機(jī)械彈性儲能箱蝸簧襯片連接強(qiáng)度分析段巍，方濤，湯敬秋，王璋奇（華北電力大學(xué)能源動力與機(jī)械工程學(xué)院，河北保定071003）摘要：蝸卷彈簧是機(jī)械彈性儲能的關(guān)鍵零部件，其端部與芯軸和儲能箱體內(nèi)壁連接的強(qiáng)度直接影響蝸卷彈簧工作的可靠性。針對蝸卷彈簧外端與箱體內(nèi)壁采用襯片固定的連接方式，采用阿基米德螺旋線建立了蝸簧和襯片的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了作用在襯片上的初始彎矩，針對不同長度的襯片建立了襯片連接有限元模型，對比了蝸簧和襯片有限元單元的應(yīng)力大小及分布統(tǒng)計，得到了不同長度襯片對蝸卷彈簧的影響，確定了合適的襯片連接長度。研究成果可為蝸卷彈簧的安全運(yùn)行提供有力依據(jù)。關(guān)鍵詞：彈性儲能；蝸卷彈簧；儲能箱；襯片連接；有限元；應(yīng)力分析1引言隨著太陽能、風(fēng)能等間歇性能源的開發(fā)和利用，儲能技術(shù)的研究和發(fā)展變得日益重要。機(jī)械彈性儲能以平面蝸卷彈簧為關(guān)鍵零部件，利用蝸卷彈簧受載時產(chǎn)生彈性變形，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為彈性勢能，卸載后將彈性勢能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的原理進(jìn)行儲能和釋能，該儲能方式具有儲能大容量、高效率、低成本和無污染等優(yōu)點(diǎn)[1-5]。圖1為機(jī)械彈性儲能系統(tǒng)示意圖[6]，該系統(tǒng)以蝸卷彈簧儲能箱為中心分為發(fā)電側(cè)與儲能側(cè)。MW級儲能箱生產(chǎn)廠家費(fèi)用？福建便攜儲能箱價格

    因此襯片形狀也符合阿基米德螺旋線。圖5襯片數(shù)學(xué)模型GasketMathematicModel長度為l的襯片在蝸簧作用下，如圖5所示。由r0到r1轉(zhuǎn)過的角度記為θa，在垂直方向下彎曲的距離記為w，可以近似的看為：襯片在蝸簧作用下的變形可以視為一懸臂梁受到彎矩Me下的彎曲變形，令垂直方向下彎曲的長度w與彎曲變形撓度wB相等，即可以看出，Me與襯片的長度l有關(guān)，不同長度下的襯片連接，蝸簧受到的初始彎矩是不同的。4襯片連接有限元分析在圖1彈性儲能系統(tǒng)方案中，選用10kW實(shí)驗(yàn)用雙饋電機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，**大轉(zhuǎn)矩為·m，減速器傳動比為3，則作用在蝸簧芯軸上的**大轉(zhuǎn)矩Mq為·m。襯片使用彈簧鋼，選用65#碳素鋼，其截面是寬度t為120mm、高度h為3mm的矩形；蝸簧材料選用玻璃纖維[11-12]，具有更低的材料密度和更高的儲能密度。襯片材料和蝸卷彈簧材料機(jī)械性能，如表1所示。蝸簧箱內(nèi)壁半徑R設(shè)計為480mm。阿基米德螺旋蝸的圈數(shù)n取10圈，則式1中描述蝸簧形狀的極坐標(biāo)參數(shù)中b=3/2πmm/rad，a=R-2nπb=480-30=450mm。表1彈簧鋼、玻璃纖維機(jī)械性能參數(shù)MechanicalPropertiesofSpringSteelandGlassFiber性能材料彈性模量E（Gpa）材料的密度ρ（kg/m3）抗拉強(qiáng)度極限σB。福建便攜儲能箱價格MW級儲能箱的類型費(fèi)用？

    4、鋁質(zhì)熱傳導(dǎo)骨架；5、相變儲能材料；6、換液管；7、輸液管；8、保溫隔熱層；9、萬向輪；10、剎車裝置。具體實(shí)施方式以下通過特定的具體實(shí)例說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。實(shí)施例1：如圖1至圖3所示，一種相變儲能箱，包括箱體和箱蓋通過密封圈密封形成的密封箱1，密封箱1內(nèi)為一空腔2，空腔2內(nèi)設(shè)置有相變儲能單元3，相變儲能單元3包括儲能側(cè)板31和儲能豎板32，儲能豎板32與儲能側(cè)板31垂直，多個儲能豎板32之間具有間隙33，儲能側(cè)板31和儲能豎板32為連續(xù)的一個整體，相變儲能單元3安裝在密封箱1空腔2內(nèi)，其各個面均與空腔2內(nèi)壁不接觸，相變儲能單元3包括外面的鋁質(zhì)熱傳導(dǎo)骨架4和里面的相變儲能材料5，相變儲能材料5為結(jié)晶水和鹽類無機(jī)儲能材料。其中，相變儲能單元3上還設(shè)有兩個與密封箱1外界連通的換液管6，換液管6穿過密封箱1和熱傳導(dǎo)骨架4與相變儲能材料5連通；換液管6位于儲能側(cè)板31的底部；密封箱1上設(shè)有兩個輸液管7，輸液管7位于密封箱1兩對立側(cè)面上，一根輸液管71位于密封箱1側(cè)面上部，一根輸液管72位于密封箱1側(cè)面下部。將相變儲能單元設(shè)計為相互垂直放置的儲能板，側(cè)板和豎板一體設(shè)置。

