CN110635622B - 风力发电机组、电磁装置及铁心的换热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种风力发电机组、电磁装置及铁心的换热装置，铁心的换热装置，包括能够通入气流的喷洒器，所述喷洒器设有喷射孔，所述气流能够经所述喷射孔喷射至所述铁心的端部。喷洒器在铁心的端部进行冷气流或热气流的喷射，从而在铁心的端部构造冷却、干燥的环境，有利于铁心的散热，也有利于绕组端部的绝缘性能的维护，包括绕组自身的绝缘，以及绕组与铁心之间的绝缘，还有利于磁极及其防护覆层的保护。

Description

风力发电机组、电磁装置及铁心的换热装置
技术领域
本发明涉及电磁装置技术领域，具体涉及一种风力发电机组、电磁装置及铁心的换热装置。
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4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。
对于永磁直驱风力发电机组，当采用外部自然环境的空气对发电机气隙两侧的磁极和定子铁心表面进行冷却时，具有较好的冷却效果。但，自然环境中的空气流时常会携带多种形态的物质，流经电机内部空隙，它们是气、汽、液、固多相流(其中有空气、水蒸气、雨、雪、盐雾、沙尘、絮状物等)。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，永磁磁极表面防护覆层也受潮、受热，湿热膨胀后与永磁磁极表面剥离甚至产生磁极生锈的隐患。
当采用上述闭式循环冷却电机时(采用内循环气流)，虽然可以避免电机内部组织受雨水侵蚀的风险，提高电气绝缘和磁极防护的可靠性。但是内循环气流传输过程沿程和局部阻力损失较大，制约了电机内部产热环节换热速率，致使电机内部关键组织——绝缘结构温升较高、永磁磁极性能稳定保障受到威胁。
发明内容
本发明提供一种铁心的换热装置，包括能够通入气流的喷洒器，所述喷洒器设有喷射孔，所述气流能够经所述喷射孔喷射至所述铁心的端部。
喷洒器在铁心的端部进行冷气流或热气流的喷射，从而在铁心的端部构造冷却、干燥的环境，有利于铁心的散热，也有利于绕组端部的绝缘性能的维护，包括绕组自身的绝缘，以及绕组与铁心之间的绝缘，还有利于磁极及其防护覆层的保护。
可选地，所述喷洒器包括与所述铁心的环形适配的环形喷洒管，所述环形喷洒管设于所述铁心的端部，沿所述环形喷洒管的周向设有多个所述喷射孔。
可选地，所述环形喷洒管安装于所述铁心的端面。
可选地，所述铁心的槽内容置有绕组，所述铁心的端面设有环形的母排，所述绕组的接头连接于所述母排；
所述环形喷洒管位于所述母排的内侧或外侧或轴向正对所述母排，所述环形喷洒管包括能够向所述母排喷射气流的喷射孔。
可选地，所述铁心的槽内容置有绕组，所述绕组在所述铁心的端部弯绕形成绕组鼻部，所述环形喷洒管插入所述铁心一端部所有的所述绕组鼻部的穿孔内。
可选地，所述环形喷洒管在周向上均布两个以上的气流入口，以供所述气流通入；
所述环形喷洒管内设有分流管，所述分流管对应于所述气流入口的位置，通入的气流先进入所述分流管，所述分流管从两端喷射所述气流，以引导所述气流沿所述环形喷洒管的周向流动，再从所述喷射孔喷出。
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，所述喷射孔能够沿所述铁心的径向和/或轴向喷射。
可选地，所述铁心设有多个轴向拉紧所述铁心的第一铁心紧固件，所述第一铁心紧固件的端部设有所述喷射孔，所述第一铁心紧固件为所述喷洒器。
可选地，所述第一铁心紧固件设有轴向延伸且至少贯通一端的气流通道，进入所述气流通道的气流至少从一端喷射，所述气流通道能够喷射气流的端部为所述喷射孔。
可选地，所述第一铁心紧固件为双头螺栓，所述气流通道贯通所述双头螺栓，所述喷射孔为所述气流通道位于所述双头螺栓的头部的部分。
可选地，还设有侧壁通道，所述侧壁通道贯通所述铁心紧固件的侧壁以连通所述气流通道，气流经所述侧壁通道进入所述气流通道，所述气流从所述侧壁通道通入。
可选地，所述气流通道轴向贯通所述第一铁心紧固件的两端，所述气流从所述气流通道的两端喷出。
可选地，还包括回收通道，所述气流通道贯通所述第一铁心紧固件的一端，所述回收通道贯穿所述第一铁心紧固件的另一端；
所述侧壁通道包括相互隔离的进口通道和出口通道，所述气流从所述进口通道进入所述气流通道，并自所述气流通道的端部喷出，喷出后的气流在外部换热后再从所述回收通道的端部进入，经所述回收通道、所述出口通道流出以回收。
可选地，其特征在于，所述气流通道包括相隔离的第一通道和第二通道，一者用于通入冷气流，另一者用于通入热气流。
可选地，所述换热装置还包括涡流分离器，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；
所述冷气流和所述热气流，能够分别通入所述第一通道、所述第二通道。
可选地，所述铁心紧固于铁心支架，所述涡流分离器设于所述铁心支架的内侧，所述涡流分离器的热气流或冷气流流入所述侧壁通道；所述侧壁通道还同时贯通所述铁心支架的侧壁、通入所述铁心、贯通所述第一铁心紧固件的侧壁以连通所述气流通道。
可选地，所述换热装置还包括涡流分离器，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；
所述热气流或所述冷气流为通入所述喷洒器的气流。
