CN105553182B - 一种风力发电机系统及流体输运装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电机系统，能够对进入发电机的多相流进行分离，以减少进入发电机的水分和杂质，进而在实现冷却的同时提高发电机的绝缘性能，减小对发电机内部腔体换热面的磨损。所述风力发电机系统包括具有电机腔体的发电机和与发电机的转子连接的叶片，还包括用于对上风向来流进行多相流分离的分离装置，分离装置的进风口用于引入上风向来流，出风口与电机腔体连通；电机腔体连通有用于排送热气流的排风机。本发明还提供了一种流体输运装置，包括具有过热腔体的动力设备，还包括用于对上风向来流进行多相流分离的分离装置，分离装置的进风口用于引入上风向来流，出风口与过热腔体连通；过热腔体还连通有用于排送热气流的排风机。

Description

一种风力发电机系统及流体输运装置

技术领域

本发明涉及风冷技术领域，特别是涉及一种风力发电机系统及流体输运装置。

背景技术

风力发电机是将风能转化为电能的装置，主要包括发电机和叶片等部件。现有技术中，通常采用永磁同步电机的风力发电机，由于风力发电机在户外使用，自然环境恶劣，发电机的永磁体耐温不高，冷却问题尤为突出。为实现发电机的冷却，同时节约成本，现有技术中通常采用风冷，即将自然环境中的空气引入发电机的定子与转子之间的气隙进行热交换，以实现冷却。

但是，自然环境中的空气往往夹杂着大量的水汽和沙尘等杂质，实际上为气、液、固混合形成的多相流，例如，由空气与水蒸汽、雨雪、盐雾、沙尘和絮状物等多种物质组合而成。上述多相流包含的水分和盐分会对发电机的磁极造成损伤，甚至造成不可逆去磁和退磁，还会破坏发电机的绝缘机理；上述多相流包含的沙尘等固相物质进入发电机内部后，会对发电机造成磨损，影响发电机的正常使用，降低发电机的寿命。

因此，如何设计一种风力发电机系统，以便在实现风冷的同时对发电机进行防护，提高发电机的绝缘性能，降低对发电机的磨损，成为本领域技术人员目前亟需解决的技术问题。

另外，如何设计一种流体输运装置，以便对动力设备的过热腔体进行风冷，同时防止上风向来流中的杂质损坏动力设备，也是本领域技术人员目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种风力发电机系统，能够对进入发电机的多相流进行预先分离，以减少进入发电机的水分和杂质，进而在实现冷却的同时提高发电机的绝缘性能，减小对发电机内部腔体换热面的磨损。

本发明的另一个目的是，对开式冷却系统冷却介质的排放进行降噪处理、以及冷却介质对叶片除冰或阻止结冰的余热综合利用。

本发明的又一目的是提供一种流体输运装置，对内燃机、牵引电机以及纺织电机等待冷却的动力设备进行风冷，同时还可以避免上风向来流中的杂质损坏动力设备。

为解决上述第一个技术问题，本发明提供一种风力发电机系统，包括具有电机腔体的发电机和与所述发电机的转子连接的叶片，还包括用于对上风向来流进行多相流分离的分离装置，所述分离装置的进风口用于引入上风向来流，出风口与所述电机腔体连通；所述电机腔体连通有用于排送热气流的排风机。

本发明的风力发电机系统设有分离装置，通过分离装置对上风向来流进行多相流分离，以去除上风向来流中的固体颗粒和/或液滴，进而形成较为干燥且洁净的空气，作为冷却介质输送至电机腔体内；冷却介质在电机腔体内进行换热，实现对发电机的冷却，然后通过排风机引出。一方面，本发明将自然环境的气体作为冷却介质，可以节约成本，还可以降低冷却介质对环境的污染；另一方面，经过分离处理形成的冷却介质为较为干燥且洁净的气体，不会对发电机造成损伤，尤其不会影响发电机的绝缘性能，也不会因固体颗粒物的混入而磨损发电机，使得发电机具有较高的使用强度；再者，进入电机腔体的冷却介质经换热后由排风机引出，形成冷却介质的开式流通，与闭式循环的结构形式相比，不仅可以改善冷却效果，还无需设置循环所需装置，节约了风力发电机系统的空间；尤其是，当发电机采用外转子时，处于外部的磁轭和永磁磁极要接受夏日的高温照射，当温升过高时就会对永磁材料产生退磁，本发明的风力发电机系统可以通过自然环境的气体对电枢和永磁磁极进行持续高效的冷却，以便有效防护永磁磁极和外转子磁轭，保证发电机正常运转。

为解决本发明的第二个目的，本发明的风力发电机系统进一步包括以下可选方案：

可选地，所述分离装置包括第一分离器和第二分离器，所述第一分离器的进风口用于引入所述上风向来流，所述第一分离器的出风口与所述第二分离器的进风口连通，所述第二分离器的出风口与所述电机腔体连通。

可选地，所述第二分离器的出风口与所述电机腔体的连通管路还设有加热器。

可选地，所述第二分离器的出风口设有至少两个支路，各所述支路均能够与所述电机腔体连通，至少一个所述支路设有所述加热器。

可选地，所述发电机包括由内而外依次套装的内定子支撑体、内定子铁心、永磁磁极和外转子磁轭；所述电机腔体包括由内而外依次设置的内腔体、中腔体和外腔体，所述内定子支撑体的空腔形成所述内腔体，所述内定子铁心与所述永磁磁极之间的气隙形成所述中腔体，所述永磁磁极与所述外转子磁轭之间的气隙形成所述外腔体，所述内腔体轴向贯通而与所述外腔体连通；各所述支路与所述内腔体或所述外腔体连通，所述中腔体与所述排风机连通。

可选地，至少两个所述支路分别与所述内腔体和所述外腔体连通，所述加热器设置在与所述内腔体或所述外腔体连通的所述支路，各所述支路输送的气流于所述外腔体汇流后流入所述中腔体。

