筒323的中心軸線大致呈徑向設(shè)置。因此，開口 330’大體上垂直于套筒 323的圓筒狀表面。圖如所示為一個示例。圖4b作了更為詳細的圖示，其中顯示了入口 301大體上小于出口 302。開口 330， 的內(nèi)壁可具有如上所定義的發(fā)散角φ，形成沿下游方向擴大的開口。圖4c顯示穿孔套筒323 的俯視圖，作為示例僅圖示了一個開口 330’?？梢?，開口 330’的縱軸線12大體上穿過中心軸線11，即縱軸線12和中心軸線11 之間的距離(未顯示)為套筒323的內(nèi)徑R的0-0. 1倍?？v軸線12處于均勻劃分(二等分)發(fā)散角φ的方向上。圖4d和圖如示意性地描繪了另一示例，其中下游方向選擇為從穿孔套筒323的內(nèi)部朝向外部。由穿孔套筒323的俯視圖可見，開口 330’在穿孔套筒323外側(cè)上的部分大于在穿孔套筒323內(nèi)側(cè)上的部分。切向開口根據(jù)另一具體實施方式
，提供一種節(jié)流閥，其中開口 330”的縱向軸線12具有相對于穿孔套筒323的中心軸線大致呈切向的分量。圖fe顯示了一個示例。開口 330”形成漩渦發(fā)生裝置(swirl imparting means)，該漩渦發(fā)生裝置對流過流體出口通道27的流體流施加旋轉(zhuǎn)運動，其中所述漩渦發(fā)生裝置被定位成使得流體流繞流體出口通道27的縱向軸線11旋轉(zhuǎn)，從而使液滴朝向流體出口通道27的外周旋轉(zhuǎn)并結(jié)合。這種效果在上文中結(jié)合附圖加至2d進行了更具體的描述。圖恥和圖5c展示了更為具體的視圖。其中，展示了入口 301大體上小于出口 302， 從而沿下游方向形成擴大的開口。在圖5c中展示了流體出口通道27和流體入口通道29， 并且使用箭頭標示流向。開口 330”的內(nèi)壁可具有如上述定義的發(fā)散角φ。同樣的，縱軸線12 定義成發(fā)散角φ的二等分線。因此，開口 330”的縱軸線12與中心軸11的正交距離為D，該距離為套筒323的內(nèi)徑R的0. 2至1倍，優(yōu)選為套筒323的內(nèi)徑R的0. 5至0. 99倍。盡管現(xiàn)在開口 330”擴大或漸縮，但這與結(jié)合圖加至圖2d的示例相似。開口 330”的內(nèi)壁可以是例如斜圓錐部(oblique conic section)，即在提供圓形開口 330”的情況下，開口 330”的內(nèi)壁為斜圓錐部。圖5d和圖k示意性地圖示了另一個示例，其中下游方向選擇為從穿孔套筒323 的內(nèi)部朝向外部。這個具體實施方式
結(jié)合了擴大開口(自排放形狀)的優(yōu)勢和對流體增加漩渦的優(yōu)勢。軸向開口根據(jù)具體實施方式
，提供一種節(jié)流閥，其中開口 330”’的縱軸線12具有相對于穿孔套筒323的中心軸線大致呈軸向的分量。圖6a至圖6d展示了示例。圖6a和圖6c顯示根據(jù)這些具體實施方式
的穿孔套筒的側(cè)視圖。圖6a的示例中，下游方向為從穿孔套筒323 的外部到內(nèi)部，在圖6c的示例中，下游方向為從穿孔套筒323的內(nèi)部到外部。圖6b和圖6d 顯示了分別相應(yīng)于圖6a和圖6c的穿孔套筒323的俯視圖。軸向定位的開口 330”’具有使流體產(chǎn)生更少沖刷(erosion)的優(yōu)點，由于從軸向定位的開口 330”’流出的流線(即流出物)以更小角度包圍其能夠遇到的物體，例如活塞型閥體22的外表面(從穿孔套筒323的外部朝向內(nèi)部流動的情況)或者閥殼體21的內(nèi)表面(從穿孔套筒323的內(nèi)部朝向外部流動的情況)。結(jié)果，由于平流(advection)而通過流體流傳送的固體材料的沖擊角(impact angle)得以減小。若所述相對表面的硬度大于 1200維氏硬度，則該減小的沖擊角會導(dǎo)致更少的沖刷。開口 330”’的縱軸線12可定位為 縱軸線12與節(jié)流閥的中心軸線11之間的夾角為α，α的范圍是20° < α < 70°，優(yōu)選的范圍是20° < α < 30°。開口 330”’的內(nèi)壁具有上述所定義的分散角φ。切向和軸向開口根據(jù)具體實施方式
