一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器的制作方法
1.本发明涉及换热器技术领域，具体为一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器。
背景技术：
2.石油化工企业在对丙烷、正丁烷、异丁烷等饱和烷烃进行换热的过程中，由于介质在生产工况中具有高温、高压等特性，且换热过程中要求反应产物（高温的饱和烷烃）为反应进料（低温、含氢的烃类混合物）进行端差在50℃以内的换热。该换热过程热负荷较高，且冷热介质会在换热设备中发生液态—气态之间的相变，该换热工序的空间还比较有限，无法通过使用多种常规列管换热器串联的方式。
3.由此发明人通过认真分析该换热过程工况以及各种型式的换热器，结合设备选材，选取了具有高换热效率，结构紧凑，允许设备内发生相变的绕管式换热器。该换热器具有传热效率高、投入成本低、温差应力小、热端温差小、回收热量多等特点。通过其独特的螺旋缠绕薄壁换热管，可以平衡自身温差应力，节省膨胀节的费用。
4.但是现有的绕管式换热器在使用时由于螺旋缠绕的管子独特的缠绕结构，会使得在换热时，传热效率增高，甚至刚刚进行换热时，由于温差较大，在螺旋缠绕管内的流体介质仅仅流动一半路程时就会出现吸热过多的现象，就是说流体介质在流动后端路程时的换热效果会有所降低，为此，我们提出一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于提供一种防止换热管内液体介质吸热过多且能够提高流体介质在流动后端路程时的换热效果的用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器，包括换热器外筒、芯筒和多层换热管，所述多层换热管按螺旋线形状交错缠绕，并设置在所述换热器外筒与所述芯筒之间的空间，所述多层换热管的输出端连通设有可以自由扩大内部空间的扩壁管，所述扩壁管的外侧阵列固定有多个可动片，所述可动片的外侧设有支撑板，所述支撑板的一端与所述芯筒的外壁固定连接，所述支撑板上设有多组用于改变所述扩壁管内部流体介质通过空间的同步扩张机构。
7.优选的，所述同步扩张机构包括移动螺杆、固定螺套、第一限位板、主动锥齿轮、从动锥齿轮和同步传动组件，所述移动螺杆的一端与所述可动片远离所述扩壁管的一端固定连接，所述固定螺套转动连接在所述第一限位板上，所述第一限位板固定在所述支撑板上，所述移动螺杆螺纹连接在所述固定螺套的内侧，所述主动锥齿轮与所述同步传动组件传动连接，所述同步传动组件安装在所述支撑板上，所述从动锥齿轮固定在所述固定螺套的外侧且与所述主动锥齿轮啮合连接，通过同步扩张机构可以同时对多个多层换热管进行扩张调节。
8.优选的，所述同步传动组件包括传动环、行星齿轮、传动齿轮和联合驱动机构，所述传动环通过轴承转动连接在所述支撑板上，所述传动环的内侧均匀分布有多个内齿，多个所述行星齿轮通过内齿均与所述传动环啮合连接，所述传动环的外侧均匀分布有多个外齿，所述传动齿轮通过外齿与所述传动环啮合连接，所述行星齿轮的中轴一端与所述主动锥齿轮固定连接，所述传动齿轮设有多组，且多组所述传动齿轮的中轴均通过轴承与所述支撑板转动连接，所述联合驱动机构的输出端与多个所述传动齿轮传动连接，通过同步传动组件可以为多个移动螺杆的移动提供动力。
9.优选的，所述联合驱动机构包括驱动齿环、驱动齿轮和动力装置，所述驱动齿环通过轴承转动连接在所述芯筒的外侧，所述驱动齿轮与所述传动齿轮的数量相等且设有多个，多个所述驱动齿轮均与所述驱动齿环的外侧啮合连接，所述动力装置安装在所述芯筒上，通过联合驱动机构可以为多组同步扩张机构的工作提供动力。
10.优选的，所述动力装置包括双轴步进马达、连接机构和离合机构，所述双轴步进马达的其中一个输出端通过所述连接机构与其中一个所述驱动齿轮传动连接，所述双轴步进马达的另一个输出端通过所述连接机构传动连接有用于对所述多层换热管的内侧污垢进行清洁的清洁组件，所述离合机构设在所述芯筒的内侧且其输出端与所述双轴步进马达固定连接，通过动力装置可以提供动力。
11.优选的，所述连接机构包括内花键和外花键，所述内花键分别固定在所述双轴步进马达的两个输出端上，所述外花键分别与所述驱动齿轮的中轴和所述清洁组件的输入端固定连接，通过连接机构可以便与将动力装置和联合驱动机构进行连接。
