CN113167305A - 材料流动放大器 - Google Patents

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Abstract

本文所公开的材料流动放大器克服了与由某些类型的材料(例如，流体、浆料、微粒、可流动的骨料等)流过材料流动管道引起的已知不利流动条件(例如，表面腐蚀和压头损失)相关的缺点。这种材料流动放大器提供可流动材料在材料流动管道(例如，管路的一部分，管道等)的流动通道内流动，以具有旋流(即，涡旋或涡流)剖面。有利地，该旋式流动剖面使流朝向流动通道的中心部分的集中，从而减小了层流的大小。与抛物线形流动剖面相比，这种旋式流动剖面提供了许多其他优点(例如，增加流速、减少内部管路磨损、更均匀的内部管磨损、降低能耗、减少或消除腾涌等)。

Description

材料流动放大器
相关申请的交叉引用
本PCT申请要求于2019年6月18日提交的题为“MATERIAL FLOW AMPLIFIER”的序列号为16/445,127的共同待决的美国非临时专利申请的优先权，该申请与本PCT申请具有共同的申请人，并且通过引用以其整体并入本文。序列号为16/445,127的共同待决的美国非临时专利申请要求于2018年11月29日提交的题为“Multi-Chambered Vortex PipelineAmplifier(FULLY PIGGABLE)”的序列号为62/917,233的共同待决的美国临时专利申请的优先权，上述申请具有共同的申请人，并通过引用以其整体并入本文。
公开领域
本文所公开的内容总体上涉及一种用于传输可流动材料的结构装置，并且更具体地，涉及用于增强诸如管路或管状流动构件之类的材料流动管道内的材料的流动属性的装置。
背景
使材料(即，可流动的材料)流过材料流动管道的需求是众所周知的。这种材料的示例包括但不限于流体、浆料、微粒、可流动的骨料等。这种材料流动管道的示例包括但不限于管、管路、管道、管状流动构件等。
如图1所示，在材料流动管道15的流动通道10内的常规的低可流动材料5具有以层流效应(即层流20)为特征的流动剖面。抛物线流动剖面是沿着沿限定流动通道10的材料流动管道15的表面的层流边界层的结果。在流动通道10的表面处的可流动材料表现出相当大的摩擦和零流速，从而即使在距流动通道10的表面相当远的距离处，也可降低可流动材料的速度。与该降低的速度相关联地，已知层流效应(例如，材料流动管道的表面处的摩擦)会增加压头损失(head loss)和可流动材料的加热。
当磨蚀性材料流过诸如管路之类的材料流动管道时，会产生各种熟知的流动考虑因素。其中一个考虑因素是材料流动管道的腐蚀(即磨损)。由于可流动材料与限定该材料所流经的通道的表面之间的相互作用，运输和泵送包含磨蚀性内容物(诸如煤和沙浆，湿沙，砾石等)的可流动材料可能导致与部件磨损相关联的特别高的成本。另外，众所周知，管道系统，特别是弯头配件的腐蚀不均匀会导致配件故障或较早的配件更换，这两种现象在材料、人力和停机时间方面都是昂贵的。
当流体或可流动材料通过弯头配件时，方向的变化会在弯道内侧沿管壁产生湍流状况、流动分离和涡旋脱落(vortex shedding)。这种方向变化也可能会产生定常涡动(standing eddies)，从而在沿弯头配件管壁的点处引起回流状况。这些状况通常会导致沿弯道外侧的弯头配件管壁的腐蚀比沿弯道内侧的管壁腐蚀快得多，这是因为当可流动材料进入该配件并改变方向时，该可流动材料直接沿弯道外侧撞击壁。另外，由于离心力，较重的固体和微粒通常在可流动的材料改变方向时会被抛射到外壁上并且往往会不断地冲刷外壁。
在长直管流动中也经常会遇到类似的不均匀腐蚀作用。例如，在长直管线中，在流体的下部区域中，可流动材料的微粒浓度将增加，从而使流体流的底部部分的磨蚀比上部部分更大。另外，在大直径管道系统中，可流动材料的重量由下部管壁部分承担，从而导致更高的腐蚀速率。
另一个众所周知的流动考虑因素是由于弯头配件中的湍流和流分离所引起的压头损失。可以利用较高的泵送压力来减轻由该压头损失引起的压头损失。但是，通常以较高的能量消耗和相关的成本为代价来实现较高的泵送压力。另外，较高的泵送压力的实施经常会在管道系统中产生振动和发热问题。
长半径弯头配件和管段可以减少这些不利的流动因素。然而，相对于标准(即短)半径的配件，长半径的配件需要大量的空间。此外，由于离心力仍会导致较重的、更具磨蚀性的可流动材料抛射到外壁上，所以长半径的配件仍会沿弯道的外侧沿管壁受到加速的腐蚀，并且它们不断受到这种可流动材料的连续流动的冲刷。
因此，克服由流动通过材料流动管道的磨蚀性材料的流动引起的与已知流动考虑因素有关的缺点的装置将是有益的、期望的和有用的。
公开概述
本发明的实施例涉及一种装置，该装置克服了由于某些类型的材料(例如，流体、浆料、微粒、可流动的骨料等)流过材料流动管道而引起的与通过机械流动泵送装置或重力流动系统(例如，表面腐蚀、压头损失、流体空化、加热等)的管结构中的已知不利流动条件相关的缺点。根据本发明的一个或更多个实施例的材料流动放大器(material flowamplifier)提供了可流动材料在材料流动管道(例如，管路的一部分、管道等)的流动通道内流动以具有旋流(即涡旋或涡流)剖面。有利地，这种旋流剖面使流朝向流动通道的中心部分集中，从而减小了层流的大小。与层流产生的抛物线形流动剖面相比，这种旋流剖面提供了许多其他优点(例如，增加流速、减少内部管路磨损、更均匀的内部管磨损、降低能耗、减少或消除腾涌等)。
在本发明的一个或更多个实施例中，一种材料流动放大器包括放大器主体、至少一个螺旋叶片和定心器导管。放大器主体具有均彼此流体连通以形成穿过其中的流体流动路径的流动入口结构、流动扩展器、涡旋室、流动混合器和流动出口结构。流动扩展器从流动入口结构延伸，涡旋室从流动扩展器延伸，流动混合器从涡旋室延伸，并且流动出口结构从流动混合器延伸。至少一个螺旋叶片在涡旋室内，并且从邻近流动扩展器的螺旋叶片第一端至少间歇地(或在一些实施例中，连续地)延伸到邻近流动混合器的螺旋叶片第二端。至少一个螺旋叶片的外边缘部分的至少一部分在涡旋室内附接至放大器主体的内表面。至少一个螺旋叶片包括材料撞击表面，该材料撞击表面相对于从流动扩展器进入涡旋室的可流动材料成一定入射角定向。定心器导管在放大器主体内，并且延伸涡旋室的长度的至少一部分。至少一个螺旋叶片的内边缘部分的至少一部分附接至定心器导管的外表面。
在本发明的一个或更多个实施例中，一种弯头式流动放大器(elbow flowamplifier)包括放大器主体、多个螺旋叶片和弯曲的定心器导管。放大器主体具有均彼此流体连通以形成穿过其中的流体流动路径的流动入口结构、流动扩展器、弯曲的涡旋室、流动混合器和流动出口结构。流动扩展器从流动入口结构延伸，涡旋室从流动扩展器延伸，流动混合器从涡旋室延伸，并且流动出口结构从流动混合器延伸。多个螺旋叶片在涡旋室内，并且从邻近流动扩展器的螺旋叶片第一端延伸到邻近流动混合器的螺旋叶片第二端。螺旋叶片中的每个的外边缘部分在涡旋室内附接至放大器主体的内表面。螺旋叶片中的每个包括材料撞击表面，该材料撞击表面相对于从流动扩展器进入涡旋室的可流动材料成一定入射角定向。弯曲的定心器导管在放大器主体内，并且延伸弯曲的涡旋室的长度的至少一部分。螺旋叶片中的每个的内边缘部分附接至弯曲的定心器导管的外表面。弯曲的定心器导管的中轴线沿着弯曲的涡旋室的中轴线延伸。
