ES2999333T3

ES2999333T3 - Stator iron core for an electric machine comprising a medium conveying and heat exchange device

Info

Publication number: ES2999333T3
Application number: ES19756313T
Authority: ES
Inventors: Shengjun Ma
Original assignee: Beijing Goldwind Science & Creationwindpower Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Goldwind Science & Creationwindpower Equipment Co Ltd
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2025-02-25
Anticipated expiration: 2039-03-04
Also published as: AU2019219831A1; EP3644477A1; WO2020042574A1; EP3644477C0; US20210367482A1; AU2019219831B2; CN110635588A; EP3644477A4; EP3644477B1; CN110635588B; US11437888B2

Abstract

Dispositivo de transporte de medio e intercambio de calor de un núcleo de hierro de un dispositivo electromagnético y un separador de corrientes parásitas, en donde el separador de corrientes parásitas comprende una boquilla y un tubo de separación de corrientes parásitas, y el tubo de separación de corrientes parásitas comprende una cámara de corrientes parásitas y una sección de tubo de extremo frío y una sección de tubo de extremo caliente que están ubicadas en dos extremos de la cámara de corrientes parásitas, respectivamente; la boquilla está en comunicación con la cámara de corrientes parásitas, y el flujo de aire comprimido pasa a través de la boquilla para formar un flujo de aire en espiral y fluye hacia la cámara de corrientes parásitas a lo largo de la dirección tangencial de la cámara de corrientes parásitas; el área de la sección transversal de la sección de tubo de extremo frío es menor que el área de la sección transversal de la cámara de corrientes parásitas, y el área de la sección transversal de la sección de tubo de extremo caliente es igual o mayor que el área de la sección transversal de la cámara de corrientes parásitas; En la solución descrita, un dispositivo generador y formador de flujo de aire de enfriamiento puede distribuirse dentro de un espacio estrecho, y los efectos de enfriamiento y secado del dispositivo electromagnético pueden mejorarse en cualquier momento, lo que reduce el consumo de energía. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Núcleo de hierro de estator para una máquina eléctrica que comprende un dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio

La solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente china n.° 201811011821.X titulada “MEDIUM CONVEYING AND HEAT EXCHANGE DEVICE AND VORTEX FLOW SEPARATOR FOR IRON CORE IN ELECTROMAGNETIC DEVICE”, presentada ante la Administración nacional china de propiedad intelectual el 31 de agosto de 2018.

Campo

La presente solicitud se refiere al campo técnico de un núcleo de hierro de estator para una máquina eléctrica que comprende un dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio.

Antecedentes

Un núcleo de hierro es un componente importante de un circuito magnético y se usa en componentes eléctricos tales como máquinas eléctricas y transformadores. Tomando como ejemplo una máquina eléctrica, un núcleo de estator, un núcleo de rotor y un entrehierro entre un estator y un rotor constituyen el circuito magnético de la máquina eléctrica. En una máquina de inducción, el flujo magnético en el núcleo de estator es un flujo magnético alternante y, por tanto, provoca pérdida de núcleo de hierro, que se denomina pérdida en el hierro. La pérdida en el hierro incluye dos partes: pérdida por histéresis y pérdida por corriente de corriente de Foucault. La pérdida por histéresis es energía perdida provocada por un cambio continuo de orientación de moléculas magnéticas durante magnetización alternante del núcleo de hierro. La pérdida por corriente de Foucault es la pérdida por resistencia provocada por la corriente de Foucault generada durante la magnetización alternante del núcleo de hierro.

Tanto la pérdida por histéresis como la pérdida por corriente de Foucault forman parte de la fuente de calor de la máquina eléctrica, y otra parte de la fuente de calor se genera cuando fluye corriente a través de arrollamientos de la máquina eléctrica. Desde el punto de vista de la teoría de transferencia de calor, la fuente de calor anterior forma la fuente de calor durante el funcionamiento de la máquina eléctrica.

Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, la figura 1 es una vista esquemática de una disposición global de una máquina completa en la que un interior de un generador se enfría mediante un intercambiador de calor de tipo de superficie de aire; y la figura 2 es una vista esquemática en despiece ordenado que muestra la estructura del intercambiador de calor de tipo de superficie en la figura 1.

Tal como se muestra en la figura 1, un lado derecho de un generador 500' está conectado a un rotor 600', un lado izquierdo del generador 500' está dotado de una góndola 100', y un intercambiador de calor de tipo de superficie 300' está dispuesto en la góndola 100', específicamente en una porción de cola de la góndola 300'. Un lado izquierdo del intercambiador de calor de tipo de superficie 300' está dotado de un ventilador de tiro inducido de circulación interna 202' accionado por un motor de accionamiento de circulación interna 201'. Además se proporciona una tubería de introducción y transporte para el flujo de aire de circulación interna 400'. El flujo de aire caliente generado por el generador 500' entra, bajo la acción del ventilador de tiro inducido de circulación interna 202', en el núcleo de intercambiador de calor del intercambiador de calor de tipo de superficie 300' a través de la tubería de introducción y transporte para el flujo de aire de circulación interna 400'.

El intercambiador de calor de tipo de superficie 300' está dotado además de un ventilador de tiro inducido de circulación externa 102', el ventilador de tiro inducido de circulación externa 102' está accionado por un motor de accionamiento de circulación externa 1011, y el ventilador de tiro inducido de circulación externa 102' introduce el flujo de aire del entorno natural en el núcleo de intercambio de calor del intercambiador de calor de tipo de superficie 300' (dos lados de una lámina de núcleo están en contacto con el flujo de aire de circulación interna que fluye y el flujo de aire de circulación externa que fluye, respectivamente), y el flujo de aire de circulación externa después del intercambio de calor fluye hacia fuera de la góndola 100', y en la figura 1 se muestra un orificio de descarga de flujo de aire de circulación externa 103' conectado al exterior. Después de enfriarse, el flujo de aire de circulación interna se conduce hacia fuera del intercambiador de calor de tipo de superficie 300' y se presuriza mediante el funcionamiento del rotor y después se difunde dentro de la porción de cola de la góndola 100' a 360 grados.

En la figura 2, en un caso en el que se introduce el flujo de aire de circulación interna, una cavidad de confluencia de circulación interna 203' está prevista entre el intercambiador de calor de tipo de superficie 300' y la tubería de introducción y transporte para el flujo de aire de circulación interna 400', y entradas de confluencia de flujo de aire de circulación interna 203a' están previstas tanto en un lado superior como en un lado inferior, respectivamente. Una porción de conexión de entrada 104' del ventilador de tiro inducido de circulación externa está dispuesta entre el ventilador de tiro inducido de circulación externa 102' y el intercambiador de calor de tipo de superficie 300', y otra porción de conexión de entrada 204' del ventilador de tiro inducido de circulación interna está prevista entre el ventilador de tiro inducido de circulación interna 202' y el intercambiador de calor de tipo de superficie 300'.

En la figura 1, una placa de orificios de entrada de flujo de aire de enfriamiento 500a' está dispuesta en un alojamiento del generador 500', que puede entenderse con referencia a la figura 3, y la figura 3 es una vista esquemática que muestra la placa de orificios de entrada de flujo de aire de enfriamiento 500a' en la figura 1.

Gracias al espacio interno de la góndola 300', el flujo de aire de circulación interna difundido en la góndola 300' se restringe mediante un orificio de entrada 500b' de la placa de orificios de entrada de flujo de aire de enfriamiento 500a' y después entra en un interior del generador 500', para reutilizarse como flujo de aire de enfriamiento. La placa de orificios de entrada de flujo de aire de enfriamiento 500a' es un elemento de restricción, y la resistencia de flujo local provocada por un elemento de restricción de orificio no circular es mayor.

Siguiendo haciendo referencia a las figuras 4 a 6, la figura 4 es una vista esquemática que muestra un estado en el que los arrollamientos y un componente ferromagnético del generador están ensamblados; la figura 5 es una vista esquemática parcial que muestra que los arrollamientos 020 en la figura 4 están colocados en ranuras abiertas 010b; la figura 6 es una vista esquemática que muestra que conductos de ventilación de enfriamiento radialmente pasantes 040 están formados en el núcleo de hierro del generador; y la figura 7 es una vista esquemática que muestra una flujo de trayectoria de flujo de aire de enfriamiento en un caso en el que los conductos de ventilación de enfriamiento radiales 040 entre placas de laminación en el núcleo de estator del generador actúa conjuntamente con el intercambiador de calor de tipo de superficie 300' anterior.

El núcleo de hierro del generador incluye múltiples placas de laminación 010 realizadas de un material ferromagnético, y las placas de laminación 010 están superpuestas en una dirección axial para formar finalmente el núcleo de hierro, y el núcleo de hierro está fijado a un soporte de núcleo de hierro 030. Cada una de las placas de laminación 010 está dotada de múltiples porciones de diente que se extienden radialmente 010a a lo largo de su dirección circunferencial, y la ranura abierta 010b está formada entre cada dos de las porciones de diente 010a. Después de superponer las placas de laminación 010 en una determinada dirección, tal como en la dirección axial, se superponen múltiples ranuras abiertas 010b en la dirección axial para formar una ranura de arrollamiento 010b' que se extiende axialmente, y el arrollamiento 020 puede albergarse en la ranura de arrollamiento 010b'.

Los generadores de hidrógeno de tamaño grande y de tamaño medio emplean principalmente sistemas de ventilación radial. Específicamente, un determinado número de conductos de ventilación de enfriamiento 040 están dispuestos en la sección de núcleo de estator. La palca de surco de ventilación que forma los conductos de ventilación de enfriamiento 040 está formada por una placa de estampación en forma de abanico (pueden conectarse múltiples placas de estampación en forma de abanico para formar la placa de laminación 010 anterior que tiene una forma anular), un elemento de acero de surco de ventilación (no mostrado en las figuras) y un anillo de revestimiento (no mostrado en las figuras).

Generalmente, la placa de estampación en forma de abanico está realizada de una placa de acero decapado que tiene un grosor de 0,35 a 0,5 mm. Se requiere que una superficie de la placa de acero decapado sea plana, lisa y sin película de óxido u otras manchas. Se requiere soldar por puntos la placa de estampación en forma de abanico al elemento de acero de surco de ventilación. Un extremo interno en una dirección radial de la placa de estampación en forma de abanico está dotado de un surco de cola de milano, y el anillo de revestimiento está ubicado en el surco de cola de milano de la placa de estampación en forma de abanico.

Tal como se muestra en la figura 6, después de superponer las placas de laminación 010, dado que el elemento de acero de conducto de ventilación se apoya entre las placas de laminación 010, habrá un surco pasante que se extiende en la dirección radial del núcleo de estator en la posición en la que está soldado el elemento de acero de surco de ventilación, es decir, el conducto de ventilación de enfriamiento radial 040 configurado para enfriar se proporciona en la posición del elemento de acero de surco de ventilación. El flujo de aire enfriado anterior difundido en la porción de cola de la góndola 100' entra en el interior del generador 500' a través de la placa de orificios de entrada de flujo de aire de enfriamiento. Tal como se muestra en la figura 7, el flujo de aire de enfriamiento que entra en el interior del generador 500' puede entrar en un interior del núcleo de hierro a través del conducto de ventilación de enfriamiento radialmente pasante 040, para extraer el calor generado, y fluye hasta un paso de confluencia 070, y después entra en un dispositivo de introducción y confluencia de aire caliente 050. Bajo la acción del ventilador de tiro inducido de circulación interna 202', el flujo de aire fluye a través de la tubería de introducción y transporte para que el flujo de aire de circulación interna 400' entre en huecos formados entre aletas del núcleo de intercambiador de calor del intercambiador de calor de tipo de superficie 300' y fluye a lo largo del hueco, el flujo de aire vuelve a enfriarse mediante el flujo de aire de circulación externa de enfriamiento en el otro lado de la aleta de intercambio de calor en el núcleo de intercambiador de calor. El flujo de aire pasa a través de un dispositivo de confluencia 060, se aspira al interior de un rotor del ventilador de tiro inducido 202' mediante el ventilador de tiro inducido 202', recibe el trabajo aplicado por el rotor y se presuriza, y se descarga a la porción de cola de la góndola 100' en la dirección radial del rotor, y después se difunde. Debido a la acción del ventilador de tiro inducido de circulación interna 202', se crea una presión negativa en un lado, cerca de la góndola 300', de la placa de orificios de entrada de flujo de aire de enfriamiento 500a' del generador que está en comunicación con la góndola, y se proporciona una presión positiva en una salida del ventilador de tiro inducido de circulación interna 202'. Impulsado por una diferencia de presión entre la presión positiva y la presión negativa, se realiza el intercambio de calor entre el flujo de aire en un gran espacio en la góndola 300' y una pared interna de la góndola 300' (pueden producirse situaciones diferentes en las que se libera calor a partir del flujo de aire hasta la pared interna de la góndola 300' o se calienta el flujo de aire mediante la pared interna de la góndola 300', dependiendo de estaciones diferentes), entre el flujo de aire y equipos de maquinaria en la góndola 300', y entre el flujo de aire y equipos eléctricos en la góndola 300', y finalmente el flujo de aire vuelve a introducirse en el generador 500' a través de la placa de orificios de entrada de flujo de aire de enfriamiento 500a', y se repite el procedimiento anterior. Es decir, se forma un paso de suministro de aire cerrado del flujo de aire de circulación interna dentro de la góndola 100', tal como se muestra mediante flechas periféricas en la figura 7, se forma el paso de suministro de aire cerrado anular.

