機械彈性儲能箱蝸簧襯片連接強度分析段巍，方濤，湯敬秋，王璋奇（華北電力大學能源動力與機械工程學院，河北保定071003）摘要：蝸卷彈簧是機械彈性儲能的關鍵零部件，其端部與芯軸和儲能箱體內壁連接的強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)學模型，推導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行提供有力依據(jù)。關鍵詞：彈性儲能；蝸卷彈簧；儲能箱；襯片連接；有限元；應力分析1引言隨著太陽能、風能等間歇性能源的開發(fā)和利用，儲能技術的研究和發(fā)展變得日益重要。機械彈性儲能以平面蝸卷彈簧為關鍵零部件，利用蝸卷彈簧受載時產生彈性變形，將機械能轉化為彈性勢能，卸載后將彈性勢能轉化為機械能的原理進行儲能和釋能，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[1-5]。圖1為機械彈性儲能系統(tǒng)示意圖[6]，該系統(tǒng)以蝸卷彈簧儲能箱為中心分為發(fā)電側與儲能側。變速儲能箱的作用費用？安徽太陽儲能箱生產廠家

    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，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實驗用雙饋電機，其額定轉速為1000r/min，**大轉矩為·m，減速器傳動比為3，則作用在蝸簧芯軸上的**大轉矩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械性能，如表1所示。蝸簧箱內壁半徑R設計為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參數(shù)中b=3/2πmm/rad，a=R-2nπb=480-30=450mm。表1彈簧鋼、玻璃纖維機械性能參數(shù)MechanicalPropertiesofSpringSteelandGlassFiber性能材料彈性模量E（Gpa）材料的密度ρ（kg/m3）抗拉強度極限σB。MW級儲能箱的類型變速儲能箱制造廠家費用？

    豎板之間設置間隙，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外殼，增加熱傳導和儲能效率；相變儲能單元上設置換液管，可以定期對相變進行更換，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面上一上一下地設置輸液管，一邊進液一邊出液，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間，提高了換熱強度。實施例2：如圖4所示，在實施例1的基礎上進行改進，儲能側板31的兩端以及儲能豎板32的自由端底部分別設有支撐柱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。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。實施例3：如圖4所示，在實施例1或實施例2的基礎上進一步進行改進，在密封箱1外面設質一層保溫隔熱層8，在密封箱1外面底部設有萬向輪9，并且在萬向輪9上設有剎車裝置10。在密封箱外面設置一層保溫隔熱層，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壁上，內端固定在芯軸上；在蝸簧箱內壁蝸簧互相接觸，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勻速遠離固定點的同時以固定的角速度繞該固定點轉動形成的軌跡，如圖3所示。其極坐標方程表示：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，線上任意一點的極徑與該點切線方向的夾角α為定值，且α≠90°，如圖4所示。其極坐標方程表示為：式中：ρ（θ）—在任意角度θ螺旋線的極徑；ρ0—θ為0時的極徑；θ—沿螺旋線所經過的角度；k—線上任一點處的極徑與該點處的切線的夾角的余切，即k=cot（α）在圖2中，設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壁。光伏儲能箱制造廠家費用？廣東便攜儲能箱價格

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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，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實驗用雙饋電機，其額定轉速為1000r/min，**大轉矩為·m，減速器傳動比為3，則作用在蝸簧芯軸上的**大轉矩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械性能，如表1所示。蝸簧箱內壁半徑R設計為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參數(shù)中b=3/2πmm/rad，a=R-2nπb=480-30=450mm。安徽太陽儲能箱生產廠家