在本发明的一个或更多个实施例中，一种材料流动放大器包括流动入口结构、流动扩展器、涡旋流动诱导器、流动混合器和流动出口结构。流动入口结构限定了标称横截面流动面积。流动扩展器包括其上游部分，该上游部分附接至流动入口结构的下游部分并且与该流动入口结构的下游部分同心。流动扩展器包括其下游部分，该下游部分具有相对于标称横截面流动面积的第一扩展横截面流动面积。涡旋流动诱导器包括外部管状主体、定心器导管和至少一个至少一个螺旋形流动通道。外部管状主体的上游部分附接至流动扩展器的下游部分并与流动扩展器的下游部分同心。定心器导管延伸外部管状主体的长度的至少一部分，并且沿其整个长度具有至少与标称横截面流动面积大致相同的横截面流动面积。至少一个螺旋形流动通道在外部管状主体和定心器导管之间延伸，并至少部分地沿着定心器导管的长度延伸。至少一个螺旋形流动通道包括材料撞击表面，该材料撞击表面相对于从流动扩展器进入外部管状主体的可流动材料成一定入射角定向。定心器导管的中轴线沿着外部管状主体的中轴线延伸。流动混合器包括其上游部分，该上游部分具有第二扩展横截面流动面积，该上游部分附接至外部管状主体的下游部分并与该外部管状主体的下游部分同心。第二扩展横截面流动面积小于第一扩展横截面流动面积。流动混合器的至少上游部分是圆柱形的。流动出口结构包括其上游部分，该上游部分附接至流动混合器的下游部分并且与该流动混合器的下游部分同心。流动出口结构具有下游部分，该下游部分具有与标称横截面流动面积至少大致相同的横截面流动面积。
在一个或更多个实施例中，材料流动放大器可包括多个螺旋叶片。
在一个或更多个实施例中，螺旋叶片中的一个或更多个的螺旋叶片第一端可位于流动扩展器附近或流动扩展器内，并且螺旋叶片中的一个或更多个的螺旋叶片第二端可位于涡旋室内。
在一个或更多个实施例中，定心器导管沿其整个长度可具有至少与标称横截面流动面积大致相同的横截面流动面积。
在一个或更多个实施例中，定心器导管的长度小于涡旋室的长度。
在一个或更多个实施例中，流动入口结构、流动扩展器、涡旋室、流动混合器和流动出口结构都可以彼此同心。
在一个或更多个实施例中，涡旋室的中轴线可以是弯曲的。
在一个或更多个实施例中，流动混合器可包括从涡旋室延伸的圆柱形部分和从该圆柱形部分延伸的收缩部分。
在一个或更多个实施例中，流动混合器的收缩部分可具有弯曲的侧壁剖面或直锥形侧壁剖面。
在进一步阅读以下说明书、相关附图和所附权利要求书后，本发明的这些和其他目的、实施例、优点和/或区别将变得显而易见。
附图简述
图1是示出材料流动管道内的层流效应的示意图。
图2是示出通过根据本发明的一个或更多个实施例构造的材料流动放大器从层流效应到旋转流效应的转换的示意图。
图3是根据本发明的一个或更多个实施例构造的直线式材料流动放大器的透视图。
图4是沿着图3中的线4-4截取的横截面视图。
图5是沿着图3中的线5-5截取的横截面视图。
图6是图3中所示的材料流动放大器(即，旋流诱导器)的放大器主体的第一透视修饰图，其中，所示的一条或多条虚线被包括是为了图示可能为修饰性设计的不要求保护的主题。
图7是图3中所示的材料流动放大器的放大器主体的第二透视修饰图，其中，所示的一条或多条虚线被包括是为了图示可能为修饰性设计的不要求保护的主题。
图8是图3中所示的材料流动放大器的放大器主体的俯视装饰图，其中，底部、左侧和右侧修饰图与俯视图相同，其中，所示的一条或多条虚线被包括是为了示出可能为修饰性设计的不要求保护的主题。
图9是图3中所示的材料流动放大器的放大器主体的前端修饰图，其中，所示的一条或多条虚线被包括是为了图示可能为修饰性设计的不要求保护的主题。
图10是图3中所示的材料流动放大器的放大器主体的后端视图，其中，所示的一条或多条虚线被包括是为了图示可能为修饰性设计的不要求保护的主题。
图11是示出根据本发明的一个或更多个实施例构造的弯头材料流动放大器的横截面视图。
图12是示出图1的植入物物理参考设备的导向体锁的底部透视图。
图13是沿着图12中的线13-13截取的横截面视图。
详细描述
本发明的实施例涉及材料流动放大器，其为可流动材料(例如，流体，浆料，微粒，可流动骨料等)提供增加的容积流速，并减少了材料流动管道的磨损，通过该材料流动管道，提供了可流动材料的流动。这些材料流动放大器引起旋流(即涡旋或旋流)剖面，该旋流剖面有利地克服了与可能因各种类型的可流动材料以常规方式(例如，在层流效应下)流过材料流动管道的流动而产生的已知不利流动条件(例如，内部管壁腐蚀，压头损失，物料加热)有关的缺陷。
如以上参考图1所讨论的，在材料流动管道15的流动通道10内的常规的可流动材料5具有以层流效应(即层流20)为特征的流动剖面。然而，有利地，根据本发明的一个或更多个实施例的材料流动放大器1被配置为使得常规流动从以层流效应为特征的流动剖面转变为以旋流效应(cyclonic flow effect)(即，旋流25)为特征的流动剖面。旋流效应是旋转运动的结果，该旋转运动也称为由材料流动放大器1产生的可流动材料5围绕材料流动管道15的纵向轴线L1的漩涡运动。如本领域普通技术人员将理解的(例如，如图1和图2所示)，对于给定的材料流动管道，旋流比层流提供更大的平均流速和体积流量。另外，旋流减轻了材料流动管道的表面与可流动材料之间的不利相互作用。旋流的这些有利方面源自旋流剖面，其加速和集中了可流动材料朝着流动通道10的中心部分的流动，从而减轻了相关的不利流动条件并放大了流动量(flow magnitude)。放大器中产生的涡旋还会在入口处产生虹吸效应，从而使流体产生“推拉(Push–Pull)”效应。与层流剖面相比，由材料流动放大器1产生的这种旋流剖面提供了多种其他优点(例如，增加流速、减少内部管路磨损、更均匀的内部管磨损、降低能耗、减少或消除腾涌等)。
旋流剖面的产生是通过在材料流动放大器1的上游部分处表现出的虹吸(例如，推拉)效应产生的。流动放大器的上游侧(即，流动扩展器的上游)限定了其吸入侧，且流动放大器的输出侧的下游侧(即，流动混合器的下游)限定了其吸入侧。旋转流在材料流动放大器的吸入侧产生虹吸作用，该虹吸作用可占总流动放大率的20％或更多。虹吸效应产生材料流动动量，这对于可流动材料输送是有利的。可流动材料输送的其中一个有益方面是，由于不使用泵送能量来克服与层流有关的侧壁阻力，所以大大增加了流体输送的体积。相比之下，该泵送能量有利地用于产生更大的流速和体积流量。
从本文的公开中还将明显的是，根据本发明的实施例的材料流动放大器有利地沿着材料流动管道的中轴线朝着焦点(focal point)驱动可流动材料的流动。如果没有此焦点功能，则离开流动放大器的材料流将是离心作用的材料流，即材料被不希望地加速并朝材料流动管道的内表面驱动。相比之下，通过将可流动的材料朝着材料流动管道的中轴线驱动，与层流或离心作用诱导的流动相比，在材料流动管道的内表面处的可流动材料的量大大减少了。另外，通过将可流动的材料流朝向材料流动放大器的焦点驱动，一部分可流动的材料(即，通常为非旋转的可流动材料)被截留在材料流动管道(例如，管路)的内表面和旋转流动的可流动材料的外部边界之间，从而成为用于降低在旋转流动的可流动材料的外部边界处表现出的有效摩擦系数的旋转流动的可流动的材料(即，可流动的材料在类似的材料上流动，而不是在材料流动管道的材料上流动)的界面材料。
