CN110635588B

CN110635588B - 电磁装置中铁心的介质输运和换热装置及涡流分离器

Info

Publication number: CN110635588B
Application number: CN201811011821.XA
Authority: CN
Inventors: 马盛骏
Original assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Goldwind Science and Creation Windpower Equipment Co Ltd
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2020-08-11
Anticipated expiration: 2038-08-31
Also published as: AU2019219831A1; EP3644477A1; EP3644477B1; WO2020042574A1; EP3644477A4; US20210367482A1; AU2019219831B2; CN110635588A; US11437888B2

Abstract

本发明公开一种电磁装置中铁心的介质输运和换热装置及涡流分离器，涡流分离器包括喷管和涡流分离管，涡流分离管包括涡流室和分别位于涡流室两端的冷端管段和热端管段；喷管连通于涡流室，压缩气流经喷管形成螺旋气流且沿涡流室的切向流入；冷端管段截面积小于涡流室截面积，热端管段截面积等于或大于涡流室截面积；热端管段内设具有锥面的阀门，螺旋气流进入涡流分离管后，外部气流向阀口流动并逐渐升温为热气流后沿阀口流出；螺旋气流的中部气流经锥面后反向回流而降温为冷气流，并从冷端管段流出，作为输入电磁装置的冷却、干燥气流。该方案可在狭小空间内布置出冷却气流的形成、发生装置，且可随时改善电磁装置的冷却、干燥效果，节省能耗。

Description

电磁装置中铁心的介质输运和换热装置及涡流分离器

技术领域

本发明涉及电磁装置的冷却技术领域，具体涉及一种电磁装置中铁心的介质输运和换热装置及涡流分离器。

背景技术

铁心是磁路的重要组成部分，在电机、变压器等电器部件上均有应用。以电机为例，定子铁心、转子铁心以及定子和转子之间的气隙组成电机的磁路。在感应电机中，定子铁心中的磁通为交变磁通，因而会产生铁心损耗，称铁损。铁损包括两部分：磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗是由于铁心在交变磁化时磁分子取向不断发生变化而引起的能量损耗。涡流损耗是由于铁心在交变磁化时产生涡流并由涡流产生的电阻损耗。

磁滞损耗和涡流损耗均是电机热源的一部分，另一部分热源由电机绕组流过电流时产生。从传热学角度而言，以上所述的热源构成电机工作时的热源。

请参考图1-2，图1为空气间壁式换热器对发电机内部实施冷却的整机布局示意图；图2为图1中间壁式换热器的结构分解原理图。

如图1所示，发电机500’的右侧连接叶轮600’，左侧设有机舱100’，机舱100’内设置间壁式换热器300’，具体设置在机舱100’的尾部。间壁式换热器300’的左侧设有内循环引风风机202’，内循环引风风机202’由内循环驱动电机201’驱动，还设有内循环气流引出输运管路400’，发电机500’产热后的热气流，经内循环引风风机202’作用，将沿内循环气流引出输运管路400’进入间壁式换热器300’的换热器芯体中。

间壁式换热器300’还设有外循环引风风机102’，外循环引风风机102’由外循环驱动电机101’驱动，外循环引风风机102’将自然环境空气流引入至间壁式换热器300’的换热芯体中(芯体薄板的两侧分别接触流动的内循环气流和外循环气流)，则换热后的外循环气流流出机舱100’，图1中示出连接外部的外循环风排出口103’。内循环气流冷却降温后被引出间壁式换热器300’，并经过通风机叶轮做功、增压、出口以360度扩散在机舱100’的尾部空间内。

图2中，在引入内循环气流时，间壁式换热器300’和内循环气流引出输运管路400’之间还设有内循环汇流腔体203’，上下均设有内循环气流汇流入口203a’。外循环引风风机102’与间壁式换热器300’之间设有外循环引风风机入口连接段104’，内循环引风风机202’与间壁式换热器300’之间设有内循环引风风机入口连接段204’。

图1中，发电机500’的壳体处设有冷却气流入口孔板500a’，可参考图3理解，图3为图1中冷却气流入口孔板500a’的示意图。

扩散在机舱100’内的内循环流体，借助机舱100’内部空间，经冷却气流入口孔板500a’的入口孔500b’节流后进入发电机500’内部，作为冷却气流再次使用。冷却气流入口孔板500a’属于节流件，非圆形孔板节流件造成的局部通流阻力更大。

请继续参考图4-6，图4为电机绕组及其铁磁部件组装后的示意图；图5为图3中绕组020置于开口槽010b内的局部示意图；图6为沿径向贯通的冷却通风沟040在电机铁心上形成的示意图；图7为发电机定子径向铁心内叠片间的冷却通风沟040和上述间壁式换热器300’配合的冷却气流流动输运路径示意图。

电机铁心包括多个由铁磁材料制造的叠片010，叠片010沿轴向叠置，最终形成铁心，并与铁心支架030紧固。各叠片010沿其周向设有多个沿径向延伸的齿部010a，各个齿部010a之间形成开口槽010b，叠片010沿着特定方向，如轴向叠加后，多个开口槽010b沿轴向叠加则形成轴向延伸的绕组槽010b’，绕组020可容纳于绕组槽010b’中。

大、中型水轮发电机大都采用径向通风系统。具体是在定子铁心段设计有一定数量的冷却通风沟040。形成冷却通风沟040的通风槽片由扇形冲片(多个扇形冲片围合可形成环形的上述的叠片010)、通风槽钢(图中未示出)、衬口环(图中未示出)形成。

扇形冲片材料一般为0.35～0.5mm厚的酸洗钢板。酸洗钢板表面要求平整、光滑、不得有氧化皮或其他污迹。扇形冲片需要与通风槽钢点焊，扇形冲片径向内端设有鸽尾槽，衬口环位于扇形冲片的鸽尾槽处。

