CN102575794A - 锥形节流阀 - Google Patents

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CN102575794A CN2009801610948A CN200980161094A CN102575794A CN 102575794 A CN102575794 A CN 102575794A CN 2009801610948 A CN2009801610948 A CN 2009801610948A CN 200980161094 A CN200980161094 A CN 200980161094A CN 102575794 A CN102575794 A CN 102575794A
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Abstract

本发明涉及一种节流阀，该节流阀包括流体入口(29)和流体出口(27)。所述节流阀设置为控制流经从所述流体入口(29)到所述流体出口(27)的流路的流体流的流量，所述流路包括多个开口(330)，该开口(330)在使用时对所述节流阀产生压降并因此对流体产生冷却效果。所述开口(330)沿下游方向扩大。

Description

锥形节流阀
技术领域
本发明涉及一种节流阀。
背景技术
现有技术中已知节流阀或控制阀。这些阀可用于控制流体流的流量，也可用于使流过节流阀的流体流中的液滴的尺寸增大。所述术语节流阀表示用于控制一个或多个过程参数的阀门，例如(但不限于)流量、压力、温度和液位等。
在油气领域，控制阀用于控制压力、液位(level)、温度和流量。在一些情况中，当在控制阀上产生足够的压降时，这些控制阀在填塞状态(chokedcondition)下运行。在处理天然气时，阀门上的这种压力降低导致温度下降，而不会从气体提取热量或做功(即绝热)。由于势能(potential energy)的可用于热力学做功的部分在阀内消散，因而这种所谓的节流过程本质上是等焓的。对于真实的气体条件，比如高压天然气，分子间力主要为结合力(association force)，因而所述等焓膨胀过程导致已知的焦耳-汤姆逊(JT)冷却。这导致的温度降低仅仅归因于内部分子能量降低，而焓仍然保持不变。产生这种压力降低的阀被称为JT阀。JT阀的这种冷却效应可用于压缩部分天然气流体，使得液化和/或固化部分能在容器内分离。对于这些分离器容器的大多数，驱动力是惯性或重力或换言之是液化的液滴的重量，并决定分离的效率。这种基于JT阀的低温分离器通常被称为JT-LTS系统。
例如，已知传统的笼型阀(cage-valve)如由Mokveld Valves B.V供应的用于控制服务的阀，其中，流体的流量通过穿孔套筒(perforated sleeve)23节流。穿孔套筒23内可以设置活塞型阀体22，以控制流经穿孔套筒23的流量。以下将结合图1a至图1d来更为具体地描述这种笼型阀。
图1a所示的传统的Mokveld节流阀包括阀壳体21，在阀壳体21中，活塞型阀体22可滑动地设置在相关的穿孔套筒23内，从而通过旋转位于阀杆25上的齿轮24，使得齿型活塞杆(teethed piston rod)26推动活塞型阀体向上和向下进入流体出口通道27，如箭头28所示。所述阀具有流体入口通道29，该流体入口通道29具有能够围绕阀体22和/或穿孔套筒23的环形下游下游区29A。并且，所允许的从流体入口通道29流到流体出口通道27的流体的流量可由活塞型阀体22相对于相关联的穿孔套筒23的轴向位置所控制。
传统的套筒23包括开口30(穿孔、狭槽或孔洞)，开口30具有径向定位，即相对于套筒23的圆柱形表面垂直。这在作为穿孔套筒23的横截面视图的图1b中得以展示。
通过使阀体22在套筒23中沿轴向移动即可控制流动面积(flow area)。
