一种变径管缠绕的螺旋管式换热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种换热器，特别涉及一种变径管缠绕的螺旋管式换热器。
【背景技术】
[0002]螺旋缠绕管式换热器具有结构紧凑、单位容积内传热面积大、具有一定的温度自补偿能力、占地面积小等诸多优点，在低温工程，特别是混合工质制冷天然气液化工艺过程中获得了广泛的应用。在混合工质制冷过程中，管内流过高压混合工质，管外间隙形成的壳侧流过低压混合工质。管内高压混合工质温度由高到低经历着从汽相到汽液两相再到液相的相变冷凝传热过程，流体密度不断增大，如流道设计不当，其中的汽液两相的体积流速会不断降低，导致冷凝液体依靠重力回流积存，混合工质循环浓度发生变化，造成制冷性能发生偏差，严重时会使制冷性能无法达到设计要求。
[0003]另一方面，传统的螺旋缠绕管式换热器在制作过程中，一经设计选定，绕管角度和直径无法变化，仅可通过改变换热管长度进行调节，为避免高压混合工质汽液两相分离，将会增加换热设备台数，不利于螺旋缠绕管式换热器整体的集成化和大型化。
[0004]目前，基于缠绕管式换热器的天然气液化系统已经有所报道，其中发明专利CN201210236962，提供的绕管式换热器集成了预冷段、液化段和过冷段三段换热器。上述换热器仅通过壳体将三段换热器连接，无法对管内高压混合工质流动工况进行改善调节。
[0005]另外，发明专利CN20120569754也提供了一种将单管束缠绕管式换热器与双管式缠绕管式换热器相结合的复合换热器结构，这种结构可以改进不同温度多股流换热的切入点，但换热器管仍采用一种管径缠绕，未考虑不同管程内流体因温度变化引起的密度和物性变化，不适用于混合工质低温制冷系统。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于:针对上述现有技术中存在的不足，本发明提出一种变径管缠绕的螺旋管式换热器，通过改变缠绕换热管的直径，调节高压流体的体积流速，可实现大温跨条件下不同温度段的高效换热，具有结构紧凑，换热效率高，利于将不同温区换热器集成组装，缩小换热器体积，减少换热设备数量等优点，可用于多种场合和环境的低温制冷领域。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]本发明提供的变径管缠绕的螺旋管式换热器，其包括:
[0009]一换热器壳体；所述换热器壳体由依次相连的大直径壳体12、过渡直径壳体26和小直径壳体7组成；
[0010]一同心地装于所述换热器壳体之内的换热器芯管体；所述换热器芯管体由依次相连的大直径芯管体22、过渡芯管体24和小直径芯管体28组成；所述大直径芯管体22、过渡芯管体24和小直径芯管体28分别与对应的大直径壳体12、过渡直径壳体26和小直径壳体7等长；
[0011]装于所述小直径芯管体28上端部与小直径壳体7上端部之间的第一固定花板6 ;装于所述过渡芯管体24上端部与过渡直径壳体26上端部之间的第二固定花板8 ;装于所述过渡芯管体24下端部与过渡直径壳体26下端部之间的第三固定板10 ;装于所述大直径芯管体22下端部与大直径壳体12下端部之间的第四固定板13 ；
[0012]螺旋缠绕于所述大直径芯管体22之上的多层螺旋形第一管程大直径管束层11和多层螺旋形第二管程大直径管束层23 ;所述多层螺旋形第一管程大直径管束层11的管束上端与所述第三固定板10相连，所述多层螺旋形第一管程大直径管束层11的管束下端与所述第四固定板13相连；所述多层螺旋形第二管程大直径管束层23的管束上端与所述第三固定板10相连，所述多层螺旋形第二管程大直径管束层23的管束下端与所述第四固定板13相连；
[0013]螺旋缠绕于所述小直径芯管体28之上的多层螺旋形第一管程小直径管束层5和多层螺旋形第二管程小直径管束层30 ;所述多层螺旋形第一管程小直径管束层5的管束上端与所述第一固定板6相连，所述多层螺旋形第一管程小直径管束层5的管束下端与所述第二固定板8相连；所述多层螺旋形第二管程小直径管束层30的管束上端与所述第一固定板6相连，所述多层螺旋形第二管程小直径管束层30的管束下端与所述第二固定板8相连；
[0014]所述连接于所述第三固定板10上的多层螺旋形第一管程大直径管束层11的管束分别通过第一管程变径过渡管9与所述多层螺旋第一管程小直径管束层5的管束相连通；所述连接于所述第三固定板10上的多层螺旋形第二管程大直径管束层23的管束分别通过第二管程变径过渡管25与所述多层螺旋形第二管程大直径管束层30的管束相连通；
[0015]装于所述换热器壳体上端的带顶端壳程进口 I的上封头2 ;装于所述上封头2侧壁上的第一管程出口分配管板4和第二管程出口分配管板31 ;所述多层螺旋形第一管程小直径管束层5的管束分别通过所述第一管程出口分配管板4上的通孔与第一管程出口 3相连通；所述多层螺旋形第二管程小直径管束层30的管束分别通过所述第二管程出口分配管板31上的通孔与第二管程出口 32相连通；