12.优选的，所述离合机构包括电动推杆和滑动架，所述电动推杆安装在所述芯筒的内部，所述芯筒上开设有滑动槽，所述滑动架与所述电动推杆的输出端固定连接，所述滑动架通过所述滑动槽滑动连接在所述芯筒上，所述双轴步进马达的底部与所述滑动架远离所述电动推杆的一端固定连接，通过离合机构可以为双轴步进马达的移动提供动力。
13.优选的，所述清洁组件包括刷壁板、l型架、旋转齿环和动力齿轮，所述刷壁板通过所述l型架与所述旋转齿环的外侧固定连接，所述旋转齿环通过轴承与所述芯筒的外侧转动连接，所述刷壁板的一侧与所述多层换热管的内侧外壁贴合，所述动力齿轮与所述旋转齿环啮合连接，所述外花键固定在所述动力齿轮的中孔内，所述外花键的外侧转动连接有第二限位板，所述第二限位板固定在所述芯筒的外侧壁上，通过清洁组件可以对多层换热管的内侧污垢进行清洁。
14.优选的，所述刷壁板和所述l型架均设有四组，且四组所述刷壁板和所述l型架呈环状阵列分布，增强清洁效果。
15.优选的，所述扩壁管采用抗拉耐高温弹性橡胶材质制成，所述扩壁管的两端均通过密封圈一体固定有焊头，通过采用此材质的扩壁管可以方便进行管径的调节。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设计的扩壁管、可动片和同步扩张机构的相互配合，可以利用同步扩张机构来带动可动片对扩壁管进行拉伸，从而改变扩壁管内部流体介质的通过空间，间接地改变换热管出口端的管道内管内径，使得内部达到吸热饱和后的流体在换热管出口端能够快速排出。
附图说明
17.图1为本发明整体结构示意图；图2为本发明在另一视角下结构示意图；图3为本发明的侧视图；图4为本发明同步扩张机构结构示意图；图5为本发明同步传动组件结构示意图；图6为本发明联合驱动机构结构示意图；图7为本发明动力装置结构示意图；图8为本发明离合机构和连接机构结构示意图；图9为本发明清洁组件结构示意图；图10为图7中a区域放大图。
18.图中：1-换热器外筒；2-芯筒；3-多层换热管；4-扩壁管；5-可动片；6-支撑板；7-同步扩张机构；8-移动螺杆；9-固定螺套；10-第一限位板；11-主动锥齿轮；12-从动锥齿轮；13-同步传动组件；14-传动环；15-行星齿轮；16-传动齿轮；17-联合驱动机构；18-驱动齿环；19-驱动齿轮；20-动力装置；21-双轴步进马达；22-连接机构；23-离合机构；24-清洁组件；25-内花键；26-外花键；27-电动推杆；28-滑动架；29-滑动槽；30-刷壁板；31-l型架；32-旋转齿环；33-动力齿轮；34-第二限位板。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.实施例1如图1-图3所示，图示中的一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器，包括换热器外筒1、芯筒2和多层换热管3，多层换热管3按螺旋线形状交错缠绕，并设置在换热器外筒1与芯筒2之间的空间，多层换热管3的输出端连通设有可以自由扩大内部空间的扩壁管4，扩壁管4的外侧阵列固定有多个可动片5，可动片5的外侧设有支撑板6，支撑板6的一端与芯筒2的外壁固定连接，支撑板6上设有多组用于改变扩壁管4内部流体介质通过空间的同步扩张机构7，通过设计的扩壁管4、可动片5和同步扩张机构7的相互配合，在正常换热时，扩壁管4的内径在一个值，在内部流体介质流动一半而达到吸热饱和时，可以利用同步扩张机构7来带动可动片5对扩壁管4进行拉伸，从而改变扩壁管4内部流体介质的通过空间，间接地改变换热管出口端的管道内管内径，使得内部达到吸热饱和后的流体在换热管出口端能够快速排出。
21.其中，如图2和图4所示，为了可以同时对多个多层换热管3进行扩张调节，同步扩张机构7包括移动螺杆8、固定螺套9、第一限位板10、主动锥齿轮11、从动锥齿轮12和同步传动组件13，移动螺杆8的一端与可动片5远离扩壁管4的一端固定连接，固定螺套9转动连接在第一限位板10上，第一限位板10固定在支撑板6上，移动螺杆8螺纹连接在固定螺套9的内侧，主动锥齿轮11与同步传动组件13传动连接，同步传动组件13安装在支撑板6上，从动锥
齿轮12固定在固定螺套9的外侧且与主动锥齿轮11啮合连接。