可选地，所述第二分离器的出风口设有三个所述支路，其中两个所述支路分别连通于所述外腔体的径向两侧，所述加热器设于另一个所述支路，且另一个所述支路与所述内腔体连通。

可选地，还包括分离器加热支路，其用于将热气流输送至所述第二分离器，以便对所述第二分离器的筒体以及其内的待分离气体进行加热。

可选地，所述第一分离器包括一端封闭的外筒和套装在外筒中的中空的内胆，所述外筒的内周壁与所述内胆的外周壁围成气流通道，所述气流通道的一端朝向所述外筒的封闭端延伸并与所述内胆的进风口连通，另一端形成用于引入上风向来流的进风口；所述内胆的出风口与所述第二分离器的进风口连通。

可选地，所述外筒的内壁为凹凸面，所述气流通道中设有螺旋导流叶栅。

可选地，所述内胆的出风口连接有分离段，所述分离段的口径在由所述第一分离器至所述第二分离器的方向递减。

可选地，所述内胆的出风口设有用于连接所述分离段的扩口段，所述扩口段与所述分离段的连接处形成分离物的扩容腔。

可选地，所述扩容腔的上风向设有将所述分离物吹扫至所述扩容腔的吹灰装置。

可选地，所述分离段为内凹的弧形回转体；和/或，所述分离段设有保温或加热夹层。

可选地，所述外筒的底部向下凹陷并设有与所述气流通道连通的沉积箱体，所述沉积箱体设有防结冰的加热装置。

可选地，所述外筒的开口端设有导流面，所述导流面包括沿上风向连接的外凸弧面和内凹弧面，所述上风向来流大致沿所述内凹弧面的切线方向流入。

可选地，所述第二分离器包括内筒、外锥筒以及通过两者围成的锥形腔，所述锥形腔的进风口与所述第一分离器的出风口连通，所述锥形腔的出风口与所述内筒的进风口连通，所述内筒的出风口形成所述第二分离器的出风口。

可选地，所述第二分离器还包括与所述锥形腔连通的收集箱体，用于收集分离物。

可选地，所述收集箱体设有分离物的排出口，并通过锁气器将所述排出口封堵。

可选地，还包括叶片加热支路，所述叶片加热支路用于将热气流输送至所述叶片的内腔。

可选地，所述叶片加热支路与所述叶片通过回转轴承可转动连接，并借助所述回转轴承将所述加热支路与所述叶片的内腔连通。

可选地，还包括噪音吸收装置，其用于吸收所述排风机的排风噪音，所述噪音吸收装置连通有排风装置，所述排风装置引导排风大致顺着上风向排出。

可选地，所述排风机和所述噪音吸收装置安装在所述风力发电机系统的机舱尾部，所述分离装置处于所述排风机和所述排风装置的上风向；

或者，所述排风机和所述噪音吸收装置安装在所述风力发电机系统的机舱侧部，所述分离装置处于所述排风机和所述排风装置的下风向，所述分离装置的进风口与所述排风装置的出风口大致垂直。

可选地，所述噪音吸收装置包括若干对排风进行扩散处理的膨胀节消音腔体，各所述膨胀节消音腔体顺着排风方向依次串联且容积递增，相邻的所述膨胀节消音腔体之间设有对排风进行共鸣消音处理的共鸣消音腔体。

可选地，所述噪音吸收装置包括若干对排风进行扩散处理的膨胀节消音腔体，各所述膨胀节消音腔体依次连接形成以排风方向为轴向的螺旋状，且在顺着排风方向上的容积递增。

可选地，所述排风机的排风口设有扩压装置，并通过所述扩压装置与所述噪音吸收装置连通。

为解决本发明的最后一个技术问题，本发明还提供了一种流体输运装置，包括具有过热腔体的动力设备，还包括用于对上风向来流进行多相流分离的分离装置，所述分离装置的进风口用于引入上风向来流，出风口与所述过热腔体连通；所述过热腔体还连通有用于排送热气流的排风机。

附图说明

图1为本发明所提供风力发电机系统在实施例1中的侧视图；

图2为本发明所提供风力发电机系统在实施例1的俯视图；

图3为本发明所提供风力发电机系统的分离装置在实施例1中的俯视图；

图4为图3所示分离装置的局部侧视图；

图5为图3所示分离装置中第一分离器顺着上风向的轴侧视图；

图6为图5所示第一分离器中螺旋导流叶栅的平面展开示意图；

图7为图3所示分离装置中第二分离器的轴侧视图；

图8本发明所提供风力发电机系统的叶片在实施例1中对冷却介质的余热利用示意图；

图9本发明所提供风力发电机系统的回转轴承在实施例1中的余热利用示意图；

图10本发明所提供风力发电机系统的噪音吸收装置在实施例1中一种设置方式的结构示意图；

图11为本发明所提供风力发电机系统的噪音吸收装置在实施例1中另一种设置方式的结构示意图；

图12为本发明所提供风力发电机系统在实施例2中的轴侧示意图；

图13为本发明所提供风力发电机系统在实施例2中的俯视图。

图1-13中：

发电机1、叶片2、分离装置3、排风机4、加热器5、分离器加热支路6、叶片加热支路7、噪音吸收装置8、排风装置9、机舱10、塔架20；

电机腔体11、内腔体111、中腔体112、外腔体113；

回转轴承21；

第一分离器31、外筒311、内胆312、气流通道313、螺旋导流叶栅314、分离段315、扩口段316、扩容腔317、吹灰装置318、沉积箱体319；

第二分离器32、外锥筒321、内筒322、收集箱体323、锁气器324、吹灰装置325；

支路33；

导流面34、外凸弧面341、内凹弧面342；

扩压装置41；

膨胀节消音腔体81、共鸣消音腔体82。

具体实施方式

本发明实施例的核心是提供一种风力发电机系统，能够对进入发电机进行多相流分离，以减少进入发电机的水分和杂质，进而在实现冷却的同时提高发电机的绝缘性能，减小对发电机内部腔体换热面的磨损。