因此，鉴于材料流被朝向材料流动管道的中轴线(即，朝向材料流放大器的焦点)驱动，根据本发明的实施例，由流动放大器提供的旋转流动剖面被扩散(例如，因为消除了大量的侧壁阻力)，因此显著降低了管磨损。
为了保持旋流的有益效果，可以在初始材料流动放大器的下游设置一个或更多个另外的材料流动放大器。放大器之间的距离与系统属性，诸如例如管道尺寸、所需流速的流体体积、管路的布局、地形(例如海拔高度)等成比例。材料流动放大器的放置和配置的目的是减少侧壁阻力，从而增加流量并利用材料流动管道横截面流动面积的全部潜力。
在常规的管结构中，由于磨损微粒的集中使管的最低区域磨损，导致内部管磨损不均匀。在常规的管道系统中，较重的微粒会脱落并沿管结构的底部拖动。涡旋作用(漩涡)条件使微粒保持悬浮状态。在所有流向变化中(诸如在弯道中)，相同的微粒都被抛射到外侧，就像在离心机中一样。相比之下，由根据本发明的一个或更多个实施例的材料流动放大器提供的旋流起到在与边界层较少接触的情况下使可流动的材料流更均一地穿过材料流动管道的中心线和横截面部分的作用。因此，根据本发明的一个或更多个实施例的一个或更多个材料流动放大器的使用可以减轻材料流动管道内的不均匀磨损和腐蚀。
现在参考图3-10，讨论了根据本发明的一个或更多个实施例的直线式材料流动放大器100的具体方面。直线式材料流动放大器100包括流动入口结构102，流动扩展器104，涡旋流动诱导器106，流动混合器108和流动出口结构110。流动入口结构102、流动扩展器104、涡旋流动诱导器106、流动混合器108和流动出口结构110都彼此流体连通，以形成沿直线式材料流动放大器100的纵向轴线L2穿过其中的流体流动路径。如图所示，在优选实施例中，流动入口结构102、流动扩展器104、涡旋流动诱导器106、流动混合器108和流动出口结构110彼此同心(例如，具有对齐的纵向轴线和共同的横截面形状)。
流动入口结构102包括上游部分112和下游部分114。在优选实施例中，流动入口结构102的上游部分112和下游部分114具有相同的形状和尺寸。然而，在其他实施例中，流动入口结构102的上游部分112和下游部分114的形状和/或尺寸可以不同。流动入口结构102限定了标称横截面流动面积，其可以更具体地由流动入口结构102的上游部分112或下游部分114的尺寸属性限定。例如，在流动入口结构102的流部分112和下游部分114具有相同的尺寸和形状(例如，给定直径的圆形形状)的情况下，标称横截面流动面积是给定大小的圆形面积。
流动扩展器104包括上游部分116和下游部分118。流动扩展器104的上游部分116附接至流动入口结构102的下游部分114。流动扩展器104的下游部分118具有相对于标称横截面流动面积的第一扩展横截面流动面积。在优选实施例中，通过流动扩展器从其上游部分116处的近似等于流动入口结构102的下游部分的直径的直径过渡到大于流动入口结构102的下游部分的直径的直径来建立流动扩展器104的第一扩展横截面流动面积。
流动入口结构102和流动扩展器104共同形成倒置漏斗的剖面(即，使材料流扩展而不是使其聚合)。该倒置漏斗剖面使流动通过流动扩展器104的可流动材料减速，从而表现出降低的密度。这种速度的降低和密度的降低导致了相关联的体积的增加。在这方面，与在流动扩展器104的上游部分116处的流动体积相比，该流动体积被扩大。
涡旋流动诱导器106包括外部管状主体120，定心器导管122，多个螺旋叶片124和多个螺旋形流动通道126。流动入口结构102、流动扩展器104、外部管状主体120、流动混合器108和流动出口结构110共同限定放大器主体119。外部管状主体120包括上游部分126和下游部分128。外部管状主体120的上游部分126附接至流动扩展器104的下游部分118。定心器导管122位于外部管状主体120内，并且优选地可沿其整个长度具有与流动入口结构102的标称横截面流动面积大致相同的横截面流动面积(例如，相同的标称管或导管尺寸)。每个螺旋叶片124沿着外部管状主体120的长度的至少一部分延伸。每个螺旋叶片124的外边缘部分的全部或一部分附接至外部管状主体120，并且每个螺旋叶片124的内边缘部分的全部或一部分附接至定心器导管122，从而限定各个螺旋形流动通道126。每个螺旋叶片124并以及因此每个螺旋形流动通道126包括材料撞击表面130，该材料撞击表面130相对于从流动扩展器104进入外部管状主体120的可流动材料成一定的入射角定向。
螺旋叶片124可在外部管状主体120的大约整个长度上延伸。在一些实施例中，螺旋叶片124中的一个或更多个的螺旋叶片第一端可位于流动扩展器104附近或流动扩展器104内，并且螺旋叶片124中的一个或更多个的螺旋叶片第二端可位于涡旋室106内。在优选实施例中，所有螺旋叶片124的螺旋叶片第一端可以位于外部管状主体120内的呈现出外部管状主体120的上游部分(即，涡旋室106的上游部分)的第一扩展横截面流动面积的至少约75％的位置处，而所有螺旋叶片124的螺旋叶片第二端可邻近定心器导管122的后缘位于涡旋室106内。
螺旋叶片124各自沿着涡旋室106的长度螺旋地延伸。螺旋叶片124优选地彼此等距间隔开，但是也可以以非等距的方式彼此间隔开。在一个或更多个实施例中，每个螺旋叶片124的螺旋节距使得每个螺旋叶片124可围绕涡旋室106的内部具有从约90度到约360度的角旋转(例如，如围绕直线式材料流动放大器100的纵向轴线L2所测量的)。在一个或更多个其他实施例中，每个螺旋叶片124的螺旋节距使得每个螺旋叶片124围绕涡旋室106的内部具有从约120度到约270度的角旋转。在优选的实施例中，每个螺旋流动室126在整个螺旋形涡卷(spiral wrap)中沿其长度呈现出横截面面积的减小，从而产生了流体的放大和加速。在还有的其他实施例中，每个螺旋叶片124的节距使得每个螺旋叶片124可围绕涡旋室106的内部具有超过约360度或超过约540度的角旋转。通常，螺旋叶片124的总长度以及螺旋形流动通道126的长度和体积与旋流的总大小(即强度)成比例。
定心器导管122延伸外部管状主体120的长度的至少一部分，并且定心器导管122沿其整个长度具有至少与入口流结构102所限定的标称横截面流动面积大致相同的横截面流动面积。在一个或更多个实施例中，定心器导管122和外部管状主体120可具有共同的中轴线，该中轴线是直线式材料流动放大器100的纵向轴线L2。
在优选实施例中，如图4所示，定心器导管122和螺旋叶片124具有各自的长度，使得定心器导管122的前缘与流动扩展器104的下游部分116间隔开，螺旋叶片124中的一个或更多个的螺旋叶片第一端位于流动扩展器104附近或流动扩展器104内，而所有螺旋叶片124的螺旋叶片第二端和定心器导管122的后缘均位于流动扩展器104附近或稍微在流动扩展器104内。这种关系是理想的，因为它允许可流动的材料从流动扩展器104进入涡旋流动诱导器106，以沿着阻力最小的路径进入定心器导管122，或沿着螺旋叶片124中的一个的材料撞击表面130进入螺旋形流动通道126中的相应的一个，并允许这些单独的可流动材料的流在涡旋室106内相互之间混合最小的情况下进入流动混合器108。优选地，外部管状主体120、定心器导管122和螺旋叶片124被共同地配置(例如，涡旋室的长度，涡旋室的锥度，定心器导管的长度，定心器导管的前缘的位置，螺旋叶片的节距和长度，螺旋叶片的表面积和材料流动通道的体积)，使得总的来说，进入涡旋室106的至少约65％的可流动材料流过螺旋形流动通道126，其余的可流动材料则是流过定心器导管122。
