机械弹性储能箱蜗簧衬片连接强度分析段巍，方涛，汤敬秋，王璋奇（华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定071003）摘要：蜗卷弹簧是机械弹性储能的关键零部件，其端部与芯轴和储能箱体内壁连接的强度直接影响蜗卷弹簧工作的可靠性。针对蜗卷弹簧外端与箱体内壁采用衬片固定的连接方式，采用阿基米德螺旋线建立了蜗簧和衬片的数学模型，推导了作用在衬片上的初始弯矩，针对不同长度的衬片建立了衬片连接有限元模型，对比了蜗簧和衬片有限元单元的应力大小及分布统计，得到了不同长度衬片对蜗卷弹簧的影响，确定了合适的衬片连接长度。研究成果可为蜗卷弹簧的安全运行提供有力依据。关键词：弹性储能；蜗卷弹簧；储能箱；衬片连接；有限元；应力分析1引言随着太阳能、风能等间歇性能源的开发和利用，储能技术的研究和发展变得日益重要。机械弹性储能以平面蜗卷弹簧为关键零部件，利用蜗卷弹簧受载时产生弹性变形，将机械能转化为弹性势能，卸载后将弹性势能转化为机械能的原理进行储能和释能，该储能方式具有储能大容量、高效率、低成本和无污染等优点[1-5]。图1为机械弹性储能系统示意图[6]，该系统以蜗卷弹簧储能箱为中心分为发电侧与储能侧。电采暖储能箱的类型费用？福建空气储能箱厂家
相变储能单元3安装在密封箱1空腔2内，其各个面均与空腔2内壁不接触，相变储能单元3包括外面的铝质热传导骨架4和里面的相变储能材料5，相变储能材料5为结晶水和盐类无机储能材料。其中，相变储能单元3上还设有两个与密封箱1外界连通的换液管6，换液管6穿过密封箱1和热传导骨架4与相变储能材料5连通；换液管6位于储能侧板31的底部；密封箱1上设有两个输液管7，输液管7位于密封箱1两对立侧面上，一根输液管71位于密封箱1侧面上部，一根输液管72位于密封箱1侧面下部。将相变储能单元设计为相互垂直放置的储能板，侧板和竖板一体设置，竖板之间设置间隙，极大限度地增大了储能单元的接触表面积，使得相变储能单元能够与传热液体充分接触，相变储能单元采用铝质外壳，增加热传导和储能效率；相变储能单元上设置换液管，可以定期对相变进行更换，提高储能箱的储能性能和使用周期，在密封箱上两相对的侧面上一上一下地设置输液管，一边进液一边出液，在液体流动的过程中，环绕着中间的相变储能单元流过，增加了传热液体与相变储能单元的充分接触时间，提高了换热强度。实施例2：如图4所示，在实施例1的基础上进行改进。北京空气储能箱厂家MW级储能箱厂家费用？
内端固定在芯轴上；在蜗簧箱内壁蜗簧互相接触，形状符合阿基米德螺旋线的特征，记为AS；芯轴和压紧的弹簧之间表现为自然状态，形状相似于对数螺旋线特征，记为LS，如图2所示。图1械弹性储能系统MechanicalElasticEnergyStorageSystem图2初始状态蜗簧模型SpiralSpringModelofInitialState阿基米德螺线是一个点匀速远离固定点的同时以固定的角速度绕该固定点转动形成的轨迹，如图3所示。其极坐标方程表示：式中：a—其初始极径；b—控制径向距离的参数。图3阿基米德螺旋线ArchimedesSpiral对数螺旋线也叫等角螺旋线，线上任意一点的极径与该点切线方向的夹角α为定值，且α≠90°，如图4所示。其极坐标方程表示为：式中：ρ（θ）—在任意角度θ螺旋线的极径；ρ0—θ为0时的极径；θ—沿螺旋线所经过的角度；k—线上任一点处的极径与该点处的切线的夹角的余切，即k=cot（α）在图2中，设AS的蜗簧长度为L1。LS的长度为L2，则蜗簧的全长L=L1+L2。初始状态的蜗簧形状的表达函数为：图4对数螺旋线LogarithmicSpiral3衬片模型衬片与蜗簧通过螺钉连接于箱体内壁，衬片安装后与蜗簧相贴合并随着蜗簧的曲率变化而变化，由于在蜗簧与箱体连接部分蜗簧形状符合阿基米德螺旋线。
衬片的凸耳上施加圆柱支撑约束，蜗簧上施加驱动弯矩Mq，不同长度的衬片所受初始弯矩Me根据式（9）计算得到，如表2所示。其方向与驱动弯矩Mq相反。衬片长度为150mm连接的边界条件，如图9所示。图9边界条件BoundaryConditions应力分析蜗簧应力分析不同长度衬片连接下蜗簧的等效应力，为了让结果有更好的对比显示，保持**大值与**小值不变，如图10所示。当l等于100mm、125mm、150mm、175mm、200mm、225mm时所对应的**大等效应力分别为、、、、、，尽管不同长度下的**大等效应力值有差异，但出现的位置均在衬片的中间的螺钉孔处。图10不同长度衬片连接下蜗簧等效应力SpringEquivalentStressinDifferentGasketLength图11不同长度衬片连接下蜗簧平均应力SpringAverageStressinDifferentGasketLength从应力云图上看，蜗簧应力值整体上从左到右在减小，但是在离固定端长度为l（即衬片长度）位置周围有部分增大现象，并且这种现象随着l的增加会愈加不明显。随着衬片长度增加，蜗簧中的较小应力单元区域增大，表明蜗簧受到的平均应力值在减小。图11为不同衬板长度l下蜗簧单元受到的平均应力值，该值随着长度l增加而减小，且降低速度减缓。充电桩储能箱生产厂家。
下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图**是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型储能箱的实施例1整体结构示意图；图2为本实用新型储能箱俯视******结构示意图；图3为本实用新型储能箱实施例1的后视结构示意图；图4为本实用新型储能箱实施例3的后视结构示意图；其中，1、密封箱；2、空腔；3、相变储能单元；31、储能侧板；32、储能竖板；33、空隙；34、支撑柱；4、铝质热传导骨架；5、相变储能材料；6、换液管；7、输液管；8、保温隔热层；9、万向轮；10、刹车装置。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。实施例1：如图1至图3所示，一种相变储能箱，包括箱体和箱盖通过密封圈密封形成的密封箱1，密封箱1内为一空腔2，空腔2内设置有相变储能单元3，相变储能单元3包括储能侧板31和储能竖板32，储能竖板32与储能侧板31垂直，多个储能竖板32之间具有间隙33，储能侧板31和储能竖板32为连续的一个整体。充电桩储能箱材质费用？天津变速储能箱价格
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储能侧板31的两端以及储能竖板32的自由端底部分别设有支撑柱34，相变储能单元3通过支撑柱34安装在密封箱1空腔2内。使得相变储能单元底部与密封箱底部不完全接触，流出空隙供传热液体流动。实施例3：如图4所示，在实施例1或实施例2的基础上进一步进行改进，在密封箱1外面设质一层保温隔热层8，在密封箱1外面底部设有万向轮9，并且在万向轮9上设有刹车装置10。在密封箱外面设置一层保温隔热层，减少了密封箱与外界的热交换，较少能量散失，另外，整个箱体底部设有万向轮及刹车装置，方便储能箱在使用过程中的移动和定点静止停放。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。福建空气储能箱厂家
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