本发明实施例的另一核心是提供一种流体输运装置，能够对动力设备的过热腔体进行风冷，同时不会损坏动力设备。

以下结合附图，对本发明风力发电机系统进行具体介绍，以便本领域技术人员准确理解本发明的技术方案。

本文所述的上下以风力发电机系统为参照，通常以风力发电机系统的塔架20的延伸方向为上下方向，指向地心的方向为下，与下相反的方向为上；本文所述的轴向是指发电机1的发电机轴的延伸方向，周向和径向也是根据发电机1的发电机轴进行定义的。

如无特殊说明，本文所述的内外是以发电机轴为参照进行定义的，靠近发电机轴的方向为内，远离发电机轴的方向为外；在轴向上，靠近发电机轴中心的方向为内，远离发电机轴中心的方向为外。

本文所述风力发电机系统的机舱10的首尾是以风向为参照定义的，处于上风向的一端为首部，处于下风向的一端为尾部。

如图1和图2所示，本发明提供了一种风力发电机系统，包括发电机1和与发电机1的转子连接的叶片2。在风力发电机系统中，发电机1具有电机腔体11，该电机腔体11是指发电机1的内部气隙；发电机1在运行过程中会产生大量的热能，在外界环境温度较高的情况下还会吸收自然环境中的热能，这些热能均会扩散至所述电机腔体11中；也就是说，随着发电机1的运行，电机腔体11中会储存大量的热能，及时有效地实现发电机1的冷却以控制温升就显得尤为重要。采用风冷具有很多优势，但是，自然环境中的冷却介质通常不够洁净，为多相流体，会影响发电机1的绝缘性能，磨损发电机1。

针对上述技术问题，本发明的风力发电机系统还包括分离装置3，分离装置3的进风口用于引入上风向来流，分离装置3用于分离上风向来流中的固体颗粒和/或液滴，以形成较为干燥的洁净气体，分离装置3具有用于引出该洁净气体的出风口，出风口与电机腔体11连通，以便将洁净气体作为冷却介质送入电机腔体11中；冷却介质在电机腔体11中吸热，以实现对发电机1的冷却；电机腔体11还连通有排风机4，冷却介质在电机腔体11内吸热后形成温度较高的热气流，与电机腔体11连通的排风机4用于排送该热气流，以便经过分离装置3处理后的冷却介质持续地进入电机腔体11内进行换热，实现冷却介质的开式流通。所谓开式是相对于闭式而言的，其中，闭式是指介质往复循环地进出，那么，开式就是介质进入后直接排出，而不会再次循环使用。

可见，本发明通过分离装置3的设置解决了对发电机1进行自然风冷时的退磁和磨损等技术问题，有效降低了冷却过程中的能耗。更为关键的是，电机腔体11连通有排风机4，一方面，可以将分离后形成的洁净气体有效引入电机腔体11，提高冷却效率；另一方面，可以使得热气流快速流出电机腔体11，加快换热效率，改善对发电机1的冷却效果。尤其是，当发电机1采用永磁磁极外转子、内电枢时，永磁磁极和永磁磁极所依托的磁轭暴露在外部，在外界环境温度过高时，温升过高，容易产生退磁现象；本发明提升了冷却效率，可以对永磁磁极和磁轭进行有效防护，延长了发电机1的使用寿命，提高了发电机1的使用可靠性。再者，与闭式循环相比，本发明通过排风机4排送热气流，排风机4可以为鼓风机或引风机，节约了对循环气流进行处理和存储所需的空间，简化了风力发电机系统的结构，减小了风力发电机系统中本体附属热交换设备的体积；而且，与闭式循环相比，冷却介质的开式流通可以使得进入电机腔体11的冷却介质保持较低的温度，利于提高换热效率，改善冷却效果。

如图2所示，分离装置3可以包括第一分离器31和第二分离器32，当设有第一分离器31和第二分离器32时，两者均具有用于引出分离后所形成气体的出风口。其中，第一分离器31的进风口用于引入上风向来流，出风口与第二分离器32的进风口连通，第二分离器32的出风口与电机腔体11连通；换言之，上风向来流依次经过第一分离器31和第二分离器32的分离后再进入电机腔体11进行换热。此时，第一分离器31可以进行粗分离，第二分离器32可以进行精细分离，第一分离器31分离的精细程度可以低于第二分离器32。

可以理解的是，本领域技术人员可以根据需要设置分离器的个数以及结构，不限于设置两个分离器；而且，各分离器可以串联也可以并联。而且，第一、第二等词仅为了区别结构相同或相似的多个部件，不表示对顺序的某种特殊限定。

第二分离器32的出风口与电机腔体11的连通管路还可以设置加热器5，以便对进入电机腔体11的含湿气体进行加热，形成相对湿度较低的干燥的冷却介质。

具体地，第二分离器32的出风口可以设置至少两个支路33，各支路33均能够与电机腔体11连通，以便从电机腔体11的各向进入，提高分离后形成的冷却介质在电机腔体11内的分布均匀性；其中，至少一个支路33可以设有该加热器5，以降低进入电机腔体11的冷却介质的相对湿度。

实际上，可以仅在其中一个支路33设置该加热器5，其他支路33的气流可以直接进入电机腔体11内，在电机腔体11内汇流后形成较为干燥且温度较低的冷却介质，避免因加热器5的加热而过多地提升冷却介质的温度，防止加热器5影响冷却效果。或者，本领域技术人员可以控制加热器5的加热温度，以形成温度大幅低于电机腔体11内温度的冷却介质，同时还起到了降低相对湿度的作用。

在图2所示的风力发电机系统中，发电机1包括由内而外依次套装的内定子支撑体、内定子铁心、永磁磁极和外转子磁轭，其中，内定子铁心的周向间隔分布有用于缠绕内定子绕组的槽，永磁磁极与内定子铁心的气隙是相互连通的，永磁磁极与外转子磁轭之间具有环形气隙。此时，电机腔体11具体可以包括由内而外依次设置的内腔体111、中腔体112和外腔体113；以内定子支撑体的空腔构成该内腔体111，内腔体111轴向贯通；以内定子铁心与永磁磁极形成的气隙为中腔体112，以永磁磁极与外转子磁轭之间的环形气隙为外腔体113。由于内腔体111轴向贯通，会经由发电机11的轴端沿径向流向外腔体113，进而与外腔体113连通。那么，冷却介质可以由内腔体111或外腔体113进入，并在外腔体113处汇流，然后经过中腔体112排出。此时，各支路33可以与内腔体111或外腔体113连通，并将中腔体112与排风机4连通，以引导气流对发电机1进行冷却。