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；且，所述冷端管段的轴线与所述节流件的轴线重合。
可选地，所述铁心与铁心支架紧固，所述涡流分离器设于所述铁心支架的内侧。
本发明还提供一种电磁装置，包括铁心，还包括铁心的换热装置，所述换热装置为上述任一项所述的铁心的换热装置。
可选地，所述电磁装置为电机或变压器、电抗器。
本发明还提供一种风力发电机组，包括发电机，发电机包括铁心，风力发电机组还包括上述任一项所述的铁心的换热装置。
可选地，喷射至所述铁心端部并换热后的气流，输送至下述至少一者：
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。
电磁装置和风力发电机组包括上述的铁心的换热装置，具有相同的技术效果。
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中的间壁式换热器的结构分解原理图；
图3为图1中的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为铁心与转子配合的示意图；
图9为图8中转子的局部视图；
图10为本发明所提供铁心的换热装置第一实施例的示意图；
图11为在铁心端面设置环形喷洒管的示意图；
图12为涡流分离器的基本结构及气流的总温分离工作原理图；
图13为图12中喷管流道的通流截面图；
图14为图12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15为自由涡流和强制涡流的对比示意图；
图16为图12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17为本发明所提供铁心的换热装置第二实施例的示意图，环形喷洒管穿过绕组鼻部的穿孔；
图18为图17中环形喷洒管的示意图；
图19为图18中环形喷洒管穿过部分绕组鼻部的示意图；
图20为图17中气流供给装置的示意图；
图21为本发明所提供铁心的换热装置第三实施例的示意图；
图22为图21中A-A向视图；
图23为图21中第一铁心紧固件的剖视图；
图24为多个第一铁心紧固件形成的气流喷射原理示意图；
图25为本发明所提供铁心的换热装置第四实施例的示意图；
图26为图25中B-B向视图；
图27为图24中第一铁心紧固件的剖视图；
图28为多个第一铁心紧固件形成的气流喷射原理示意图。
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8-28中，附图标记说明如下：
200发电机、201磁轭、202磁极、202a压条、203绕组、203a绕组鼻部；
204铁心、204a齿部、204b槽；
205径向冷却通道、206槽楔、207第二铁心紧固件、208铁心支架、209齿压板、210第一铁心紧固件、210t气流通道、210a第一通道、210b第二通道、210h回收通道；211侧壁通道、212母排、213围板、214端盖密封环、215转子端盖；
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；
20b连接管、40集气箱、401分支管、50热气流汇流管；
60空气过滤器、70压气机、a气隙、s空隙。
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。
本方案提供的铁心的换热装置，包括能够通入气流的喷洒器，气流可以是冷气流，也可以是热气流，喷洒器设有喷射孔，通入喷洒器的气流能够经喷射孔喷射至铁心的端部，以对铁心的端部进行冷却、干燥。具体如下：
实施例1
请参考图8-10，图8为铁心204与转子配合的示意图；图9为图8中转子的局部视图；图10为本发明所提供铁心204的换热装置第一实施例的示意图。
如图8、9所示，铁心204由多层叠片沿轴向叠加形成，叠片的外缘具有齿部204a，相邻齿部204a之间形成槽204b，以容置绕组203(图8中未示出，示于图11)。定子的铁心204位于转子内腔，转子包括位于外侧的磁轭201，磁轭201的内壁安装有磁极202，磁极202可以是永磁体，相邻磁极202之间采用压条202a压紧。
铁心204呈环状，故在该实施例中，喷洒器具体为与铁心204的环形适配的环形喷洒管20，环形喷洒管20设于所述铁心204的端部，沿环形喷洒管20的周向设有多个喷射孔。这里的适配，指的是环形喷洒管20的直径与铁心204的直径大致相当，等于、略大于或略小于均可，其目的是环形喷洒管20的多个喷射孔在喷射气流时，能够辐射到铁心204的整个环形端部。
可以理解，基于此目的，环形喷洒管20并非必须是完整的环形，例如可以包括若干分段，若干分段之间可以具有间距，只要能够对铁心204的整个环形端部进行基本的喷洒，即可满足要求。当然，环形喷洒管20是环形时，便于气流通入的控制。
如图10所述，环形喷洒管20安装于铁心204的端面。铁心204的端面即位于铁心204最上层或最下层的叠片的外表面。叠片包括叠片主体，以及在叠片主体的外缘形成的多个齿部204a，叠片主体的外表面具有一定的面积，可以成为环形喷洒管20的安装面，环形喷洒管20可以通过紧固件固定于该安装面，紧固件例如可以是螺栓。