如图6所示，叠片010叠置后，焊接有通风槽钢的位置，由于叠片010被通风槽钢撑开，会出现沿定子铁心径向延伸的通槽，即通风槽钢的位置形成径向的可用于冷却的冷却通风沟040。上述提到扩散在机舱100’尾部的降温冷却后的气流，经冷却气流入口孔板后，进入发电机500’内部，如图7所示，进入内部的冷却气流可经该径向贯通的冷却通风沟040进入铁心内部，将所产热量带走，并流向汇流通道070，继而进入热风引出汇流器050，在内循环引风风机202’的作用下，沿内循环气流引出输运管路400’进入间壁式换热器300’的换热器芯体中翅片构成的片间缝隙并沿着缝隙流动，重新进行接受换热器芯体内换热翅片另一侧的外循环冷却气流的冷却换热过程，并经汇流器060，依靠引风风机202’吸入引风风机202’叶轮并接受叶轮做功、升压、沿着叶轮径向，排出至机舱100’的尾部空间，然后再扩散，由于内循环引风风机202’的作用，给联结机舱的发电机的冷却气流入口孔板500a’的机舱100’侧造就了负压，内循环引风风机202’出口是正压，在正压与负压之间形成的压力差驱动作用下，机舱100’内大空间气流在于机舱100’内壁对流换热(随季节不同会出现向机舱100’内壁放热或被机舱100’内壁加热的不同情形)、同时与机舱100’内机器设备换热、与机舱100’内电气设备换热，最后经冷却气流入口孔板500a’重新进入发电机500’内，重复上述过程。即机舱100’内部形成内循环气流的闭式送风通道，如图7中的外围的箭头所示，形成环形的闭式送风通道。

然而，上述方案在冷却铁心时，效果依然不够理想。

发明内容

本发明提供一种电磁装置的涡流分离器，用于在电磁装置中产生换热介质，所述涡流分离器包括喷管和涡流分离管，所述涡流分离管包括涡流室和分别位于所述涡流室两端的冷端管段和热端管段；所述喷管连通于所述涡流室，压缩气流经所述喷管形成螺旋气流且沿所述涡流室的切向流入；

所述冷端管段截面积小于所述涡流室截面积，所述热端管段截面积等于或大于所述涡流室截面积；

所述热端管段内设有具有阀口的阀门，所述阀门具有朝向所述冷端管段的锥面，所述螺旋气流进入所述涡流分离管后，所述螺旋气流的外部气流向所述阀口流动并逐渐升温为热气流后沿所述阀口流出；所述螺旋气流的中部气流经所述阀门的锥面后反向回流而降温为冷气流，并从所述冷端管段流出，产生冷气流和/或热气流为在所述电磁装置中产生的换热介质。

而本实施例中在狭小空间范围内即可布置出冷却气流的形成装置，无需设置大体积的间壁式换热器，且可改善电磁装置现有技术的铁心的结构和冷却效果，节省风电整机的能耗。

可选地，所述涡流室的一端设有通孔，所述冷端管段的管体连通于所述通孔；所述涡流室与所述热端管段一体等径设置。

可选地，所述阀门包括锥状的节流件，所述节流件的锥端朝向所述冷端管段，所述节流件位于所述热端管段的中部，所述节流件与所述热端管段的内壁之间形成的环形间隙为所述阀口。

可选地，所述冷端管段的轴线与所述节流件的轴线重合。

可选地，所述阀口大小可调。

可选地，所述阀门设于所述热端管段的末端。

本发明还提供一种电磁装置中铁心的介质输运和换热装置，铁心具有径向贯通的冷却通道，所述介质输运和换热装置包括上述任一项所述的涡流分离器，所述涡流分离器产生的冷气流作为冷却气流输入所述冷却通道。

可选地，所述介质输运、换热装置包括汇聚有压缩气流的集气箱，所述集气箱设有多个分支管，各所述分支管均配设有所述涡流分离器，所述分支管用于向所述涡流分离器的喷管提供压缩气流。

可选地，所述介质输运和换热装置包括压气机，所述压气机向所述集气箱提供压缩气流，所述压气机的上游设有空气过滤器。

可选地，各所述分支管配设有至少两个所述涡流分离器，一个所述分支管同时向至少两个所述涡流分离器的喷管提供压缩气流。

可选地，所述分支管和与其连通的各所述喷管均一体设置。

可选地，所述涡流分离器的冷端管段插入所述冷却通道连通；或，

所述介质输运和换热装置包括设于所述冷却通道的入口的接头，所述涡流分离器的冷端管段连通所述接头。

可选地，所述介质输运和换热装置还包括热气流汇流箱，所述涡流分离器流出的所述热气流汇聚于所述热气流汇流箱。

可选地，所述铁心的槽内容纳有绕组，所述介质输运和换热装置还包括环形喷洒管，所述环形喷洒管插入于所有绕组的绕组鼻部，所述环形喷洒管沿其周向设有多个喷射孔，所述环形喷洒管内输入有冷气流或热气流。

可选地，所述涡流分离器输出的所述冷气流或所述热气流，能够输送至所述环形喷洒管。

可选地，所述喷射孔设于所述环形喷洒管的内侧，或设于所述环形喷洒管的内侧和中部，所述环形喷洒管的外侧不设置喷射孔。

可选地，所述环形喷洒管内设有至少一个分流管，所述冷气流或所述热气流先进入所述分流管，所述分流管从两端喷射所述冷气流或所述热气流，以导向所述热气流或所述冷气流沿所述环形喷洒管的周向流动。

可选地，所述冷气流经所述铁心的冷却通道换热后，形成热气流，和/或，所述涡流分离器分离出的热气流，能够输送向风力发电机组的以下至少一者：

轮毂；

叶片内部前缘；

变桨轴承；

机舱上部的测风支架；

偏航轴承。

电磁装置中铁心的介质输运和换热装置包括上述涡流分离器，具有与涡流分离器相同的技术效果。

附图说明

图1为空气间壁式换热器对发电机内部实施冷却的整机关节图；

图2为图1中间壁式换热器的结构分解原理图；

图3为图1中冷却气流入口孔板的示意图；

图4为电机绕组铁磁部件组装后的示意图；

图5为图4中绕组置于开口槽内的局部示意图；

图6为沿径向贯通的冷却通风沟在电机铁心上形成的示意图；

图7为发电机径向的冷却通风沟和上述间壁式换热器配合的冷却气流流动路径示意图；

图8为本发明所提供的发电机及其冷却、干燥介质产生、输运和换热装置的结构示意图；

图9为图8中铁心自身携带的冷却、干燥介质的产生、输运和换热装置的发生器部分置的示意图；

图10为图9中涡流分离器的基本结构及气流的总温分离工作原理图；

图11为图中喷管流道的通流截面图；

图12为图10中铁心的涡流分离器部件内的内部流场、热能传递示意图；

图13为自由涡流和强制涡流的对比示意图；

图14为图10中涡流分离器内部总温分离工作过程基于热力学温-熵(T-S)图上的示意；

图15为图8中环形喷洒管穿过部分绕组鼻部的一种示意图；

图16为环形喷洒管的示意图。

图17为涡流分离器设于机舱内的示意图；

图18为通流截面积渐缩的变截面输运管道的示意图。

图1-7中，附图标记说明如下：

100’机舱、101’外循环驱动电机、102’外循环引风机、103’外循环风排出口、104’外循环引风机入口连接段、201’内循环驱动电机、202’内循环引风机、203’内循环汇流腔体、204’外循环引风机入口连接段；