如图1c所示，在具有径向开口的笼型阀23内的流态(flow pattern)是高度杂乱的，因此引入高剪切力促使液滴分裂成小滴。图1d示意性地图示了流体出口通道27内的具有小液滴的均匀雾状流(mist flow)，并显示了在流体出口通道27内的液滴的浓度(concentration)是大致均匀的(由均匀的灰色阴影表示)。
尽管JT阀的首要功能是流体速度控制，但也常被忘记其第二功能是产生可分离的液相。在气体处理工业中，通过JT阀由等焓膨胀获得的平均液滴尺寸是未知的。因此下游分离器的分离效率在很大程度上是未知的。由于不理想的分离效率，不时会发生气体质量问题。在这些案例中通常是碳氢化合物露点过高，这尤其说明了碳氢化合物液滴容易变得太小。
国际专利WO2006070020描述了一种改进的阀，其能提高分离效率。以下将结合图2a至图2d进行详细描述。
图2a所示的阀包括阀壳体21，在壳体21中，活塞型阀体22可滑动地(箭头8所示)设置在相关联的穿孔套筒或笼123内，从而通过旋转位于阀杆25上的齿轮24，使得齿型活塞杆26推动活塞型阀体向上和向下进入流体出口通道27，如箭头28所示。所述阀具有流体入口通道29，该流体入口通道29具有可围绕阀体22和/或穿孔套筒23的环形下游下游区29A。并且所允许的从流体入口通道29流到流体出口通道27的流体的流量由活塞型阀体22相对于相关联的穿孔套筒123的轴向位置所控制。所述阀还可以包括锥形中心体15，该锥形中心体15与流体出口通道27的中心轴线11大致同轴，并且导致流体出口通道27的横截面积沿下游方向逐渐增大下游，从而使流体出口通道27中的流体通量产生可控的减速，并且形成能够促进油中的压缩液滴或泡沫生长和聚结的涡流。
图2b显示了在节流阀内所述穿孔套筒123包括倾斜的或非径向的开口130，该开口130是在所选择的相对于穿孔套筒123的中心轴线切向偏斜的方向上钻孔得来，使得各个开口130的纵轴线12以距离D正交于中心轴线11，该距离D为套筒123的内径R的0.2至1倍，优选为0.5至0.99倍。
倾斜开口130在流经流体出口通道27的流体流中形成如箭头14所示的漩涡流(swirling flow)。漩涡运动也可由阀密封(valve trim)和/或阀杆(valvestem)和/或阀壳体的具体几何形状来施加。在根据图2a和图2b的阀中，可获得的自由压力(free pressure)用于绝热膨胀，以在流体流中形成漩涡流。由于未施加热力学的功，或者膨胀流体未关于其环境传递膨胀热力学的功，因此所述绝热膨胀可认为是等焓过程。动能主要通过沿阀下游的下游延长管长度的涡流的阻尼(dampening)来耗散。
如图2c所示，在具有切向开孔的笼型阀内的流态是规则的并具有漩涡运动，因此可以减少能够促使液滴分裂成更小液滴的剪切力，并促使微小液滴/气泡的聚结。图2d示意性地图示了具有小液滴的雾状流集中在流体出口通道27的外周。
如图2d所示，节流阀内涡流运动的出现使得液滴18集中在位于流体出口通道27(由更深的阴影表示更高的浓度)的外周缘的减流区域(reducedflow area)7A(大约是总横截面积的60％)内，从而使得液滴数量密度以大约1.7的系数增加。此外，由于较高的切向速度，涡流中心处的扰流耗散速度较大。
可理解的是，在节流阀的流体出口通道27内形成大液滴(或者在油或冷凝脱气情况下的大气泡)将使得在流体分离装置(fluid separation assembly)中分离液体和气体更为容易，流体分离装置可以设置在节流阀的下游。这种流体分离装置可以包括一个或更多重力和/或旋风分离器(cyclonic separationvessels)。
所述流体可以是情形1)具有液相的主导(pre-dominantly)为气态的载体，或者是情形2)具有不相溶的液相和/或气相的主导为液态的载体。情形1)的例子是对使用JT阀的LTS过程供给带有冷凝物、水和乙二醇(glycol)的液态部分的天然气气流。情形2)的例子是对使用节流阀的油或碳氢化合物冷凝稳定过程供给带有水和/或乙二醇和混入气体(entrained gas)的液态部分的油或冷凝流。