铁心204的两端均具有端面，所以铁心204的两个端面均可以设置图10所示的环形喷洒管20，当然，仅一端面设置也是可以的。环形喷洒管20设于铁心204的端面后，可以向环形喷洒管20内通入气流，气流可以是热气流或冷气流。通入冷气流时，可以向铁心204的端部喷射冷气流，从而完成换热，带走铁心204以及设于铁心204端部的绕组203等部件所产生的热量，以冷却铁心204的端部，改善铁心204的冷却环境。冷却气流实际上还可以起到一定的干燥作用。向环形喷洒管20通入热气流时，可以起到较好的干燥作用，通入热气流可以选择铁心204未处于工作时且环境较为潮湿时进行，以避免增加热负荷。为了更为均匀地喷洒气流，上述多个喷射孔可沿周向均匀地布置于环形喷洒管20。
如图11所示，图11为在铁心204端面设置环形喷洒管20的示意图，该图示出母排212，只示出铁心204环形端面的一部分。
图11中示出铁心204的叠片的齿部204a之间形成槽204b，且槽204b内容置有绕组203，绕组203具有接头，铁心204的端面一般还设有环形的母排212，每一组绕组203的接头均连接于母排212，满足电连接的要求。此时，环形喷洒管20可位于母排212径向的内侧或外侧，图11中的环形喷洒管20位于母排212的径向内侧。这样，环形喷洒管20喷射冷气流或热气流时，实际上也对母排212起到冷却、干燥的作用。当环形喷洒管20位于母排212的外侧时，环形喷洒管20可以设置有位于其内侧的喷射孔，以便对母排212进行气流的喷射。
如图10所示，喷射的气流可以沿径向，径向向内、向外均可，图10中为径向向外，即指向转子的方向进行喷射，喷射的气流除了在铁心204的端部进行换热或干燥，还可进入槽204b的根部缝隙，以及进入转子和铁心204之间的气隙，进行较好的冷却、干燥。喷射的气流也可以沿轴向进行喷射(图中未示出)，此时的环形喷洒管20可以具有一定高度，即轴向凸出于铁心204的端面一定距离，这样在环形喷洒管20的底部设置喷射孔，即实现轴向喷射，且朝向铁心204的端面进行喷射。
或者，在铁心204的端面设置支撑脚，支撑于支撑脚的环形喷洒管20还可与绕组203轴向相对，此时在环形喷洒管20的底部设置喷射孔，可以沿轴向正对绕组203进行喷射，气流可进入绕组203，以及槽204b的根部。当然，环形喷洒管20上的喷射孔倾斜设置，也可以达到该目的。此外，还可以在环形喷洒管20上设置喷嘴，喷嘴可以按照需要设置延伸的长度以及喷射的角度，控制其喷射的目标位置。轴向喷射和径向喷射可以择一而行，或者同时进行，也可以其他角度进行气流喷射。
如图11所示，在铁心204的端部进行气流的喷射，可以对铁心204起到冷却、干燥作用。尤为重要的是，铁心204的槽204b在置入绕组203后，还会轴向插入槽楔206(示于图17)，以防止绕组203径向脱离槽204b，而进行绝缘浸渍工艺后，槽楔206、槽204b、绕组203之间具有绝缘漆，在铁心204的端部制造出干燥的环境，也就有利于为此位置的绕组203端部的绝缘漆提供干燥的环境，提高绝缘的性能。即，将冷气流或热气流(相较于冷气流，干燥效果更好)此时可用于绕组203端部的根部与铁心204交界处的干燥。
请继续参考图10，图10中设有气流的供给装置，可产生冷气流、热气流。该气流供给装置，具体请参考图12、13所示，图12为涡流分离器的基本结构及气流的总温分离工作原理图；图13为图12中喷管流道的通流截面图。
图12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12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13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12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12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12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12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100hPa，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14-15，图14为图12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15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，可设置压气机，由压气机提供压缩气体，为避免提供的冷却气流影响铁心204的内部环境，可以在压气机的入口处设置空气过滤器。