300’间壁式换热器；400’内循环气流引出输送管；500’发电机、500a’冷却气流入口孔板、500b’入口孔；

600’叶轮；

010叠片、010a齿部、010b开口槽、010b’绕组槽；

030结构支架、040冷却通风沟、050热风引出汇流器、060汇流器、070汇流通道；

图8-18中，附图标记说明如下：

100机舱、200发电机、201磁轭、202磁极、203绕组、203a绕组鼻部、204铁心、205冷却通道、206槽楔、300间壁式换热器、500引风风机、600驱动电机、700变截面输运管道、701入口端、702出口端；

10涡流分离器、101涡流分离管、101a涡流室、101a1端板、101b热端管段、101c冷端管段、101d冷端、101e热端、102喷管、103节流件；

20环形喷洒管、20a分流管；

30连接管、40集气箱、401分支管、50热气流汇流箱；

60空气过滤器、70压气机。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图8，图8为本发明所提供的发电机200及其冷却、干燥介质产生、输运和换热装置的结构示意图；图9为图8中铁心自身携带的冷却、干燥介质的产生、输运和换热装置的发生器部分的示意图。

该实施例中，电磁装置以风力发电机为例，发电机200包括位于外侧的磁轭201，位于磁轭201径向内侧壁面的磁极202，还包括位于磁极202径向内侧的铁心204。铁心204是电机磁路的重要组成部分，定子铁心、转子磁轭、转子磁极以及定子和转子之间的气隙组成电机的磁路。交流电机的定子铁心中的磁通是交变的，因而产生铁心损耗，称铁损。铁损包括两部分：磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗是由于铁心在交变磁化时磁分子取向不断发生变化而引起的能量损耗。涡流损耗是由于铁心204在交变磁化时产生涡流并由涡流产生的电阻损耗。它们是热源的一部分，另一部分热源是电机绕组流过电流产生的。从传热学角度，它们构成了电机工作时的热源。

电机工作时需要借助冷却铁心204来间接冷却定子绕组，抑制、控制定子绕组的绝缘材料的温升同时保持干燥，永磁风力发电机选用开启式气隙冷却结构在使用中电机内部组织大量受潮，导致发电机定子绝缘水平降低以及转子永磁磁极表面防护覆层受潮、受热、湿热彭涨后与永磁磁极表面剥离甚至磁极生锈的隐患。它们能够引起绝缘性能恶化，其结果导致电机绝缘电气性能、机械性能劣化，剩余耐压水平和寿命减少，最终导致绝缘的破坏。

本实施例中，铁心204设有径向贯通铁心204的冷却通道205，向冷却通道205输送冷却气流，使其穿过冷却通道205，从而完成铁心204的换热冷却。

如图8所示，本实施例中设有介质输运和换热装置，用于向铁心204的冷却通道205输送冷却气流，介质输运和换热装置具体如图9所示。图9中，示出介质输运和换热装置包括多组涡流分离器10，涡流分离器10可以将气流分离为热气流和冷气流，冷气流可作为冷却气流向冷却通道205内输送。

如图10、11所示，图10为图9中涡流分离器10的基本结构及气流的总温分离工作原理图；图11为图10中喷管102流道的通流截面图。

图10中，作为铁心204自身冷源的涡流分离器10包括喷管102和涡流分离管101，喷管102连通于涡流分离管101的侧壁，涡流分离管101的内腔与喷管102正对的部分形成涡流室101a，涡流室101a的一端(图10中的左端)为冷端管段101c，另一端(图10中的右端)为热端管段101b，冷端管段101c的出口为输出冷气流的冷端101d，热端管段101b的出口为输出热气流的热端101e，涡流室101a的一端端板101a1设有一个通孔，这里定义为冷端孔板，冷端管段101c与该通孔连通，如图10所示，冷端管段101c是截面积小于涡流室101a的相对较细的细管段。而涡流室101a和热端管段101b是等径管段，二者可一体或分体设置，一体设置更为简单。

电磁装置的铁心204自身携带冷源的涡流分离器10的喷管102是将压缩气体的压力能转化为高速气流携带动能的能量转化部件，喷管102可包括进口段、主体段、出口段，出口段设有喷嘴，以喷出气流。气流经喷管102后可形成螺旋气流，如图11所示，喷管102内部设有旋流板，即喷管102的出口段为蜗壳，气流进入喷管102后可形成螺旋气流输出，喷管102要求切向连通涡流室101a，即随喷嘴喷出的螺旋气流沿涡流分离管101的切向旋入涡流分离管101内。蜗壳可将气流均匀地分配到喷管102出口段的喷嘴处，且尽可能地减少能量损失，并保证蜗壳内圆上的气流流动是轴对称流动。

由于冷端管段101c截面积较小，则对于进入涡流室101a内的螺旋气流而言，冷端101d孔板处的阻力较大，切向旋入涡流分离管101内的气流向反向的热端管段101b流动。这里，热端管段101b的截面积可以等于或大于涡流室101a的截面积，以保证螺旋气流会向热端管段101b的方向流动。

在热端管段101b内还设有具有锥面的阀门，具体如图10所示的锥状的节流件103，节流件103的锥端的朝向与螺旋气流流动方向相反，图10中螺旋气流从喷管102进入涡流分离管101后，自左向右螺线流动，流动至节流件103时，螺旋气流的外部气流可从阀门流出，即沿节流件103和涡流分离管101之间的环形间隙流出并升温为热气流，如图10所示，热气流从热端管段101b的热端101e流出。

而螺旋气流的中部气流会碰到节流件103，在与节流件103的锥面碰撞、引导后，会反向回旋流动，形成回流气流，在流动过程中，会逐渐降温，冷却气流的温度可大幅度降低，温度可降低至-50～10摄氏度。这里所述的外部气流和中部气流是相对于螺旋气流的中心线而言，靠近中心线附近的螺旋气流为中部气流，远离中心线靠近螺旋气流径向最外侧的气流，为外部气流。为保证螺旋气流向热端管段101b流动以及回流的行程，以形成热气流和冷气流，节流件103可设于热端管段101b的末端。