，提供一種節(jié)流閥，其中開口 330””的縱軸線12具有相于穿孔套筒323的中心軸線大致呈切向的分量和相對于穿孔套筒323的中心軸線大致呈軸向的分量。圖7a和圖7b提供了這種開口的例子，作為示例，都展示了僅具有一個開口 330”” 的穿孔套筒323的俯視圖。在圖7a的例子中，下游方向是從穿孔套筒323的外部朝向內(nèi)部。在圖7b的例子中，下游方向是從穿孔套筒323的內(nèi)部朝向外部。在兩個例子中，開口 330””沿下游方向擴大。
開口 330””的縱軸線12可定位為與節(jié)流閥的中心軸線11之間的夾角范圍為20° 至70°，優(yōu)選為20°至30°。同樣，開口 330””的分散角φ如上述所定義。此處提供了一種結(jié)合了以上提供的切向和軸向的具體實施方式
的優(yōu)點的節(jié)流閥。逆流操作以上所提及的所有錐形閥門結(jié)構(gòu)都可在兩種流動模式下操作。這意味著所述開口可從內(nèi)部朝向外部或從外部朝向內(nèi)部擴大。當需要更低的流體流出速度時(例如用于沖刷)，后者更為合適。其它實施方式可以注意到的是，具有軸向分量(可選擇地，也具有切向分量)的開口也可在不具有沿下游方向擴大的特點的情況下使用。可理解的是，這些具體實施方式
可與上文提供的實施方式的所有特征和細節(jié)結(jié)合。圖9a至圖9c顯示了一個例子。根據(jù)這個具體實施方式
，提供一種節(jié)流閥，該節(jié)流閥包括流體入口四和流體出口 27，該節(jié)流閥設(shè)置為控制流經(jīng)從流體入口四到流體出口 27的流路的流體流的流量。所述流路包括多個開口 430，該開口在使用時對節(jié)流閥產(chǎn)生壓降并因此對流體產(chǎn)生冷卻效果，其中開口 430的縱軸線12具有相對于節(jié)流閥的中心軸線11大致呈軸向的分量?？衫斫獾氖?， 這些具體實施方式
與上文提供的具體實施方式
的所有特征和細節(jié)結(jié)合。圖9a至圖9b顯示了一個例子。圖9a顯示了根據(jù)本具體實施方式
的穿孔套筒的側(cè)視圖。在圖9a的例子中，下游方向可以是從穿孔套筒的外部朝向內(nèi)部或從穿孔套筒的內(nèi)部朝向外部，如雙向箭頭所示。圖9b展示了穿孔套筒的俯視圖，其中顯示了開口 430的縱軸線具有相對于穿孔套筒和/或節(jié)流閥的中心軸線11大致呈軸向的分量。開口 430的縱軸線12可定位為與節(jié)流閥的中心軸線11之間的夾角為α，α的范圍為20° < α <70°，優(yōu)選的范圍為20° < α < 30°。軸向定位的開口 430具有使流體產(chǎn)生更少沖刷的優(yōu)點，由于流線在穿孔套筒的管狀壁面包圍更小的角度，因而減少了由平流通過流體流傳送的固體材料的沖擊角度。根據(jù)另一具體實施方式
，提供一種節(jié)流閥，該節(jié)流閥包括流體入口四和流體出口 27，該節(jié)流閥設(shè)置為控制流經(jīng)從流體入口四到流體出口 27的流路的流體流的流量。所述流路包括多個開口 430，該開口在使用時對節(jié)流閥產(chǎn)生壓降并因此對流體產(chǎn)生冷卻效果，其中開口 430的縱軸線12具有相對于節(jié)流閥的中心軸線11大致呈軸向的分量，并且開口 430 的縱軸線12具有相對于節(jié)流閥的中心軸線大致呈切向的分量。圖9c展示了一個例子。這個具體實施方式
結(jié)合了上述的參照圖9a和圖9b的具體實施方式
，具有給流體流增加漩渦、允許組分分離的特征。其它備注對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，可構(gòu)思出本發(fā)明其它的等同和可替換的具體實施方式
，并減少了實踐過程。本發(fā)明的保護范圍僅由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)流閥，該節(jié)流閥包括流體入口 09)和流體出口(27)，所述節(jié)流閥設(shè)置為控制流經(jīng)從所述流體入口 09)到所述流體出口 (XT)的流路的流體流的流量，所述流路包括多個開口(330)，該開口(330)在使用時對所述節(jié)流閥產(chǎn)生壓降并因此對流體產(chǎn)生冷卻效果， 