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ωr＝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15所示，图15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14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14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16，图16为图12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16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16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到点5为气流的等熵压缩过程。点5到点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Ts，即点2a状态。点2为涡流管流出的冷气流状态，其温度为Tc。点3为分离出的热气流状态，其温度为Th。点1到点2和点1到点3为冷、热气流的分离过程。点3到点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到点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Tc总高于绝热膨胀条件下的冷气流温度Ts。
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Tc的冷气流和温度为Th的热气流。因此，ΔTc＝T1-Tc称作涡流分离管101的冷却效应，ΔTh＝Th-T1被称作涡流管的加热效应。将ΔTs＝T1-Ts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ηc表示，即：
Figure GDA0002684459900000191
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101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qm1、qmc、qmh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qm1＝qmc+qmh。
若以h1、hc和hh(KJ/Kg)分别表示它们的比焓，忽略气体流出时的动能，则qm1h1＝qmchc+qmhhh。
冷气流量比
Figure GDA0002684459900000192
气体焓值与温度对应关系h＝CpT。
得到：T1＝μcTc+(1-μc)Th T；
Figure GDA0002684459900000201
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＝qmccp(T1-Tc)＝μcqm1cpΔTc。
则每一千克冷气流的制冷量为
Figure GDA0002684459900000202
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：
Figure GDA0002684459900000203
再请看涡流分离管101的制热量Qh(kW)：
Qh＝qmhcp(Th-T1)＝(1-μc)qm1cpΔTh。
每一千克热气流的制热量为
Figure GDA0002684459900000204
若对于每一千克高压气体而言，其单位制热量可表示为：
Figure GDA0002684459900000211
上述的涡流分离管101的冷却效应ΔTc＝T1-Tc和单位制冷量q0，与以下因素有关，即冷气流分量μc、喷管102的进口工作压力p1、气流中的水汽含量。
冷气流分量μc，当冷气流分量值变化时，ΔTc和qo均有相应变化，而且在μc＝0～1的范围内有最大值存在。当μc＝0.3～0.35时，ΔTc有最大值；而当μc＝0.6～0.7时，qo达到最大值。同时，加热效应也随着μc变化而改变，当μc增大时ΔTh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，ΔTc和qo均增大。但增大时ΔTc的最大值向μc减小的方向移动，qo的最大值则向μc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，冷气流和热气流作为输入本文所有实施例中喷洒器的气流，具体在第一实施例中，涡流分离器10分离出的冷气流或热气流通入安装于铁心204端面的环形喷洒管20中。当然，本实施例以及下述其他各实施例中喷洒器喷射的冷气流或热气流，也可以由其他设备提供，比如冷气流就可以是如背景技术所述的内循环气流。
请重新查阅图10，环形喷洒管20设有多个气流入口，其中，涡流分离器的冷端管段101c的出口流出的冷气流输送至两个气流入口，两个气流入口沿圆形的环形喷洒管20的圆心对称设置，使得进气更为均匀，喷洒相应也会更加均匀。在冷端管段101c的出口(图10中涡流分离器10的左端)设有第一阀1和第二阀2，以分别控制与两个气流入口的通断。
涡流分离器的热端管段101b的出口(图10中涡流分离器的右端)流出的热气流也分别输送至两个气流入口，且该两个气流入口也沿圆形的环形喷洒管20的圆心对称设置，同样是满足进气、喷洒均匀的目的。在热端管段101c的出口设有第三阀6和第四阀7，以分别控制与两个气流入口的通断。图10中还示出涡流分离器10热端管段的出口还可以设置节流阀3、4。
可以理解，上述冷气流的气流入口和热气流的气流入口均是两个，为了气流喷射的均匀性，也可以增加更多的气流入口。气流入口也可以不区分输入冷气流还是热气流，需要喷射冷气流时，可将冷气流接入气流入口，需要热气流时，再切换热气流接入至气流入口。
实施例2