以上要求螺旋气流经阀门后可以形成反向流动的螺旋气流，所以设置锥状的节流件103，从回旋的螺旋气流的形成而言，阀门只要具有一定范围内的锥面即可，比如，是圆台状(即没有锥尖，而是锥形的一段)，或者是沿轴向剖开的半锥等。但可以理解，为了较好地形成雍塞效应，并能够较好地引导成回流的螺旋气流，优选的方案是将阀门设置呈图10所示的完整的锥形。另外，锥形的节流件103的轴线与冷端管段101c的轴线重合，这样在回流的螺旋气流旋向冷端管段101c，有利于气流的旋进，可减少能量损失。

可见，电磁装置铁心204自身携带冷源的涡流分离器10，可产生将同一股气流进行温度分离的分离效应，获得冷、热两股气流，且是两种温度水平高低十分悬殊的气流。该涡流分离器10是基于龙卷风的现象启发研发而成。

龙卷风是自然界中在特定大气条件下产生的强旋风现象，海洋中在特定条件下也会产生自水面向海底垂直传播的大洋旋涡。典型龙卷风的气流结构显示龙卷风中心是一个漏斗型或喇叭形的尖锥体。这个锥体是龙卷风的旋聚区，该锥体的旋向与外围充满尘土的上升的热气流的旋向相同，但中心锥体内气流的轴向流动方向与外围上升气流相反，呈现下降气流。在自然环境中实际跟踪测量一个龙卷风中心锥体冷气流的下降流速可达到17米/秒。当中心锥体的锥尖一旦触及发散时，龙卷风就会迅速强化，而且锥尖随之消失，变为截锥体。当外围热气流边旋转边上升，到达上层冷云层底面或同温层时，会立即呈现喇叭口型水平旋射发散并改变旋转方向反向旋转抛出。空气绕龙卷的轴快速旋转，受龙卷中心气压极度减小的吸引，在近地面几十米厚的薄层空气内，气流从四面八方被吸入涡旋的底部，并随即变为绕轴心高速向上旋转的涡流，所以龙卷中的风总是气旋性，其中心的气压比周围气压低百分之十，一般可低至400hPa，最低可达200hPa。龙卷风具有很大的吸吮作用，可把海水或湖水吸离海面或湖面，形成水柱，然后同云相接，俗称“龙取水”。

龙卷风的能量来源：一是龙卷风外围气流的热能，另一是涡心低压区的真空能。龙卷风外围气流的高温气体与龙卷风相互作用，使得热能转化为旋转动能，机理通过Crocco定理解释。Crocco定理是基于能量守恒的热力学第一定律在流体旋涡场中得出的。该定理定量表达了旋涡场中热力学焓的梯度、熵的梯度与涡流旋转强度的关系。大气中的温差及上下对流是龙卷风旋涡形成的前提条件，而使龙卷风旋涡得以增强的能量则来自周围的热能。龙卷风外围的上升热气流与旋涡中心的下降冷气流形成的热力学焓的梯度成为大气热能转化为漩涡流动动能的关键因素。在龙卷风依靠热能达到一定强度之后，进一步的强化则需要依靠涡心低压区的真空能。龙卷风中心的下锥体与外围气流同旋向。该锥体内的气流边旋转下降同时向中心聚集。当其向心加速度超过一定的临界值之后，径向聚集过程并在科氏力的作用下通过粘性扩散对径向外围气流产生加速旋转的作用。

即龙卷风存在总温分离现象，本实施例中提供的涡流分离器10就是比拟龙卷风，而设置喷管102将进入的压缩气流形成螺旋气流，可看作为小尺度的龙卷风的螺旋状流动，这样可以在涡流分离管101内模拟出龙卷风的总温分离，继而形成所需的热气流和冷气流。

以上是从自然界追寻本方案的机理，下面继续对涡流分离器10温度分离效应的原理进行说明。

请参考图12-13，图12为图10中铁心204的涡流分离器10部件内的内部流场、热能传递示意图；图13为自由涡流和强制涡流的对比示意图。

根据能量守恒法则，从涡流分离管101中流出的冷气流、热气流的能量总和应等于进入涡流分离器10的喷管102内的压缩气体的能量(前提是涡流分离器10绝热良好)。因此，在涡流分离器10中必然存在能量再分配的过程，使一部分能量从冷却气流转移到热气流中。

首先，向喷管102提供压缩气体，后称为高压气体，如图9所示，可设置压气机70，由压气机70提供压缩气体，为避免提供的冷却气流影响铁心204的内部环境，可以在压气机70的入口处设置空气过滤器60。

压缩气体的气流在涡流分离器10的喷管102中膨胀加速，在进入涡流分离管101的涡流室101a时速度可以接近音速，如果采用缩放型的喷管102，则速度会超过音速。由于气流在喷管102中迅速膨胀通过，可近似认为是一绝热过程，气流在喷管102出口喷嘴处的流速非常大，其相应的热力学温度将大大低于喷管102入口处的温度，即经过一次可控降温。

当气流切向进入涡流分离管101的涡流室101a后，会沿涡流室101a的内壁继续作螺线运动，形成高速的旋转气流，气流刚出喷管102时，存在V＝const或ω·r＝const，其中，V是气流切向速度，ω为角速度，此类旋转又称为自由涡流，如图13所示，图13示出自由涡流和强制涡流的切向速度、角速度的区别。此时气流在涡流室中的运动轨迹可以看作是沿着阿基米德螺线运动。下面分析冷却气流和热气流的形成过程。

热气流的形成：由于刚出喷管102的气流的流动是自由涡流，角速度沿着半径方向存在梯度，引起了气流径向层间的摩擦，使螺旋气流的外部气流的角速度逐渐升高，而螺旋气流的中部气流的角速度逐渐降低，但因流动很快，历经路程短，螺旋气流还没有达到完全的强制涡流，而是向其中心部分发展，螺旋气流的外部气流会在热端管段101b中沿着螺线运动，既具有旋转运动，又具有轴向运动，运动过程中外部气流与热端管段101b的内壁摩擦，外部气流的速度越来越低，温度逐渐升高，最终从节流件103和热端管段101b之间的环形空隙流出。通过调节节流件103和热端管段101b之间的间隙，可以调节冷、热气流的比例。