Sin embargo, el efecto de la solución anterior todavía no es ideal para enfriar el núcleo de hierro.

HANSSKE AET AL“Experiments and simulación of a Vortex tube”, REGRIGERATION [I.E. REFRIGERATION] CREATES THE FUTURE: THE 22nd IIR INTERNATIONAL CONGRESS DE REFRIGERATION; 21 - 26 de agosto de 2007, BEIJING, R. P. CHINA; PROCEEDINGS; ICR 2007 =LE FROID CRÉE L'AVENIR: 22E CONGRES INTERNATIONAL DU FROID / INTERNAT, vol. B1, n.° 1518, 21 de agosto de 2007 (21-08-2007), páginas 1-7, ISBN: 978-2-913149-59-5, se refiere a un estudio del mecanismo del efecto de separación de energía en un tubo de vórtice de Ranque-Hilsch. El tubo de vórtice de Ranque-Hilsch es un dispositivo cilíndrico simple sin partes móviles que puede separar un flujo de gas a alta presión para dar un flujo de gas de presión inferior más caliente y uno más frío. Se usa la comparación entre mediciones y un modelo de dinámica de fluidos computacional tridimensional se usa para investigar el procedimiento de flujo y la separación de energía para explicar el fenómeno de separación de temperatura del tubo de vórtice de Ranque-Hilsch.

El documento DE 20 2017 100 654 U1 da a conocer un sistema de enfriamiento de vehículo dispuesto en un vehículo ferroviario, que usa un tubo de vórtice para proporcionar aire frío para enfriar los componentes del vehículo que van a enfriarse. Se proporciona un espacio de admisión sustancialmente cerrado con un lado de entrada de aire y un lado de salida de aire, y la salida de aire frío del tubo de vórtice sobresale al interior del espacio de admisión. El aire ambiental introducido se mezcla con aire frío procedente del tubo de vórtice para formar el aire de enfriamiento. El documento DE 102010030583 A1 da a conocer un convertidor montado en el suelo de un vehículo ferroviario, y un sistema de aire comprimido configurado para generar flujo de aire frío para enfriar el convertidor. El convertidor incluye una cubierta y una boquilla de entrada, y la boquilla de entrada puede ser un tubo de vórtice. El tubo de vórtice separa el aire comprimido para dar un flujo de aire caliente y un flujo de aire frío, y el flujo de aire frío se guía a la cubierta del convertidor para enfriar los componentes del convertidor.

El documento EP 1717468 A1 da a conocer a una unidad de husillo de cojinete magnético, que incluye un árbol rotatorio y unos medios de producción de viento de enfriamiento. Los medios de producción de viento de enfriamiento incluyen aletas, un generador, un tubo y la válvula de control. El flujo de aire a alta velocidad se envía al interior del orificio de succión del generador, el viento caliente generado en el tubo se descarga a partir de un orificio de descarga de viento caliente, y el viento frío se descarga a partir de un orificio pasante del generador. El generador puede estar dispuesto fuera de la unidad de husillo de cojinete magnético, y el viento frío fluye a través de las trayectorias de flujo de viento de enfriamiento para enfriar el árbol rotatorio y los estatores. El generador también puede estar fijado al interior de un armazón de la unidad de husillo de cojinete magnético, y el viento frío fluye a través de otras trayectorias de flujo de viento de enfriamiento para enfriar el árbol rotatorio y los estatores.

El documento CN 105736258 A describe un dispositivo de separación de flujo de múltiples fases y un dispositivo de transporte de fluido con el dispositivo de separación de flujo de múltiples fases, de modo que se forman medios en fase gaseosa limpios y secos de una manera separada y se usan para el dispositivo de transporte de fluido.

El documento CN 107612172 A describe un arrollamiento de motor, un motor y un conjunto de generador eólico. El arrollamiento de motor comprende arrollamientos de rotor del motor o arrollamientos de estator del motor, y estructuras de ventilación radiales están formadas en una pluralidad de partes de extremo de arrollamiento de los arrollamientos de rotor o el arrollamiento de estator.

Sumario

La presente invención se define en la reivindicación independiente 1, que representa un núcleo de hierro de estator para una máquina eléctrica que comprende un dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio, en el que realizaciones preferidas según la presente invención se definen en las reivindicaciones dependientes. El núcleo de hierro de estator está dotado de un paso de enfriamiento que discurre radialmente a través del núcleo de hierro de estator, en el que el dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio comprende una pluralidad de separadores de flujo de vórtice configurados para generar un medio de intercambio de calor en el núcleo de hierro de estator.

Cada uno de los separadores de flujo de vórtice incluye una tubería de chorro y una tubería de separación de flujo de vórtice, la tubería de separación de flujo de vórtice incluye una cámara de flujo de vórtice, y una sección de tubería de extremo frío y una sección de tubería de extremo caliente ubicadas en dos extremos de la cámara de flujo de vórtice, respectivamente; la tubería de chorro está en comunicación con la cámara de flujo de vórtice, y flujo de aire comprimido fluye a través de la tubería de chorro para formar un flujo de aire en espiral, y el flujo de aire en espiral fluye al interior de la cámara de flujo de vórtice en una dirección tangencial de la cámara de flujo de vórtice; un área en sección transversal de la sección de tubería de extremo frío es menor que un área en sección transversal de la cámara de flujo de vórtice, y un área en sección transversal de la sección de tubería de extremo caliente es igual a o mayor que el área en sección transversal de la cámara de flujo de vórtice; y

una válvula que tiene un orificio de válvula está dispuesta dentro de la sección de tubería de extremo caliente, la válvula tiene una superficie en forma de cono orientada hacia la sección de tubería de extremo frío, y después de que el flujo de aire en espiral entre en la tubería de separación de flujo de vórtice, flujo de aire externo del flujo de aire en espiral fluye hacia el orificio de válvula, y se calienta gradualmente para convertirse en un flujo de aire caliente, y después fluye hacia fuera a través del orificio de válvula; flujo de aire central del flujo de aire en espiral pasa por la superficie en forma de cono de la válvula y fluye de vuelta, y se enfría para convertirse en un flujo de aire frío, y después fluye hacia fuera desde la sección de tubería de extremo frío, el flujo de aire frío y/o flujo de aire caliente generados son medios de intercambio de calor generados en el núcleo de hierro de estator, y el flujo de aire frío generado por la pluralidad de separadores de flujo de vórtice se transporta al interior del paso de enfriamiento como flujo de aire de enfriamiento.

El dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio incluye un depósito de recogida de aire en el que se hace converger el flujo de aire comprimido, el depósito de recogida de aire está dotado de una pluralidad de tuberías de bifurcación, cada una de las tuberías de bifurcación está dotada de al menos dos de los separadores de flujo de vórtice, y cada tubería de bifurcación está configurada para suministrar el flujo de aire comprimido a las tuberías de chorro de los dos separadores de flujo de vórtice correspondientes.

Preferiblemente, un dispositivo para generar flujo de aire de enfriamiento puede estar dispuesto en un espacio estrecho, y no es necesario proporcionar un intercambiador de calor de tipo de superficie de gran volumen, puede mejorarse la estructura y un efecto de enfriamiento de un núcleo de hierro en tecnología convencional, y de ese modo se reduce el consumo de energía de una turbina eólica entera.

Opcionalmente, un extremo de la cámara de flujo de vórtice está dotado de un orificio pasante, y un cuerpo de tubería de la sección de tubería de extremo frío está en comunicación con el orificio pasante; la cámara de flujo de vórtice y la sección de tubería de extremo caliente están formadas de manera solidaria y tienen diámetros iguales. Opcionalmente, la válvula incluye un elemento de restricción en forma de cono, un extremo en forma de cono del elemento de restricción está dispuesto para estar orientado hacia la sección de tubería de extremo frío, el elemento de restricción está ubicado en una porción central de la sección de tubería de extremo caliente, y un hueco anular formado entre el elemento de restricción y una pared interna de la sección de tubería de extremo caliente se implementa como orificio de válvula.

Opcionalmente, un eje de la sección de tubería de extremo frío coincide con un eje del elemento de restricción. Opcionalmente, el orificio de válvula es de tamaño ajustable.

Opcionalmente, la válvula está dispuesta en un extremo de la sección de tubería de extremo caliente.

Opcionalmente, el dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio incluye un compresor de aire, que está configurado para suministrar flujo de aire comprimido al depósito de recogida de aire, y se proporciona un filtro de aire aguas arriba del compresor de aire.

Opcionalmente, la tubería de bifurcación y las tuberías de chorro en comunicación con la tubería de bifurcación están dispuestas de manera solidaria.

Opcionalmente, la sección de tubería de extremo frío del separador de flujo de vórtice se inserta en el paso de enfriamiento para permitir que la sección de tubería de extremo frío esté en comunicación con el paso de enfriamiento; o

el dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio incluye un conector dispuesto en una entrada del paso de enfriamiento, y la sección de tubería de extremo frío del separador de flujo de vórtice está en comunicación con el conector.

Opcionalmente, el dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio incluye además un depósito de confluencia de flujo de aire caliente, y el flujo de aire caliente que fluye hacia fuera del separador de flujo de vórtice se hace converger en el depósito de confluencia de flujo de aire caliente.

Opcionalmente, hay arrollamientos albergados en ranuras del núcleo de hierro, el dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio incluye además una tubería de pulverización anular que está insertada en un orificio de penetración formado por morros de arrollamiento de los arrollamientos, la tubería de pulverización anular está dotada de una pluralidad de orificios de pulverización a lo largo de su dirección circunferencial, y el flujo de aire frío o el flujo de aire caliente se introduce en la tubería de pulverización anular.

Opcionalmente, se deja que el flujo de aire frío o el flujo de aire caliente emitidos por el separador de flujo de vórtice se transporten hasta la tubería de pulverización anular.

Opcionalmente, los orificios de pulverización están dispuestos en un lado interno de la tubería de pulverización anular, o en un lado interno y una porción central de la tubería de pulverización anular, y un lado externo de la tubería de pulverización anular no está dotado de los orificios de pulverización.

Opcionalmente, al menos una tubería de división de flujo de aire está dispuesta dentro de la tubería de pulverización anular, el flujo de aire frío o el flujo de aire caliente entran en primer lugar la tubería de división de flujo de aire, y la tubería de división de flujo de aire pulveriza el flujo de aire frío o el flujo de aire caliente desde dos extremos de la tubería de división de flujo de aire para guiar el flujo de aire caliente o el flujo de aire frío para que fluyan en la dirección circunferencial de la tubería de pulverización anular.

Opcionalmente, se deja que el flujo de aire caliente formado por el flujo de aire frío mediante intercambio de calor en el paso de enfriamiento del núcleo de hierro, y/o el flujo de aire caliente separado a partir del separador de flujo de vórtice, se transporte hasta al menos uno de los siguientes componentes de una turbina eólica:

un buje;

un borde frontal dentro de una pala;

un cojinete de paso;

un soporte de anemómetro en una porción superior de una góndola; y

un cojinete de guiñada.

El dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio tiene los efectos técnicos mencionados anteriormente.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista esquemática de una disposición global de una máquina completa en la que un interior de un generador se enfría mediante un intercambiador de calor de tipo de superficie de aire;

la figura 2 es una vista esquemática en despiece ordenado que muestra la estructura del intercambiador de calor de tipo de superficie en la figura 1;

la figura 3 es una vista esquemática que muestra una placa de orificios de entrada de flujo de aire de enfriamiento en la figura 1;

la figura 4 es una vista esquemática que muestra un estado en el que arrollamientos y un componente ferromagnético de un generador están ensamblados;

la figura 5 es una vista esquemática parcial que muestra que los arrollamientos en la figura 4 están colocados en ranuras abiertas;

la figura 6 es una vista esquemática que muestra que conductos de ventilación de enfriamiento radialmente pasantes están formados en un núcleo de hierro del generador;

la figura 7 es una vista esquemática que muestra un trayectoria por la que fluye flujo de aire de enfriamiento en un caso en el que los conductos de ventilación de enfriamiento radiales del generador actúan conjuntamente con el intercambiador de calor de tipo de superficie anterior;

la figura 8 es una vista esquemática que muestra la estructura del generador y la estructura de un dispositivo de generación, transporte e intercambio de calor de medio de enfriamiento y secado del generador según la presente solicitud;

la figura 9 es una vista esquemática que muestra una porción de generador del dispositivo de generación, transporte e intercambio de calor de medio de enfriamiento y secado portado por el propio núcleo de hierro en la figura 8; la figura 10 es una vista esquemática que muestra la estructura básica del separador de flujo de vórtice en la figura 9 y el principio de funcionamiento de separación de temperatura total del flujo de aire;

la figura 11 es una vista esquemática que muestra una sección de flujo de un paso de flujo de una tubería de chorro en la figura anterior;

la figura 12 es una vista esquemática que muestra un campo de flujo interno y transferencia de energía térmica en el separador de flujo de vórtice del núcleo de hierro en la figura 10;

la figura 13 es una vista esquemática que muestra la comparación entre un flujo de vórtice libre y un flujo de vórtice forzado;

la figura 14 es una vista esquemática que muestra un procedimiento de funcionamiento de la separación de temperatura total dentro del separador de flujo de vórtice en la figura 10 basándose en un diagrama termodinámico de temperatura-entropía (T -S);

la figura 15 es una vista esquemática que muestra que una tubería de pulverización anular en la figura 8 pasa a través de morros de arrollamiento de una parte de los arrollamientos;

la figura 16 es una vista esquemática que muestra la tubería de pulverización anular;

la figura 17 es una vista esquemática que muestra que el separador de flujo de vórtice está instalado dentro de una góndola; y

la figura 18 es una vista esquemática que muestra una tubería de transporte de sección transversal variable que tiene un área de flujo en sección transversal que se reduce gradualmente.

Números de referencia en las figuras 1 a 7:

100' góndola,

101' motor de accionamiento de circulación externa,

102' ventilador de tiro inducido de circulación externa,

103' orificio de descarga de aire de circulación externa,

104' porción de conexión de entrada del ventilador de tiro inducido de circulación externa,

201' motor de accionamiento de circulación interna,

202' ventilador de tiro inducido de circulación interna,

203' cavidad de confluencia de circulación interna,

204' porción de conexión de entrada del ventilador de tiro inducido de circulación externa;

300' intercambiador de calor de tipo de superficie;

400' tubería de introducción y transporte para el flujo de aire de circulación interna;

500' generador,

500a' placa de orificios de entrada de flujo de aire de enfriamiento,

500b' orificio de entrada;

600' rotor;

010 placa de laminación,

010a porción de diente,

010b ranura abierta,

010b' ranura de arrollamiento;

030 soporte estructural,

040 conducto de ventilación de enfriamiento,

050 dispositivo de introducción y confluencia de aire caliente,

060 dispositivo de confluencia,

070 paso de confluencia;

Números de referencia en las figuras 8 a 18:

100 góndola,

200 generador,

201 culata magnética,

202 polo magnético,

203 arrollamiento,

203a morro de arrollamiento,

204 núcleo de hierro,

205 paso de enfriamiento,

206 cuña de ranura,

300 intercambiador de calor de tipo de superficie,

500 ventilador de tiro inducido,

600 motor de accionamiento,

700 tubería de transporte de sección transversal variable,

701 extremo de entrada,

702 extremo de salida;

10 separador de flujo de vórtice,

101 tubería de separación de flujo de vórtice,

101a cámara de flujo de vórtice,

101a1 placa de extremo,

101b sección de tubería de extremo caliente,

101c sección de tubería de extremo frío,

101d extremo frío,

101e extremo caliente,

102 tubería de chorro,

103 elemento de restricción;

20 tubería de pulverización anular,

20a tubería de división de flujo de aire;

30 tubería de conexión,

40 depósito de recogida de aire,

401 tubería de bifurcación,

50 depósito de confluencia de flujo de aire caliente;

60 filtro de aire,

70 compresor de aire,

a entrehierro anular.

Descripción detallada

Para que los expertos en la técnica entiendan mejor las soluciones técnicas de la presente solicitud, la presente solicitud se describirá adicionalmente en detalle a continuación en el presente documento junto con dibujos y realizaciones específicas.

Haciendo referencia a la figura 8, la figura 8 es una vista esquemática que muestra la estructura de un generador 200 y la estructura de un dispositivo de generación, transporte e intercambio de calor de medio de enfriamiento y secado del generador 200 según la presente solicitud; y la figura 9 es una vista esquemática que muestra un porción de generador del dispositivo de generación, transporte e intercambio de calor de medio de enfriamiento y secado para un núcleo de hierro portado por el propio núcleo de hierro en la figura 8.

En esta realización, tomando una turbina eólica como ejemplo para un dispositivo electromagnético, el generador 200 incluye una culata magnética 201 ubicada en un lado externo, un polo magnético 202 ubicado en una superficie de pared en un lado interno radial de la culata magnética 201, y un núcleo de hierro 204 ubicado en un lado interno radial del polo magnético 202 en una dirección radial. El núcleo de hierro 204 es un componente importante de un circuito magnético del generador. Un núcleo de estator, una culata magnética de rotor, un polo magnético de rotor y un entrehierro entre un estator y un rotor constituyen el circuito magnético del generador. El flujo magnético en el núcleo de estator de un generador de corriente alterna está alternando, provocando por tanto pérdida en el núcleo de hierro, que se denomina pérdida en el hierro. La pérdida en el hierro incluye dos partes: pérdida por histéresis y pérdida por corriente de Foucault. La pérdida por histéresis es energía perdida provocada por un cambio continuo de orientación de las moléculas magnéticas durante la magnetización alternante del núcleo de hierro. La pérdida por corriente de Foucault es la pérdida de resistencia provocada por la corriente de Foucault generada durante la magnetización alternante del núcleo de hierro 204. Tanto la pérdida por histéresis como la pérdida por corriente de Foucault forman parte de una fuente de calor, y otra parte de la fuente de calor se genera cuando fluye corriente a través de arrollamientos del generador. Desde el punto de vista de la teoría de transferencia de calor, la fuente de calor anterior forma la fuente de calor durante el funcionamiento del generador.

Cuando el generador está en funcionamiento, el núcleo de hierro 204 se enfría para enfriar indirectamente arrollamientos de estator, para suprimir y controlar un aumento de temperatura de un material aislante de los arrollamientos de estator y para mantenerlos secos al mismo tiempo. Un generador de energía eólica de imán permanente emplea una estructura de enfriamiento de entrehierro abierto, y componentes internos del generador se ven fuertemente afectados por pinzamiento durante el uso, lo cual provoca que disminuya el nivel de aislamiento del estator del generador y conduce a un peligro oculto de que un recubrimiento protector sobre una superficie de un polo magnético permanente del rotor pueda desprenderse a partir de la superficie del polo magnético permanente tras expandirse debido a humedad y calor, e incluso un peligro oculto de que el polo magnético pueda oxidarse. Los fenómenos anteriores pueden provocar el deterioro del rendimiento de aislamiento, dando como resultado deterioro del rendimiento eléctrico y rendimiento mecánico del generador, y reducción del nivel de tensión no disruptiva residual y vida útil de funcionamiento, y conduciendo de ese modo finalmente a daño del aislamiento.

En esta realización, el núcleo de hierro 204 está dotado de un paso de enfriamiento 205 que discurre radialmente a través del núcleo de hierro 204. Se transporta flujo de aire de enfriamiento al paso de enfriamiento 205 para pasar a través del paso de enfriamiento 205, completando de ese modo el intercambio de calor y enfriamiento del núcleo de hierro 204.

Tal como se muestra en la figura 8, en esta realización, se proporciona un dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio para transportar el flujo de aire de enfriamiento al paso de enfriamiento 205 del núcleo de hierro 204. El dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio es tal como se muestra en la figura 9. Tal como se muestra en la figura 9, el dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio incluye múltiples conjuntos de separadores de flujo de vórtice 10 que pueden separar flujo de aire para dar flujo de aire caliente y flujo de aire frío, y el flujo de aire frío puede transportarse al paso de enfriamiento 205 para servir como flujo de aire de enfriamiento. Tal como se muestra en las figuras 10 y 11, la figura 10 es una vista esquemática que muestra la estructura básica del separador de flujo de vórtice en la figura 9 y el principio de funcionamiento de la separación de temperatura total del flujo de aire; y la figura 11 es una vista esquemática que muestra una sección de flujo de un paso de flujo de la tubería de chorro en la figura 10.

En la figura 10, el separador de flujo de vórtice 10 que sirve como fuente fría del propio núcleo de hierro 204 incluye una tubería de chorro 102 y una tubería de separación de flujo de vórtice 101. La tubería de chorro 102 está conectada a una pared lateral de la tubería de separación de flujo de vórtice 101 para estar en comunicación con la tubería de separación de flujo de vórtice 101, y una porción de una cámara interna de la tubería de separación de flujo de vórtice 101 orientada hacia la tubería de chorro 102 forma una cámara de flujo de vórtice 101a. Una sección de tubería de extremo frío 101c está ubicada en un extremo de la cámara de flujo de vórtice 101a (un extremo izquierdo en la figura 10), y una sección de tubería de extremo caliente 101b está ubicada en otro extremo de la cámara de flujo de vórtice 101a (un extremo derecho en la figura 10). Una salida de la sección de tubería de extremo frío 101c es un extremo frío 101d para emitir el flujo de aire frío, y una salida de la sección de tubería de extremo caliente 101b es un extremo caliente 101e para emitir el flujo de aire caliente. Una placa de extremo 101a1 ubicada en el extremo izquierdo de la cámara de flujo de vórtice 101a está dotada de un orificio pasante, la placa de extremo 101a1 se define como un placa de orificios de extremo frío en el presente documento, y la sección de tubería de extremo frío 101c está en comunicación con el orificio pasante. Tal como se muestra en la figura 10, la sección de tubería de extremo frío 101c es una sección de tubería relativamente delgada que tiene un área en sección transversal menor que la de la cámara de flujo de vórtice 101a. La cámara de flujo de vórtice 101a y la sección de tubería de extremo caliente 101b tienen diámetros iguales, la cámara de flujo de vórtice 101a y la sección de tubería de extremo caliente 101b pueden estar dispuestas de manera solidaria o independiente, y la disposición solidaria es más sencilla.