还可以设置至少一个与内腔体111连通的支路33，设置至少一个与外腔体113连通的支路33，并将加热器5设置在与内腔体111或外腔体113连通的支路33，仅对进入内腔体111或外腔体113的气体进行加热干燥。由于同时存在与内腔体111和外腔体113连通的支路33，且由内腔体111流入的气流也要流经外腔体113而进入中腔体112，那么，各支路33输送的气流会在外腔体113汇流，形成温度较低且较为干燥的冷却介质，进入输送至中腔体112，以提高进入中腔体112的冷却介质的质量，更好地对发电机1冷却。

详细地，可以设置三个支路33，其中两个支路33分别连通于外腔体113的径向两侧，加热器5设于另一个支路33，并将另一个支路33与内腔体111连通。此时，其中两个支路33的冷气体直接由径向两侧输送至外腔体113，另一个支路33的气体经加热器5干燥处理后流入内腔体111，并由内腔体111的端部沿径向向外扩散而流入外腔体113的两侧；三个支路33的气体在外腔体113汇流后形成高质量的冷却介质(即温度较低且较为干燥)，输送至中腔体112，对电枢进行充分冷却。

在上述基础上，本发明还可以包括分离器加热支路6，该分离器加热支路6用于将由电机腔体11引出的热气流输送至第二分离器32，以便对第二分离器32的待分离气体进行加热。由于受外界环境的影响，上风向来流可能含杂质和相对湿度均较高，即使经过第一分离器31的初步分离，输送至第二分离器32的气流中也可能会含有大量的固体颗粒物和液滴等；为避免第二分离器32堵塞结冰，可以将冷却后形成的热气流引至第二分离器32，使得第二分离器32保持一定的温度，避免送入第二分离器32内的待分离气体温度过低而结冰或者冷凝，保证第二分离器32的分离可靠性。而且，将由电机腔体11引出的热气流输送至第二分离器32可以实现热能的回收利用，以节约能源。

如图2所示，上述热气流具体可以由中腔体112引出，中腔体112的两侧均可以通过输出管路与排风机4连通，或者说，可以在中腔体112的两侧各引出一个输出管路，然后在各输出管路的尾端连接排风机4；此时，分离器加热支路6可以与其中一侧的输出管路连通，也可以与两侧的输出管路均连通。

本发明还可以包括叶片加热支路7，叶片加热支路7用于将由电机腔体11引出的热气流输送至叶片2的内腔，以便对叶片2进行加热，防止叶片2的前缘结冰。同理，热气流具体也可以由中腔体112引出，此时，可以由一侧的输出管路将热气流引出至叶片2的内腔，也可以由两侧的输出管路将热气流引出至与各输出管路对应侧的叶片2的内腔。

同时，还可以在输出管路与叶片加热支路7的连通处设置风门和风扇等结构，以便在实现连通的同时加速热气流的流动。当设有叶片加热支路7时，可以有效利用换热后的热气流对叶片2进行加热，防止叶片2结冰，无需为叶片2单独设置加热片等结构，可以简化叶片2结构，降低成本。由于发电机1在刚开始运行前还没有产生热量，此时，无需对发电机1进行冷却，或者说由电机腔体11引出的换热后的气流温度较低不符合要求时，无法满足对叶片2进行加热的要求，因此，可以在叶片加热支路7设置加热装置，以便在发电机1运行的初期对经由叶片加热支路7送入叶片2内腔的气流进行加热，实现对叶片2的可靠加热；当发电机1运行一段时间后，可以关闭叶片加热支路7的加热装置，并可以根据需要开启。

下文结合图，以实施例1为例，对本发明风力发电机系统的其他部分进行详细说明。

第一分离器31的结构形式多样，具体可以为旋风分离器。如图3和图4所示，第一分离器31可以包括一端封闭的外筒311，外筒311中可以套装有内胆312，内胆312为中空结构，具有中空腔，内胆312可以为两端开口的中空筒状，内胆312的两端分别形成进风口和出风口；外筒311的内周壁与内胆312的外周壁可以围成气流通道313，气流通道313大致在外筒311和内胆312的轴向延伸，内胆312可以其进风口朝向外筒311的封闭端，气流通道313的一端朝向外筒311的封闭端延伸，并能够与内胆312的进风口连通，实现与内胆312中空腔的连通，气流通道313的另一端形成用于引入上风向来流的进风口；内胆312的出风口与第二分离器32的进风口连通。此时，上风向来流首先经由外筒311与内胆312之间的气流通道313，然后进入内胆312，再通过内胆312输送至第二分离器32。上风向来流在流经气流通道313的过程中，与外筒311与内胆312的周壁撞击，以进行预分离；由于内胆312的进风口与上风向来流的进风口相反，气流通道313内的气流要进入内胆312，就要经过180度的流向回转，在回转过程中会产生大量的撞击，进一步完成分离；在气流沿内胆312的中空腔朝向内胆312的出风口流动的过程中，气流或与内胆312的内周壁撞击，实现分离。

凡是涉及第一分离器31和第二分离器32的自身结构，本文的内外是以各分离器的中轴线为参照，靠近中轴线的方向为内，远离中轴线的方向为外。

其中，外筒311与内胆312可以平行于上风向来流同轴设置，内胆312的轴向两端口可以分别形成进风口和出风口，内胆312的进风口朝向外筒311的封闭端，外筒311的开口端与内胆312的出风口处于同一端；此时，上风向来流可以首先沿着上风向流经气流通道313，在气流通道313的尾部经过180度回转而逆着上风向沿内胆312流动。