[0016]装于所述换热器壳体下端的带底端壳程出口 18的下封头19 ;装于所述下封头19侧壁上的第一管程进口分配管板21和第二管程进口分配管板15 ;所述多层螺旋形第一管程大直径管束层11的管束分别通过所述第一管程进口分配管板21上的通孔与第一管程进口 20相连通；所述多层螺旋形第二管程大直径管束层23的管束分别通过所述第二管程出口分配管板15上的通孔与第二管程进口 16相连通；
[0017]一装于所述变径管缠绕的螺旋管式换热器的换热器壳体下端的用以固定所述换热器壳体的裙座17。
[0018]所述多层螺旋形第一管程大直径管束层11、多层螺旋形第二管程大直径管束层23、多层螺旋形第一管程小直径管束层5和多层螺旋形第二管程小直径管束层30分别由一根以上的换热管以螺旋状缠绕于相应的换热器芯管体上以分别形成多层相应管程的管束层；各层管程的管束层缠绕方向相同或相反，换热管螺旋缠绕的螺旋角为5-20° ;每层管程的换热管的管长、缠绕角度和间距相同，每层管程的换热管的直径和管数成比例增加。
[0019]所述多层螺旋形第一管程大直径管束层11的管束和多层螺旋形第二管程大直径管束层23的管束采用直径为Imm到40mm光管或螺纹管缠绕；多层螺旋形第一管程小直径管束层5的管束和多层螺旋形第二管程小直径管束层30的管束采用直径为Imm到40mm光管或螺纹管缠绕。
[0020]所述多层螺旋形第一管程大直径管束层11、多层螺旋形第二管程大直径管束层23、多层螺旋形第一管程小直径管束层5和多层螺旋形第二管程小直径管束层30的相邻两层之间安装有隔丝29以控制两层之间间隙。相同管程螺旋缠绕的换热管由不同长度的一种或多种直径换热管连接组成，同一直径的换热管在各层的缠绕高度相同。
[0021]本发明的变径管缠绕的螺旋管式换热器的优点如下:
[0022]本发明的变径管缠绕的螺旋管式换热器通过改变缠绕换热管的直径，调节高压流体的体积流速，可实现大温跨条件下不同温度段的高效换热，具有结构紧凑，换热效率高，利于将不同温区换热器集成组装，缩小换热器体积，减少换热设备数量等优点，可用于多种场合和环境的低温制冷领域。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的采用变径管缠绕的螺旋管式换热器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图及实施例进一步阐述本发明。
[0025]实施例1
[0026]参见图1所示，本发明提供的变径管缠绕的螺旋管式换热器，其包括:
[0027]—换热器壳体；所述换热器壳体由依次相连的大直径壳体12、过渡直径壳体26和小直径壳体7组成；
[0028]一同心地装于所述换热器壳体之内的换热器芯管体；所述换热器芯管体由依次相连的大直径芯管体22、过渡芯管体24和小直径芯管体28组成；所述大直径芯管体22、过渡芯管体24和小直径芯管体28分别与对应的大直径壳体12、过渡直径壳体26和小直径壳体7等长；
[0029]装于所述小直径芯管体28上端部与小直径壳体7上端部之间的第一固定花板6 ;装于所述过渡芯管体24上端部与过渡直径壳体26上端部之间的第二固定花板8 ;装于所述过渡芯管体24下端部与过渡直径壳体26下端部之间的第三固定板10 ;装于所述大直径芯管体22下端部与大直径壳体12下端部之间的第四固定板13 ；
[0030]螺旋缠绕于所述大直径芯管体22之上的多层螺旋形第一管程大直径管束层11和多层螺旋形第二管程大直径管束层23 ;所述多层螺旋形第一管程大直径管束层11的管束上端与所述第三固定板10相连，所述多层螺旋形第一管程大直径管束层11的管束下端与所述第四固定板13相连；所述多层螺旋形第二管程大直径管束层23的管束上端与所述第三固定板10相连，所述多层螺旋形第二管程大直径管束层23的管束下端与所述第四固定板13相连；
[0031]螺旋缠绕于所述小直径芯管体28之上的多层螺旋形第一管程小直径管束层5和多层螺旋形第二管程小直径管束层30 ;所述多层螺旋形第一管程小直径管束层5的管束上端与所述第一固定板6相连，所述多层螺旋形第一管程小直径管束层5的管束下端与所述第二固定板8相连；所述多层螺旋形第二管程小直径管束层30的管束上端与所述第一固定板6相连，所述多层螺旋形第二管程小直径管束层30的管束下端与所述第二固定板8相连；
[0032]所述连接于所述第三固定板10上的多层螺旋形第一管程大直径管束层11的管束分别通过第一管程变径过渡管9与所述多层螺旋第一管程小直径管束层5的管束相连通；所述连接于所述第三固定板10上的多层螺旋形第二管程大直径管束层23的管束分别通过第二管程变径过渡管25与所述多层螺旋形第二管程大直径管束层30的管束相连通；
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