冷气流的形成：气流刚出喷管102属于自由涡流，在离心力的作用下，同时受到冷端管段101c的冷端101d孔板的阻隔，会贴近热端管段101b的内壁向节流件103处流动。在流动过程中，由于轴向速度的逐步耗散，此旋流运动至轴向某个位置时其轴向速度已经接近于零，可以定义为滞止点。此时，由于中部气流在滞止点处的聚集，压力不断上升，滞止点处的压力会高于冷端管段101c的出口处的冷端101d压力，便会在热端管段101b的中心区域产生反向的轴向运动，即从滞止点处开始出现回流气流，逐渐降温形成冷气流，即二次降温。在滞止点处，外部气流的总温比中部气流的总温高。此逆向流动在向冷端管段101c运动过程中，不断有外层的部分螺旋气流转向汇入，因而逐步壮大，在达到冷端101d孔板时其逆向流量达到最大。

如图12所示，在涡流分离管101的同一流道截面上，外部气流的最外层气流静压最大，而中部气流位于中心轴线上的最中心气流静压最小，在接近喷管102的喷嘴处的截面上，该截面的最大静压和最小静压的比值为最大，比值可达到1.5-2，静温则在涡流分离管101的壁面处最高，而在中心轴线上最低。

在任一流道截面上，任一点气流的切向速度都占主导地位。在喷管102的喷嘴附近，气流的径向速度和轴向速度都达到最大值，且沿着各自的方向逐渐减弱。

如前所述，气流离开喷嘴后沿着切向进入涡流分离管101内，分为两个区域，外部气流沿涡流分离管101内壁切向旋转趋于热端管段101b的热端101e出口，即外层区域的外部气流形成自由涡流。中部气流自设置节流件103的位置回流，受周围自由涡流的驱动，然后经过摩擦，气流如同刚体一样转动的内层区域(中部气流)会转变成或接近强制涡流。

外部和中部两个区域的分界，即外部气流和回流的中部气流视冷流率的大小而定，从图12可看出冷、热气流的边界。在整个涡流分离管101的长度上，边界的界面一般位于距离中心轴线0.65-0.75R的范围内，即中部气流在径向上的流动范围，R为涡流分离管101的半径。从喷管102的喷嘴到节流件103之间的外部气流的轴向流动在半径0.65-1R之间的范围进行，即外部气流在径向上的流动范围。在内部区域，中部气流朝着相反的方向流动，流动正好从节流件103处开始。

中部气流的中心气流温度在节流件103处最高，反向流动逐渐降温，而到达冷端101d孔板处时最低。最大温差即出现在中心轴线方向，最高温度在节流件103对应的中心轴线处，最低温度在冷端101d孔板对应的中线轴线处。对于内层的中部气流而言，即冷气流，其静温在中心轴线处最低，在与外层气流的分界的界面处达到最高。

在涡流分离管101的流道的任一截面上，总温在接近涡流分离管101的内壁面处最高，在中心轴线上最低。在喷嘴处的流道截面，涡流分离管101的壁温和中心轴线温度之差达到最大值。

对于涡流分离器10的总温分离效应，可参考图14，图14为图10中涡流分离器10内部总温分离工作过程基于热力学温-熵(T-S)图上的示意。从图14可看出，涡流分离器10的确将进入喷管102的压缩气流进行了温度分离。

图14中，点4为气体压缩前的状态，即进入压气机70前的状态。点4-5为气流的等熵压缩过程。点5-1为压缩气体的等压冷却过程。点1表示压缩气体进入涡流分离器10的喷管102前的状态，在理想条件下绝热膨胀到p₂压力，随之温度降低到T_s，即点2a状态。点2为涡流管流出的冷气流状态，其温度为T_c。点3为分离出的热气流状态，其温度为T_h。点1-2和点1-3为冷、热气流的分离过程。3-3′为热气流经过节流件103的节流过程，节流前后比焓值不变。

由于整个工作过程中，气流在喷管102中不可能作等熵膨胀。涡流室101a内外层气体之间的动能交换存在一定的损失，且涡流室101a内存在的向中心热传递过程，使气流在点1-2过程偏离绝热膨胀过程，造成涡流分离管101分离出来的冷气流温度T_c总高于绝热膨胀条件下的冷气流温度T_s。

再请看上述实施例中涡流分离器10的冷却效应和加热效应。

涡流分离管101在工作过程中使温度T₁的气体分离为温度为T_c的冷气流和温度为T_h的热气流。因此，ΔT_c＝T₁-T_c称作涡流分离管101的冷却效应，ΔT_h＝T_h-T₁被称作涡流管的加热效应。将ΔT_s＝T₁-T_s定义为等熵膨胀效应，以标志涡流分离管101的理论冷却效应。因此，涡流分离管101制冷的有效性用冷却效率η_c表示，即：

其中，p₁-涡流分离器10进口气流压力；p₂-气流在喷管102中膨胀进入涡流室101a后的压力；k-气体(如空气)的绝热指数。

另外，涡流分离器10在工作过程，存在流量及热量的平衡，如下：

若以q_m1、q_mc、q_mh分别表示进入涡流分离管101的高速气流、冷端101d的冷气流和热端101e的热气流的流量，则q_m1＝q_mc+q_mh。

若以h₁、h_c和h_h(KJ/Kg)分别表示它们的比焓，忽略气体流出时的动能，则q_m1h₁＝q_mch_c+q_mhh_h。

冷气流量比

气体焓值与温度对应关系h＝C_pT

得到：T₁＝μ_cT_c+(1-μ_c)T_h T

还可以得到涡流分离管101的制冷量，如下：

涡流分离管101制冷量Q₀(kW)为

Q₀＝q_mcc_p(T₁-T_c)＝μ_cq_m1c_pΔT_c

则每一千克冷气流的制冷量为

若对于每一千克高压气体而言，其单位制冷量q′₀可表示为：

再请看涡流分离管101的制热量Q_h(kW)：

Q_h＝q_mhc_p(T_h-T₁)＝(1-μ_c)q_m1c_pΔT_h

每一千克热气流的制热量为

若对于每一千克高压气体而言，其单位制热量可表示为：

上述的涡流分离管101的冷却效应ΔT_c＝T₁-T_c和单位制冷量q₀，与以下因素有关，即冷气流分量μ_c、喷管102的进口工作压力p₁、气流中的水汽含量。

冷气流分量μ_c，当冷气流分量值变化时，ΔT_c和q₀均有相应变化，而且在μ_c＝0～1的范围内有最大值存在。当μ_c＝0.3～0.35时，ΔT_c有最大值；而当μ_c＝0.6～0.7时，q₀达到最大值。同时，加热效应也随着μ_c变化而改变，当μ_c增大时ΔT_h不断增大，且无极限存在。