内胆312的出风口可以连接分离段315，并设置分离段315的口径在由第一分离器31至第二分离器32的方向上递减。在图3和图4所示的实施方式中，分离段315可以大致为内凹的弧形回转体，具体可以一个内凹的圆弧沿第一分离器31的中轴线回转360度形成弧形回转体，以作为分离段315。通常，实现气体输送的管路为直管，但是，为实现分离，内胆312必须具有足够的容积，内胆312的出风口口径也就比较大，此时可以在内胆312的出风口设置口径渐缩的分离段315，以实现内胆312与输送管的连接，进而通过输送管将气流输送至第二分离器32。

当然，分离段315的口径只要在由第一分离器31至第二分离器32的方向渐缩即可，不一定采用上述弧形回转体的结构形式。但是，当采用上述弧形回转体时，弧形回转体的内壁可以对气流进行导向，并可以通过设置弧形回转体的弧度使得气流沿着分离段315的切线方向流动，进而平稳地流出内胆312；相对于中空三角锥状等结构形式，分离段315采用弧形回转体的结构形式能够降低输出气流对第一分离器31的影响，辅助改善第一分离器31的分离效果；还可以使得气流快速进入第二分离器32进行再次分离，提高气流的输送效率。

为进一步防止气流中携带大量的低温水汽，还可以在分离段315设置保温或者加热夹层，以防止分离段315结冰，保证气流由第一分离器31向第二分离器32的输送可靠性，减少进入第二分离器32的低温水汽。

与此同时，还可以在内胆312的出风口设置扩口段316，并通过扩口段316与分离段315连接。扩口段316也可以按照一定弧度向外扩展，也可以呈线性关系向外扩展。扩口段316的口径在由第一分离器31至第二分离器32的方向递增，分离段315的口径在由第一分离器31至第二分离器32的方向递减，那么，扩口段316与分离段315的连接处就形成径向尺寸最大的容腔，该容腔作为用于容置分离物的扩容腔317。

所谓分离物是指被分离器由气流中分离出的物质，包括但不限于固体颗粒物和液滴。由内胆312流出的气流依然还具有较高的含杂率，这些杂质会随着气流继续向前流动，扩口段316与分离段315的连接处口径较大，一方面可以降低流速，降低携带杂质的能力，另一方面还给予了杂质脱离气流进行沉积的时间，使得部分杂质滞留在扩容腔317内，实现进一步分离。本文中的杂质是相对于冷却而言的，凡是影响发电机1冷却或者损伤发电机1的物质，在本申请中均视为杂质。

又由于内胆312中的气流具有较高的含湿度，此时，分离物中的灰尘等会在水分的作用下结块，导致扩容腔317无法正常储存分离物，甚至会影响内胆312中气流的正常输送。针对这一情况，本申请还可以在扩容腔317的上风向设置吹灰装置318，如次声波吹灰器，以便对分离物进行吹扫。吹灰装置318的设置一方面可以使得分离物有效进入扩容腔317，另一方面还可以防止积灰结块，使得第一分离器31和第二分离器32持续有效运行。

如图4所示，第一分离器31中，外筒311的内部可以向下凹陷，并在凹陷处设置沉积箱体319，沉积箱体319与气流通道313连通，则上风向来流经过气流通道313时，分离物会在外筒311的凹陷部汇集，并进入沉积箱体319内，以保证气流通道313具有足够的流通面积，防止分离物堆积而堵塞气流通道313。

沉积箱体319还可以设置可自动启闭的排污门，以便在沉积箱体319内的分离物过多时排出。排污门具体可以设置在沉积箱体319的底部。还可以设置环绕沉积箱体319的加热管，将由电机腔体11引出的热气流引入该加热管，以利用余热对沉积箱体319进行加热，防止分离物中的水分与灰分混合而结块。

外筒311的开口端还可以设置导流面34，对上风向来流进行导向，使得上风向来流平稳地进入气流通道313。具体而言，导流面34可以包括沿上风向依次连接的外凸弧面341和内凹弧面342，外凸弧面341的圆心位于第一分离器31的内侧，内凹弧面342的圆心位于第一分离器31的外侧；通过设置内凹弧面342的弧度，上风向来流经过外凸弧面341向内收束后，可以大致沿内凹弧面342的切线方向流入，如图4所示。内凹弧面342与外凸弧面341可以实现平滑连接，在由第一分离器31至第二分离器32的方向，内凹弧面342与外凸弧面341连接后大致形成反向的S型结构。一方面，内凹弧面342可以有效扩展外筒311开口端的口径，以尽可能多地收容上风向来流；但是，如果内凹弧面342继续向外延展，就有可能形成垂直于上风向来流的竖直段，因此，在内凹弧面342的端部可以连接外凸弧面341，以便对内凹弧面342的开口进行收束，还可以将上风向来流聚拢至内凹弧面342对应的开口；而且，通过合理设置内凹弧面342的弧度，可以使得通过外凸弧面341聚拢的上风向来流大致沿内凹弧面342的切线方向进入气流通道313，减小了上风向来流进入气流通道313的阻力。

如图1所示，排风机4由电机腔体11中引出的热气流还可以部分输送至第一分离器31的外筒311，以便对第一分离器31进行除冰，防止外筒311以及连接在外筒311开口端的导流面34结冰。

请进一步参考图5和图6，为改善分离效果，可以在气流通道313内设置螺旋导流叶栅314，以引导上风向来流螺旋流动，进而在螺旋流动过程中实现分离。如图5所示，以带叉的圆圈表示进入气流通道313的上风向来流，以带圈的圆圈表示流出气流通道313的气流，上风向来流可以沿着螺旋导流叶栅314回旋出气流通道313，并顺利进入内胆312的中空腔；在此过程中，上风向来流要接受螺旋导流叶栅314的导向，需要经过回旋变换流向，必然伴随着撞击，气流的流速降低，且固体颗粒和液滴会凝结长大，以分离出气流，最终进入外筒311底部的沉积箱体319。如图6所示，可以对螺旋导流叶栅314的螺距进行设置，以便与上风向来流的含杂程度相匹配，进行有效分离。