图2c和图2d展示了在阀的出口通道形成旋涡流的优点为两部分：
1、规则的速度类型-＞更小的界面剪力-＞更少的液滴/气泡分裂-＞更大的液滴，和
2、在流体出口通道7的流动区域的外周7A中集中液滴或者在流体出口通道7的中心集中液滴-＞大数量密度-＞提高聚结-＞更大的液滴/气泡18。
凝固
通过在处理中(例如膨胀冷却、制冷冷却等)冷却流体流，冷凝部分可以(部分地)固化成例如晶体状固体。对于产自地下水库的井流(well fluid)，这些固体可包括气体水合物、油蜡(oil wax)、沥青质、树脂(resin)、二氧化碳、硫化氢等。
气体笼(Gas clathrate)(也叫气体水合物或气体冰)是在其晶体结构内包括大量的气体分子的固态水。这种气体笼被发现在地质流体(formationfluid)中，例如石油或天然气，其中一些气体成分(例如甲烷、乙烷、丙烷、(异(iso))丁烷、二氧化碳、硫化氢)在升高的压力下能与水结合形成水合物。这些水合物通常存在于结块的基本不溶于流体本身的固体中。
有利于气体水合物形成的热力学条件常见于管线、传输线或其它管道、阀和/或安全装置、容器、热交换器等中。这是非常不希望发生的，因为气体晶体会结块并致使填塞或堵塞流动线路(flow-line)、阀和仪器。这导致停工、生产损失、爆炸风险和伤害或者碳氢化合物的非故意释放至陆地或海边的环境中。相应地，很多产业非常关注天然气水合物，尤其是石油和天然气产业。
当将含有二氧化碳的井流冷却至低于-60℃的温度时，可形成二氧化碳晶体。有意地加工流体以生产二氧化碳固体的工艺可从WO9901706和WO03062725中获知。
蜡、树脂、沥青质可形成在含油的井流中，其中油被冷却在例如泄压(pressure let down)(即闪蒸)容器中。
因此，以上结合图1a至图2d所描述的节流阀倾向于这种问题。即在使用时，(倾斜)开口30、130会被包含在流体流中的固体(部分地)堵塞。所述固体而后容易附着在所述阀的内部，例如附着在入口和(倾斜)穿孔30、130的内部，从而部分或完全堵塞(倾斜)开口30、130。
发明内容
本发明目的是提供一种节流阀，该节流阀能够克服被固体例如水合物阻塞的开口的以上所提及的至少一个问题。
根据一种具体实施方式，提供了一种节流阀，该节流阀包括流体入口和流体出口，所述节流阀设置为控制流经从流体入口到流体出口的流路的流体流的流量，所述流路包括多个开口，该开口在使用时对节流阀产生压降并因此对流体流产生冷却效果，其中所述开口沿下游方向扩大。所述开口可以具有角度范围为10°-50°的发散角
Figure BDA0000138060120000061
另外，所述开口可以具有相对于中心轴线呈径向、切向或轴向的定位或方向。所述开口也可以具有相对于中心轴线呈切向和轴向的定位或方向的结合。
这种节流阀具有的优点是，由于所述开口的锥形，所述开口被固体堵塞的机会更小。
附图说明
现在将仅以示例方式结合随附的示意图来描述具体实施方式。在示意图中，相应的参考标示指示相应的部分，其中：
图1a至图1d示意性地图示了根据现有技术的一种阀；
图2a至图2d示意性地图示了根据现有技术的另一种阀；
图3a至图3c示意性地图示了根据具体实施方式的阀的侧视图；
图4a至图4e示意性地图示了另一种具体实施方式；
图5a至图5e示意性地图示了另一种具体实施方式；
图6a至图6d和图7a至图7b图示了另一种具体实施方式；
图8示意性地图示了在不同表面上的冰粘附强度(ice adhesion strength)曲线；和
图9a至图9c示意性地图示了另一种具体实施方式。
具体实施方式
现在将结合图3a和图3c描述一个具体实施方式。图3a和图3c显示的节流阀包括流体入口29和流体出口27，节流阀设置为控制流过从流体入口29至流体出口27的流路的流体流的流量。所述流路包括多个开口330，在使用时，开口330在节流阀中形成压降，从而产生流体冷却效果，其中开口330沿下游方向扩大。