喷管102的进口工作压力p₁，当p₁增大时，ΔT_c和q₀均增大。但增大时ΔT_c的最大值向μ_c减小的方向移动，q₀的最大值则向μ_c增大的方向移动。

气体潮湿时，冷气流中水汽要凝结放热，故制冷温度上升，冷却效率降低；热气流温升减少，加热效应降低。

以上详细介绍了涡流分离器10的原理，可分离出热气流和冷气流，冷气流可输入铁心204的冷却通道205，起到冷却铁心204的作用。该结构简单、节能，对于铁心204冷却而言，易于形成所需的冷却气流，满足铁心204冷却需求。

背景技术中方案，在铁心进行冷却换热后的热气流需要在机舱内的间壁式换热器300’进行换热再次形成冷却气流，并经冷却气流入口孔板500a’重新进入铁心进行换热，这样，内循环气流在间壁式换热器300’内冷却后，直接排放在机舱100’内，相当于360度扩散在机舱100’的尾部空间，而机舱100’内的局部阻力系数接近1，通流面积等于无限大突扩，本质属于向无限大空间实施淹没射流，淹没射流的结果就是搅动机舱尾部空间的原有气流，搅动后射流气流动能衰减、混合气流使得射流气流无序化，是低品位能量的标志，这是典型的高品质机械能无为地向低品质热能自动转化的现象，也是能量的自然浪费，也就是引风风机赋予气流的能量在出口后没有再做用于传输或输运的推动力的工作，即：出口后的扩散等于引风风机的无用功表现。因此，此种方式将换热冷却后的内循环气流几乎99％以上的动能扩散在空间中，流动动能损失殆尽，再重新进入循环时需要耗费较多能量，即需要设置体积较大的间壁式换热器，又需要设置引风机，冷却效果却差强人意。

而本实施例中在狭小空间范围内即可布置出冷却气流的形成装置，即上述的涡流分离器10，无需设置大体积的间壁式换热器，且可改善电磁装置现有技术的铁心204的结构和冷却效果，节省风电整机的能耗。当然，背景技术中的冷却方式也可以与本实施例中的介质输运和换热装置同时使用。

实际上，上述实施例中的铁心204结构，借助涡流分离器10(即“切向输入内螺旋涡流管”)作为革新电机铁心结构，并使得电机定子及其铁心204成为冷却介质产生、输运、换热的渠道。借此来间接保护发电机绝缘，并用于改变铁心冷却通道结构，在铁心204结构内制造冷源来强化换热铁心热源(下述实施例中，还在绕组鼻部203a的环形腔体内制造冷源、干燥源)的技术。本发明涉及风力发电机冷却技术领域，特别涉及对永磁风力发电机磁极和电枢绝缘系统具有冷却作用和干燥功能的空气流产生、输运、换热装置。使得新型电磁装置结构中的铁心204具有能够实现自行干燥、保证绝缘材料能够干燥，还具有自行冷却的部件来产生冷却介质抑制铁心204温升，且可借助产生的冷却气流，对电机内部环境冷却除湿、干燥，热气流也可干燥定子铁心及其绝缘漆，或者干燥定子绕组及其端部外漏部分的绝缘层和绝缘漆，达到保护绝缘材料(绝缘漆和导体周围的固体绝缘材料)维持电气绝缘水平的最终目的。也就是说，与传统铁心结构不同，本实施例提供的铁心结构具有自身干燥、降温的功能，为新型铁心结构。

请继续参考图9，所述介质输运和换热装置包括汇聚有气流的集气箱40，上述的压气机70向集气箱40输送压缩气体。集气箱40设有多个分支管401，各所述分支管401均配设有上述的涡流分离器10，分支管401用于向涡流分离器10的喷管102提供气流。如此，一个压气机70即可向多个涡流分离器10提供压缩气体，简化结构。另外，设置多个涡流分离器10，则可以向多个冷却通道205提供冷却气流，提高冷却效果。

图8中，只示出一个轴向剖面处的涡流分离器10，可知，当铁心204设有多个沿轴向、周向分布的冷却通道205时，涡流分离器10也可以设置沿铁心204周向分布的多排(图8中为沿轴向设置的一排)。

各所述分支管401可配设有两个所述涡流分离器10，一个所述分支管401同时向两个涡流分离器10的喷管102提供气流，该两个涡流分离器10向相邻两个冷却通道205输入冷却气流。如图9所示，集气箱40设置有一排沿轴向分布的分支管401，各分支管401连通轴向相邻的两个涡流分离器10，两个涡流分离器10的喷管102和分支管401一体设置，当然，分体设置再通过接头连通也是可行的方案。这样，集气箱40可以设置多排沿周向分布的分支管401，从而在铁心204的周向、轴向上分散地形成冷气流的供应点。当然，一个分支管401供应给两个周向上相邻的涡流分离器10也是可以的。另外，一个分支管401也不限于向两个涡流分器10供应压缩气流，也可以多于两个。

涡流分离器10的涡流分离管101的冷端管段101c，可以插入铁心204冷却通道205，比如采用冷套的方式，先对冷端管段101c冷却再插入冷却通道205内膨胀压紧，或者，冷端管段101c的冷端101d可以焊接至冷却通道205处，还可以在冷却通道205处焊接或冷套有接头，涡流分离管101的冷端101d与接头连接、连通，只要能够将冷端101d的冷气流输出至冷却通道205内即可，比如输入至汇流管箱、汇流母管等，再分流输入冷却通道205，具体方式，本方案并不做限制。

冷却气流穿过冷却通道205换热后，形成热气流。如图9所示，冷却气流穿过冷却通道205后的热气流先进入铁心204与磁极202之间的环形气隙a，可起到干燥的作用。从环形气隙a流出的热气流可以经发电机内部的管路接口，引出至发电机之外，例如，可以通过气体滑环进入风力发电设备的轮毂，再进入叶轮机的叶片内部前缘和/或变桨轴承的位置，还可以进入机舱上部的测风支架和/或偏航轴承等，即为多个部位起到干燥的作用。

图8中，涡流分离器10的冷气流径向从内向外地向铁心204的冷却通道205输送，即沿着铁心204径向，从铁心204被径向固定的根部向冷却通道205输送并离开铁心204进入气隙。可以理解，径向从外向内地输送也是可以的，即从气隙进入铁心204的冷却通道205，沿着铁心204径向，到达铁心204被径向固定的根部、铁心支架侧。只是对于图8中从内向外输送的方向，可以将涡流分离器10布置在铁心204的中部通孔内，即铁心支架内，这样便于结构的布置。