La tubería de chorro 102 del separador de flujo de vórtice 10, que sirve como fuente fría portada por el propio núcleo de hierro 204 en el dispositivo electromagnético, es un componente de conversión de energía que convierte energía de presión de aire comprimido en energía cinética portada por flujo de aire a alta velocidad. La tubería de chorro 102 puede incluir una sección de entrada, una sección de cuerpo y una sección de salida, y la sección de salida está dotada de una boquilla para expulsar en chorro flujos de aire. Se forma flujo de aire en espiral después de que el flujo de aire pase a través de la tubería de chorro 102, tal como se muestra en la figura 11, una placa de remolinos está dispuesta dentro de la tubería de chorro 102, es decir, la sección de salida de la tubería de chorro 102 es un voluta, y después de entrar en la tubería de chorro 102, el flujo de aire forma el flujo de aire en espiral que va a emitirse. Se requiere que la tubería de chorro 102 esté en comunicación con la cámara de flujo de vórtice 101a de manera tangencial, es decir, el flujo de aire en espiral expulsado en chorro desde la tubería de chorro fluye en remolinos al interior de la tubería de separación de flujo de vórtice 101 en una dirección tangencial de la tubería de separación de flujo de vórtice 101. El flujo de aire puede distribuirse de manera uniforme a la boquilla en la sección de salida de la tubería de chorro 102 mediante la voluta, se minimiza la pérdida de energía y se garantiza que el flujo de aire fluye de manera axisimétrica en una circunferencia interna de la voluta.

Dado que el área en sección transversal de la sección de tubería de extremo frío 101c es relativamente pequeña, en cuanto al flujo de aire en espiral que entra en la cámara de flujo de vórtice 101a, la resistencia en la placa de orificios del extremo frío 101d es relativamente grande, y el flujo de aire introducido tangencialmente con remolinos en la tubería de separación de flujo de vórtice 101 fluye hacia la sección de tubería de extremo caliente 101b en una dirección opuesta al extremo frío 101d. En este caso, un área en sección transversal de la sección de tubería de extremo caliente 101b puede ser igual a o mayor que un área en sección transversal de la cámara de flujo de vórtice 101a, para garantizar que el flujo de aire en espiral fluirá hacia la sección de tubería de extremo caliente 101b.

Se proporciona además una válvula que tiene una superficie en forma de cono en la sección de tubería de extremo caliente 101b, la válvula está específicamente implementada como elemento de restricción en forma de cono 103 tal como se muestra en la figura 10, y un extremo en forma de cono del elemento de restricción 103 está orientado hacia una dirección opuesta a una dirección de flujo del flujo de aire en espiral. Tal como se muestra en la figura 10, después de que el flujo de aire en espiral entre en la tubería de separación de flujo de vórtice 101 desde la tubería de chorro 102, el flujo de aire fluye en espiran desde la izquierda hacia la derecha. Cuando el flujo de aire en espiral alcanza el elemento de restricción 103, el flujo de aire externo del flujo de aire en espiral puede fluir hacia fuera desde la válvula, es decir, el flujo de aire externo del flujo de aire en espiral fluye hacia fuera a través de un hueco anular entre el elemento de restricción 103 y la tubería de separación de flujo de vórtice 101 y se calienta hasta convertirse en flujo de aire caliente, tal como se muestra en la figura 10, el flujo de aire caliente fluye hacia fuera desde el extremo caliente 101e de la sección de tubería de extremo caliente 101b.

El flujo de aire central del flujo de aire en espiral colisionará con el elemento de restricción 103. Tras colisionar con la superficie en forma de cono del elemento de restricción 103, el flujo de aire se guía por la superficie en forma de cono del elemento de restricción 103, para fluir en remolinos en una dirección opuesta para formar un flujo de aire de reflujo. Durante el procedimiento de flujo anterior, el flujo de aire se enfriará gradualmente, y la temperatura del flujo de aire de enfriamiento puede reducirse en gran medida hasta de -50 a 10 grados Celsius. El flujo de aire externo y el flujo de aire central en el presente documento se definen con respecto a una línea central del flujo de aire en espiral, el flujo de aire en espiral cerca de la línea central es el flujo de aire central, y el flujo de aire alejado de la línea central y cerca de un lado radialmente más externo del flujo de aire en espiral es el flujo de aire externo. Con el fin de garantizar que el flujo de aire en espiral fluye hasta la sección de tubería de extremo caliente 101b y después fluye en sentido inverso, para formar el flujo de aire caliente y el flujo de aire frío, el elemento de restricción 103 puede estar dispuesto en un extremo de cola de la sección de tubería de extremo caliente 101b.

En la solución técnica anterior, dado que se requiere que el flujo en espiral pueda fluir en sentido inverso tras pasar a través de la válvula, se proporciona el elemento de restricción en forma de cono 103. Para formar el flujo de aire en espiral de reflujo, sólo se requiere que la válvula tenga un determinado intervalo de una superficie en forma de cono, por ejemplo, la válvula es como un cono truncado (es decir, una sección de un cono sin una punta de cono) o medio cono formado cortando un cono en una dirección axial. Sin embargo, puede entenderse que, con el fin de formar mejor un efecto de estrangulamiento y guiar mejor el flujo de aire en espiral de reflujo, se prefiere que la válvula se proporcione para ser un cono completo tal como se muestra en la figura 10. Además, un eje del elemento de restricción en forma de cono 103 coincide con un eje de la sección de tubería de extremo frío 101c, lo cual facilita el flujo en remolino del flujo de aire cuando el flujo de aire en espiral de reflujo fluye en remolinos hacia la sección de tubería de extremo frío 101c, y reduciendo de ese modo la pérdida de energía.

Puede observarse que el separador de flujo de vórtice 10 del núcleo de hierro 204 del dispositivo electromagnético que porta la fuente fría en sí mismo puede generar un efecto de separación de temperatura que realiza una separación de temperatura para una corriente de flujo de aire, para obtener dos corrientes de flujo de aire, es decir, flujo de aire frío y flujo de aire caliente, y existe una diferencia de temperatura extremadamente grande entre las dos corrientes de flujo de aire. El separador de flujo de vórtice 10 se investiga basándose en un fenómeno de un tornado.

Un tornado es un fuerte fenómeno de ciclón en la naturaleza que se produce en determinadas condiciones atmosféricas. Vórtices oceánicos que se desplazan verticalmente desde la superficie del agua hasta el lecho marino también pueden generarse en el océano en determinadas condiciones atmosféricas. Una estructura de flujo de aire de tornado típica muestra que el centro de un tornado es un cono puntiagudo de tipo embudo o de tipo trompeta.

Este cono es una zona de convolución del tornado, la dirección de remolinos del cono es la misma que la del flujo de aire caliente ascendente en la periferia lleno con polvo, pero la dirección de flujo axial del flujo de aire en el cono central es opuesta a la del flujo de aire ascendente en la periferia, y el flujo de aire en el cono central fluye hacia abajo. Se realiza un seguimiento y se mide el flujo de aire frío en el cono central de un tornado en el entorno natural, y una velocidad de flujo de caída del flujo de aire frío puede alcanzar 17 m/s. Una vez que la punta de cono del cono central diverge, el tornado se refuerza rápidamente y la punta de cono desaparece y se convierte en un cono truncado. El flujo de aire caliente en la periferia forma remolinos mientras asciende, y cuando alcanza una superficie inferior de una capa de nubes frías en una capa superior o la estratosfera, el flujo de aire divergirá inmediatamente formando remolinos en una forma ensanchada en una dirección horizontal y cambiará la dirección de remolinos para lanzarse en sentido inverso formando remolinos. El aire forma remolinos rápidamente alrededor de un eje del tornado, aspirándose debido a una reducción extrema de la presión del aire en el centro del tornado, el flujo de aire se aspira hacia la parte inferior de un flujo de vórtice desde todas las direcciones en una capa delgada de aire que tiene decenas de metros de grosor cerca del suelo, y entonces se convierte en el flujo de vórtice que forma remolinos alrededor del eje a alta velocidad. Por tanto, el aire en el tornado siempre es ciclónico, y la presión de aire central es del 10 % inferior a la presión del aire circundante, y la presión de aire central es generalmente de tan sólo 400 hPa, y un valor mínimo es de 200 hPa. El tornado tiene un gran efecto de aspiración, que puede aspirar agua marina o agua de lago a partir de una superficie del mar o una superficie de un lago, para forma runa columna de agua que va a concertarse con la nube, conocido habitualmente como “tromba marina”.

La fuente de energía del tornado: una fuente de energía es energía térmica del flujo de aire en la periferia del tornado, y otra fuente de energía es energía de vacío en una zona de baja presión en el centro del flujo de vórtice. Aire a alta temperatura del flujo de aire en la periferia del tornado interacciona con el tornado, provocando que la energía térmica se convierta en energía cinética de rotación. El mecanismo se explica mediante el teorema de Crocco. El teorema de Crocco se obtiene en un campo de flujo de vórtice de fluido basándose en la primera ley de la termodinámica, es decir, conservación de energía. El teorema expresa de manera cuantitativa una relación entre un gradiente de entalpía termodinámica, un gradiente de entropía e intensidad de remolinos del flujo de vórtice en el campo de flujo de vórtice. Diferencias de temperatura en la atmósfera y la convección ascendente y descendente son prerrequisitos para la formación del flujo de vórtice de tornado, y la energía que potencia el flujo de vórtice de tornado procede de la energía térmica circundante. El gradiente de la entalpía termodinámica formada entre el flujo de aire caliente ascendente en la periferia del tornado y el flujo de aire frío descendente en el centro del flujo de vórtice se convierte en un factor clave en la conversión de energía térmica atmosférica en energía cinética en flujo del flujo de vórtice. Después de que la intensidad del tornado alcance un determinado grado con la ayuda de la energía térmica, una intensificación adicional depende de la energía de vacío en la zona de baja presión en el centro del flujo de vórtice. Un cono inferior del centro del tornado está en la misma dirección de remolinos que el flujo de aire periférico. El flujo de aire en el cono inferior forma remolinos mientras desciende y converge hacia el centro al mismo tiempo. Después de que la velocidad con aceleración centrípeta alcance un determinado valor crítico, los remolinos del flujo de aire periférico radial se aceleran mediante difusión viscosa durante el procedimiento de confluencia radial bajo un efecto de fuerza de Coriolis.

Es decir, el tornado tiene un fenómeno de separación de temperatura total. El separador de flujo de vórtice 10 según esta realización es como un tornado, y la tubería de chorro 102 se proporciona para hacer que el flujo de aire comprimido forme un flujo de aire en espiral, que puede considerarse como un flujo en espiral de un tornado a pequeña escala. De esta manera, se simula la separación de temperatura total del tornado en la tubería de separación de flujo de vórtice 101, y formando de ese modo el flujo de aire caliente y frío deseado.

El mecanismo de esta solución técnica se buscó anteriormente en el presente documento a partir del mundo natural, y a continuación en el presente documento se describirá el principio del efecto de separación de temperatura del separador de flujo de vórtice 10.

Haciendo referencia a las figuras 12 y 13, la figura 12 es una vista esquemática que muestra un campo de flujo interno y transferencia de energía térmica en el separador de flujo de vórtice 10 del núcleo de hierro 204 en la figura 10; y la figura 13 es una vista esquemática que muestra la comparación entre un flujo de vórtice libre y un flujo de vórtice forzado.

Según la ley de la conservación de energía, la suma de la energía del flujo de aire frío y el flujo de aire caliente que fluye hacia fuera de la tubería de separación de flujo de vórtice 101 debe ser igual a la energía del aire comprimido que entra en la tubería de chorro 102 del separador de flujo de vórtice 10 (la premisa es que el separador de flujo de vórtice 10 está en un estado de buen aislamiento térmico). Por tanto, existe necesariamente un procedimiento de redistribución de energía en el separador de flujo de vórtice 10 para transferir una porción de la energía desde el flujo de aire de enfriamiento hasta el flujo de aire caliente.

En primer lugar, se suministra un gas comprimido a la tubería de chorro 102, que a continuación en el presente documento se denomina gas a alta presión. Tal como se muestra en la figura 9, puede proporcionarse un compresor de aire 70, y el gas comprimido se suministra por el compresor de aire 70. Para evitar que el flujo de aire de enfriamiento proporcionado afecte a un entorno interno del núcleo de hierro 204, puede proporcionarse un filtro de aire 60 en una entrada del compresor de aire 70.

El flujo de aire del gas comprimido se expande y se acelera en la tubería de chorro 102 del separador de flujo de vórtice 10, y una velocidad de flujo de aire puede aproximarse a la velocidad del sonido cuando el flujo de aire está entrando en la cámara de flujo de vórtice 101a de la tubería de separación de flujo de vórtice 101, y en un caso en el que se emplea una tubería de chorro convergente-divergente 102, la velocidad de flujo de aire anterior superará la velocidad del sonido. Dado que el flujo de aire se expande rápidamente y pasa a través de la tubería de chorro 102, que puede considerarse aproximadamente como un proceso adiabático. La velocidad de flujo de aire es muy alta en la boquilla ubicada en la salida de la tubería de chorro 102, y una temperatura termodinámica correspondiente del flujo de aire en la boquilla es mucho menor que una temperatura del flujo de aire en la entrada de la tubería de chorro 102, es decir, se realiza una reducción de temperatura controlable primaria.