仍然参考外部管状主体120、定心器导管122和螺旋叶片124之间的关系，在一个或更多个实施例中，所有螺旋叶片124的螺旋叶片第一端在外部管状主体120内位于呈现出外部管状主体120的上游部分的第一扩展横截面流动面积的至少约75％的位置，每个螺旋叶片124沿着涡旋室106的整个长度的至少约60％延伸，并围绕外部管状主体120的内部具有从约90度到约360度的角旋转，定心器导管122的长度是螺旋叶片124的长度的至少约40％，定心器导管122沿其整个长度具有不小于流动入口结构102的标称横截面流动面积的横截面流动面积，并且定心器导管122和所有螺旋叶片124(例如，其内边缘)两者均在外部管状主体120内终止。在优选实施例中，所有螺旋叶片124的螺旋叶片第一端在外部管状主体120内位于呈现出外部管状主体120的上游部分的第一扩展横截面流动面积的至少约90％的位置，每个螺旋叶片124沿着外部管状主体120的整个长度的至少约80％延伸，并围绕外部管状主体120的内部具有从约120度到约270度的角旋转，定心器导管122的长度是螺旋叶片124的长度的约50％或约75％，定心器导管122沿其整个长度具有与流动入口结构102的标称横截面流动面积大致相同的横截面流动面积，并且定心器导管122和所有螺旋叶片124两者均在外部管状主体120内终止。
因此，根据本发明的一个或更多个实施例的材料流动放大器有利地提供了具有旋流的材料流的产生。尽管使用了被布置成(例如，被设定尺寸和等距间隔开成)提供被封闭(例如，由外部管状主体、定心器导管和相邻的螺旋形叶片限定的侧壁)并且优选地在尺寸和体积上相等的螺旋形流动通道的螺旋形螺旋叶片，但是流过根据本发明的一个或更多个实施例的材料流动放大器的可流动材料的由此产生的旋流得到控制和平衡。与不包括封闭的螺旋形流动通道的材料流动放大器相比，根据本发明的一个或更多个实施例的材料流动放大器表现出可流动材料从一个螺旋流动空间到另一螺旋流动空间的可忽略的溢流或其他流动相互作用或没有溢流或没有其他流动相互作用。这种对流的隔离减轻了流动不平衡，该流动不平衡可能导致流动扰动，从而导致不利的流动条件(例如，材料流动管道中的振动，材料流中的脉动，材料流中的涡流等)，这会导致结构损坏并限制材料流动效率。
流动混合器108包括上游部分132和下游部分134。流动混合器108的上游部分132附接至外部管状主体120的下游部分128。流动混合器108的上游部分132具有小于流动扩展器104的第一扩展横截面流动面积的第二扩展横截面流动面积。外部管状主体120的最小横截面流动面积通常位于流动混合器108的上游部分132与外部管状主体120的下游部分128的附接点处，由此第二扩展横截面流动面积大致与外部管状主体120的最小横截面流动面积相同。因此，在外部管状主体120具有圆形横截面形状的优选实施例中，小于第一扩展横截面流动面积的第二扩展横截面流动面积对应于这样的外部管状主体120，该外部管状主体120形状为圆锥形并且螺旋形流动通道126沿其长度渐缩(即，上游较宽而下游较窄)。
如图3和图4所示，在优选实施例中，流动混合器108优选地可以包括限定流动混合器108的上游部分132的圆柱形部分136和限定流动混合器108的下游部分134的收缩部分138。收缩部分138可具有向内弯曲的侧壁剖面(例如，抛物线形)或直锥形侧壁剖面。圆柱形部分136延伸流动混合器108的总长度的一部分，并且收缩部分138可以延伸流动混合器108的总长度的其余部分。在一些实施例中，可以省略圆柱形部分136，使得流动混合器108完全由收缩部分138组成。
流动混合器108提供了容积空间，通过螺旋形流动通道126和定心器导管122的材料流可以在该容积空间中合并在一起。与带有不包括圆柱形部分的流动混合器的材料流动放大器相比，根据本发明的一个或更多个实施例的材料流动放大器(例如，直线式材料流动放大器100)的流动混合器108的圆柱形部分136提供了容积空间，来自涡旋流动诱导器106的合并的材料流能够在经受流动混合器108的收缩部分138进行会聚压缩之前合并。流动混合器108的收缩部分138的锥形剖面形成可流动材料的旋流的焦点。在优选实施例中，可流动材料的旋流的焦点位于流动出口结构110之前。因此，鉴于本文所公开的内容，本领域普通技术人员将理解，材料流动放大器下游的旋流的强度的持续时间由流动扩展器104、涡旋流动诱导器106和流动混合器108的尺寸和结构属性限定。
流动出口结构110包括上游部分140和下游部分142。在优选实施例中，流动出口结构110的上游部分140和下游部分142具有相同的形状和尺寸，并且可以具有与入口流动结构102(例如，标称横截面流动面积)相同或大致相同的横截面流动面积。然而，在其他实施例中，流动出口结构110的上游部分140和下游部分142的形状和/或尺寸可以不同。
根据本发明的一个或更多个实施例的材料流动放大器可以具有带有弯曲的中轴线的涡旋室(即，弯头材料流动放大器)。涡旋室及其侧壁的中轴线是弯曲的，并且以复合角度成型。这种弯曲的中轴线提供了呈通常被称为“管弯头”的形式的材料流动放大器。众所周知，管弯头具有曲率，或者小到相对于直线成约15度到多达相对于直线成约90度。还众所周知的是，常规的管弯头表现出不平衡的流动。当可流动材料围绕管弯头的曲率引导时，离心力将可流动材料朝向管弯头的外径推动，从而导致流动阻力、摩擦和过早的管壁磨损。有利地，根据本发明的一个或更多个实施例构造的弯头材料流动放大器的结构用于促进从中流过的旋流，并因此平衡从中流过的流体流(即，沿着中轴线均匀地流动)。
在图11中示出了根据本发明的实施例的弯头材料流动放大器200。如图所示，弯头材料流动放大器200具有与以上参考图3-10所讨论的直线式材料流动放大器的整体构造100相似的整体构造。讨论了弯头材料流动放大器200与直线式材料流动放大器100明显不同的方面。
弯头材料流动放大器200提供了放大器主体，该放大器主体包括多个放大器段，即入口区段229，流动扩展器区段231，涡旋诱导器区段233，流动混合器区段235和流动出口区段237。这些区段229-237中的每个区段共同提供与以上参考图3-10讨论的直线式材料流动放大器100的相应区段相同的功能。如图所示，涡旋诱导器区段233可具有第一螺旋叶片段224A，该第一螺旋叶片段224A从流动扩展器区段231附近延伸并终止于涡旋诱导器区段233的定心器导管222的曲率开始的位置附近，并且可具有第二螺旋叶片段224B，该第二螺旋叶片段224B从涡旋诱导器区段233的定心器导管222的曲率终止的位置附近延伸并终止于流动混合器区段235的附近。涡旋诱导器区段233的外部管状主体220、第一螺旋叶片段224A、第二螺旋叶片段224B和定心器导管222可共同限定上游螺旋形流动通道226A、下游螺旋形流动通道226B和在它们之间延伸的中间流动通道226C。优选地，中间流动通道226C不具有叶片或其他内部结构并且沿其长度保持均匀的横截面面积，从而允许来自上游螺旋形流动通道226A内的旋转流在中间流动通道226C内以不受限制的方式继续。在这方面，螺旋叶片224A、224B和螺旋形流动通道226A、226B、226C沿着外部管状主体220的长度间歇地延伸。在一个或更多个其他实施例中，中间流动通道226C的长度可以基本上比所示的长，中间流动通道226C的长度可以基本上比所示的短，中间流动通道226C可以具有沿着其长度减小的横截面面积，和/或可以省略中间流动通道226C，使得一个或更多个螺旋形流动通道沿着定心器导管222的长度的至少一部分连续地延伸。
