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(jì),，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(shí)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)。變速儲能箱的作用費(fèi)用,？安徽太陽儲能箱生產(chǎn)廠家

    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(jì)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,。MW級儲能箱的類型變速儲能箱制造廠家費(fèi)用？

    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，可以定期對相變進(jìn)行更換,，提高儲能箱的儲能性能和使用周期,，在密封箱上兩相對的側(cè)面上一上一下地設(shè)置輸液管，一邊進(jìn)液一邊出液,，在液體流動的過程中,，環(huán)繞著中間的相變儲能單元流過，增加了傳熱液體與相變儲能單元的充分接觸時(shí)間,，提高了換熱強(qiáng)度,。實(shí)施例2：如圖4所示，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),，儲能側(cè)板31的兩端以及儲能豎板32的自由端底部分別設(shè)有支撐柱34,，相變儲能單元3通過支撐柱34安裝在密封箱1空腔2內(nèi)。使得相變儲能單元底部與密封箱底部不完全接觸,，流出空隙供傳熱液體流動,。實(shí)施例3：如圖4所示,，在實(shí)施例1或?qū)嵤├?的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)，在密封箱1外面設(shè)質(zhì)一層保溫隔熱層8,，在密封箱1外面底部設(shè)有萬向輪9,，并且在萬向輪9上設(shè)有剎車裝置10。在密封箱外面設(shè)置一層保溫隔熱層,，減少了密封箱與外界的熱交換,，較少能量散失，另外,，整個箱體底部設(shè)有萬向輪及剎車裝置,，方便儲能箱在使用過程中的移動和定點(diǎn)靜止停放。

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    2蝸卷彈簧曲線描述蝸卷彈簧在儲能前的狀態(tài),，即初始狀態(tài),，其外端固定于蝸簧箱內(nèi)壁上，內(nèi)端固定在芯軸上,；在蝸簧箱內(nèi)壁蝸簧互相接觸,，形狀符合阿基米德螺旋線的特征，記為AS,；芯軸和壓緊的彈簧之間表現(xiàn)為自然狀態(tài),，形狀相似于對數(shù)螺旋線特征，記為LS,，如圖2所示,。圖1械彈性儲能系統(tǒng)MechanicalElasticEnergyStorageSystem圖2初始狀態(tài)蝸簧模型SpiralSpringModelofInitialState阿基米德螺線是一個點(diǎn)勻速遠(yuǎn)離固定點(diǎn)的同時(shí)以固定的角速度繞該固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動形成的軌跡，如圖3所示,。其極坐標(biāo)方程表示：式中：a—其初始極徑；b—控制徑向距離的參數(shù),。圖3阿基米德螺旋線ArchimedesSpiral對數(shù)螺旋線也叫等角螺旋線,，線上任意一點(diǎn)的極徑與該點(diǎn)切線方向的夾角α為定值，且α≠90°,，如圖4所示,。其極坐標(biāo)方程表示為：式中：ρ（θ）—在任意角度θ螺旋線的極徑；ρ0—θ為0時(shí)的極徑,；θ—沿螺旋線所經(jīng)過的角度,；k—線上任一點(diǎn)處的極徑與該點(diǎn)處的切線的夾角的余切，即k=cot（α）在圖2中,，設(shè)AS的蝸簧長度為L1,。LS的長度為L2，則蝸簧的全長L=L1+L2,。初始狀態(tài)的蝸簧形狀的表達(dá)函數(shù)為：圖4對數(shù)螺旋線LogarithmicSpiral3襯片模型襯片與蝸簧通過螺釘連接于箱體內(nèi)壁,。光伏儲能箱制造廠家費(fèi)用？廣東便攜儲能箱價(jià)格

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    襯片安裝后與蝸簧相貼合并隨著蝸簧的曲率變化而變化,，由于在蝸簧與箱體連接部分蝸簧形狀符合阿基米德螺旋線，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(jì)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,。安徽太陽儲能箱生產(chǎn)廠家