22.同时，如图5所示，为了可以为多个移动螺杆8的移动提供动力，同步传动组件13包括传动环14、行星齿轮15、传动齿轮16和联合驱动机构17，传动环14通过轴承转动连接在支撑板6上，传动环14的内侧均匀分布有多个内齿，多个行星齿轮15通过内齿均与传动环14啮合连接，传动环14的外侧均匀分布有多个外齿，传动齿轮16通过外齿与传动环14啮合连接，行星齿轮15的中轴一端与主动锥齿轮11固定连接，传动齿轮16设有多组，且多组传动齿轮16的中轴均通过轴承与支撑板6转动连接，联合驱动机构17的输出端与多个传动齿轮16传动连接。
23.另外，如图1和图6所示，为了可以为多组同步扩张机构7的工作提供动力，联合驱动机构17包括驱动齿环18、驱动齿轮19和动力装置20，驱动齿环18通过轴承转动连接在芯筒2的外侧，驱动齿轮19与传动齿轮16的数量相等且设有多个，多个驱动齿轮19均与驱动齿环18的外侧啮合连接，动力装置20安装在芯筒2上。
24.同时，如图7所示，为了可以提供动力，动力装置20包括双轴步进马达21、连接机构22和离合机构23，双轴步进马达21的其中一个输出端通过连接机构22与其中一个驱动齿轮19传动连接，双轴步进马达21的另一个输出端通过连接机构22传动连接有用于对多层换热管3的内侧污垢进行清洁的清洁组件24，离合机构23设在芯筒2的内侧且其输出端与双轴步进马达21固定连接。
25.另外，扩壁管4采用抗拉耐高温弹性橡胶材质制成，扩壁管4的两端均通过密封圈一体固定有焊头，通过采用此材质的扩壁管4可以方便进行管径的调节。
26.将扩壁管4进行调节时：实际使用时多层换热管3的输入端和输出端与换热器的两端连通，在正常换热时，多层换热管3的内部流体介质是通过外部排液装置进行循环抽排的，具体换热过程中扩壁管4的内径为固定值，在内部流体介质流动一半而达到吸热饱时，可以通过动力装置20提供动力来带动其中一个驱动齿轮19转动，驱动齿轮19再通过带动驱动齿环18转动来带动剩下的驱动齿轮19一起转动，多个驱动齿轮19一起转动时会同时带动多个传动齿轮16一起转动，多个传动齿轮16通过传动环14的外齿带动传动环14转动，传动环14再通过内齿带动多个行星齿轮15自转，行星齿轮15带动主动锥齿轮11转动，主动锥齿轮11带动从动锥齿轮12转动，从动锥齿轮12带动固定螺套9转动，固定螺套9带动移动螺杆8往外移动，使得移动螺杆8带动可动片5对扩壁管4进行拉扯，与此同时在多个可动片5的同时作用下对扩壁管4进行均匀拉动，从而改变扩壁管4内部流体介质的通过空间，间接地改变换热管出口端的管道内管内径，使得内部达到吸热饱和后的流体在换热管出口端通过外部的排液装置能够快速排出。
27.实施例2如图图2和7所示，本实施方式对实施例1进一步说明，图示中的动力装置20包括双轴步进马达21、连接机构22和离合机构23，双轴步进马达21的其中一个输出端通过连接机构22与其中一个驱动齿轮19传动连接，双轴步进马达21的另一个输出端通过连接机构22传动连接有用于对多层换热管3的内侧污垢进行清洁的清洁组件24，离合机构23设在芯筒2的内侧且其输出端与双轴步进马达21固定连接，通过动力装置20可以提供动力。
28.其中，如图10所示，为了可以便与将动力装置20和联合驱动机构17进行连接，连接机构22包括内花键25和外花键26，内花键25分别固定在双轴步进马达21的两个输出端上，
外花键26分别与驱动齿轮19的中轴和清洁组件24的输入端固定连接。
29.另外，如图8所示，为了可以为双轴步进马达21的移动提供动力，离合机构23包括电动推杆27和滑动架28，电动推杆27安装在芯筒2的内部，芯筒2上开设有滑动槽29，滑动架28与电动推杆27的输出端固定连接，滑动架28通过滑动槽29滑动连接在芯筒2上，双轴步进马达21的底部与滑动架28远离电动推杆27的一端固定连接。
30.将动力分配到同步扩张机构7上时：通过启动电动推杆27工作，电动推杆27带动滑动架28在滑动槽29内滑动，滑动架28带动双轴步进马达21移动，使得双轴步进马达21的一个输出端上的内花键25滑进其中一个驱动齿轮19上的外花键26内，从而让双轴步进马达21的一个输出端与联合驱动机构17进行连接，然后启动双轴步进马达21，其输出轴便会将动力传递到驱动齿轮19上，驱动齿轮19再进一步通过联合驱动机构17和同步传动组件13将动力传递下去。
