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。新能源储能箱材质费用？河北充电桩储能箱价格
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，因此衬片形状也符合阿基米德螺旋线。图5衬片数学模型GasketMathematicModel长度为l的衬片在蜗簧作用下，如图5所示。由r0到r1转过的角度记为θa，在垂直方向下弯曲的距离记为w，可以近似的看为：衬片在蜗簧作用下的变形可以视为一悬臂梁受到弯矩Me下的弯曲变形，令垂直方向下弯曲的长度w与弯曲变形挠度wB相等，即可以看出，Me与衬片的长度l有关，不同长度下的衬片连接，蜗簧受到的初始弯矩是不同的。4衬片连接有限元分析在图1弹性储能系统方案中，选用10kW实验用双馈电机，其额定转速为1000r/min，**大转矩为·m，减速器传动比为3，则作用在蜗簧芯轴上的**大转矩Mq为·m。衬片使用弹簧钢，选用65#碳素钢，其截面是宽度t为120mm、高度h为3mm的矩形；蜗簧材料选用玻璃纤维[11-12]，具有更低的材料密度和更高的储能密度。衬片材料和蜗卷弹簧材料机械性能，如表1所示。蜗簧箱内壁半径R设计为480mm。四川太阳储能箱排风量光伏储能箱生产厂家费用？
所述储能侧板的两端以及储能竖板的自由端底部分别设有支撑柱，相变储能单元通过支撑柱安装在密封箱空腔内。作为其中一种改进技术方案，所述相变储能单元上还设有两个与密封箱外界连通的换液管，所述换液管穿过密封箱和热传导骨架与相变储能材料连通。作为其中一种改进技术方案，所述换液管位于储能侧板的底部。作为其中一种改进技术方案，所述密封箱上设有两个输液管，所述输液管位于密封箱两对立侧面上，一根输液管位于密封箱侧面上部，一根输液管位于密封箱侧面下部。作为其中一种改进技术方案，所述的相变储能材料为结晶水和盐类无机储能材料。作为其中一种改进技术方案，所述密封箱外面还设有一层保温隔热层。作为其中一种改进技术方案，所述密封箱外面底部设有万向轮。作为其中一种改进技术方案，所述万向轮上设有刹车装置。与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用中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。
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。汽车储能箱的类型费用？
表1弹簧钢、玻璃纤维机械性能参数MechanicalPropertiesofSpringSteelandGlassFiber性能材料弹性模量E（Gpa）材料的密度ρ（kg/m3）抗拉强度极限σB（Mpa）弹簧钢玻璃纤维衬片长度不同，蜗簧受到的弯矩也不同，分别采用长度为100mm、125mm、150mm、175mm、200mm、225mm的衬片进行有限元分析。图6初始形态实体模型EntityModelofInitialState1.蜗簧箱2.蜗卷弹簧3.芯轴图7衬片连接实体模型EntityModelofGasketConnection在Creo中建立蜗簧初始形态实体模型，如图6所示。其中蜗簧2与箱体1内壁采用衬片固定，为更好地研究连接处蜗簧与衬片的力学性能，截取蜗簧与箱体固定部分进行蜗簧连接有限元分析，衬片连接实体模型，如图7所示。衬片连接有限元模型图8有限元模型FiniteElementModel将衬片连接实体模型导入AnsysWorkbench中，采用系统默认的网格划分方法，网格单元为solid187。长度为150mm的衬片连接，其总节点个数为31952，总单元个数为18057，有限元模型，如图8所示。边界条件表2初始时衬片所受弯矩GasketBendingMomentofInitialState衬片长度l。mm）5200225转过角度θ（rad）9计算弯矩Me（N·m）78模型中主要对蜗簧和衬片进行有限元分析，在蜗簧箱上施加固定约束。光伏储能箱的作用费用？四川太阳储能箱排风量
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TongWei，HaoJian-jun，Wangonpreparationandpropertiesofglassfiber［J］.LiaoningChemicalIndustry，2016（3）：362-364.）StrengthAnalysisoftheConnectionwithSpiralSpringandGasketintheMechanicalElasticEnergyStorageBoxDUANWei，FANGTao，TANGJing-qiu，WANGZhang-qi（CollageofEnergyPowerandMechanicalEngineering，NorthChinaElectricPowerUniversity，HebeiBaoding071003，China）Abstract：Spiralspringisakeycomponentofthemechanicalelasticenergystorage，theconnectionstrengthbetweenthebothendsandcentralshaftandinsidesurfaceofenergystorageboxdirectlyaffectsthereliabilityofthespiralspringthispaperthegasketisimplementedfortheconnectionbetweentheouterendofthespringandinsidesurfaceofmathematicalmodeloftheconnectioniscreatedbyusingtheArchimedesspiralequationandtheinitialmomentforthegasketisfiniteelementmodelsfordifferentlengthgasketconnectionsaresetup，andthestaticstressesofspiralspringandgasketarecontrastivelyresultsindicatethattheconnectionstrengthisaffectedbygasketlength，：ElasticEnergyStorage。河北充电桩储能箱价格