Después de que el flujo de aire entre en la cámara de flujo de vórtice 101a de la tubería de separación de flujo de vórtice 101 en la dirección tangencial, el flujo de aire continúa moviéndose en espiral a lo largo de una pared interna de la cámara de flujo de vórtice 101a para formar un flujo de aire en remolinos a alta velocidad. Cuando el flujo de aire fluye justo hacia fuera de la tubería de chorro 102, V=const o o*r =const, donde V es una velocidad tangencial del flujo de aire y o es una velocidad angular. Este tipo de formación de remolinos también se denomina flujo de vórtice libre. Tal como se muestra en la figura 13, la figura 13 muestra diferencias de la velocidad tangencial y la velocidad angular entre el flujo de vórtice libre y el flujo de vórtice forzado. En este momento, una pista en movimiento del flujo de aire en la cámara de flujo de vórtice puede considerarse como una espiral de Arquímedes. A continuación en el presente documento se analiza la formación del flujo de aire de enfriamiento y el flujo de aire caliente. ;;La formación del flujo de aire caliente es de la siguiente manera. Dado que el flujo del flujo de aire que sale justo fuera de la tubería de chorro 102 es el flujo de vórtice libre, la velocidad angular tiene un gradiente en la dirección radial, provocando fricción entre capas radiales del flujo de aire, de tal manera que la velocidad angular del flujo de aire externo del flujo de aire en espiral aumenta gradualmente, y la velocidad angular del flujo de aire central del flujo de aire en espiral se reduce gradualmente. Sin embargo, debido al flujo rápido y a la trayectoria de flujo corta, el flujo de aire en espiral no ha alcanzado el flujo de vórtice forzado completo, sino que avanza hasta una porción central del mismo. El flujo de aire externo del flujo de aire en espiral se mueve en espiral en la sección de tubería de extremo caliente 101b, que incluye tanto un movimiento en remolinos como un movimiento axial. Durante el movimiento, el flujo de aire externo roza contra una pared interna de la sección de tubería de extremo caliente 101b, por tanto la velocidad del flujo de aire externo se vuelve cada vez menor, la temperatura del flujo de aire externo aumenta gradualmente y el flujo de aire externo fluye finalmente hacia fuera a través del hueco anular entre el elemento de restricción 103 y la sección de tubería de extremo caliente 101b. Ajustando el hueco entre el elemento de restricción 103 y la sección de tubería de extremo caliente 101b, puede ajustarse una razón del flujo de aire frío con respecto al flujo de aire caliente. ;;La formación del flujo de aire frío es de la siguiente manera. El flujo de aire se implementa como el flujo de vórtice libre cuando el flujo de aire fluye justo hacia fuera de la tubería de chorro 102. Bajo una acción de una fuerza centrífuga, y al estar bloqueado por la placa de orificios del extremo frío 101d de la sección de tubería de extremo frío 101c, el flujo de aire fluirá, cerca de la pared interna de la sección de tubería de extremo caliente 101b, hacia el elemento de restricción 103. Durante el procedimiento de flujo, debido a la disipación gradual de la velocidad axial, cuando el flujo de aire en espiral se mueve hasta una determinada posición en la dirección axial, la velocidad axial del flujo de aire en espiral ya es próxima a cero, la posición anterior puede definirse como punto de estancamiento. En este momento, dado que el flujo de aire central converge en el punto de estancamiento, la presión aumenta continuamente, y la presión en el punto de estancamiento es superior a la presión del extremo frío 101d en la salida de la sección de tubería de extremo frío 101c, por tanto se produce un movimiento axial inverso en una región central de la sección de tubería de extremo caliente 101b, es decir, comienza un flujo de aire de reflujo desde el punto de estancamiento, y se enfría gradualmente para formar el flujo de aire frío, es decir, se realiza una reducción de temperatura secundaria. En el punto de estancamiento, la temperatura total del flujo de aire externo es superior a la del flujo de aire central. Durante el movimiento del flujo inverso hasta la sección de tubería de extremo frío 101c, una porción del flujo en espiral en una capa externa se desvía continuamente para unirse al flujo inverso, por tanto el flujo inverso se expande gradualmente, y la velocidad de flujo del flujo inverso alcanza un máximo cuando el flujo inverso alcanza la placa de orificios del extremo frío 101d. ;;Tal como se muestra en la figura 12, en una sección transversal del paso de flujo de la tubería de separación de flujo de vórtice 101, la presión estática de un flujo de aire más externo del flujo de aire externo es máxima, y la presión estática del flujo de aire más interno en un eje central del flujo de aire central es mínima. En una sección transversal cerca de la boquilla de la tubería de chorro 102, la razón de una presión estática máxima con respecto a una presión estática mínima es la más grande, la razón puede oscilar entre 1,5 y 2, y la temperatura estática es la más alta en una superficie de pared de la tubería de separación de flujo de vórtice 101 y la más baja en el eje central. ;;En cualquier sección transversal del paso de flujo, la velocidad tangencial del flujo de aire en cualquier punto es dominante. Cerca de la boquilla de la tubería de chorro 102, tanto la velocidad radial como la velocidad axial del flujo de aire alcanzan un máximo y después disminuyen gradualmente en direcciones respectivas. ;;Tal como se describió anteriormente, tras salir de la boquilla, el flujo de aire entra en la tubería de separación de flujo de vórtice 101 en una dirección tangencial, y el flujo de aire se divide en dos regiones. El flujo de aire externo forma remolinos tangencialmente hacia una salida del extremo caliente 101e de la sección de tubería de extremo caliente 101b a lo largo de la pared interna de la tubería de separación de flujo de vórtice 101, es decir, el flujo de aire externo en una región de capa de salida forma el flujo de vórtice libre. El flujo de aire central fluye de vuelta desde la posición en la que está dispuesto el elemento de restricción 103, debido al impulso del flujo de vórtice libre circundante, y después, con la fricción, una región de capa interna (el flujo de aire central) en la que el flujo de aire forma remolinos como un cuerpo rígido se convierte en el, o para estar cerca del, flujo de vórtice forzado. ;Un límite entre regiones externa y central, es decir, el flujo de aire externo y el flujo de aire central de reflujo, depende de una magnitud de una velocidad de flujo de aire frío. El límite entre el flujo de aire frío y caliente puede observarse en la figura 12. A lo largo de una longitud de toda la tubería de separación de flujo de vórtice 101, una superficie de contacto del límite está generalmente ubicada dentro de un intervalo de 0,65R a 0,75R desde el eje central, lo cual es un intervalo de flujo del flujo de aire central en la dirección radial, donde R es un radio de la tubería de separación de flujo de vórtice 101. Desde la boquilla de la tubería de chorro 102 hasta el elemento de restricción 103, el flujo de aire externo fluye en la dirección axial dentro de un intervalo en el que el radio oscila entre 0,65R y 1R, lo cual es un intervalo de flujo del flujo de aire externo en la dirección radial. En la región interna, el flujo de aire central fluye en sentido inverso, y el flujo comienza justo desde el elemento de restricción 103. ;La temperatura de flujo de aire central del flujo de aire central es la más alta en el elemento de restricción 103, el flujo inverso se enfría gradualmente, y la temperatura de flujo de aire central es la más baja cuando el flujo de aire alcanza la placa de orificios del extremo frío 101d. Se produce una diferencia de temperatura máxima en una dirección del eje central, la temperatura más alta está en una posición del eje central correspondiente al elemento de restricción 103, y la temperatura más baja está en una posición del eje central correspondiente a la placa de orificios del extremo frío 101d. En cuanto al flujo de aire central en la capa interna, es decir, el flujo de aire frío, la temperatura estática es la más baja en el eje central y alcanza el máximo en la superficie de contacto del límite entre el flujo de aire de capa interna y el flujo de aire de capa externa. ;En cualquier sección transversal del paso de flujo de la tubería de separación de flujo de vórtice 101, la temperatura total es la más alta en una posición cerca de la superficie de pared interna de la tubería de separación de flujo de vórtice 101 y la más baja en el eje central. En la sección transversal del paso de flujo en una posición de la boquilla, la diferencia de temperatura entre una temperatura de pared de la tubería de separación de flujo de vórtice 101 y una temperatura en el eje central alcanza un valor máximo. ;El efecto de separación de temperatura total del separador de flujo de vórtice 10 puede observarse en la figura 14, que es una vista esquemática que muestra un procedimiento de funcionamiento de la separación de temperatura total dentro del separador de flujo de vórtice en la figura 10 basándose en un diagrama termodinámico de temperatura-entropía (T-S). Tal como puede observarse a partir de la figura 14, el separador de flujo de vórtice 10 separa el flujo de aire comprimido que entra en la tubería de chorro 102. ;En la figura 14, el punto 4 muestra un estado antes de comprimirse el gas, es decir, un estado antes de que el gas entre en el compresor de aire 70. Un procedimiento desde el punto 4 hasta el punto 5 es un procedimiento de compresión isentrópica del flujo de aire. Un procedimiento desde el punto 5 hasta el punto 1 es un procedimiento de enfriamiento isobárico del gas comprimido. El punto 1 indica un estado antes de que el gas comprimido entre en la tubería de chorro 102 del separador de flujo de vórtice 10, el gas comprimido se expande de manera adiabática en un estado ideal hasta una presión P<2>, y se reduce la temperatura hasta T<s>, es decir, un estado del punto 2a. El punto 2 indica un estado del flujo de aire frío que fluye hacia fuera de la tubería de flujo de vórtice, y la temperatura en el punto 2 es T<c>. El punto 3 indica un estado del flujo de aire caliente separado, y la temperatura en el punto 3 es T<h>. Un procedimiento desde el punto 1 hasta el punto 2 y un procedimiento desde el punto 1 hasta el punto 3 son procedimientos de separación de flujo de aire frío y caliente. Un procedimiento desde el punto 3 hasta el punto 3' es un procedimiento de restricción del flujo de aire caliente a través del elemento de restricción 103, y el valor de entalpía no se cambia antes y después de la restricción. ;Durante todo el procedimiento de funcionamiento, es imposible que el flujo de aire se expanda de manera isentrópica en la tubería de chorro 102. Debido a una determinada pérdida de intercambio de energía cinética entre el flujo de aire en las regiones de capa interna y externa en la cámara de flujo de vórtice 101a, y un procedimiento de transferencia de calor hacia el centro en la cámara de flujo de vórtice 101a, el flujo de aire se desvía del procedimiento de expansión adiabática en el procedimiento desde el punto 1 hasta el punto 2, provocando que la temperatura T<c>del flujo de aire frío separado a partir de la tubería de separación de flujo de vórtice 101 siempre supere la temperatura T<s>del flujo de aire frío en el estado de expansión adiabática. ;El efecto de enfriamiento y el efecto de calentamiento del separador de flujo de vórtice 10 en la realización anterior se describen a continuación en el presente documento. ;Durante el funcionamiento, el gas con una temperatura T<1>se separa para dar un flujo de aire frío con la temperatura T<c>y un flujo de aire caliente con la temperatura T<h>mediante la tubería de separación de flujo de vórtice 101. Por tanto, AT<c>= T-<i>-T<c>se denomina efecto de enfriamiento de la tubería de separación de flujo de vórtice 101, AT<h>= T<h>-T se denomina efecto de calentamiento de la tubería de separación de flujo de vórtice. AT<s>= T-rT<s>se define como efecto de expansión isentrópica, para marcar un efecto de enfriamiento teórico de la tubería de separación de flujo de vórtice 101. Por tanto, la eficacia de enfriamiento de la tubería de separación de flujo de vórtice 101 se expresa mediante una eficiencia de enfriamiento ^c, es decir: ;;; ;;; donde P1 es una presión de flujo de aire en la entrada del separador de flujo de vórtice 10; P2 es una presión de flujo de aire después de que el flujo de aire se expanda en la tubería de chorro 103 y después entre en la cámara de flujo de vórtice 101a; y k es un índice adiabático del gas (por ejemplo, el aire). ;Además, hay equilibrios de flujo y calor durante el funcionamiento del separador de flujo de vórtice 10 que se describen de la siguiente manera. ;Si las velocidades de flujo del flujo de aire a alta velocidad que entra en la tubería de separación de flujo de vórtice 101, el flujo de aire frío en el extremo frío 101d y el flujo de aire caliente en el extremo caliente 101e se indican mediante qm1, qmc y qmh, respectivamente, entonces qm1 = qmc qmh. ;Si la entalpía específica del flujo de aire anterior se indica mediante h-i, hc y hh (KJ/Kg), respectivamente, y se desprecia la energía cinética cuando el flujo de aire fluye hacia fuera, entonces qm1hh = qmchc qmhhh. ;;<,>;La razó<,>;n d<,>;e fluj<.>;o d<.>;e ai<.>;re f<,>;rí<,>; ; Una relación correspondiente entre la entalpía y temperatura del gas es h = CpT. ;Se obtienen las siguientes fórmulas: ;;; ;;; .;M T* -T i_E t