压力下降(膨胀)和冷却导致冷凝，并且从而在沿阀的流路的膨胀过程中形成液滴。节流阀利用可获得的自由压力进行等焓膨胀，在一些具体实施方式中，利用所述自由压力在流体流中形成旋涡流。
下游方向可定义为在使用时通过开口330朝向流体出口通道27的流动方向。实际上，如以下将具体阐述的，纵轴线定义开口330的扩大(widening)方向，该纵轴线可以具有任意适当的方向，这将结合图4a至图7b加以具体解释。
可理解的是，该具体实施方式可通过如上结合附图1a至图2d所描述的节流阀而形成，现在该节流阀包括沿下游方向扩大的开口。
根据一种具体实施方式，开口330具有角度范围为10°-50°的发散角(divergent angle)
Figure BDA0000138060120000071
以下将对选择合适角度所需的考虑进行更详细的解释。
因此，节流阀可包括阀壳体21和穿孔套筒323，穿孔套筒323包括多个开口330。
如图3a所示，流动方向可选择为使得流体从穿孔套筒323的外部流向内部。然而，根据图3b所示的可选择方式，节流阀可以相反的方向的使用，即流体可从穿孔套筒323的内部流向外部。图3c示意性地图示了开口330，其中箭头DD示意性地说明了图3a或图3b中的下游方向。
节流阀还可包括活塞型阀体22，该活塞型阀体22相对于穿孔套筒323可滑移地设置，以控制通过开口330的流体流的流量。
活塞型阀体22和穿孔套筒323可根据结合图1a至图1d和图2a至图2d所描绘的具体实施方式设置。穿孔套筒323可具有筒状，并具有沿纵向轴线11的主体轴线(body axis)。开口330可通过在套筒323的周向间隔穿孔而形成。活塞型阀体22可具有匹配穿孔套筒323的内部的筒状，并可置于套筒323内，使得活塞型阀体22的外表面与穿孔套筒323的内表面邻接或相对靠近。此外，活塞型阀体22可通过锥形中心体15延伸，该锥形中心体15使从从穿孔套筒323的开口流出的流体流偏离(deflect)。
另外，所述阀具有流体入口通道29，该流体入口通道29具有环形下游部29A，该环形下游部29A可围绕活塞型阀体22和/或穿孔套筒123，通过对活塞型阀体22相对于相关联的穿孔套筒123的轴向位置的控制，即可控制所允许的从流体入口通道29进入到流体出口通道27的流体的流量。
可注意到，也可使用其它类型的节流阀、焦耳-汤姆孙或其它节流(choke)型和/或限流型阀，例如由可滑移地设置在穿孔套筒323外部的部件替换活塞型阀体22的节流阀。在此情况下，活塞型阀体22可包括筒状内壁，该筒状内壁与穿孔套筒123的外壁在形状和结构上相匹配。
活塞型阀体22不包括开口及类似物，并因而能用于阻隔流体从流体入口通道29向流体出口通道27流动。在使用时，流体通过多个开口330的一部分从流体入口通道29进入流体出口通道27。通过改变活塞型阀体22与穿孔套筒323的相对位置，更多或更少的开口330出现在流体入口通道29与流体出口通道27之间，并允许流体通过。开口330的数量可在最小值零(对应于节流阀完全关闭位置)至最大值(对应于节流阀完全打开位置)之间变动。
如上所述，开口330沿下游方向扩大，这意味着开口330在上游侧具有入口301，入口301具有第一横截面积A1，并且开口330在下游侧具有出口302，出口302具有第二横截面积A2。其中，第一横截面积A1大体上小于第二横截面积A2：A1＜A2。例如，第一横截面积A1可以小于第二横截面积A2的75％。如上所述，下游方向可从穿孔套筒323的外部至内部，或者相反。
开口330可以具有大体上为圆形的横截面积。但是，也可以设计其它合适的形状，例如矩形横截面积。
所述扩大的开口330具有使水合物不会堵在开口330内的优点，即开口330具有自排放的形状，这将在下文作更详细的解释。
固-固界面