请参考图17，图17为本发明所提供铁心204的换热装置第二实施例的示意图，环形喷洒管20穿过绕组鼻部203a的穿孔；图18为图17中环形喷洒管20穿过部分绕组鼻部203a的示意图；图19为图17中环形喷洒管20的示意图。
从图17可看出，铁心204的绕组203在铁心204轴向的两端弯绕，形成图中所示出的绕组鼻部203a，绕组鼻部203a形成穿孔。沿铁心204的端部会环周分布多个绕组鼻部203a，图18中显示环周的一部分，图18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射孔，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，这样热气流可从喷射孔流出，喷向绕组鼻部203a，从而起到冷却、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的端部制造出干燥的环境。如图17所示，在铁心204的槽204b内置入绕组203后，还会轴向插入槽楔206，以防止绕组203径向脱离槽204b，而进行绝缘浸渍工艺后，槽楔206、槽204b、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。环形喷洒管20内的冷却气流可以直接来自于实施例1中所述的涡流分离器10，也可以如前所述，来自于其他气流供给装置。
请继续查看图19，图19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。此处关于喷射孔的设置同样适用于第一实施例。
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18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，分流管20a设于气流入口的位置，这样，冷气流或热气流从气流入口进入分流管20a后，从分流管20a的两端喷出，沿环形喷洒管20的周向进行喷射，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，与气流入口的数量对应，图18中，示出两个分流管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。此处关于分流管20a的设置同样适用于第一实施例。
请继续参考图17，并结合图20理解，图20为图17中气流供给装置的示意图。
与实施例1相同，实施例2中的气流供给装置也可由涡流分离器10提供冷气流和热气流。在实施例2中，铁心204形成若干贯穿铁心204的径向冷却通道205，此时在铁心支架208的内侧设置多个涡流分离器10，涡流分离器10产生的冷气流可以输送至径向冷却通道205内，从而为铁心204进行进一步的冷却。
请继续参考图20，换热装置包括汇聚有气流的集气箱40，空气经空气过滤器60过滤后，由压气机70压缩后向集气箱40输送。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，则可以向多个径向冷却通道205提供冷却气流，提高冷却效果。
图17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、周向分布的径向冷却通道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17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20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的径向冷却通道205，比如采用冷套的方式，先对冷端管段101c冷却再插入径向冷却通道205内膨胀压紧，或者，冷端管段101c的冷端101d可以焊接至径向冷却通道205处，还可以在径向冷却通道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的冷气流输出至径向冷却通道205内即可(或输入至汇流管箱、汇流母管，再分流输入径向冷却通道205)，具体方式，本方案并不做限制。
如图17所示，涡流分离器10除了向径向冷却通道205提供冷气流，也可以向环形喷洒管20中输入涡流分离器10所制造的冷气流或热气流，从而在铁心204的端部位置进行冷却、干燥。如图17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20b连接到环形喷洒管20。
图17中，设有连接铁心204和铁心支架208的第二铁心紧固件207，第二铁心紧固件207可以设有贯通孔，图20中的涡流分离器10的冷端管段101c还可插入第二铁心紧固件207，从而向铁心204的表面喷射冷却气流。
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管20内，还可以在风力发电机200停止时，发电机200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200停机时实施干燥，热气流不会增加电机的热负荷。