Th -T (A r A A r c

La capacidad de enfriamiento de la tubería de separación de flujo de vórtice 101 también puede obtenerse de la siguiente manera:

la capacidad de enfriamiento Q0 (kW) de la tubería de separación de flujo de vórtice 101 es:

entonces, la capacidad de enfriamiento por kilogramo del flujo de aire frío es:

para cada kilogramo de gas a alta presión, su capacidad de enfriamiento unitaria q<0>puede expresarse como:

La capacidad de calentamiento Qh (kW) de la tubería de separación de flujo de vórtice 101 es:

la capacidad de calentamiento por kilogramo del flujo de aire caliente es:

para cada kilogramo del gas a alta presión, su capacidad de calentamiento unitaria puede expresarse como:

El efecto de enfriamiento ATc = Ti - Tc y la capacidad de enfriamiento unitaria qo de la tubería de separación de flujo de vórtice 101 descrita anteriormente está relacionados con los siguientes factores, es decir, un componente de flujo de aire frío |ic, la presión de funcionamiento p1 en la entrada de la tubería de chorro 102, y un contenido de vapor de agua en el flujo de aire.

En cuanto al componente de flujo de aire frío |ic, cuando cambia el valor del componente de flujo de aire frío, ATc y qo cambian de manera correspondiente, y hay valores máximos de ATc y qo en un intervalo de |ic desde 0 hasta 1. En un caso en el que |ic oscila entre 0,3 y 0,35, ATc alcanza el valor máximo; en un caso en el que |ic oscila entre 0,6 y 0,7, q0 alcanza el valor máximo. Además, el efecto de calentamiento también cambia con el cambio de |ic, ATh aumenta de manera continua con el aumento de |ic sin limitación.

En cuanto a la presión de funcionamiento p1 en la entrada de la tubería de chorro 102, cuando p1 aumenta, tanto ATc como q0 aumentan. Sin embargo, durante el aumento, el valor máximo de ATc se desplaza en una dirección en la que |ic disminuye, y el valor máximo de q0 se desplaza en una dirección en la que |ic aumenta.

En un caso en el que el gas está húmedo, el vapor de agua en el flujo de aire frío se condensa y se libera calor, de modo que aumenta la temperatura de enfriamiento y disminuye la eficiencia de enfriamiento; se reduce un aumento de temperatura del flujo de aire caliente y entonces se debilita el efecto de calentamiento.

El principio del separador de flujo de vórtice 10 se describió anteriormente en detalle, el flujo de aire caliente y el flujo de aire frío pueden separarse mediante el separador de flujo de vórtice 10, y el flujo de aire frío puede introducirse en el paso de enfriamiento 205 del núcleo de hierro 204 (tal como se muestra en la figura 8), para funcionar para enfriar el núcleo de hierro 204. La estructura es sencilla y ahorra energía, y es fácil formar el flujo de aire de enfriamiento requerido para el enfriamiento del núcleo de hierro 204, para cumplir con la demanda de enfriamiento del núcleo de hierro 204.

Según la solución técnica en los antecedentes, se requiere que el flujo de aire caliente formado tras el enfriamiento e intercambio de calor en el núcleo de hierro realice un intercambio de calor en el intercambiador de calor de tipo de superficie 300' en la góndola para formar de nuevo un flujo de aire de enfriamiento, y vuelva a entrar en el núcleo de hierro a través de la placa de orificios de entrada de flujo de aire de enfriamiento 500a' para el intercambio térmico. De esta manera, el flujo de aire de circulación interna se enfría en el intercambiador de calor de tipo de superficie 300' y se descarga directamente dentro de la góndola 100', lo cual es equivalente a difundirse al interior de la porción de cola de la góndola 100' a 360 grados. Mientras está en la góndola 100'A, el coeficiente de resistencia local es próximo a 1, el área de flujo es infinitamente grande mediante expansión repentina, lo esencial es realizar un chorro sumergido en un espacio infinito, y un resultado del chorro sumergido es que se agita el flujo de aire original dentro de la porción de cola de la góndola. Tras la agitación, se atenúa la energía cinética del flujo de aire de chorro, y el mezclado del flujo de aire provoca que el flujo de aire de chorro se desordene, lo cual es un signo de energía de baja calidad. Esto es un fenómeno típico de que la energía mecánica de alta calidad se convierte en energía térmica de baja calidad, lo cual también es un desperdicio natural de energía. Es decir, la energía que proporciona el ventilador de tiro inducido al flujo de aire no se aplica a una fuerza impulsora de la transmisión o el transporte después de que el flujo de aire fluya hacia fuera de la salida, lo cual significa que la difusión después de la salida es igual a un rendimiento de funcionamiento inútil del ventilador de tiro inducido. Por tanto, de esta manera, casi el 99 % de la energía cinética del flujo de aire de circulación interna después de intercambio de calor se difunde al espacio, y se pierde casi toda la energía cinética del flujo, por tanto, se requiere más energía para la recirculación del flujo de aire, lo que significa que se requiere disponer un intercambiador de calor de tipo de superficie de gran tamaño, y también se requiere proporcionar un ventilador de tiro inducido, pero el efecto de enfriamiento no es satisfactorio.

En la presente realización, un dispositivo para formar el flujo de aire de enfriamiento, es decir, el separador de flujo de vórtice 10 descrito anteriormente, puede disponerse en un espacio estrecho, no es necesario proporcionar el intercambiador de calor de tipo de superficie de gran tamaño, y se mejoran la estructura y el efecto de enfriamiento del núcleo de hierro 204 en la tecnología convencional, lo cual ahorra consumo de energía de toda la turbina eólica. Evidentemente, el método de enfriamiento en la tecnología de los antecedentes también puede emplearse junto con el dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio en esta realización.

De hecho, en la estructura del núcleo de hierro 204 en la realización anterior, el separador de flujo de vórtice 10 (es decir, la “tubería de flujo de vórtice en espiral interna de entrada tangencial”) se usa para mejorar la estructura del núcleo de hierro del generador, y el estator del generador y el núcleo de hierro 204 del mismo pasan a ser un canal para la generación, transporte e intercambio de calor del medio de enfriamiento. De esta manera, se protege indirectamente el aislamiento del generador, y se mejora la estructura del paso de enfriamiento del núcleo de hierro, lo cual es una técnica de generación de una fuente fría dentro del núcleo de hierro 204 para reforzar el intercambio de calor de la fuente de calor del núcleo de hierro (en las siguientes realizaciones, también se forman una fuente fría y una fuente seca en una cavidad anular del morro de arrollamiento 203a). La presente solicitud se refiere al campo de tecnología de enfriamiento de turbinas eólicas, y en particular a un dispositivo de generación, transporte e intercambio de calor de flujo de aire que funciona para enfriar y secar sistemas de aislamiento de un polo magnético y un inducido de una turbina eólica de imán permanente. En el dispositivo electromagnético novedoso, el núcleo de hierro 204 puede secarse automáticamente, lo cual garantiza que puede secarse el material aislante, y el núcleo de hierro 204 tiene además un componente de autoenfriamiento para generar el medio de enfriamiento para suprimir el aumento de temperatura del núcleo de hierro 204, y puede enfriar, deshumidificar y secar el entorno interno del generador por medio del flujo de aire de enfriamiento generado, además, el flujo de aire caliente también puede secar el núcleo de estator y su barniz aislante, o secar una capa aislante y barniz aislante del arrollamiento de estator y una porción expuesta en un extremo del arrollamiento de estator, para logar un objetivo final de proteger el material aislante (barniz aislante y material aislante sólido alrededor de un conductor) y mantener el nivel de aislamiento eléctrico. Es decir, a diferencia de la estructura de núcleo de hierro convencional, la estructura de núcleo de hierro según la realización tiene la función de secarse y enfriarse a sí misma, lo cual es una estructura de núcleo de hierro novedosa.

Siguiendo haciendo referencia a la figura 9, el dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio incluye un depósito de recogida de aire 40 en el que se hace converger el flujo de aire, y el compresor de aire 70 suministra el gas comprimido al depósito de recogida de aire 40. El depósito de recogida de aire 40 está dotado de múltiples tuberías de bifurcación 401, cada una de las múltiples tuberías de bifurcación 401 está dotada del separador de flujo de vórtice 10 para suministrar el flujo de aire a la tubería de chorro 102 del separador de flujo de vórtice 10. Por tanto, un compresor de aire 70 puede suministrar el gas comprimido a múltiples separadores de flujo de vórtice 10, lo cual simplifica la estructura. Además, proporcionando los múltiples separadores de flujo de vórtice 10, el flujo de aire de enfriamiento puede suministrarse a los múltiples pasos de enfriamiento 205, y de ese modo mejorar el efecto de enfriamiento.

En la figura 8, sólo se muestran los separadores de flujo de vórtice 10 en una sección axial. Puede observarse que, en un caso en el que el núcleo de hierro 204 está dotado de múltiples pasos de enfriamiento 205 distribuidos tanto axial como circunferencialmente, múltiples filas de los separadores de flujo de vórtice 10 también pueden estar dispuestas en una dirección circunferencial del núcleo de hierro 204 (la figura 8 muestra una fila de los separadores de flujo de vórtice 10 dispuestos axialmente).

Cada una de las tuberías de bifurcación 401 puede estar dotada de dos separadores de flujo de vórtice 10, y las tuberías de bifurcación 401 suministran el flujo de aire a las tuberías de chorro 102 de los dos separadores de flujo de vórtice 10 al mismo tiempo, y los dos separadores de flujo de vórtice 10 suministran el flujo de aire de enfriamiento a dos pasos de enfriamiento 205 adyacentes. Tal como se muestra en la figura 9, el depósito de recogida de aire 40 está dotado de una fila de tuberías de bifurcación 401 distribuidas axialmente, y cada una de las tuberías de bifurcación 401 está en comunicación con dos separadores de flujo de vórtice 10 axialmente adyacentes, las tuberías de chorro 102 de los dos separadores de flujo de vórtice 10 están formadas de manera solidaria con la tubería de bifurcación 401, y, evidentemente, las tuberías de chorro 102 de los dos separadores de flujo de vórtice 10 y la tubería de bifurcación 401 también pueden formarse de manera independiente y después conectarse mediante conectores. De esta manera, el depósito de recogida de aire 40 puede estar dotado de múltiples filas de tuberías de bifurcación 401 distribuidas circunferencialmente, para formar puntos de suministro del flujo de aire frío en la dirección circunferencial y la dirección axial del núcleo de hierro 204. Evidentemente, una tubería de bifurcación 401 también puede suministrar el flujo de aire a los dos separadores de flujo de vórtice 10 circunferencialmente adyacentes. Además, una tubería de bifurcación 401 también puede suministrar flujo de aire comprimido a más de dos separadores de flujo de vórtice 10, lo cual no está limitado.