还可以将外筒311的内壁设置为凹凸面，如波纹面等，以避免上风向来流直接经由螺旋导流叶栅314与外筒311之间的间隙流动，而不进入螺旋导流叶栅314。此时，外筒311内壁与螺旋导流叶栅314的设置使得上风向来流在流动过程中产生剧烈撞击以及回转，即上风向来流进行离心运动，有利于改善分离效果。

请参考图7，第二分离器32可以包括内外套装的内筒322和外锥筒321，外锥筒321的进风口可以与第一分离器31的出风口连通，以便将气流引入内筒322与外锥筒321之间的锥形腔，在锥形腔内实现分离，形成的洁净气体进入内筒322，经由内筒322排出；外锥筒321的底部可以设置收集箱体323，分离物可以进入收集箱体323内。

以内筒322和外锥筒321上下延伸为例，可以将外锥筒321的上端与第一分离器31的出风口连通，使得气流沿着锥形腔螺旋向下运动，到达底部后经由内筒322下端的开口螺旋上升。由于固体颗粒物以及液滴等杂质的密度较大，当旋流到达外锥筒321底部时，杂质会下落至外锥筒321下方的收集箱体323内，而洁净的气流就会进入内筒322上升继续流动。

收集箱体323也可以设置为锥形，以引导分离物沿着收集箱体323的内壁下落。还可以在收集箱体323的底部设置分离物的排出口，具体可以用锁气器324将该排出口封堵，以提高第二分离器32的气密性。收集箱体323内还可以设置吹灰装置325，如次声波吹灰器，以便对分离物进行吹扫；还可以将收集箱体323的底部设置为漏斗状，以更好地收集分离物。

如上文所述，本发明的第二分离器32与分离器加热支路6连通，具体地，可以在外锥筒321的外部环绕加热管，然后将分离器加热支路6与加热管连通，以便将热气流引入外锥筒321，实现对外锥筒321内待分离气体的加热，防止结冰，还可以防止水分和灰分凝聚而结块。同理，由于分离物会在收集箱体323的底部汇集，还可以在收集箱体323的底部设置加热管，以引入热气流进行加热。

不管是内筒322、外锥筒321还是收集箱体323，均可以设置为锥筒状的其他形式，不限于上述锥筒结构，例如直筒等；进入内筒322和外锥筒321的气流可以为螺旋流动，以增强分离效果，也可以为直线式流动，本领域技术人员可以根据分离需求进行设置。

请参考图8和图9，如上文所述，本发明还可以设置叶片加热支路7，具体地，叶片加热支路7可以与叶片2根部依托的轮毂连通，叶片加热支路7始终处于静止状态，与回转的叶片2之间需要通过一个连接装置进行连接；此时可以设置回转轴承21，使得叶片加热支路7与叶片2之间实现可转动连接，并通过回转轴承21的间隙将热气流传输至叶片2的内腔中。

更为具体地，以叶片2与轮毂连接的一端为根端，则叶片2向外延伸的一端为末端，回转轴承21连接在叶片2的根端，由叶片加热支路7引入的热气流首先经由回转轴承21，然后由叶片2的根部进入叶片2的内腔；热气流沿着叶片2的内腔流动，并在离心力的作用下由叶片2的末端甩出。

此外，本发明还可以包括噪音吸收装置8，噪音吸收装置8用于吸收由排风机4的排风噪音，噪音吸收装置8还可以连通有排风装置9，排风装置9对经过噪音吸收装置8处理后的排风进行导向，以使得排风大致沿上风向的流向排出，避免与上风向来流干扰，还可以避免与上风向来流撞击而产生噪音。

可以在排风机4的排风口设置扩压装置41，并通过扩压装置41与噪音吸收装置8连接，以避免气流压力过大而影响降噪。

根据噪音吸收装置8安装位置的不同，本发明还可以形成两种实施例，分别为实施例1和实施例2；以下结合图10-图13，对实施例1和实施例2进行详细说明。

应该理解，本发明中，实施例1和实施例2的区别可以仅在于噪音吸收装置8的安装位置，其他部分均可以参照上文进行设置。

实施例1

如图1和图2所示，在第一种具体实施方式中，排风机4和噪音吸收装置8可以设置在风力发电机系统的机舱10尾部，上述分离装置3可以处于排风机4和排风装置9的上风向；排风机4、噪音吸收装置8以及排风装置9可以沿着上风向依次连通。同时，排风装置9的出风口可以设为扩口，以便于提高排风效率，降低排风噪音。通过排风装置9还可以使得排风大致平行于上风向来流由机舱10尾部排出，由流体力学可知，机舱10尾部沿着上风向延伸一定距离的区域基本为消音区，当排风装置9引导排风顺着上风向由尾部排出时，可以最大限度地消减噪音。

噪音吸收装置8可以利用膨胀节的原理进行设置，包括依次设置的膨胀节消音腔体81和共鸣消音腔体82。如图10所示，可以设置三级膨胀节消音腔体81，每级膨胀节消音腔体81后均对应设置一个共鸣消音腔体82，以便排风在经过膨胀节消音腔体81扩散后进入共鸣消音腔体82内进行共鸣消音。以膨胀节消音腔体81为例，排风在各级膨胀节消音腔体81逐级扩散，以便使得排风在各级膨胀节消音腔体81内扩散，扩散后的气流能够更好地产生共鸣，从而在共鸣消音腔体82内有效降噪。在排风方向，各膨胀节消音腔体81可以逐渐扩张，容积呈台阶式增加；各共鸣消音腔体82根据与其对应的膨胀节消音腔体81进行相应变化。

噪音吸收装置8的形式多样，不限于图10所示的结构，如图11所示，在设置为多级串联的膨胀节消音腔体81时，也可以为螺旋连接，即噪音吸收装置8可以设置为螺旋管状结构。噪音吸收装置8还可以采用消音材料，或者设置为其他形式的消音结构。