31.实施例3如图7和图9所示，本实施方式对实施例2进一步说明，图示中的动力装置20包括双轴步进马达21、连接机构22和离合机构23，双轴步进马达21的其中一个输出端通过连接机构22与其中一个驱动齿轮19传动连接，双轴步进马达21的另一个输出端通过连接机构22传动连接有用于对多层换热管3的内侧污垢进行清洁的清洁组件24，离合机构23设在芯筒2的内侧且其输出端与双轴步进马达21固定连接，清洁组件24包括刷壁板30、l型架31、旋转齿环32和动力齿轮33，刷壁板30通过l型架31与旋转齿环32的外侧固定连接，旋转齿环32通过轴承与芯筒2的外侧转动连接，刷壁板30的一侧与多层换热管3的内侧外壁贴合，动力齿轮33与旋转齿环32啮合连接，外花键26固定在动力齿轮33的中孔内，外花键26的外侧转动连接有第二限位板34，第二限位板34固定在芯筒2的外侧壁上，通过清洁组件24可以对多层换热管3的内侧污垢进行清洁。
32.其中，如图9所示，为了增强清洁效果，刷壁板30和l型架31均设有四组，且四组刷壁板30和l型架31呈环状阵列分布。
33.对多层换热管3进行清洁时：通过启动电动推杆27工作，电动推杆27带动滑动架28在滑动槽29内滑动，滑动架28带动双轴步进马达21移动，使得双轴步进马达21的另一个输出端上的内花键25滑进动力齿轮33上的外花键26内，从而让双轴步进马达21的另一个输出端与动力齿轮33进行连接，然后启动双轴步进马达21，其输出轴便会将动力传递到动力齿轮33上，动力齿轮33再进一步带动旋转齿环32转动，旋转齿环32带动其上固定的刷壁板30进行旋转，刷壁板30对多层换热管3的内侧外壁污垢进行清洁，从而让刷壁板30将多层换热管3内侧外壁的污垢刷下来，完成自动清洁的工作。
34.本方案中，双轴步进马达21优选tk-rc395sh的型号，该马达防护等级为ip68，适合水下场所的使用，该马达的供电接口通过开关连接换热器的供电系统，运行电路为常规电机正反转控制程序，电动推杆27优选ant-26型号，电路运行为现有常规电路，本方案中涉及的电路以及控制均为现有技术，在此不进行过多赘述。
35.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要
素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
36.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
技术特征：
1.一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器，包括换热器外筒（1）、芯筒（2）和多层换热管（3），所述多层换热管（3）按螺旋线形状交错缠绕，并设置在所述换热器外筒（1）与所述芯筒（2）之间的空间，其特征在于：所述多层换热管（3）的输出端连通设有可以自由扩大内部空间的扩壁管（4），所述扩壁管（4）的外侧阵列固定有多个可动片（5），所述可动片（5）的外侧设有支撑板（6），所述支撑板（6）的一端与所述芯筒（2）的外壁固定连接，所述支撑板（6）上设有多组用于改变所述扩壁管（4）内部流体介质通过空间的同步扩张机构（7）。2.根据权利要求1所述的一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器，其特征在于：所述同步扩张机构（7）包括移动螺杆（8）、固定螺套（9）、第一限位板（10）、主动锥齿轮（11）、从动锥齿轮（12）和同步传动组件（13），所述移动螺杆（8）的一端与所述可动片（5）远离所述扩壁管（4）的一端固定连接，所述固定螺套（9）转动连接在所述第一限位板（10）上，所述第一限位板（10）固定在所述支撑板（6）上，所述移动螺杆（8）螺纹连接在所述固定螺套（9）的内侧，所述主动锥齿轮（11）与所述同步传动组件（13）传动连接，所述同步传动组件（13）安装在所述支撑板（6）上，所述从动锥齿轮（12）固定在所述固定螺套（9）的外侧且与所述主动锥齿轮（11）啮合连接。3.根据权利要求2所述的一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器，其特征在于：所述同步传动组件（13）包括传动环（14）、行星齿轮（15）、传动齿轮（16）和联合驱动机构（17），所述传动环（14）通过轴承转动连接在所述支撑板（6）上，所述传动环（14）的内侧均匀分布有多个内齿，多个所述行星齿轮（15）通过内齿均与所述传动环（14）啮合连接，所述传动环（14）的外侧均匀分布有多个外齿，所述传动齿轮（16）通过外齿与所述传动环（14）啮合连接，所述行星齿轮（15）的中轴一端与所述主动锥齿轮（11）固定连接，所述传动齿轮（16）设有多组，且多组所述传动齿轮（16）的中轴均通过轴承与所述支撑板（6）转动连接，所述联合驱动机构（17）的输出端与多个所述传动齿轮（16）传动连接。