如图所示，定心器导管222终止于定心器导管222的曲率终止之后的位置。这种构造提供下游螺旋形流动通道226B是线性的而不是具有曲率的。下游螺旋形流动通道226B的线性部分(或连续螺旋形流动通道的下游部分)利用流过涡旋诱导器区段233的弯曲部分的材料的自然离心力来进一步促进旋转流动。在优选实施例中，下游螺旋形流动通道226B的该线性部分(或连续螺旋形流动通道的下游部分)的长度是定心器导管222的弯曲部分的长度的至少10％(沿定心器导管222的中心线测量)，且优选地为定心器导管222的弯曲部分的长度的至少约25％。
可以利用各种已知且尚未发现的材料和制造技术来制造根据本发明实施例的材料流动放大器。有用的材料类别的示例包括但不限于金属材料(例如，金属合金)，混凝土(即，基于水泥的材料)和聚合物材料(例如，塑料)。有用的制造技术的示例包括但不限于用于金属材料的铸锻、焊接等，以及用于聚合物材料的铸造、模制、3D打印等。
在制造技术的一个具体实施方式中，如图12-13所示，根据本发明的一个或更多个实施例的材料流动放大器可以具有“蛤壳式”构型(即，蛤壳式材料流动放大器300)。如图所示，蛤壳式材料流动放大器300具有与以上参考图3-10所讨论的直线式材料流动放大器100的整体构造相似的整体构造。讨论了蛤壳式材料流动放大器300与直线式材料流动放大器100明显不同的方面。本文还公开了这种蛤壳构型同样适用于常规的材料流动放大器(例如，不包括定心器导管的那些材料流动放大器)。
蛤壳式材料流动放大器300包括相对的放大器主体301A、301B。放大器主体301A、301B共同限定放大器主体，定心器导管322、多个螺旋叶片324和螺旋形流动通道326(或单个螺旋叶片和对应的单个螺旋形流动通道)在该放大器主体内。放大器主体包括多个放大器段，即，入口区段329，流动扩展器区段331，涡旋诱导器区段333，流动混合器区段335和流动出口区段337。这些区段329-337中的每个区段共同提供与以上参考图3-10讨论的直线式材料流动放大器100的相应区段相同的功能。
有利地，蛤壳式材料流动放大器300使放大器主体的制造与布置在其中的内部部件分离。放大器主体301A、301B可以通过任何合适的制造技术(例如，铸造，锻造，液压成型，机械加工，3D打印等)制造并且可以由任何合适的材料(例如，金属材料，聚合物材料，陶瓷材料或类似材料)制造。与任何合适的材料(例如，金属材料，聚合物材料，陶瓷材料等)分开，每个内部部件可以使用相应的合适的制造技术(例如，成型，铸造，锻造，液压成型，机械加工，3D打印等)独立地制造，然后组装(例如，经由焊接，粘结等)以形成包括定心器导管322和螺旋叶片324的涡旋室插入件339，以产生涡旋室插入件339。可替代地，涡旋室插入件339可以通过任何合适的制造技术(例如，铸造，锻造，液压成型，机械加工，3D打印等)并且由任何合适的材料(例如，金属材料，聚合物材料，陶瓷材料等)以一件式方式形成。
涡旋室插入件339被布置在放大器主体中的第一个(例如，放大器主体301A)的内部空间内，并且随后将放大器主体中的第二个(例如，放大器主体301B)放置成与放大器主体中的第一个配合接合。因此，蛤壳式材料流动放大器300的内部构型可以与上面参考图3-10的直线式材料流动放大器100所示和讨论的具有一件式构造(例如，铸造构造)的材料流动放大器大致相同。放大器主体301A、301B然后可以诸如例如通过焊接、超声波粘结、粘合剂等永久地彼此附接。可选地，为了防止或限制它们之间的相对运动，可以通过适当的技术(例如，与用于将放大器主体彼此附接的相同的技术)将涡旋室插入件339固定到放大器主体301A、301B中的至少一个上。在一个或更多个实施例中，螺旋叶片324中的一个或更多个的全部或一部分外边缘可被附接至放大器主体301A、301B中的至少一个(例如，直接地或通过通路窗口(access windows)经由连续焊或点焊附接)。在又一制造方法中，在放大器主体301A、301B彼此接合之后，每个螺旋叶片324的全部或分段可以与放大器主体301A、301B和放置在由一个或更多个螺旋叶片限定的定心器导管接纳空间内的定心器导管中的相应的一者一起形成。一个或更多个螺旋叶片324的内边缘的全部或一部分可以附接至定心器导管322(例如，经由连续焊或点焊，经由诸如粘合剂的粘结材料、等)。
现在讨论根据本发明的实施例的材料流动放大器的各种有利方面。其中一个有利方面是定心器导管和所形成的螺旋形流动通道的结合提供了旋流。这种旋流的特征在于由流动扩展器和涡旋室的上游部分产生的“顶端”或头部，并且特征在于全方向性流动(即，在垂直于旋转轴线的所有方向上大致相等的流动)。然后，每个螺旋形流动通道利用动能(即，来自运动的能量)和流速来生成多个流叶片的材料流(即，螺旋低流)，该多个材料流在流动混合器中彼此合并并且与居中流动的流的材料流(即定心器导管的流)合并在一起。然后，这些材料流通过流动混合器集中到材料流动放大器的中心线，从而形成旋流的“尾端”。有利地，流动混合器进一步增强了旋流并围绕材料流动放大器的中心线分布了均匀的(即均衡的)旋流剖面。有利地，材料流动放大器下游的材料流动管道(例如，管路)的内侧壁条件对旋流的影响可忽略不计。尽管经过具有某些破坏性材料流动属性的材料流动管道(例如，阀，配件或从使流体从一种管尺寸流到另一种管尺寸而产生湍流)的流体会产生大量的能量损失，但通过提供材料流沿着材料流动放大器下游的材料流动管道中心线的集中，旋流减轻了来自具有这些破坏性材料流动属性的材料流动管道的能量损失，从而降低侧壁阻力和流动阻力。
根据本发明的一个或更多个实施例的材料流动放大器的另一有利方面是提供“软逆流(soft reverse flow)”。利用这种软逆流，如果在包括根据本发明的一个或更多个实施例的一个或更多个材料流动放大器的系统中存在逆流浪涌，则与没有材料流动放大器的情况相比，该材料流动放大器用于减少回流(即，上游方向上的流动)至少约50％。这种软逆流有利地没有完全抑制回流，该回流将产生对材料流动管道的结构以及泵送装置有害的冲击波。在重力流动系统中，这在潮汐水或洪水可能使常规管道系统中的流逆转的情况下是特别有益的。更具体地，在逆流情况下，可流动材料从流动混合器进入螺旋形流动通道，然后进入死端头(dead head)，进入流动扩展器的“漏斗”中，这会形成受控的流阻(即受控的漏斗型流)。在这方面，通过包括在外部管状主体和定心器导管之间限定的材料流动通道，可以实现软逆流。