请继续参考图8，并结合图15、16理解，图15为图8中环形喷洒管20穿过部分绕组鼻部203a的一种示意图；图16为环形喷洒管20的示意图，还示出环形喷洒管20的流道结构。

从图8可看出，铁心204的绕组203在铁心204轴向的两端形成端部，即图中所示出的绕组鼻部203a，沿铁心204的端部会环周分布多个绕组鼻部203a，图15中显示环周的一部分，图16中的环形喷洒管20穿过各绕组鼻部203a的穿孔。

环形喷洒管20沿其周向设有多个喷洒孔，上述的涡流分离器10输出的热气流可输出至环形喷洒管20，这样热气流可从喷洒孔流出，喷向绕组鼻部203a，从而起到干燥的作用。不仅仅对于绕组鼻部203a本身而言具有干燥作用，更重要的是在绕组203端部制造出干燥的环境。如图8所示，铁心204的槽在置入绕组203后，还会轴向插入槽楔206，以防止绕组203径向脱离槽，而进行绝缘浸渍工艺后，槽楔206、槽、绕组203之间具有绝缘漆，在绕组203的端部制造出干燥的环境，也就有利于给此处绝缘漆提供干燥的环境，提高绝缘的性能。即，将热气流用于绕组203端部的根部与铁心204交界处的干燥。

当然，也可以向环形喷洒管20中输入涡流分离器10所制造的冷气流，从而在绕组203端部位置进行冷却，有利于绕组203、铁心204的散热。如图8所示，沿轴向，一排涡流分离器10两端的涡流分离器10，二者的冷端管段101c通过连接管30连接到环形喷洒管20。

请继续查看图16，图16中右下方示出环形喷射管的A-A处截面视图。可见，环形喷洒管20的外侧为无孔曲面，即不设置喷射孔，喷射孔位于环形喷洒管20的内侧以及中部。冷气流或热气流进入环形喷洒管20后，在环形喷洒管20内的流动路径为弧形，会产生离心力，将喷射孔设于内侧以及中部，可防止气流在离心力作用下从外侧直接飞出，有利于在周向上的喷洒均匀。

进一步地，环形喷洒管20内可设有分流管20a，冷气流或热气流进入分流管20a后，从分流管20a的两端喷射。如图16所示，环形喷洒管20具体为圆形，涡流分离管101呈与环形喷洒管20内腔匹配的弧形段，这样，冷气流或热气流进入分流管20a后，从分流管20a的两端喷出，利于冷气流或热气流沿环形喷洒管20喷出后的均匀性。作为优选的方案，可以设置两个或两个以上的分流管20a，图16中，两个分流管20a沿环形喷洒管20的中心线对称分布，也是有利于气流的喷射均匀。

上述涡流分离器10中分离出的热气流可以聚集到热气流汇流箱50内，热气流除了可以输出至环形喷洒器2内，还可以在风力发电机停止时，发电机内部其他气隙空间两侧(如转子侧的永磁磁极防护层、定子表面的绝缘漆)的干燥，在风力发电机停机时实施干燥，热气流不会增加电机的热负荷。

此外，热气流汇流箱50内的热气流与上述从铁心204冷却通道205换热后形成的热气流相同，也可以用于发电机之外的器件、设备的干燥或加热，防止结冻。即，涡流分离器10分离出的热气流也可以经发电机内部的管路接口，引出至发电机之外，例如，可以通过气体滑环进入风力发电设备的轮毂，再进入风轮机的叶片内部前缘(具体是靠近叶片前缘的叶片径向通道)和/或变桨轴承的位置，或可进入叶片根部联结螺栓、紧固螺母的外围环节实施干燥，还可以进入机舱上部的测风支架，对其偏转机构实施加热，阻止结冻、结霜，和/或进入偏航轴承，实施加热，阻止轴承润滑脂结冻等，即为多个部位起到对部件设备的功能支持保障、使得它们能够继续适应自然环境温度、湿度大幅度变化时仍然发挥应有的作用和功能。

涡流分离器10除了作为铁心结构的一部分，作为铁心204自身的冷源使用，还可以用于风力发电机组的其他部位。如图17所示，图17为涡流分离器10设于机舱100内的示意图。

图17中，风力发电机组的机舱100内设有间壁式换热器300，从发电机200内与热源表面换热、吸热流出的温度相对较高的属于该换热系统的内循环气流，在引风风机500(由驱动电机600驱动)的抽吸作用下，会进入间壁式换热器300，向温度相对较低的外循环气流换热(为放热过程)后，降温为温度较低的冷却气流，温度较低的冷却气流可再次抽吸、进入发电机200内参与对热源的冷却、换热。

该实施例还在机舱100内设置涡流分离器10，与上述实施例相同，可由压气机70向涡流分离器10提供压缩气流，压气机70上游设置空气过滤器60进行过滤。涡流分离器10可产生冷气流和热气流，冷气流或热气流可排向发电机200，具体可通过较长的气流管10a进行输送。

上述的冷气流进入时，可与背景技术一致，即从冷却气流孔板进入，也可以如图17所示，设置变截面输运管道700，变截面输运管道700的通流截面积沿输送方向渐增，或通流截面积沿输送方向渐缩，或通流截面积沿输送方向渐缩后再渐增形成缩放流道，图18为通流截面积渐缩的变截面输运管道700的示意图。

通流截面积渐缩的设置方式，使得气流从变截面输运管道700的入口端701至出口端702流出后获得高速气流，气流所含的热能减少，属于气流的降温过程，即从变截面输运管道700输送出的气流得到进一步的降温，从而能够向铁心204输送更低温度的冷却用的气流，提高换热效果。

通流截面积渐增的设置方式，更适应于发电机200壳体内部结构较为复杂的情形，例如变截面输运管道700的出口端702难以正对铁心204，可能被其他构件遮挡的情况下，可将变截面输运管道700设置为通流截面积渐增的方式，从而使得从变截面输运管道700流出的换热介质具有较高的压力，借助它能够提供克服以上入口流道各个环节局部阻力的推动力，绕过阻碍物而到达铁心204的位置，且仍然还有较高的流速，进行换热冷却，该较高的流速可支持换热速率。