如上所述，由于粘附力和摩擦力的作用，水合物易于附着在开口330的内壁上。固体表面之间的粘附强度(Ps)由这些表面之间的界面能以及表面精加工度(光滑/粗糙)所决定。
例如，穿孔套筒323可由高合金钢例如双相钢或铬钢或者金属例如钛或钨或者陶瓷材料制成。因此，水合物与合金钢表面之间的最大粘附强度可认为是Ps＝12.105N/m2。粘附强度的表示(indications)可在例如Bondarev E.A.、Groisman A.G.和Savvin A.Z.于1996年(在第二次天然气水合物国际会议(the 2nd International conference on natural gas hydrates)中)发表的“气体水合物和冰的粘附性”中找到。
另外，穿孔套筒323的内表面可涂上能够抵制冰和/或水的适当材料。对于有涂层或者无涂层的不同表面进行的测试显示了粘附强度(冰面)与在上述表面上的水接触角滞后(the hysteresis of the water contact angle)之间的模糊关系。所述测试获得的关系显示于图8，说明了表面可湿性和所选表面的冰粘附强度的关系。
图8中的所有点各表示一个具体材料组成的表面和具体表面拓扑(surface topology)。接触角滞后(contact angle hysteresis)定义为前水接触角(advancing water contact angle)和后水接触角(receding water contact angle)的差。所述图显示了当水接触角滞后减小时冰水粘附强度降低。
发散角
为使得开口330的内表面与可能位于开口内的水合物之间的静摩擦力最小，也为了使水合物能够从开口中释出，提供的具体实施方式中，开口的形状是沿下游方向呈锥形发散的，或者换言之，其中的开口330沿下游方向DD扩大。在图3c中展示了这种开口330的举例。所述开口330具有沿下游方向的高度h和典型的为10°的发散角
Figure BDA0000138060120000101
所述开口330具有入口301，该入口301具有典型尺寸d。
以下提供所涉及的物理学的第一位近似(first order approximation)。
对于给定的应用，最低压差Pd是确定的。假如开口330被水合物完全堵塞，则在水合物上作用有沿所述开口的横截面的法向的力Fd＝Pd·A1，其中A1是开口330的入口的横截面积。
同样地，所述内壁与水合物之间的粘附力为：Fs＝Ps·As，其中As是开口的内表面。从Bondarev等人可知，对于合金钢表面而言，气体水合物与所述表面之间的最大粘附强度(Ps)可视为12.105N/m2(＝12bar)。
最后，通过关于所述开口的内表面As的法向力(FN)以及所述两个固体表面之间的摩擦因数(f)，可确定摩擦力Ff＝f.FN。法向力FN成比例于：
1.压差力Fd；
2.气体水合物(或所考虑的其它固体)的泊松比；
3.开口横截面的比值A1/A2。
由于在所考虑的应用过程中已给出了前两个变量，只有比值A1/A2是独立设计的变量，该比值和开口的高度h一起决定发散角
Figure BDA0000138060120000102
开口的出口处的横截面积(A2)越大，水合物体积在开口12的纵轴线方向的变形量越大。因此，沿径向(圆筒状开口)或横向(矩形开口)的压应力(PN)越小。
开口330的设计标准现在变为：Fd≥Fs+FN，即粘附力Fs与法向力FN的总和应小于压力Fd，以使得水合物得以推出开口330。
以上是所涉及的物理学的第一位近似。但是，以上的第一位近似显示出，设置具有特定发散角
Figure BDA0000138060120000111
(即10-50°)的锥形开口330比较有利。对于具有直径为d的圆形横截面的开口330，应用以下公式：
Figure BDA0000138060120000112
同样地，对于具有长度为l、宽度为w的矩形横截面的开口330，应用以下公式：
Figure BDA0000138060120000113