本领域技术人员应该可以理解，当噪音吸收装置8设置为螺旋管状结构时，在气流螺旋环绕的过程中会产生共鸣以及能量消耗，进而实现降噪，也就是说，由于采用了螺旋结构，无需专门设置共鸣消音腔体82。

实施例2

请参考图12和图13，在第二种具体实施方式中，可以将排风机4和噪音吸收装置8设置在风力发电机系统的机舱10侧部，此时，分离装置3处于排风机4和排风装置9的下风向；该机舱10侧部是相对于上风向而言的，即处于上风向的一侧，或者说不处于首尾方向上，具体可以为垂直于上风向的方向。此时，为避免上风向来流与排风装置9的排风相互干扰，分离装置3的进风口可以与排风装置9的出风口大致垂直，或者呈预定角度，通常该预定角度大于80度。

需要说明的是，本文中凡是提到大致平行或大致垂直，均可以相对于平行或垂直方向偏移一定角度，该角度以不超过10度为宜；但是，特殊情况下，本领域技术人员也可以根据需要调整偏移的角度。

不管是在实施例1还是在实施例2中，在分离装置3包括第一分离器31和第二分离器32或者包括更多的分离器时，分离装置3处于排风机4和排风装置9的上风向或下风向是指，各分离器均处于排风机4和排风装置9的上风向或下风向；除非分离装置3包含的分离器过多，风力发电机系统的机舱10空间有限，无法将各分离器均安装于上风向或下风向，此处应该保证用于引入上风向来流的分离器满足上述安装关系。

可以注意的是，在实施例1中，由于噪音吸收装置8和排风机4设置在机舱10尾部，实行尾部排风，则排风机4可以尽可能地设置在机舱10的尾部偏后方向，分离器可以大致处于机舱10首尾方向的中部，此时的排风机4和分离器之间可以在首尾方向上具有一定距离。在实施例2中，由于进行侧部排风，因尽可能地将排风机4靠近机舱10首部设置，以避免排风影响上风向来流。

应该理解的是，受视线影响，本发明的图1和图12仅示出了第一分离器31，仅在图2和图13中给出了第一分离器31和第二分离器32的连接状态示意图，但这不能理解为对分离装置3的具体限制。

本文中图1-图13中，所有的箭头均表示气流的流向，以便本领域技术人员清楚地理解气流的流向以及本发明的具体方案。

鉴于风力发电机系统包括的部件较多，各部件的结构也较为复杂，本文仅对与发电机1冷却相关的部分进行了说明，其他未尽之处请参考现有技术，此处不再赘述。

本发明还提供了一种流体输运装置，包括具有过热腔体的动力设备，还包括用于对上风向来流进行多相流分离的分离装置3，该分离装置3的进风口用于引入上风向来流，出风口与过热腔体连通；过热腔体还连通有用于排送热气流的排风机4。

需要说明的是，此时，过热腔体就相当于上文中的电机腔体11，动力设备就相当于风力发电机系统中的发电机1，本领域技术人员可以根据实际需要将流体输运装置应用于各个领域，对各领域中的过热腔体进行风冷。

具体地，分离装置3和排风机4均可以参照上文进行设置；而且，还可以参照上文的风力发电机系统，设置降噪以及预热利用的相关装置，此处不再赘述。

例如，铁路机车中的内燃机、牵引电机都需要冷却，其在自然环境中运行，在借助自然环境的冷却空气进行冷却时，也存在对上风向来流的多相分离，也存在对热气流的回收再利用，也存在对热气流排放产生的噪音污染的抑制的问题。本申请的对上风向来流多相分离换热和降噪的流体输运装置也能应用于该领域。

此外，本发明的对多相流进行分离的分离装置3也可应用于纺织、纺纱、卷烟制造行业或领域。

以上对本发明所提供风力发电机系统以及流体输运装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (25)

1.一种风力发电机系统，包括具有电机腔体(11)的发电机(1)和与所述发电机(1)的转子连接的叶片(2)，其特征在于，还包括用于对上风向来流进行多相流分离的分离装置(3)，所述分离装置(3)的进风口用于引入上风向来流，出风口与所述电机腔体(11)连通；所述电机腔体(11)连通有用于排送热气流的排风机(4)；

所述分离装置(3)包括第一分离器(31)和第二分离器(32)，所述第一分离器(31)的进风口用于引入所述上风向来流，所述第一分离器(31)的出风口与所述第二分离器(32)的进风口连通，所述第二分离器(32)的出风口与所述电机腔体(11)连通；

还包括分离器加热支路(6)，其用于将热气流输送至所述第二分离器(32)，以便对所述第二分离器(32)的筒体以及其内的待分离气体进行加热。

2.如权利要求1所述的风力发电机系统，其特征在于，所述第二分离器(32)的出风口与所述电机腔体(11)的连通管路还设有加热器(5)。

3.如权利要求2所述的风力发电机系统，其特征在于，所述第二分离器(32)的出风口设有至少两个支路(33)，各所述支路(33)均能够与所述电机腔体(11)连通，至少一个所述支路(33)设有所述加热器(5)。

4.如权利要求3所述的风力发电机系统，其特征在于，所述发电机(1)包括由内而外依次套装的内定子支撑体、内定子铁心、永磁磁极和外转子磁轭；所述电机腔体(11)包括由内而外依次设置的内腔体(111)、中腔体(112)和外腔体(113)，所述内定子支撑体的空腔形成所述内腔体(111)，所述内定子铁心与所述永磁磁极之间的气隙形成所述中腔体(112)，所述永磁磁极与所述外转子磁轭之间的气隙形成所述外腔体(113)，所述内腔体(111)轴向贯通而与所述外腔体(113)连通；各所述支路(33)与所述内腔体(111)或所述外腔体(113)连通，所述中腔体(112)与所述排风机(4)连通。

5.如权利要求4所述的风力发电机系统，其特征在于，至少两个所述支路(33)分别与所述内腔体(111)和所述外腔体(113)连通，所述加热器(5)设置在与所述内腔体(111)或所述外腔体(113)连通的所述支路(33)，各所述支路(33)输送的气流于所述外腔体(113)汇流后流入所述中腔体(112)。