实施例2与实施例1基本相同，其布置位置以及与涡流分离器10的连通方式均可以适用于实施例1中。只是，实施例2的环形喷洒管20穿设于绕组鼻部203a，这样可以省去固定环形喷洒管20的结构，安装更为简单，对绕组鼻部203a的干燥环境的建立更具有针对性。当然，环形喷洒管20设于铁心204的端部即可，不限于穿设于绕组鼻部203a或固定于铁心204的端面。比如，也可以紧固在铁心204的内侧，只要能向铁心204的端部位置进气冷气流或热气流的喷射即可，环形喷洒管20本身所处的位置并不受限，只是实施例1、2提供的两种设置方式便于环形喷洒管20的安装。
实施例3
请参考图21-23，图21为本发明所提供铁心204的换热装置第三实施例的示意图；图22为图21中A-A向视图；图23为图21中第一铁心紧固件210的剖视图；图24为多个第一铁心紧固件210形成的气流喷射原理示意图。
如前述实施例所示，铁心204一般由多个叠片沿轴向叠置形成，为了保证叠片叠置的可靠性，设有多个轴向拉紧铁心204的第一铁心紧固件210，第一铁心紧固件210例如可以是图21中所述的双头螺栓，如图21所示，铁心支架208固定有齿压板209，齿压板209位于铁心204轴向两端的叠片外表面，第一铁心紧固件210还轴向贯穿齿压板209，端部通过螺母旋紧，从而拉紧多个层叠的叠片。
在本实施例中，第一铁心紧固件210是喷洒器，喷射孔设于第一铁心紧固件210。如图21所示，第一铁心紧固件210的两端伸出铁心204的端部，即穿过最外层的叠片，此时喷射孔即位于第一铁心紧固件210的端部，只要气流能够通向第一铁心紧固件210的端部，即可实现气流在铁心204端部的喷射。
具体如图23所示，第一铁心紧固件210设有轴向延伸且贯穿两端的气流通道210t，气流从外部进入气流通道210t，并从气流通道210t的两端喷射向外喷射，此时气流通道210t能够喷射气流的端部即为喷洒器的喷射孔。当第一铁心紧固件210为图21所示的双头螺栓时，则气流通道210t贯通双头螺栓，喷射孔为气流通道210t位于双头螺栓的头部的部分。
本实施例中，气流供给装置设于铁心支架208的内侧，此时，还设有侧壁通道211，侧壁通道211依次贯通铁心支架208、通入铁心204、并贯通第一铁心紧固件210的侧壁，继而连通至气流通道210t。则位于铁心支架208内侧的气流供给装置，产生所需的气流后，可经侧壁通道211进入气流通道210t，再从气流通道210t两端喷出。这里的气流供给装置也可以是上述的涡流分离器10，涡流分离器10的具体结构参照上述实施例理解，不再赘述。该实施例，巧妙地利用铁心204的第一铁心紧固件210形成气流的输送通道，不需要设置专门的气流输送通道，且无需进行通道的紧固等操作，较为便利，另外，此时方式可以将气流的供给装置设置于铁心支架208的内侧，铁心支架208内侧具有相对充裕的空间，便于气流供给装置的布置。
请继续参考图24，冷气流或热气流从第一铁心紧固件210的两端喷出，第一铁心紧固件210的端部位于铁心204的端面，此时在铁心204的端面会形成较为均匀的喷射气流，从而能够起到较好的冷却、干燥作用。
请继续参考图23，该实施例中，气流通道210t包括相隔离的第一通道210a和第二通道210b，第一通道210a用于通入冷气流，第二通道210b用于通入热气流。具体地，可在气流通道210t和侧壁通道211中插入一T形管，则T形管的横管段位于气流通道210t中，成为第一通道210a，T形管的横管段与气流通道210t内壁之间的间隙形成第二通道210b。与此相对应，侧壁通道211也被T形管的竖管段分割为两部分，一部分是竖管段的管腔，用于向第一通道210a通入冷气流，竖管段与侧壁通道211内壁之间的间隙，用于向第二通道210b通入热气流。显然，第一通道210a通入热气流，第二通道210b通入冷气流也是可以的，通过其他方式单独设置第一通道210a、第二通道210b，或者采用隔板进行隔离形成两个通道都是可行的方案。
如图21所示，当气流供给装置为涡流分离器10时，其冷气流出口可连通第一通道210a，热气流出口可连通第二通道210b。这样，可以根据需求选择通入冷气流或热气流，只要控制第一通道210a和第二通道210b与涡流分离器10的通断即可。当然，气流通道210t和侧壁通道211仅为一条通路，则设置切换阀，切换使涡流分离器10的热端管段101b或冷端管段101c与侧壁通道211、气流通道210t连通即可。
该实施例中，气流从第一铁心紧固件210的两端喷出，在铁心204的端部完成换热，达到冷却、干燥的目的，换热后的气流在转子内部流动，蓄积一定量后，可以从图21所示的间隙s处流出。该间隙s为环状间隙，在发电机200与铁心支架208的空隙处，此处进行螺旋梳齿密封，具体是，磁轭21连接筒状的转子端盖215，转子端盖215的边缘设置端盖密封环214，铁心支架208的两端设置环形的围板213，围板213和端盖密封环214之间进行螺旋齿密封，此时在端盖密封环214和围板213之间会产生环状间隙s，上述的热气流是可以起到表面传质干燥作用的干空气，从间隙s处流出时，可以抵御外界上风向气液两相流或气固两相流，同时从该间隙s挤出干燥后的湿空气，可维护发电机200内部干燥的环境。上述实施例1-2中，从环形喷洒器20喷出的气流也可以从该间隙s处挤出。
实施例4
请参考图25-27，图25为本发明所提供铁心204的换热装置第四实施例的示意图；图26为图25中B-B向视图；图27为图24中第一铁心紧固件的剖视图；图28为多个第一铁心紧固件210形成的气流喷射原理示意图。
该实施例与实施例3基本相同，只是实施例3中，气流进入气流通道210t从两端喷出，实施例4则是从一端喷出，并设置回收通道210h。