而当进入变截面输运管道700内的气流速度是Ma＜1的亚声速气流(Ma为马赫数)，且需要借助变截面输运管道700使气流获得降低温度的同时获得加速时(为了直接获得强化换热速率立即提高的换热情况时)，根据公式

(其中，f-流道通流的横截面积；M-马赫数；c-流道通流的横截面法向的平均流速)，即dc﹥0，该公式等号右边为负值，必须使df﹤0才能满足方程的要求。这表明沿着气流流动方向变截面输运管道700的通流截面积应逐渐缩小。在缩小到使气流速度达到当地声速时，为了获得超声速气流需要再渐扩流道，即：采用缩放流道。

需要说明的是，以上实施例中，涡流分离器10用于向铁心204输送冷却气流，实际上，涡流分离器10分离出的冷气流或热气流还可以输送至风电机组的其它部位，例如电机轴承、偏航轴承、变桨轴承等轴系，以及叶片等。而且，不仅仅是发电机200本身，对于风力发电机组内其它需要冷却的电气设备而言，同样可以适用，比如变流柜、变桨伺服控制柜、变桨伺服电机内部等。值得注意的是，上述涡流分离器10是为发电机的铁心204提供冷气流和热气流，热气流可作为干燥绝缘用，可以理解，也可以为其他的电磁装置提供，比如电磁铁、变压器、电抗器、电机等。

以上仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，铁心(204)具有径向贯通的冷却通道(205)，其特征在于，还包括电磁装置的涡流分离器(10)，用于在电磁装置中产生换热介质，所述涡流分离器(10)包括喷管(102)和涡流分离管(101)，所述涡流分离管(101)包括涡流室(101a)和分别位于所述涡流室(101a)两端的冷端管段(101c)和热端管段(101b)；所述喷管(102)连通于所述涡流室(101a)，压缩气流经所述喷管(102)形成螺旋气流且沿所述涡流室(101a)的切向流入；

所述冷端管段(101c)截面积小于所述涡流室(101a)截面积，所述热端管段(101b)截面积等于或大于所述涡流室(101a)截面积；

所述热端管段(101b)内设有具有阀口的阀门，所述阀门具有朝向所述冷端管段(101c)的锥面，所述螺旋气流进入所述涡流分离管(101)后，所述螺旋气流的外部气流向所述阀口流动并逐渐升温为热气流后沿所述阀口流出；所述螺旋气流的中部气流经所述阀门的锥面后反向回流而降温为冷气流，并从所述冷端管段(101c)流出，产生冷气流和/或热气流为在所述电磁装置中产生的换热介质；所述涡流分离器(10)产生的冷气流作为冷却气流输入所述冷却通道(205)；

所述介质输运、换热装置包括汇聚有压缩气流的集气箱(40)，所述集气箱(40)设有多个分支管(401)，各所述分支管(401)均配设有所述涡流分离器(10)，所述分支管(401)用于向所述涡流分离器(10)的喷管(102)提供压缩气流。

2.如权利要求1所述的电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，其特征在于，所述涡流室(101a)的一端设有通孔，所述冷端管段(101c)的管体连通于所述通孔；所述涡流室(101a)与所述热端管段(101b)一体等径设置。

3.如权利要求1所述的电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，其特征在于，所述阀门包括锥状的节流件(103)，所述节流件(103)的锥端朝向所述冷端管段(101c)，所述节流件(103)位于所述热端管段(101b)的中部，所述节流件(103)与所述热端管段(101b)的内壁之间形成的环形间隙为所述阀口。

4.如权利要求3所述的电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，其特征在于，所述冷端管段(101c)的轴线与所述节流件(103)的轴线重合。

5.如权利要求3所述的电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，其特征在于，所述阀口大小可调。

6.如权利要求1所述的电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，其特征在于，所述阀门设于所述热端管段(101b)的末端。

7.如权利要求1-6任一项所述的电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，其特征在于，所述介质输运和换热装置包括压气机(70)，所述压气机(70)向所述集气箱(40)提供压缩气流，所述压气机(70)的上游设有空气过滤器(70)。

8.如权利要求7所述的电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，其特征在于，各所述分支管(401)配设有至少两个所述涡流分离器(10)，一个所述分支管(401)同时向至少两个所述涡流分离器(10)的喷管(102)提供压缩气流。

9.如权利要求8所述的电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，其特征在于，所述分支管(401)和与其连通的各所述喷管(102)均一体设置。

10.如权利要求1-6任一项所述的电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，其特征在于，所述涡流分离器(10)的冷端管段(101c)插入所述冷却通道(205)连通；或，

所述介质输运和换热装置包括设于所述冷却通道(205)的入口的接头，所述涡流分离器(10)的冷端管段(101c)连通所述接头。

11.如权利要求1-6任一项所述的电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，其特征在于，所述介质输运和换热装置还包括热气流汇流箱(50)，所述涡流分离器(10)流出的所述热气流汇聚于所述热气流汇流箱(50)。

12.如权利要求1-6任一项所述的电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，其特征在于，所述铁心(204)的槽内容纳有绕组(203)，所述介质输运和换热装置还包括环形喷洒管(20)，所述环形喷洒管(20)插入于所有绕组(203)的绕组鼻部(203a)，所述环形喷洒管(20)沿其周向设有多个喷射孔，所述环形喷洒管(20)内输入有冷气流或热气流。

13.如权利要求12所述的电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，其特征在于，所述涡流分离器(10)输出的所述冷气流或所述热气流，能够输送至所述环形喷洒管(20)。

14.如权利要求12所述的电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，其特征在于，所述喷射孔设于所述环形喷洒管(20)的内侧，或设于所述环形喷洒管(20)的内侧和中部，所述环形喷洒管(20)的外侧不设置喷射孔。

15.如权利要求12所述的电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，其特征在于，所述环形喷洒管(20)内设有至少一个分流管(20a)，所述冷气流或所述热气流先进入所述分流管(20a)，所述分流管(20a)从两端喷射所述冷气流或所述热气流，以导向所述热气流或所述冷气流沿所述环形喷洒管(20)的周向流动。

16.如权利要求1-6任一项所述的电磁装置中铁心(204)的介质输运和换热装置，其特征在于，所述冷气流经所述铁心(204)的冷却通道(205)换热后，形成热气流，和/或，所述涡流分离器(10)分离出的热气流，能够输送向风力发电机组的以下至少一者：

轮毂；

叶片内部前缘；

变桨轴承；

机舱上部的测风支架；

偏航轴承。