为减小摩擦力(Ff)，优选使开口的内表面打磨光滑至平均粗糙度Ra＜2微米或Ra＜0.6微米。
因此，根据一个具体实施方式，开口330、330’、330”、330”’、330””的平均表面粗糙度(Ra)低于2微米。
根据一个具体实施方式，开口330的内表面施加低于25°的水接触角滞后，即为减小开口的内表面和固体表面之间的粘附力Fs，可选择材料以使前水接触角和后水接触角之间的差值小于25°或者小于15°。
为进一步避免水合物沉淀的堆积，开口的内表面可涂覆防水涂层(icephobic coating)。适合的防水涂层可以是氟化类金刚石(fluorinateddiamond like carbon)(F-DLC)。所述涂层的表面(以及下表面)的粗糙度需要在各个方向上小于0.05微米，但更优选的是在各个方向上小于0.02微米。只要在所述表面上的静水接触角大于90°或者更优的大于110°，同时使所述表面上的前水接触角和后水接触角之间的差值(即滞后)小于25°或者更优选的小于15°，任何涂层(例如陶瓷、类金刚石、合成橡胶(elastomer)、高分子材料)都合适。
因此，内表面可涂覆厚度为大于3微米的类金刚石层。
这种材料可包括主要由多晶体碳键(poly-crystalline carbon bonds)构成的类金刚石涂层。根据一个具体实施方式，类金刚石涂层包括碳-氟键、碳-硅键、碳-氧键和碳-氢键中的一种或多种。因此，类金刚石涂层可包括碳与以下原子之一构成的键：氟(F)、硅(S)、氧(O)、氢(H)。所述类金刚石涂层可应用于基体材料(例如合金钢)上，涂层厚度大于3微米或更优选的大于6微米。
径向开口
根据图4a至图4e所示意性描绘的具体实施方式，提供了一种节流阀，其中开口330’关于穿孔套筒323的中心轴线大致呈径向设置。因此，开口330’大体上垂直于套筒323的圆筒状表面。图4a所示为一个示例。
图4b作了更为详细的图示，其中显示了入口301大体上小于出口302。开口330’的内壁可具有如上所定义的发散角
Figure BDA0000138060120000121
形成沿下游方向扩大的开口。图4c显示穿孔套筒323的俯视图，作为示例仅图示了一个开口330’。
可见，开口330’的纵轴线12大体上穿过中心轴线11，即纵轴线12和中心轴线11之间的距离(未显示)为套筒323的内径R的0-0.1倍。纵轴线12处于均匀划分(二等分)发散角
Figure BDA0000138060120000122
的方向上。
图4d和图4e示意性地描绘了另一示例，其中下游方向选择为从穿孔套筒323的内部朝向外部。由穿孔套筒323的俯视图可见，开口330’在穿孔套筒323外侧上的部分大于在穿孔套筒323内侧上的部分。
切向开口
根据另一具体实施方式，提供一种节流阀，其中开口330”的纵向轴线12具有相对于穿孔套筒323的中心轴线大致呈切向的分量。图5a显示了一个示例。
开口330”形成漩涡发生装置(swirl imparting means)，该漩涡发生装置对流过流体出口通道27的流体流施加旋转运动，其中所述漩涡发生装置被定位成使得流体流绕流体出口通道27的纵向轴线11旋转，从而使液滴朝向流体出口通道27的外周旋转并结合。这种效果在上文中结合附图2a至2d进行了更具体的描述。
图5b和图5c展示了更为具体的视图。其中，展示了入口301大体上小于出口302，从而沿下游方向形成扩大的开口。在图5c中展示了流体出口通道27和流体入口通道29，并且使用箭头标示流向。开口330”的内壁可具有如上述定义的发散角
Figure BDA0000138060120000131
同样的，纵轴线12定义成发散角
Figure BDA0000138060120000132
的二等分线。
因此，开口330”的纵轴线12与中心轴11的正交距离为D，该距离为套筒323的内径R的0.2至1倍，优选为套筒323的内径R的0.5至0.99倍。尽管现在开口330”扩大或渐缩，但这与结合图2a至图2d的示例相似。