其中所述開口(330)沿下游方向擴大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)流閥，其中所述開口(330)具有角度范圍為10°-50°的發(fā)散角φ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的節(jié)流閥，所述節(jié)流閥包括閥殼體和穿孔套筒(323)， 所述穿孔套筒(32 包括多個開口(330)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的節(jié)流閥，其中，所述節(jié)流閥還包括活塞型閥體(22)，所述活塞型閥體0 相對于所述穿孔套筒(32 可滑移地設(shè)置，以控制通過所述開口(330)的流體流的流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的節(jié)流閥，其中，所述開口(330’)相對于所述穿孔套筒 (3)的中心軸線大致呈徑向定位。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的節(jié)流閥，其中，所述開口(330”)的縱軸線(12)具有相對于所述穿孔套筒(323)的中心軸線大致呈切向的分量。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的節(jié)流閥，其中，所述開口(330”’)的縱軸線(12)具有相對于所述穿孔套筒(323)的中心軸線大致呈軸向的分量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的節(jié)流閥，其中，所述開口(330””)的縱軸線(12)具有相對于所述穿孔套筒(323)的中心軸線大致呈切向的分量和相對于所述穿孔套筒(323)的中心軸線大致呈軸向的分量。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的節(jié)流閥，其中，所述縱軸線(12)的軸向分量相對于所述節(jié)流閥的中心軸線(11)呈角度α，該角度α的范圍為20° < α < 70°，或者20° < α < 30°。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項所述的節(jié)流閥，其中，所述開口(330，330’，330”， 330”’，330””)的內(nèi)表面的平均表面粗糙度(Ra)低于2微米。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的節(jié)流閥，其中，所述開口(330，330，，330”，330”，，330””) 的內(nèi)表面具有低于25°的水接觸角滯后。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的節(jié)流閥，其中，所述內(nèi)表面涂覆有層厚大于3微米的類金剛石層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的節(jié)流閥，其中，所述類金剛石層包括碳-氟鍵、碳-硅鍵、 碳-氧鍵和碳-氫鍵中的一種或多種。
14.控制流體流的流量的方法，該方法包括向節(jié)流閥的流體入口提供流體流，操作所述節(jié)流閥以控制所述流體流的流量，其中所述節(jié)流閥為根據(jù)上述權(quán)利要求1-13 中任意一項所述的節(jié)流閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種節(jié)流閥，該節(jié)流閥包括流體入口(29)和流體出口(27)。所述節(jié)流閥設(shè)置為控制流經(jīng)從所述流體入口(29)到所述流體出口(27)的流路的流體流的流量，所述流路包括多個開口(330)，該開口(330)在使用時對所述節(jié)流閥產(chǎn)生壓降并因此對流體產(chǎn)生冷卻效果。所述開口(330)沿下游方向擴大。
文檔編號F16K47/08GK102575794SQ200980161094
公開日2012年7月11日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
發(fā)明者C·A·丁克威林克, M·R·A·特哈爾, M·貝亭, S·S·S·克威, Z·沃派克 申請人:推斯特公司