6.如权利要求5所述的风力发电机系统，其特征在于，所述第二分离器(32)的出风口设有三个所述支路(33)，其中两个所述支路(33)分别连通于所述外腔体(113)的径向两侧，所述加热器(5)设于另一个所述支路(33)，且另一个所述支路(33)与所述内腔体(111)连通。

7.如权利要求1-6任一项所述的风力发电机系统，其特征在于，所述第一分离器(31)包括一端封闭的外筒(311)和套装在外筒(311)中的中空的内胆(312)，所述外筒(311)的内周壁与所述内胆(312)的外周壁围成气流通道(313)，所述气流通道(313)的一端朝向所述外筒(311)的封闭端延伸并与所述内胆(312)的进风口连通，另一端形成用于引入上风向来流的进风口；所述内胆(312)的出风口与所述第二分离器(32)的进风口连通。

8.如权利要求7所述的风力发电机系统，其特征在于，所述外筒(311)的内壁为凹凸面，所述气流通道(313)中设有螺旋导流叶栅(314)。

9.如权利要求7所述的风力发电机系统，其特征在于，所述内胆(312)的出风口连接有分离段(315)，所述分离段(315)的口径在由所述第一分离器(31)至所述第二分离器(32)的方向递减。

10.如权利要求9所述的风力发电机系统，其特征在于，所述内胆(312)的出风口设有用于连接所述分离段(315)的扩口段(316)，所述扩口段(316)与所述分离段(315)的连接处形成分离物的扩容腔(317)。

11.如权利要求10所述的风力发电机系统，其特征在于，所述扩容腔(317)的上风向设有将所述分离物吹扫至所述扩容腔(317)的吹灰装置(318)。

12.如权利要求9所述的风力发电机系统，其特征在于，所述分离段(315)为内凹的弧形回转体；和/或，所述分离段(315)设有保温或加热夹层。

13.如权利要求7所述的风力发电机系统，其特征在于，所述外筒(311)的底部向下凹陷并设有与所述气流通道(313)连通的沉积箱体(319)，所述沉积箱体(319)设有防结冰的加热装置。

14.如权利要求7所述的风力发电机系统，其特征在于，所述外筒(311)的开口端设有导流面(34)，所述导流面(34)包括沿上风向连接的外凸弧面(341)和内凹弧面(342)，所述上风向来流大致沿所述内凹弧面(342)的切线方向流入。

15.如权利要求1所述的风力发电机系统，其特征在于，所述第二分离器(32)包括内筒(322)、外锥筒(321)以及通过两者围成的锥形腔，所述锥形腔的进风口与所述第一分离器(31)的出风口连通，所述锥形腔的出风口与所述内筒(322)的进风口连通，所述内筒(322)的出风口形成所述第二分离器(32)的出风口。

16.如权利要求15所述的风力发电机系统，其特征在于，所述第二分离器(32)还包括与所述锥形腔连通的收集箱体(323)，用于收集分离物。

17.如权利要求16所述的风力发电机系统，其特征在于，所述收集箱体(323)设有分离物的排出口，并通过锁气器(324)将所述排出口封堵。

18.如权利要求1-6任一项所述的风力发电机系统，其特征在于，还包括叶片加热支路(7)，其用于将热气流输送至所述叶片(2)的内腔。

19.如权利要求18所述的风力发电机系统，其特征在于，所述叶片加热支路(7)与所述叶片(2)通过回转轴承(21)可转动连接，并借助所述回转轴承(21)将所述加热支路(7)与所述叶片(2)的内腔连通。

20.如权利要求18所述的风力发电机系统，其特征在于，还包括噪音吸收装置(8)，其用于吸收所述排风机(4)的排风噪音，所述噪音吸收装置(8)连通有排风装置(9)，所述排风装置(9)引导排风大致顺着上风向排出。

21.如权利要求20所述的风力发电机系统，其特征在于，所述排风机(4)和所述噪音吸收装置(8)安装在所述风力发电机系统的机舱(10)尾部，所述分离装置(3)处于所述排风机(4)和所述排风装置(9)的上风向；

或者，所述排风机(4)和所述噪音吸收装置(8)安装在所述风力发电机系统的机舱(10)侧部，所述分离装置(3)处于所述排风机(4)和所述排风装置(9)的下风向，所述分离装置(3)的进风口与所述排风装置(9)的出风口大致垂直。

22.如权利要求20所述的风力发电机系统，其特征在于，所述噪音吸收装置(8)包括若干对排风进行扩散处理的膨胀节消音腔体(81)，各所述膨胀节消音腔体(81)顺着排风方向依次串联且容积递增，相邻的所述膨胀节消音腔体(81)之间设有对排风进行共鸣消音处理的共鸣消音腔体(82)。

23.如权利要求20所述的风力发电机系统，其特征在于，所述噪音吸收装置(8)包括若干对排风进行扩散处理的膨胀节消音腔体(81)，各所述膨胀节消音腔体(81)依次连接形成以排风方向为轴向的螺旋状，且在顺着排风方向上的容积递增。

24.如权利要求20所述的风力发电机系统，其特征在于，所述排风机(4)的排风口设有扩压装置(41)，并通过所述扩压装置(41)与所述噪音吸收装置(8)连通。

25.一种流体输运装置，包括具有过热腔体的动力设备，其特征在于，还包括用于对上风向来流进行多相流分离的分离装置(3)，所述分离装置(3)的进风口用于引入上风向来流，出风口与所述过热腔体连通；所述过热腔体还连通有用于排送热气流的排风机(4)；

所述分离装置(3)包括第一分离器(31)和第二分离器(32)，所述第一分离器(31)的进风口用于引入所述上风向来流，所述第一分离器(31)的出风口与所述第二分离器(32)的进风口连通，所述第二分离器(32)的出风口与所述过热腔体连通；

还包括分离器加热支路(6)，其用于将热气流输送至所述第二分离器(32)，以便对所述第二分离器(32)的筒体以及其内的待分离气体进行加热。