根据本发明的实施例的材料流动放大器的又一个有利方面在于，按照美国石油协会API-570检查过程中认证的要求，它们是完全“可清管的”。石油和石油工业要求管路结构的部件是可清管的，此过程包括但不限于通过部署在管路内行进的“清管装置”来清洁和检查管路内部。为此，根据本发明的实施例的材料流动放大器允许清管装置无阻碍地穿行其中，而与管路所包括的区段的类型(例如，管路的直线、短半径弯头、长半径弯头、“Y”形配件、支路、椭圆形和半椭圆形横截面)无关。
清管装置具有长形的主体，在其每个端部处均具有周边密封件。周边密封件具有一定的尺寸，从而它们与材料流动管道(例如，管路)的内径保持接合，以支撑清管装置长度上的压降。正是这个压降用于沿材料流动管道的长度推动清管装置。在这种情况下，根据本发明的实施例的材料流动放大器被配置为维持周边密封件中的至少一个与材料流量管道和/或材料流动放大器的内径之间的接合。更具体地，根据本发明的实施例的材料流动放大器的定心器导管具有这样的长度，该长度在清管装置进入和离开材料流动放大器时提供与清管装置的这种密封。当清管装置经过材料流动放大器时，周边密封件中的至少一个位于材料流动放大器上游或下游的材料流动管道的一部分内或位于定心器导管内。在一些实施例中，流动入口结构和/或流动出口结构可以被配置为在清管装置进入和/或离开材料流动放大器时提供与清管装置的这种密封。
根据本发明的实施例的材料流动放大器可以装配有可以远程观看的流量监控器。不管材料流动放大器是地下的还是地上的，流量监控器都可以包括一个或更多个监控装置(例如，每个都安装在材料流动放大器的放大器主体的相应部分内)，并且可以从中提供数据以进行连续查看。
根据本发明的实施例的材料流动放大器可在多种管路部件(诸如例如，直线部件，弯头部件，缩小的支路，T形件等)中使用。根据本发明的实施例的材料流动放大器可以作为配件安装，改装为管道的一段，或者成段安装到工作管路中。根据本发明的实施例的材料流动放大器可以以任何右旋或左旋流动角使用，这也包括垂直向上和垂直向下的应用。根据本发明的实施例的材料流动放大器可以用于各种可流动材料(例如，流体，液体，浆料等)，并且可以用在各种尺寸(例如，直径从约2英寸(5.08cm)到约16英尺(4.877m)或更大)的输送系统中。
尽管已经参考几个示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，已经使用的词语是描述性和说明性的词语，而不是限制性的词语。在不脱离本发明所有方面的范围和精神的情况下，可以在所附权利要求书的范围内进行改变，如目前所述和修订的那样。尽管已经参考特定的装置、材料和实施例描述了本发明，但是本发明并不意图限于所公开的细节；相反，本发明扩展到所有在功能上等效的技术、结构、方法和用途，诸如在所附权利要求的范围之内的技术、结构、方法和用途。

Claims (60)

1.一种材料流动放大器，包括：
放大器主体，所述放大器主体具有均彼此流体连通以形成穿过其中的流体流动路径的流动扩展器、涡旋室和流动混合器，其中，所述涡旋室从所述流动扩展器延伸，并且其中，所述流动混合器从所述涡旋室延伸；
在所述涡旋室内的至少一个螺旋叶片，所述至少一个螺旋叶片从邻近所述流动扩展器的螺旋叶片第一端至少间歇地延伸到邻近所述流动混合器的螺旋式叶片第二端，其中，所述至少一个螺旋叶片的外边缘部分的至少一部分附接至所述涡旋室内的所述放大器主体的内表面；以及
在所述放大器主体内的定心器导管，所述定心器导管至少延伸所述涡旋室的长度的一部分，其中，所述至少一个螺旋叶片的内边缘部分的至少一部分附接至所述定心器导管的外表面，其中，所述定心器导管终止于所述流动混合器附近，并且其中，所述定心器导管的长度小于所述涡旋室的长度。
2.根据权利要求1所述的材料流动放大器，其中，所述涡旋室内的多个螺旋叶片各自从邻近所述流动扩展器的螺旋叶片第一端延伸到邻近所述流动混合器的螺旋叶片第二端。
3.根据权利要求3所述的材料流动放大器，其中，所述螺旋叶片中的一个或更多个的所述螺旋叶片第一端在所述涡旋室内位于呈现出所述涡旋室的上游部分的第一扩展横截面流动面积的至少约75％的位置。
4.根据权利要求2所述的材料流动放大器，其中，所述螺旋叶片中的一个或更多个的所述螺旋叶片第二端位于所述涡旋室内。
5.根据权利要求1所述的材料流动放大器，其中，所述定心器导管沿其整个长度具有横截面流动面积，所述横截面流动面积与连接至所述流动扩展器的入口部分的流动入口结构的横截面流动面积至少大致相同。
6.根据权利要求1所述的材料流动放大器，其中，所述流动混合器包括从所述涡旋室延伸的圆柱形部分。
7.根据权利要求6所述的材料流动放大器，其中，所述流动混合器包括从所述圆柱形部分延伸的收缩部分。
8.根据权利要求7所述的材料流动放大器，其中，所述收缩部分具有弯曲的侧壁剖面和直锥形侧壁剖面中的一者。
9.一种材料流动放大器，包括：
放大器主体，所述放大器主体具有均彼此流体连通以形成穿过其中的流体流动路径的流动扩展器、涡旋室和流动混合器，其中，所述涡旋室从所述流动扩展器延伸，并且其中，所述流动混合器从所述涡旋室延伸，其中，所述流动扩展器、所述涡旋室和所述流动混合器均彼此同心，并且其中，所述涡旋室的中轴线是弯曲的；
在所述涡旋室内的至少一个螺旋叶片，所述至少一个螺旋叶片从邻近所述流动扩展器的螺旋叶片第一端至少间歇地延伸到邻近所述流动混合器的螺旋式叶片第二端，其中，所述至少一个螺旋叶片的外边缘部分的至少一部分附接至所述涡旋室内的所述放大器主体的内表面；以及
在所述放大器主体内的定心器导管，所述定心器导管延伸所述涡旋室的长度的至少一部分，其中，所述至少一个螺旋叶片的内边缘部分的至少一部分附接至所述定心器导管的外表面。
10.根据权利要求9所述的材料流动放大器，其中：
所述定心器导管终止于所述流动混合器附近；
所述定心器导管的长度小于所述涡旋室的长度
所述流动混合器包括从所述涡旋室延伸的圆柱形部分；
所述流动混合器包括从所述圆柱形部分延伸的收缩部分；并且
所述流动混合器的所述收缩部分具有弯曲的侧壁剖面和直锥形侧壁剖面中的一者。
11.根据权利要求9所述的材料流动放大器，其中：
所述至少一个螺旋叶片的所述螺旋叶片第一端在所述涡旋室内位于呈现出所述涡旋室的上游部分的第一扩展横截面流动面积的至少约75％的位置；并且
一个或更多个所述螺旋叶片的所述螺旋叶片第二端位于所述涡旋室内。
12.一种弯头式流动放大器，包括：
放大器主体，所述放大器主体具有均彼此流体连通以形成穿过其中的流体流动路径的流动入口结构、流动扩展器、弯曲的涡旋室、流动混合器和流动出口结构，其中，所述流动扩展器从所述流动入口结构延伸，其中，所述涡旋室从所述流动扩展器延伸，其中，所述流动混合器从所述涡旋室延伸，并且其中，所述流动出口结构从所述流动混合器延伸；
在所述涡旋室内的多个螺旋叶片，所述多个螺旋叶片至少部分地从邻近所述流动扩展器的螺旋叶片第一端延伸到邻近所述流动混合器的螺旋叶片第二端，其中，所述螺旋叶片中的每个的外边缘部分附接至所述涡旋室内的所述放大器主体的内表面，并且其中，所述螺旋叶片中的每个包括材料撞击表面，所述材料撞击表面相对于从所述流动扩展器进入所述涡旋室的可流动材料成一定入射角定向；以及
在所述放大器主体内的弯曲的定心器导管，所述弯曲的定心器导管延伸所述弯曲的涡旋室的长度的至少一部分，其中，所述螺旋叶片中的每个的内边缘部分附接至所述弯曲的定心器导管的外表面，并且其中，所述弯曲的定心器导管的中轴线沿所述弯曲的涡旋室的中轴线延伸。