如图25所示，气流通道210t仅贯通第一铁心紧固件210的一端，回收通道210h贯穿第一铁心紧固件210的另一端，从图25来看，气流通道210t和回收通道210h是一条通道，只是二者相互隔离，当然，由于二者互不相同，气流通道210t和回收通道210h可以是完全独立的两条通道，且两条通道都是只有一端导通，为盲孔结构。
此时的侧壁通道211也包括相互隔离的进口通道和出口通道，气流从进口通道进入气流通道210t，并自气流通道210t的端部喷出，图25中即从左端喷出，喷出后的气流在外部(铁心204的端部、磁轭201与铁心支架208之间的内腔)换热后再从回收通道210h的端部进入，经回收通道210h、出口通道流出，以作为回收用。侧壁通道211的进口通道和出口通道可以是同一通道被隔离成两部分，也可以是完全独立的两条通道。
对于气流通道210t，同样可以分设出第一通道210a和第二通道210b，以分别通入冷气流和热气流，图27中相当于在气流通道210t和侧壁通道211的进口通道中，插入一L形管，L形管的横管段的管腔形成第一通道210a，横管段与气流通道210t内壁的间隙形成第二通道210b。L形管的竖管段在侧壁通道211的进口通道内供冷气流进入，竖管段与进口通道之间的间隙供热气流进入。当然，第一通道210a通入热气流，第二通道210b通入冷气流也是可以的，通过其他方式单独设置第一通道210a、第二通道210b，或者采用隔板进行隔离形成两个通道都是可行的方案。
如此设置，气流从气流通道210t一端喷出后，在该端附近完成换热功能，实现冷却和/或干燥功能后，有一定蓄积，会从铁心204与磁极202之间的间隙a流入第一铁心紧固件210的另一端，在另一端还可以继续完成换热，并进入第一铁心紧固件210另一端的回收通道210h，继而从侧壁通道211流出。流出后的气流可以回收利用，例如冷气流换热升温后，可以用于干燥使用，还可以重新输送至压气机70，或者可以输送至其他需要干燥的位置。当然，该实施例中，存在一定的间隙s时，气流也可以从间隙s处流出一部分，起到与实施例3相同的作用，当密封性较为良好时，回收作用更为明显。
以上的实施例主要以发电机200为例进行说明铁心204的换热装置，可以理解，除了发电机200之外，其他具有铁心204的电磁装置也可以适用上述方案，例如电动机、变压器、电抗器。
当发电机200应用于风力发电机组时，涡流分离器10分离出的热气流，或者上述回收的温升气流，均可以输送至下述至少一者：叶片的前缘、叶片的后缘、轮毂、变桨轴承、机舱上部的测风支架、偏航轴承。偏航轴承设于发电机200和机舱之间。对于热气流，可以输送到叶片内部前缘、叶片的后缘，以防止叶片结冰、结霜，具体可送到叶片的内部靠近前缘的内部腔体或外部，或者叶片的内部靠近后缘的内部腔体或外部。热气流还输送到机舱上部的测风支架，则可以起到干燥的作用，保持测风支架检测的灵敏度。而热气流也可以在风力发电机200不工作时，输送到变桨轴承的外露表面和偏航轴承的内部、轮毂内空间或者其他部位，以起到干燥的作用，且不会增加热负荷。输送到轮毂内空间时，可设置气体滑环。可见，发电机200不再重复同时设置热源和冷源，一个装备同时发挥冷源和热源的双重作用，既是冷源，又是热源。
以上实施例中主要是设置喷洒器，以在铁心204的端部进行冷气流或热气流的喷射，即在热源(铁心204和绕组203)中制造冷源、干燥源来冷却、干燥绕组203的绝缘和铁心204，从而在铁心204的端部构造冷却、干燥的环境，有利于铁心的散热，也有利于绕组203端部的绝缘性能的维护，包括绕组203自身的绝缘，以及绕组203与铁心204之间的绝缘，还有利于磁极202及其防护覆层的保护，该种冷却、干燥方式本质是内部气流，不受自然环境的影响，不会携带自然环境中多相气流，改善内部环境，还可以将内部潮湿的气流挤出或者携带排出而回收。
可以理解，喷洒器的方案可以单独进行，也可以与背景技术中所述的冷却方案同步进行，或者如上所述，可以协同径向冷却通道205、第二紧固件207的冷却通道进行多渠道冷却，喷洒器的环形喷洒管20(实施例1或实施例2)和第一紧固件210(实施例3或实施例4)的方案也可以协同进行，从而建立多维度的散热渠道，可以发挥出更好的冷却散热、干燥功能。
值得注意的是，在实施例3、4中，通过第一铁心紧固件210进行气流的输送，当输送冷气流时，除了在铁心204的端部构造冷却环境之外，更重要的是相当于在铁心204的内部也建立了冷却通道，从而更好地对铁心204进行冷却散热。
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 (22)

1.铁心(204)的换热装置，其特征在于，包括能够通入气流的喷洒器，所述喷洒器设有喷射孔，所述气流能够经所述喷射孔喷射至所述铁心(204)的端部；所述喷洒器包括与所述铁心(204)的环形适配的环形喷洒管(20)，所述环形喷洒管(20)设于所述铁心(204)的端部，沿所述环形喷洒管(20)的周向设有多个所述喷射孔；所述铁心(204)的槽(204b)内容置有绕组(203)，所述绕组(203)在所述铁心(204)的端部弯绕形成绕组鼻部(203a)，所述环形喷洒管(20)插入所述铁心(204)一端部所有的所述绕组鼻部(203a)的穿孔内。
2.如权利要求1所述的铁心(204)的换热装置，其特征在于，所述环形喷洒管(20)在周向上均布两个以上的气流入口，以供所述气流通入；