La sección de tubería de extremo frío 101c de la tubería de separador de flujo de vórtice 101 del separador de flujo de vórtice 10 puede insertarse en el paso de enfriamiento 205 del núcleo de hierro 204, por ejemplo, mediante un método de ajuste por contracción. La sección de tubería de extremo frío 101c se enfría y después se inserta en el paso de enfriamiento 205 para presionarse de manera ajustada por expansión, o el extremo frío 101d de la sección de tubería de extremo frío 101c puede soldarse al paso de enfriamiento 205, o se suelda un conector al paso de enfriamiento 205 o se conecta al paso de enfriamiento 205 mediante ajuste por contracción, y el extremo frío 101d de la tubería de separador de flujo de vórtice 101 se conecta a, y está en comunicación con, el conector, siempre que el flujo de aire frío en el extremo frío 101d pueda transportarse al interior del paso de enfriamiento 205, por ejemplo, el flujo de aire frío puede transportarse a un depósito de confluencia o una tubería principal de confluencia y después distribuirse al interior del paso de enfriamiento 205, y la manera específica no está limitada en esta solución.

El flujo de aire de enfriamiento pasa a través del paso de enfriamiento 205 para el intercambio de calor para formar el flujo de aire caliente. Tal como se muestra en la figura 9, el flujo de aire caliente, formado por el flujo de aire de enfriamiento que ha pasado a través del paso de enfriamiento 205, entra en primer lugar por el entrehierro anular a entre el núcleo de hierro 204 y el polo magnético 202, para realizar una función de secado. El flujo de aire caliente que fluye hacia fuera del entrehierro anular a puede conducirse fuera del generador a través de un orificio de tubería dentro del generador, por ejemplo, el flujo de aire puede entrar en un buje de la turbina eólica a través de un anillo colector neumático, y después llegar hasta un borde frontal delante de la pala y/o una posición de un cojinete de paso de la turbina eólica, y también puede entrar en un soporte de anemómetro y/o un cojinete de guiñada en una porción superior de la góndola, para funcionar para secar múltiples posiciones.

En la figura 8, el flujo de aire frío del separador de flujo de vórtice 10 se transporta radialmente hacia el paso de enfriamiento 205 del núcleo de hierro 204 desde el interior hasta el exterior, es decir, en la dirección radial del núcleo de hierro 204, el flujo de aire frío se transporta desde una porción de raíz del núcleo de hierro 204 en la que el núcleo de hierro 204 está fijado en la dirección radial hasta el paso de enfriamiento 205, y el flujo de aire frío sale del núcleo de hierro 204 y entra en el entrehierro anular a. Puede entenderse que el flujo de aire frío también puede transportarse radialmente desde el exterior hasta el interior, es decir, el flujo de aire frío se transporta desde el entrehierro anular a al interior del paso de enfriamiento 205 del núcleo de hierro 204, para alcanzar, a lo largo de la dirección radial, la porción de raíz del núcleo de hierro 204 en la que el núcleo de hierro 204 está fijado en la dirección radial y un lado del soporte de núcleo de hierro. En la figura 8, el flujo de aire frío se transporta desde el interior hasta el exterior, en este caso, los separadores de flujo de vórtice 10 pueden estar dispuestos en un orificio pasante central del núcleo de hierro 204, es decir, en el soporte de núcleo de hierro, lo cual facilita la disposición de la estructura.

Siguiendo haciendo referencia a la figura 8 junto con las figuras 15 y 16, la figura 15 es una vista esquemática que muestra que una tubería de pulverización anular 20 en la figura 8 pasa a través de los morros de arrollamiento 203a de una parte de los arrollamientos; y la figura 16 es una vista esquemática que muestra la tubería de pulverización anular 20, que también muestra la estructura de un paso de flujo de la tubería de pulverización anular 20.

Tal como puede observarse a partir de la figura 8, los arrollamientos 203 del núcleo de hierro 204 forman porciones de extremo en dos extremos en la dirección axial del núcleo de hierro 204, es decir, los morros de arrollamiento 203a mostrados en la figura. Múltiples morros de arrollamiento 203a están circunferencialmente distribuidos a lo largo de los extremos del núcleo de hierro 204. La figura 15 muestra una porción de una circunferencia del núcleo de hierro 204, en la que la tubería de pulverización anular 20 en la figura 16 pasa a través de los morros de arrollamiento 203a para formar un orificio de penetración.

La tubería de pulverización anular 20 está dotada de múltiples orificios de pulverización a lo largo de su dirección circunferencial, y el flujo de aire caliente emitido por el separador de flujo de vórtice 10 anterior puede transportarse a la tubería de pulverización anular 20, de tal manera que el flujo de aire caliente puede fluir hacia fuera desde los orificios de pulverización y se pulveriza hacia los morros de arrollamiento 203a para realizar la función de secado. La función de secado no sólo es para secar los morros de arrollamiento 203a, sino que, de manera más importante, se crea un entorno seco en los extremos de los arrollamientos 203. Tal como se muestra en la figura 8, después de colocar cada uno de los arrollamientos 203 en una ranura del núcleo de hierro 204, se inserta axialmente una cuña de ranura 206, para evitar que el arrollamiento 203 se separe radialmente de la ranura. Tras un procedimiento de impregnación para aislamiento, se proporciona el barniz aislante entre la cuña de ranura 206, la ranura y el arrollamiento 203, para crear un entorno seco en los extremos del arrollamiento 203, lo cual resulta beneficioso para proporcionar un entorno seco para el barniz aislante en los extremos del arrollamiento 203 y, por tanto, mejorar el rendimiento de aislamiento. Es decir, el flujo de aire caliente se usa para secar una unión de las porciones de raíz de los extremos del arrollamiento 203 y el núcleo de hierro 204.

Evidentemente, también resulta viable transportar el flujo de aire frío generado mediante el separador de flujo de vórtice 10 al interior de la tubería de pulverización anular 20, para enfriar los arrollamientos 203 en las porciones de extremo, lo cual resulta beneficioso para la disipación de calor de los arrollamientos 203 y el núcleo de hierro 204. Tal como se muestra en la figura 8, en la dirección axial, las secciones de tubería de extremo frío 101c de los separadores de flujo de vórtice 10 en dos extremos de la fila de los separadores de flujo de vórtice 10 están conectadas a la tubería de pulverización anular 20 a través de las tuberías de conexión 30.

Siguiendo haciendo referencia a la figura 16, se muestra una vista en sección transversal de la tubería de pulverización anular tomada en una dirección A-A en una porción inferior derecha en la figura 16. Puede observarse que un lado externo de la tubería de pulverización anular 20 es una superficie curvada sin orificios, es decir, no está previsto ningún orificio de pulverización, y los orificios de pulverización están ubicados en un lado interno y una porción central de la tubería de pulverización anular 20. Después de entrar en la tubería de pulverización anular 20, el flujo de aire frío o el flujo de aire caliente fluye en la tubería de pulverización anular 20 en una trayectoria en forma de arco, y se genera una fuerza centrífuga. Los orificios de pulverización están dispuestos en el lado interno y en la porción central de la tubería de pulverización anular 20, para evitar que el flujo de aire salga directamente con rapidez a partir del lado externo bajo una acción de la fuerza centrífuga, lo cual resulta beneficioso para pulverizar de manera uniforme el flujo de aire en la dirección circunferencial.

Además, una tubería de división de flujo de aire 20a puede estar dispuesta dentro de la tubería de pulverización anular 20, y, después de entrar en la tubería de división de flujo de aire 20a, el flujo de aire frío o el flujo de aire caliente se pulverizan desde dos extremos de la tubería de división de flujo de aire 20a. Tal como se muestra en la figura 16, la tubería de pulverización anular 20 tiene específicamente forma circular, y la tubería de división de flujo de aire 20a es una sección en forma de arco que coincide con una cavidad interna de la tubería de pulverización anular 20. De esta manera, después de entrar en la tubería de división de flujo de aire 20a, el flujo de aire frío o flujo de aire caliente se pulveriza desde los dos extremos de la tubería de división de flujo de aire 20a, lo cual resulta beneficioso para pulverizar de manera uniforme el flujo de aire frío o el flujo de aire caliente que está pulverizándose desde la tubería de pulverización anular 20. Preferiblemente, pueden proporcionarse dos o más tuberías de división de flujo de aire 20a. En la figura 16, dos tuberías de división de flujo de aire 20a están distribuidas de manera simétrica a lo largo de una línea central de la tubería de pulverización anular 20, lo cual también resulta beneficioso para pulverizar de manera uniforme el flujo de aire.

El flujo de aire caliente separado mediante el separador de flujo de vórtice 10 puede converger en un depósito de confluencia de flujo de aire caliente 50. Además de transportarse a la tubería de pulverización anular 20, el flujo de aire caliente también puede usarse para secar dos lados de otros entrehierros (tal como el recubrimiento protector del polo magnético permanente en el lado de rotor y el barniz aislante en una superficie de estator) dentro del generador cuando se detiene la turbina eólica. En un caso en el que el secado se realiza cuando se detiene la turbina eólica, la carga térmica del generador no aumentará debido al flujo de aire caliente.

Además, de manera similar al flujo de aire caliente formado mediante el intercambio de calor en el paso de enfriamiento 205 del núcleo de hierro 204, el flujo de aire caliente en el depósito de confluencia de flujo de aire caliente 50 también puede usarse para secar o calentar dispositivos y equipos distintos del generador, para prevenir la congelación. Es decir, el flujo de aire caliente separado mediante el separador de flujo de vórtice 10 también puede conducirse hacia fuera del generador a través del orificio de tubería dentro del generador. Por ejemplo, el flujo de aire caliente puede entrar en el buje de la turbina eólica a través del anillo colector neumático, y después llegar hasta el borde frontal dentro de la pala (específicamente, un paso radial de la pala cerca del borde frontal de la pala) y/o la posición del cojinete de paso de la turbina eólica, o entrar en una porción periférica de pernos de conexión y las tuercas de sujeción en la porción de raíz de la pala, para realizar el secado. El flujo de aire caliente también puede entrar en el soporte de anemómetro en la porción superior de la góndola, para calentar un mecanismo de desviación de la misma, para prevenir la congelación, escarchado y/o entrar en el cojinete de guiñada para realizar calentamiento, para evitar que se congele la grasa del cojinete de guiñada. Es decir, se garantizan funciones de componentes en múltiples posiciones, de modo que los componentes pueden seguir adaptándose al entorno natural y, en un caso en el que la temperatura o humedad del entorno natural cambia en gran medida, los componentes todavía pueden realizar sus funciones originales.

El separador de flujo de vórtice 10 sirve como parte de la estructura del núcleo de hierro, y se usa como fuente fría del propio núcleo de hierro 204, además, el separador de flujo de vórtice 10 también puede usarse para otras partes de la turbina eólica. Tal como se muestra en la figura 17, la figura 17 es una vista esquemática que muestra que el separador de flujo de vórtice 10 está dispuesto dentro de una góndola 100.

En la figura 17, un intercambiador de calor de tipo de superficie 300 está dispuesto dentro de la góndola 100 de una turbina eólica. Flujo de aire que tiene una temperatura relativamente alta, que ha adsorbido calor a partir del intercambio de calor con una superficie de una fuente de calor, fluye hacia fuera desde un generador 200 y es flujo de aire de circulación interna de un sistema de intercambio de calor. Bajo un efecto de succión de un ventilador de tiro inducido 500 (accionado por un motor de accionamiento 600), el flujo de aire de circulación interna entra en el intercambiador de calor de tipo de superficie 300; tras intercambiar calor (que es un procedimiento exotérmico) con flujo de aire de circulación externa que tiene una temperatura relativamente baja, el flujo de aire de circulación interna se enfría para convertirse en un flujo de aire de enfriamiento que tiene una temperatura relativamente baja, y el flujo de aire de enfriamiento anterior puede aspirarse de nuevo para entrar en el generador 200 para participar en el intercambio de enfriamiento y calentamiento de la fuente de calor.

En esta realización, el separador de flujo de vórtice 10 está dispuesto además dentro de la góndola 100. De manera similar a la realización anterior, el flujo de aire comprimido puede transportarse desde el compresor de aire 70 hasta el separador de flujo de vórtice 10, y el filtro de aire 60 está previsto aguas arriba del compresor de aire 70 para la filtración. Puede generarse flujo de aire frío y flujo de aire caliente mediante el separador de flujo de vórtice 10, y el flujo de aire frío y el flujo de aire caliente pueden transportarse al generador 200, específicamente a través de una tubería larga de flujo de aire 10a.