开口330”的内壁可以是例如斜圆锥部(oblique conic section)，即在提供圆形开口330”的情况下，开口330”的内壁为斜圆锥部。
图5d和图5e示意性地图示了另一个示例，其中下游方向选择为从穿孔套筒323的内部朝向外部。这个具体实施方式结合了扩大开口(自排放形状)的优势和对流体增加漩涡的优势。
轴向开口
根据具体实施方式，提供一种节流阀，其中开口330”’的纵轴线12具有相对于穿孔套筒323的中心轴线大致呈轴向的分量。图6a至图6d展示了示例。图6a和图6c显示根据这些具体实施方式的穿孔套筒的侧视图。图6a的示例中，下游方向为从穿孔套筒323的外部到内部，在图6c的示例中，下游方向为从穿孔套筒323的内部到外部。图6b和图6d显示了分别相应于图6a和图6c的穿孔套筒323的俯视图。
轴向定位的开口330”’具有使流体产生更少冲刷(erosion)的优点，由于从轴向定位的开口330”’流出的流线(即流出物)以更小角度包围其能够遇到的物体，例如活塞型阀体22的外表面(从穿孔套筒323的外部朝向内部流动的情况)或者阀壳体21的内表面(从穿孔套筒323的内部朝向外部流动的情况)。结果，由于平流(advection)而通过流体流传送的固体材料的冲击角(impact angle)得以减小。若所述相对表面的硬度大于1200维氏硬度，则该减小的冲击角会导致更少的冲刷。开口330”’的纵轴线12可定位为：纵轴线12与节流阀的中心轴线11之间的夹角为α，α的范围是20°＜α＜70°，优选的范围是20°＜α＜30°。
开口330”’的内壁具有上述所定义的分散角
Figure BDA0000138060120000141
切向和轴向开口
根据具体实施方式，提供一种节流阀，其中开口330””的纵轴线12具有相于穿孔套筒323的中心轴线大致呈切向的分量和相对于穿孔套筒323的中心轴线大致呈轴向的分量。
图7a和图7b提供了这种开口的例子，作为示例，都展示了仅具有一个开口330””的穿孔套筒323的俯视图。
在图7a的例子中，下游方向是从穿孔套筒323的外部朝向内部。在图7b的例子中，下游方向是从穿孔套筒323的内部朝向外部。在两个例子中，开口330””沿下游方向扩大。
开口330””的纵轴线12可定位为与节流阀的中心轴线11之间的夹角范围为20°至70°，优选为20°至30°。同样，开口330””的分散角
Figure BDA0000138060120000142
如上述所定义。
此处提供了一种结合了以上提供的切向和轴向的具体实施方式的优点的节流阀。
逆流操作
以上所提及的所有锥形阀门结构都可在两种流动模式下操作。这意味着所述开口可从内部朝向外部或从外部朝向内部扩大。当需要更低的流体流出速度时(例如用于冲刷)，后者更为合适。
其它实施方式
可以注意到的是，具有轴向分量(可选择地，也具有切向分量)的开口也可在不具有沿下游方向扩大的特点的情况下使用。可理解的是，这些具体实施方式可与上文提供的实施方式的所有特征和细节结合。
图9a至图9c显示了一个例子。
根据这个具体实施方式，提供一种节流阀，该节流阀包括流体入口29和流体出口27，该节流阀设置为控制流经从流体入口29到流体出口27的流路的流体流的流量。所述流路包括多个开口430，该开口在使用时对节流阀产生压降并因此对流体产生冷却效果，其中开口430的纵轴线12具有相对于节流阀的中心轴线11大致呈轴向的分量。可理解的是，这些具体实施方式与上文提供的具体实施方式的所有特征和细节结合。
图9a至图9b显示了一个例子。
图9a显示了根据本具体实施方式的穿孔套筒的侧视图。在图9a的例子中，下游方向可以是从穿孔套筒的外部朝向内部或从穿孔套筒的内部朝向外部，如双向箭头所示。
图9b展示了穿孔套筒的俯视图，其中显示了开口430的纵轴线具有相对于穿孔套筒和/或节流阀的中心轴线11大致呈轴向的分量。