4.根据权利要求3所述的一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器，其特征在于：所述联合驱动机构（17）包括驱动齿环（18）、驱动齿轮（19）和动力装置（20），所述驱动齿环（18）通过轴承转动连接在所述芯筒（2）的外侧，所述驱动齿轮（19）与所述传动齿轮（16）的数量相等且设有多个，多个所述驱动齿轮（19）均与所述驱动齿环（18）的外侧啮合连接，所述动力装置（20）安装在所述芯筒（2）上。5.根据权利要求4所述的一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器，其特征在于：所述动力装置（20）包括双轴步进马达（21）、连接机构（22）和离合机构（23），所述双轴步进马达（21）的其中一个输出端通过所述连接机构（22）与其中一个所述驱动齿轮（19）传动连接，所述双轴步进马达（21）的另一个输出端通过所述连接机构（22）传动连接有用于对所述多层换热管（3）的内侧污垢进行清洁的清洁组件（24），所述离合机构（23）设在所述芯筒（2）的内侧且其输出端与所述双轴步进马达（21）固定连接。6.根据权利要求5所述的一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器，其特征在于：所述连接机构（22）包括内花键（25）和外花键（26），所述内花键（25）分别固定在所述双轴步进马达（21）的两个输出端上，所述外花键（26）分别与所述驱动齿轮（19）的中轴和所述清洁组件（24）的输入端固定连接。7.根据权利要求5所述的一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器，其特征在于：所述离合机构（23）包括电动推杆（27）和滑动架（28），所述电动推杆（27）安装在所述芯筒（2）
的内部，所述芯筒（2）上开设有滑动槽（29），所述滑动架（28）与所述电动推杆（27）的输出端固定连接，所述滑动架（28）通过所述滑动槽（29）滑动连接在所述芯筒（2）上，所述双轴步进马达（21）的底部与所述滑动架（28）远离所述电动推杆（27）的一端固定连接。8.根据权利要求6所述的一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器，其特征在于：所述清洁组件（24）包括刷壁板（30）、l型架（31）、旋转齿环（32）和动力齿轮（33），所述刷壁板（30）通过所述l型架（31）与所述旋转齿环（32）的外侧固定连接，所述旋转齿环（32）通过轴承与所述芯筒（2）的外侧转动连接，所述刷壁板（30）的一侧与所述多层换热管（3）的内侧外壁贴合，所述动力齿轮（33）与所述旋转齿环（32）啮合连接，所述外花键（26）固定在所述动力齿轮（33）的中孔内，所述外花键（26）的外侧转动连接有第二限位板（34），所述第二限位板（34）固定在所述芯筒（2）的外侧壁上。9.根据权利要求8所述的一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器，其特征在于：所述刷壁板（30）和所述l型架（31）均设有四组，且四组所述刷壁板（30）和所述l型架（31）呈环状阵列分布。10.根据权利要求1所述的一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器，其特征在于：所述扩壁管（4）采用抗拉耐高温弹性橡胶材质制成，所述扩壁管（4）的两端均通过密封圈一体固定有焊头。
技术总结
本发明公开了一种用于饱和烷烃相变工况的绕管式换热器，涉及换热器技术领域，解决了现有换热器的换热效果较差的问题，包括换热器外筒、芯筒和多层换热管，多层换热管按螺旋线形状交错缠绕，并设置在换热器外筒与芯筒之间的空间，多层换热管的输出端连通设有可以自由扩大内部空间的扩壁管，扩壁管的外侧阵列固定有多个可动片，可动片的外侧设有支撑板，支撑板的一端与芯筒的外壁固定连接，本发明利用同步扩张机构来带动可动片对扩壁管进行拉伸，从而改变扩壁管内部流体介质的通过空间，间接地改变换热管出口端的管道内管内径，使得内部达到吸热饱和后的流体在换热管出口端能够快速排出。排出。排出。