Cuando entra el flujo de aire frío, el flujo de aire frío puede entrar a través de la placa de orificios de flujo de aire de enfriamiento al igual que la tecnología de los antecedentes, o, tal como se muestra en la figura 17, puede proporcionarse una tubería de transporte de sección transversal variable 700. Y un área de flujo en sección transversal de la tubería de transporte de sección transversal variable 700 aumenta gradualmente, o disminuye gradualmente, o primero disminuye gradualmente y luego aumenta gradualmente para formar un paso de flujo convergente-divergente en una dirección de transporte. La figura 18 es una vista esquemática que muestra una tubería de transporte de sección transversal variable 700 que tiene un área de flujo en sección transversal convergente.

Con la disposición del área de flujo en sección transversal gradualmente reducida, se obtiene un flujo de aire de alta velocidad después de que el flujo de aire fluya desde un extremo de entrada 701 y hacia fuera desde un extremo de salida 702 de la tubería de transporte de sección transversal variable 700, y se reduce la energía térmica contenida en el flujo de aire, lo cual es un procedimiento de enfriamiento del flujo de aire, es decir, el flujo de aire transportado hacia fuera de la tubería de transporte de sección transversal variable 700 se enfría adicionalmente, de modo que el flujo de aire de enfriamiento que tiene una temperatura inferior puede transportarse al núcleo de hierro 204 y, por tanto, mejorar el efecto de intercambio de calor.

La disposición del área de flujo en sección transversal gradualmente aumentada es más adecuada para situaciones en las que la estructura dentro de una cubierta del generador 200 es relativamente complicada. Por ejemplo, en un caso en el que el extremo de salida 702 de la tubería de transporte de sección transversal variable 700 puede estar bloqueado por otros elementos, y es difícil estar orientado exactamente hacia el núcleo de hierro 204, la tubería de transporte de sección transversal variable 700 puede estar dispuesta de tal manera que el área de flujo en sección transversal se aumenta gradualmente, para permitir que un medio de intercambio de calor que fluye hacia fuera de la tubería de transporte de sección transversal variable 700 tenga una presión relativamente alta, de modo que el medio de intercambio de calor puede proporcionar una fuerza impulsora para superar la resistencia local de cada parte del paso de flujo de entrada anterior, para superar obstáculos y alcanzar el núcleo de hierro 204, y todavía tiene una velocidad de flujo relativamente alta para realizar intercambio de calor, y puede soportarse una tasa de transferencia de calor por la velocidad de flujo relativamente alta.

En un caso en el que la velocidad del flujo de aire que entra en la tubería de transporte de sección transversal variable 700 es una velocidad subsónica, y M<a><1 (M<a>es el número de Mach), y se requiere que el flujo de aire se enfríe y se acelere al mismo tiempo con la ayuda de la tubería de transporte de sección transversal variable 700 (con el fin de obtener directamente una condición de intercambio de calor en la que se aumenta inmediatamente la tasa

de intercambio de calor), según la fórmula , (donde, f es el área de flujo en sección transversal del paso de flujo; M es el número de Mach; c es una velocidad de flujo promedio en una dirección normal del área de flujo en sección transversal del paso de flujo), es decir, dc> 0, un lado derecho de la ecuación es negativo, por tanto, debe garantizarse df<0 para cumplir el requisito de la ecuación. Se indica que el área de flujo en sección transversal de la tubería de transporte de sección transversal variable 700 debe reducirse gradualmente en una dirección de flujo del flujo de aire. Cuando el área de flujo en sección transversal de la tubería de transporte de sección transversal variable 700 se reduce para permitir que la velocidad del flujo de aire alcance la velocidad del sonido local, con el fin de obtener un flujo de aire supersónico, se requiere que el paso de flujo aumente gradualmente, es decir, se emplea el paso de flujo convergente-divergente.

Debe observarse que, en las realizaciones anteriores, el separador de flujo de vórtice 10 se usa para transportar el flujo de aire de enfriamiento al núcleo de hierro 204. De hecho, el flujo de aire frío o el flujo de aire caliente separados mediante el separador de flujo de vórtice 10 también pueden transportarse a otras partes de la turbina eólica, tales como un cojinete de motor, un cojinete de guiñada, un cojinete de paso y otros sistemas de árboles, o una pala, o similares. Además, es aplicable no sólo al propio generador 200, sino también a otros equipos eléctricos en la turbina eólica que se requiere enfriar, tales como un armario de convertidor, un armario de servocontrol de paso y un servomotor de paso, y similares. Debe observarse que el separador de flujo de vórtice 10 puede proporcionar flujo de aire frío y flujo de aire caliente para el núcleo de hierro 204 del generador. El flujo de aire caliente puede usarse para secado y aislamiento. Puede entenderse que el flujo de aire caliente también puede proporcionarse para otros dispositivos electromagnéticos, tales como un electroimán, un transformador, un reactor eléctrico, un motor, y similares.

Anteriormente sólo se han descrito realizaciones preferidas de la presente solicitud. Debe observarse que, para los expertos en la técnica, pueden realizarse unas pocas modificaciones y mejoras en la presente solicitud sin alejarse del principio de la presente solicitud, y también se considera que estas modificaciones y mejoras se encuentran dentro del alcance de la presente solicitud definida por las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

i.Un núcleo de hierro de estator para una máquina eléctrica que comprende un dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio, estando el núcleo de hierro de estator (204) dotado de un paso de enfriamiento (205) que discurre radialmente a través del núcleo de hierro de estator (204), en el que el dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio comprende una pluralidad de separadores de flujo de vórtice (10) configurados para generar un medio de intercambio de calor en el núcleo de hierro de estator (204); y en el que cada uno de los separadores de flujo de vórtice (10) comprende una tubería de chorro (102) y una tubería de separación de flujo de vórtice (101), en el que la tubería de separación de flujo de vórtice (101) comprende una cámara de flujo de vórtice (101a), y una sección de tubería de extremo frío (101c) y una sección de tubería de extremo caliente (101b) ubicadas en dos extremos de la cámara de flujo de vórtice (101a), respectivamente; la tubería de chorro (102) está en comunicación con la cámara de flujo de vórtice (101a), y se deja que fluya un flujo de aire comprimido a través de la tubería de chorro (102) para formar un flujo de aire en espiral, y se deja que fluya el flujo de aire en espiral al interior de la cámara de flujo de vórtice (101a) en una dirección tangencial de la cámara de flujo de vórtice (101a);

un área en sección transversal de la sección de tubería de extremo frío (101c) es menor que un área en sección transversal de la cámara de flujo de vórtice (101a), y un área en sección transversal de la sección de tubería de extremo caliente (101b) es igual a o mayor que el área en sección transversal de la cámara de flujo de vórtice (101a); y

una válvula que tiene un orificio de válvula está dispuesta dentro de la sección de tubería de extremo caliente (101b), la válvula tiene una superficie en forma de cono orientada hacia la sección de tubería de extremo frío (101c), y después de introducirse el flujo de aire en espiral en la tubería de separación de flujo de vórtice (101), se deja que un flujo de aire externo del flujo de aire en espiral fluya hacia el orificio de válvula, se caliente gradualmente para convertirse en un flujo de aire caliente, y después fluya hacia fuera a través del orificio de válvula; se deja que un flujo de aire central del flujo de aire en espiral pase por la superficie en forma de cono de la válvula y fluya de vuelta, se enfríe para convertirse en un flujo de aire frío, y después fluya hacia fuera desde la sección de tubería de extremo frío (101c); el flujo de aire frío y/o el flujo de aire caliente son medios de intercambio de calor generados en el núcleo de hierro de estator (204), y el flujo de aire frío generado por la pluralidad de separadores de flujo de vórtice (10) se transporta al interior del paso de enfriamiento (205) como flujo de aire de enfriamiento; y

el dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio comprende además un depósito de recogida de aire (40) en el que se hace converger el flujo de aire comprimido, el depósito de recogida de aire (40) está dotado de una pluralidad de tuberías de bifurcación (401), cada una de las tuberías de bifurcación (401) está dotada de al menos dos de la pluralidad de los separadores de flujo de vórtice (10), y cada tubería de bifurcación (401) está configurada para suministrar el flujo de aire comprimido a las tuberías de chorro (102) de los dos separadores de flujo de vórtice (10) correspondientes.
2. El núcleo de hierro de estator según la reivindicación 1, en el que un extremo de la cámara de flujo de vórtice (101a) está dotado de un orificio pasante, y un cuerpo de tubería de la sección de tubería de extremo frío (101c) está en comunicación con el orificio pasante; la cámara de flujo de vórtice (101a) y la sección de tubería de extremo caliente (101b) están formadas de manera solidaria y tienen diámetros iguales.
3. El núcleo de hierro de estator según la reivindicación 1, en el que la válvula comprende un elemento de restricción en forma de cono (103), un extremo en forma de cono del elemento de restricción (103) está dispuesto para estar orientado hacia la sección de tubería de extremo frío (101c), el elemento de restricción (103) está ubicado en una porción central de la sección de tubería de extremo caliente (101b), y un hueco anular formado entre el elemento de restricción (103) y una pared interna de la sección de tubería de extremo caliente (101b) se implementa como orificio de válvula.
4. El núcleo de hierro de estator según la reivindicación 3, en el que un eje de la sección de tubería de extremo frío (101c) coincide con un eje del elemento de restricción (103).
5. El núcleo de hierro de estator según la reivindicación 3, en el que el orificio de válvula es de tamaño ajustable.
6. El núcleo de hierro de estator según la reivindicación 1, en el que la válvula está dispuesta en un extremo de la sección de tubería de extremo caliente (101b).
7. El núcleo de hierro de estator según la reivindicación 1, en el que el dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio comprende un compresor de aire (70), el compresor de aire (70) está configurado para suministrar flujo de aire comprimido al depósito de recogida de aire (40), y un filtro de aire (60) está dispuesto aguas arriba del compresor de aire (70).
8. El núcleo de hierro de estator según la reivindicación 1, en el que la sección de tubería de extremo frío (101c) de cada uno de los separadores de flujo de vórtice (10) está insertada en el paso de enfriamiento (205) para permitir que la sección de tubería de extremo frío (101c) esté en comunicación con el paso de enfriamiento (205); o

el dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio comprende un conector dispuesto en una entrada del paso de enfriamiento (205), y la sección de tubería de extremo frío (101c) de cada uno de los separadores de flujo de vórtice (10) está en comunicación con el conector.

El núcleo de hierro de estator según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio comprende además un depósito de confluencia de flujo de aire caliente (50), y el flujo de aire caliente que fluye hacia fuera de cada uno de los separadores de flujo de vórtice (10) se hace converger en el depósito de confluencia de flujo de aire caliente (50).

El núcleo de hierro de estator según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, estando albergados arrollamientos (203) en ranuras del núcleo de hierro de estator (204), en el que el dispositivo de transporte e intercambio de calor de medio comprende además una tubería de pulverización anular (20), la tubería de pulverización anular (20) está insertada en un orificio de penetración formado por morros de arrollamiento (203a) de los arrollamientos (203), la tubería de pulverización anular (20) está dotada de una pluralidad de orificios de pulverización a lo largo de su dirección circunferencial, y el flujo de aire frío o el flujo de aire caliente se introducen en la tubería de pulverización anular (20).

El núcleo de hierro de estator según la reivindicación 10, en el que se deja que el flujo de aire frío o el flujo de aire caliente emitidos a partir de cada uno de los separadores de flujo de vórtice (10) se transporten hasta la tubería de pulverización anular (20).

El núcleo de hierro de estator según la reivindicación 10, en el que al menos una tubería de división de flujo de aire (20a) está dispuesta dentro de la tubería de pulverización anular (20), se deja que el flujo de aire frío o el flujo de aire caliente entren en primer lugar en la tubería de división de flujo de aire (20a), y la tubería de división de flujo de aire (20a) está configurada para pulverizar el flujo de aire frío o el flujo de aire caliente desde dos extremos de la tubería de división de flujo de aire (20a), para guiar el flujo de aire caliente o el flujo de aire frío para que fluya en la dirección circunferencial de la tubería de pulverización anular (20).