13.根据权利要求12所述的弯头式流动放大器，其中，所述螺旋叶片中的一个或更多个的所述螺旋叶片第一端在所述涡旋室内位于呈现出所述涡旋室的上游部分的第一扩展横截面流动面积的至少约75％的位置。
14.根据权利要求12所述的弯头式流动放大器，其中，所述定心器导管沿其整个长度具有横截面流动面积，所述横截面流动面积与所述流动入口结构的标称横截面流动面积至少大致相同。
15.根据权利要求12所述的弯头式流动放大器，其中，所述流动入口结构、所述流动扩展器、所述涡旋室、所述流动混合器和所述流动出口结构均彼此同心。
16.根据权利要求12所述的弯头式流动放大器，其中：
所述定心器导管终止于所述流动混合器附近；
所述定心器导管的长度小于所述涡旋室的长度；
所述流动混合器包括从所述涡旋室延伸的圆柱形部分；
所述流动混合器包括从所述圆柱形部分延伸的收缩部分；并且
所述流动混合器的所述收缩部分具有弯曲的侧壁剖面和直锥形侧壁剖面中的一者。
17.根据权利要求12所述的弯头式流动放大器，其中：
所述涡旋室的上游部分具有第一扩展横截面流动面积；并且
所述涡旋室的下游部分具有小于所述第一扩展横截面流动面积的第二扩展横截面流动面积。
18.一种材料流动放大器，包括：
流动入口结构，其下游部分具有标称横截面流动面积；
流动扩展器，其上游部分附接至所述流动入口结构的所述下游部分并与所述流动入口结构的所述下游部分同心，其中，所述流动扩展器的下游部分具有相对于所述标称横截面流动面积的第一扩展横截面流动面积；
涡旋流动诱导器，所述涡旋流动诱导器包括外部管状主体、定心器导管和至少一个至少一个螺旋形流动通道，其中，所述外部管状主体的上游部分附接至所述流动扩展器的下游部分并与所述流动扩展器的所述下游部分同心，其中，所述定心器导管延伸所述外部管状主体的长度的至少一部分，并且其中，所述至少一个螺旋形流动通道在所述外部管状主体与所述定心器导管之间延伸，并至少部分地沿着所述定心器导管的长度延伸，其中，所述定心器导管的中轴线沿所述外部管状主体的中轴线延伸，其中，所述定心器导管沿其整个长度具有与所述标称横截面流动面积至少大致相同的横截面流动面积，所述横截面流动面积终止于所述流动混合器附近，并且所述定心器导管的长度小于所述涡旋室的长度；
流动混合器，其上游部分具有第二扩展横截面流动面积，所述流动混合器的所述上游部分附接至所述外部管状主体的下游部分并与所述外部管状主体的所述下游部分同心，其中，所述第二扩展横截面流动面积小于所述第一扩展横截面流动面积，其中，所述流动混合器的至少所述上游部分是圆柱形的；其中，所述流动混合器包括从所述涡旋室延伸的圆柱形部分，其中，所述流动混合器包括从所述圆柱形部分延伸的收缩部分，并且其中，所述收缩部分具有弯曲的侧壁剖面和直锥形侧壁剖面中的一者；以及
流动出口结构，其上游部分附接至所述流动混合器的下游部分并与所述流动混合器的所述下游部分同心，并且其中，所述流动出口结构具有下游部分，所述流动出口结构的所述下游部分具有与所述标称横截面流动面积至少大致相同的横截面流动面积。
19.根据权利要求18所述的材料流动放大器，其中，所述至少一个螺旋形流动通道至少部分地由具有邻近所述流动扩展器的螺旋叶片第一端到邻近所述流动混合器的螺旋叶片第二端的螺旋叶片限定。
20.根据权利要求18所述的材料流动放大器，其中，多个螺旋形流动通道均在所述外部管状主体与所述定心器之间延伸。
21.根据权利要求20所述的材料流动放大器，其中，所述螺旋形流动通道中的每个至少部分地由间隔开的螺旋叶片限定，每个所述螺旋叶片具有邻近所述流动扩展器的螺旋叶片第一端至邻近所述流动混合器的螺旋叶片第二端。
22.一种材料流动放大器，包括：
放大器主体，所述放大器主体具有均彼此流体连通以形成穿过其中的流体流动路径的流动扩展器、涡旋室和流动混合器，其中，所述涡旋室从所述流动扩展器延伸，并且其中，所述流动混合器从所述涡旋室延伸；
在所述涡旋室内的至少一个螺旋叶片，所述至少一个螺旋叶片从邻近所述流动扩展器的螺旋叶片第一端至少间歇地延伸到邻近所述流动混合器的螺旋式叶片第二端，其中，所述至少一个螺旋叶片的外边缘部分的至少一部分附接至所述涡旋室内的所述放大器主体的内表面；以及
在所述放大器主体内的定心器导管，所述定心器导管延伸所述涡旋室的长度的至少一部分，其中，所述至少一个螺旋叶片的内边缘部分的至少一部分附接至所述定心器导管的外表面。
23.根据权利要求22所述的材料流动放大器，其中，所述涡旋室内的多个螺旋叶片各自从邻近所述流动扩展器的螺旋叶片第一端延伸到邻近所述流动混合器的螺旋叶片第二端。
24.根据权利要求23所述的材料流动放大器，其中，所述螺旋叶片中的一个或更多个的所述螺旋叶片第一端在所述涡旋室内位于呈现出所述涡旋室的上游部分的第一扩展横截面流动面积的至少约75％的位置。
25.根据权利要求22所述的材料流动放大器，其中，所述定心器导管沿其整个长度具有横截面流动面积，所述横截面流动面积与连接至所述流动扩展器的入口部分的流动入口结构的横截面流动面积至少大致相同。
26.根据权利要求22所述的材料流动放大器，其中，所述流动扩展器、所述涡旋室和所述流动混合器均彼此同心。
27.根据权利要求22所述的材料流动放大器，其中：
所述定心器导管终止于所述流动混合器附近；
所述定心器导管的长度小于所述涡旋室的长度；
所述流动混合器包括从所述涡旋室延伸的圆柱形部分；
所述流动混合器包括从所述圆柱形部分延伸的收缩部分；并且
所述流动混合器的所述收缩部分具有弯曲的侧壁剖面和直锥形侧壁剖面中的一者。
28.根据权利要求27所述的材料流动放大器，其中：
所述至少一个螺旋叶片的所述螺旋叶片第一端在所述涡旋室内位于呈现出所述涡旋室的上游部分的第一扩展横截面流动面积的至少约75％的位置；并且
所述螺旋叶片中的一个或更多个的所述螺旋叶片第二端位于所述涡旋室内。
29.根据权利要求22所述的材料流动放大器，其中：
所述涡旋室的上游部分具有第一扩展横截面流动面积；并且
所述涡旋室的下游部分具有小于所述第一扩展横截面流动面积的第二扩展横截面流动面积。
30.根据权利要求22所述的材料流动放大器，其中，所述流动混合器包括从所述涡旋室延伸的圆柱形部分。
31.根据权利要求30所述的材料流动放大器，其中，所述流动混合器包括从所述圆柱形部分延伸的收缩部分。
32.一种材料流动放大器，包括：
放大器主体，所述放大器主体具有均彼此流体连通以形成穿过其中的流体流动路径的流动入口结构、流动扩展器、涡旋室、流动混合器和流动出口结构，其中，所述涡旋室的中心部分是弯曲的，其中，所述流动扩展器从所述流动入口结构延伸，其中，所述涡旋室从所述流动扩展器延伸，其中，所述流动混合器从所述涡旋室延伸，并且其中，所述流动出口结构从所述流动混合器延伸；
在所述放大器体内的定心器导管，所述定心器导管延伸所述涡旋室的长度的至少一部分；以及
多个螺旋叶片，其中，所述放大器主体、所述螺旋叶片和所述定心器导管共同限定上游螺旋形流动通道、下游螺旋形流动通道以及在所述上游螺旋形流动通道和所述下游螺旋形流动通道之间延伸的中间流动通道，其中，所述中间流动通道没有任何螺旋叶片。
33.根据权利要求32所述的材料流动放大器，其中，所述螺旋叶片中的一个或更多个的所述螺旋叶片第一端在所述涡旋室内位于呈现出所述涡旋室的上游部分的第一扩展横截面流动面积的至少约75％的位置。