所述环形喷洒管(20)内设有分流管(20a)，所述分流管(20a)对应于所述气流入口的位置，通入的气流先进入所述分流管(20a)，所述分流管(20a)从两端喷射所述气流，以引导所述气流沿所述环形喷洒管(20)的周向流动，再从所述喷射孔喷出。
3.如权利要求1所述的铁心(204)的换热装置，其特征在于，所述喷射孔设于所述环形喷洒管(20)的内侧，所述环形喷洒管(20)的外侧不设置喷射孔。
4.如权利要求3所述的铁心(204)的换热装置，其特征在于，所述喷射孔还设于所述环形喷洒管(20)的中部。
5.如权利要求1所述的铁心(204)的换热装置，其特征在于，所述喷射孔能够沿所述铁心(204)的径向和/或轴向喷射。
6.如权利要求1所述的铁心(204)的换热装置，其特征在于，所述铁心(204)设有多个轴向拉紧所述铁心(204)的第一铁心紧固件(210)，所述第一铁心紧固件(210)的端部设有所述喷射孔，所述第一铁心紧固件(210)为所述喷洒器。
7.如权利要求6所述的铁心(204)的换热装置，其特征在于，所述第一铁心紧固件(210)设有轴向延伸且至少贯通一端的气流通道(210t)，进入所述气流通道(210t)的气流至少从一端喷射，所述气流通道(210t)能够喷射气流的端部为所述喷射孔。
8.如权利要求7所述的铁心(204)的换热装置，其特征在于，所述第一铁心紧固件(210)为双头螺栓，所述气流通道(210t)贯通所述双头螺栓，所述喷射孔为所述气流通道(210t)位于所述双头螺栓的头部的部分。
9.如权利要求7所述的铁心(204)的换热装置，其特征在于，还设有侧壁通道(211)，所述侧壁通道(211)贯通所述第一铁心紧固件(210)的侧壁以连通所述气流通道(210t)，气流经所述侧壁通道(211)进入所述气流通道(210t)，所述气流从所述侧壁通道(211)通入。
10.如权利要求9所述的铁心(204)的换热装置，其特征在于，所述气流通道(210t)轴向贯通所述第一铁心紧固件(210)的两端，所述气流从所述气流通道(210t)的两端喷出。
11.如权利要求9所述的铁心(204)的换热装置，其特征在于，还包括回收通道(210h)，所述气流通道(210t)贯通所述第一铁心紧固件(210)的一端，所述回收通道(210h)贯穿所述第一铁心紧固件(210)的另一端；
所述侧壁通道(211)包括相互隔离的进口通道和出口通道，所述气流从所述进口通道进入所述气流通道(210t)，并自所述气流通道(210t)的端部喷出，喷出后的气流在外部换热后再从所述回收通道(210h)的端部进入，经所述回收通道(210h)、所述出口通道流出以回收。
12.如权利要求10或11所述的铁心(204)的换热装置，其特征在于，所述气流通道(210t)包括相隔离的第一通道(210a)和第二通道(210b)，一者用于通入冷气流，另一者用于通入热气流。
13.如权利要求12所述的铁心(204)的换热装置，其特征在于，所述换热装置还包括涡流分离器(10)，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；
所述冷气流和所述热气流，能够分别通入所述第一通道(210a)、所述第二通道(210b)。
14.如权利要求13所述的铁心(204)的换热装置，其特征在于，所述铁心(204)紧固于铁心支架(208)，所述涡流分离器(10)设于所述铁心支架(208)的内侧，所述涡流分离器(10)的热气流或冷气流流入所述侧壁通道(211)；所述侧壁通道(211)还同时贯通所述铁心支架(208)的侧壁、通入所述铁心(204)、贯通所述第一铁心紧固件(210)的侧壁以连通所述气流通道(210t)。
15.如权利要求1-11任一项所述的铁心(204)的换热装置，其特征在于，所述换热装置还包括涡流分离器(10)，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；
所述热气流或所述冷气流为通入所述喷洒器的气流。
16.如权利要求15所述的铁心(204)的换热装置，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。
17.如权利要求16所述的铁心(204)的换热装置，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；且，所述冷端管段(101c)的轴线与所述节流件(103)的轴线重合。
18.如权利要求15所述的铁心(204)的换热装置，其特征在于，所述铁心(204)与铁心支架(208)紧固，所述涡流分离器(10)设于所述铁心支架(208)的内侧。
19.电磁装置，包括铁心(204)，其特征在于，还包括铁心(204)的换热装置，所述换热装置为权利要求1-18任一项所述的铁心(204)的换热装置。
20.如权利要求19所述的电磁装置，其特征在于，所述电磁装置为电机或变压器、电抗器。
21.风力发电机组，包括发电机，发电机包括铁心(204)，其特征在于，风力发电机组还包括权利要求1-18任一项所述的铁心(204)的换热装置。
22.如权利要求21所述的风力发电机组，其特征在于，喷射至所述铁心(204)端部并换热后的气流，输送至下述至少一者：
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。
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