    圖4為本實(shí)用新型儲能箱實(shí)施例3的后視結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1、密封箱；2、空腔；3、相變儲能單元；31、儲能側(cè)板；32、儲能豎板；33、空隙；34、支撐柱；4、鋁質(zhì)熱傳導(dǎo)骨架；5、相變儲能材料；6、換液管；7、輸液管；8、保溫隔熱層；9、萬向輪；10、剎車裝置。具體實(shí)施方式以下通過特定的具體實(shí)例說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭相變儲能單元3上還設(shè)有兩個與密封箱1外界連通的換液管6，換液管6穿過密封箱1和熱傳導(dǎo)骨架4與相變儲能材料5連通；換液管6位于儲能側(cè)板31的底部；密封箱1上設(shè)有兩個輸液管7，輸液管7位于密封箱1兩對立側(cè)面上，一根輸液管71位于密封箱1側(cè)面上部，一根輸液管72位于密封箱1側(cè)面下部。將相變儲能單元設(shè)計為相互垂直放置的儲能板，側(cè)板和豎板一體設(shè)置，豎板之間設(shè)置間隙，極大限度地增大了儲能單元的接觸表面積，使得相變儲能單元能夠與傳熱液體充分接觸，相變儲能單元采用鋁質(zhì)外殼，增加熱傳導(dǎo)和儲能效率；相變儲能單元上設(shè)置換液管。光伏儲能箱制造廠家費(fèi)用？

    兩側(cè)都通過變頻器連接外部電網(wǎng)；在儲能測，變頻器連接電動機(jī)，通過聯(lián)軸器連接扭力傳感器與蝸簧箱，完成蝸簧儲能；在發(fā)電側(cè)，蝸簧通過聯(lián)軸器帶動接扭力傳感器與發(fā)電機(jī)，再接上變頻器，完成發(fā)電并網(wǎng)。大型蝸卷彈簧儲能箱由多個單體蝸簧箱通過芯軸并聯(lián)而成，單體蝸簧箱中平面蝸卷彈簧是**部件，其內(nèi)端與芯軸連接，外端與蝸簧箱內(nèi)壁連接。蝸卷彈簧與箱內(nèi)壁連接方式通常有鉸式固定、銷式固定、V型固定、襯片固定[7]，其中襯片固定是通過螺釘將襯片、蝸簧和箱體內(nèi)壁進(jìn)行靜連接。該連接方式可減少蝸簧圈間壓力，增大蝸簧受載面積，減少應(yīng)力集中。在彈性儲能前期研究中，文獻(xiàn)[6]針對蝸卷彈簧提出了基于螺線的形態(tài)迭代法，詳細(xì)描述了蝸簧儲能中的各個狀態(tài)；文獻(xiàn)[8]分析了蝸卷彈簧箱體中不同厚度蝸簧在運(yùn)行過程中曲率，彎矩等相關(guān)參數(shù)的變化；文獻(xiàn)[9]針對平面蝸卷彈簧進(jìn)行了有限元應(yīng)力分析及動力學(xué)分析，研究了蝸簧受到的扭矩與其轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系；文獻(xiàn)[10]討論了提高蝸卷彈簧儲能密度的方法。這些研究成果均沒有對蝸卷彈簧端部的連接問題進(jìn)行研究，而連接處的強(qiáng)度將直接影響蝸簧工作的可靠性，若采用襯片固定，不同長度襯片的選取也將直接影響襯片的連接性能。汽車儲能箱價格費(fèi)用？福建便攜儲能箱價格

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    Gomis-Bellmuntreviewofenergystoragetechnologiesforwindpowerapplications［J］.RenewableandSustainableEnergyReviews，2012，16（4）：2154-2171.［3］朱熀秋，湯延祺.飛輪儲能關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展趨勢［J］.機(jī)械設(shè)計與制造，2017（1）：265-268.（ZhuYe-qiu，Tangtechnologiesandapplicationtrendsinflywheelenergystoragesystem［J］.MachineryDesignamp;Manufactur，2017（1）：265-268.）［4］RossiF，CastellaniB，Nicoliniandchallengesofmechanicalspringsystemsforenergystorageapplications［J］.EnergyProcedia，2015（82）：805-810.［5］段巍，馮恒昌，王璋奇.彈性儲能裝置中平面渦卷彈簧的有限元分析［J］.中國工程機(jī)械學(xué)報，2011（4）：493-498.（DuanWei，F(xiàn)engHeng-chang，Wangelementanalysisonflatspiralspringinelasticenergystoragedevice［J］.ChineseJournalofConstructionMachinery，2011（4）：493-498.）［6］湯敬秋.機(jī)械彈性儲能用大型蝸卷彈簧力學(xué)特性研究［D］.北京：華北電力大學(xué)（北京），2016：15-36.。福建便攜儲能箱價格