开口430的纵轴线12可定位为与节流阀的中心轴线11之间的夹角为α，α的范围为20°＜α＜70°，优选的范围为20°＜α＜30°。
轴向定位的开口430具有使流体产生更少冲刷的优点，由于流线在穿孔套筒的管状壁面包围更小的角度，因而减少了由平流通过流体流传送的固体材料的冲击角度。
根据另一具体实施方式，提供一种节流阀，该节流阀包括流体入口29和流体出口27，该节流阀设置为控制流经从流体入口29到流体出口27的流路的流体流的流量。所述流路包括多个开口430，该开口在使用时对节流阀产生压降并因此对流体产生冷却效果，其中开口430的纵轴线12具有相对于节流阀的中心轴线11大致呈轴向的分量，并且开口430的纵轴线12具有相对于节流阀的中心轴线大致呈切向的分量。
图9c展示了一个例子。这个具体实施方式结合了上述的参照图9a和图9b的具体实施方式，具有给流体流增加漩涡、允许组分分离的特征。
其它备注
对于本领域技术人员而言，显而易见的是，在不脱离本发明的精神的情况下，可构思出本发明其它的等同和可替换的具体实施方式，并减少了实践过程。本发明的保护范围仅由所附权利要求限定。

Claims (14)

1.一种节流阀，该节流阀包括流体入口(29)和流体出口(27)，所述节流阀设置为控制流经从所述流体入口(29)到所述流体出口(27)的流路的流体流的流量，所述流路包括多个开口(330)，该开口(330)在使用时对所述节流阀产生压降并因此对流体产生冷却效果，其中所述开口(330)沿下游方向扩大。
2.根据权利要求1所述的节流阀，其中所述开口(330)具有角度范围为10°-50°的发散角
Figure FDA0000138060110000011
3.根据权利要求1或2所述的节流阀，所述节流阀包括阀壳体(21)和穿孔套筒(323)，所述穿孔套筒(323)包括多个开口(330)。
4.根据权利要求3所述的节流阀，其中，所述节流阀还包括活塞型阀体(22)，所述活塞型阀体(22)相对于所述穿孔套筒(323)可滑移地设置，以控制通过所述开口(330)的流体流的流量。
5.根据权利要求3或4所述的节流阀，其中，所述开口(330’)相对于所述穿孔套筒(3)的中心轴线大致呈径向定位。
6.根据权利要求3或4所述的节流阀，其中，所述开口(330”)的纵轴线(12)具有相对于所述穿孔套筒(323)的中心轴线大致呈切向的分量。
7.根据权利要求3或4所述的节流阀，其中，所述开口(330”’)的纵轴线(12)具有相对于所述穿孔套筒(323)的中心轴线大致呈轴向的分量。
8.根据权利要求6或7所述的节流阀，其中，所述开口(330””)的纵轴线(12)具有相对于所述穿孔套筒(323)的中心轴线大致呈切向的分量和相对于所述穿孔套筒(323)的中心轴线大致呈轴向的分量。
9.根据权利要求7或8所述的节流阀，其中，所述纵轴线(12)的轴向分量相对于所述节流阀的中心轴线(11)呈角度α，该角度α的范围为20°＜α＜70°，或者20°＜α＜30°。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的节流阀，其中，所述开口(330，330’，330”，330”’，330””)的内表面的平均表面粗糙度(Ra)低于2微米。
11.根据权利要求10所述的节流阀，其中，所述开口(330，330’，330”，330”’，330””)的内表面具有低于25°的水接触角滞后。
12.根据权利要求11所述的节流阀，其中，所述内表面涂覆有层厚大于3微米的类金刚石层。
13.根据权利要求12所述的节流阀，其中，所述类金刚石层包括碳-氟键、碳-硅键、碳-氧键和碳-氢键中的一种或多种。
14.控制流体流的流量的方法，该方法包括：
向节流阀的流体入口提供流体流，
操作所述节流阀以控制所述流体流的流量，其中所述节流阀为根据上述权利要求1-13中任意一项所述的节流阀。
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