34.根据权利要求32所述的材料流动放大器，其中，所述定心器导管沿其整个长度具有横截面流动面积，所述横截面流动面积与所述流动入口结构的标称横截面流动面积至少大致相同。
35.根据权利要求32所述的材料流动放大器，其中，所述下游螺旋形流动通道包括邻近所述流动混合器终止的线性部分。
36.根据权利要求35所述的材料流动放大器，其中，所述中间流动通道沿着所述涡旋室的所述中心部分的整个长度延伸。
37.根据权利要求32所述的材料流动放大器，其中：
所述涡旋室的上游部分具有第一扩展横截面流动面积；并且
所述涡旋室的下游部分具有小于所述第一扩展横截面流动面积的第二扩展横截面流动面积。
38.一种材料流动放大器，包括：
流动入口结构，其下游部分具有标称横截面流动面积；
流动扩展器，其上游部分附接至所述流动入口结构的所述下游部分并与所述流动入口结构的所述下游部分同心，其中，所述流动扩展器的下游部分具有相对于所述标称横截面流动面积的第一扩展横截面流动面积；
涡旋流动诱导器，所述涡旋流动诱导器包括外部管状主体、定心器导管和至少一个至少一个螺旋形流动通道，其中，所述外部管状主体的上游部分附接至所述流动扩展器的下游部分并与所述流动扩展器的所述下游部分同心，其中，所述定心器导管延伸所述外部管状主体的长度的至少一部分，并且所述定心器导管沿其整个长度具有与所述标称横截面流动面积至少大致相同的横截面流动面积，并且其中，所述至少一个螺旋形流动通道在所述外部管状主体和所述定心器导管之间延伸，并且至少部分地沿着所述定心器导管的长度延伸，并且其中，所述定心器导管的中轴线沿所述外部管状主体的中轴线延伸；
流动混合器，其上游部分具有第二扩展横截面流动面积，所述流动混合器的所述上游部分附接至所述外部管状主体的下游部分并与所述外部管状主体的所述下游部分同心，其中，所述第二扩展横截面流动面积小于所述第一扩展横截面流动面积，并且其中，所述流动混合器的至少所述上游部分是圆柱形的；以及
流动出口结构，其上游部分附接至所述流动混合器的下游部分并与所述流动混合器的所述下游部分同心，并且其中，所述流动出口结构具有下游部分，所述流动出口结构的所述下游部分具有至少与所述标称横截面流动面积至少大致相同的横截面流动面积。
39.根据权利要求38所述的材料流动放大器，其中，所述至少一个螺旋形流动通道至少部分地由具有邻近所述流动扩展器的螺旋叶片第一端到邻近所述流动混合器的螺旋叶片第二端的螺旋叶片限定。
40.根据权利要求38所述的材料流动放大器，其中，多个螺旋形流动通道均在所述外部管状主体与所述定心器之间延伸。
41.根据权利要求40所述的材料流动放大器，其中，所述螺旋形流动通道中的每个至少部分地由间隔开的螺旋叶片限定，每个所述螺旋叶片具有邻近所述流动扩展器的螺旋叶片第一端至邻近所述流动混合器的螺旋叶片第二端。
42.一种材料流动放大器，包括：
相对的放大器主体，每个所述相对的放大器主体具有共同限定放大器主体的轮廓，所述放大器主体具有流动扩展器和涡旋室，其中，所述涡旋室从所述流动扩展器的下游端延伸；以及
在所述涡旋室的内部空间内的涡旋室插入件，其中，所述涡旋室插入件包括多个螺旋叶片和定心器导管，其中，所述螺旋叶片在所述定心器导管和所述放大器主体的限定所述涡旋室的壁之间延伸，从而限定在所述定心器导管和所述放大器主体的所述壁之间延伸的多个螺旋形流动通道。
43.根据权利要求42所述的材料流动放大器，其中：
所述螺旋叶片中的一个或更多个的内边缘部分的至少一部分附接至所述定心器导管；并且
所述螺旋叶片中的一个或更多个的外边缘部分的至少一部分附接至所述放大器主体。
44.根据权利要求4所述的材料流动放大器，其中：
所述相对的放大器主体至少包括第一放大器主体和第二放大器主体；并且
所述第一放大器主体和所述第二放大器主体沿其相邻边缘彼此接合。
45.根据权利要求42所述的材料流动放大器，其中，所述相对的放大器主体共同限定从所述流动扩展器延伸的流动入口部分和从所述涡旋室延伸的流动混合器中的至少一者。
46.根据权利要求45所述的材料流动放大器，其中，所述流动入口部分的内径、所述定心器导管的内径和所述流动混合器的下游端的内径大致相同。
47.根据权利要求42所述的材料流动放大器，其中，所述涡旋室插入件具有一件式构造。
48.根据权利要求47所述的材料流动放大器，其中，所述螺旋叶片中的一个或更多个的外边缘部分的至少一部分附接至所述放大器主体。
49.根据权利要求42所述的材料流动放大器，其中：
所述涡旋室从邻近所述流动扩展器的第一扩展横截面面积到邻近所述涡旋室的下游端的第二扩展横截面面积渐缩；并且
所述第一扩展横截面面积大于所述第二扩展横截面面积。
50.根据权利要求42所述的材料流动放大器，其中，所述螺旋叶片中的一个或更多个的螺旋叶片第一端位于所述流动扩展器与所述定心器导管的上游端之间的位置处。
51.根据权利要求50所述的材料流动放大器，其中，所有所述螺旋叶片的螺旋叶片第二端位于所述涡旋室内。
52.根据权利要求51所述的材料流动放大器，其中，所述定心器导管终止于所述流动混合器附近。
53.根据权利要求42所述的材料流动放大器，其中：
所述相对的放大器主体中的每一个的所述涡旋室的上游部分具有第一扩展横截面流动面积；并且
所述相对的放大器主体中的每一个的涡旋室的下游部分具有小于所述第一扩展横截面流动面积的第二扩展横截面流动面积。
54.根据权利要求42所述的材料流动放大器，其中，所述定心器导管终止于所述流动混合器的所述下游端附近。
55.根据权利要求54所述的材料流动放大器，其中，所述定心器导管的长度小于所述涡旋室的长度。
56.根据权利要求42所述的材料流动放大器，其中，所述流动混合器包括从所述涡旋室延伸的圆柱形部分。
57.根据权利要求56所述的材料流动放大器，其中：
所述涡旋室还包括流动混合器；
所述流动混合器包括从所述圆柱形部分延伸的收缩部分；
所述圆柱形部分从所述涡旋室的下游端延伸。
58.一种制造材料流动放大器的方法，包括：
提供相对的放大器主体，每个所述相对的放大器主体具有共同限定放大器主体的轮廓，所述放大器主体具有流动扩展器和涡旋室，其中，所述涡旋室的上游端从所述流动扩展器的下游端延伸；以及
将涡旋室插入件放置在所述相对的放大器主体中的第一个的所述涡旋室内，其中，所述涡旋室插入件包括多个螺旋叶片和定心器导管，
使所述相对的放大器主体中的第二个与所述相对的放大器主体中的所述第一个配合，从而将所述涡旋室插入件共同定位在所述相对的放大器主体中的每个的定位的所述涡旋引流区段内，其中，所述螺旋叶片在所述定心器导管和限定所述相对的放大器主体中的每个的所述涡旋室的壁之间延伸，以提供在所述定心器导管和所述涡旋室的所述壁之间延伸的多个螺旋形流动通道。
59.根据权利要求58所述的方法，还包括：
在将所述相对的放大器主体中的所述第二个与所述相对的放大器主体中的所述第一个配合之后，将所述螺旋叶片中的一个或更多个附接至所述相对的螺旋主体中的至少一个。
60.根据权利要求58所述的材料流动放大器，还包括：
在将所述相对的放大器主体中的所述第二个与所述相对的放大器主体中的所述第一个配合之后，将流动混合器附接至所述涡旋室的下游端。
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