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來源: 發(fā)布時間:2023-09-19

    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(xué)能源動力與機械工程學(xué)院,河北保定071003)摘要:蝸卷彈簧是機械彈性儲能的關(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,將機械能轉(zhuǎn)化為彈性勢能,卸載后將彈性勢能轉(zhuǎn)化為機械能的原理進(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[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(cè)與儲能側(cè)。MW級儲能箱生產(chǎn)廠家費用?福建便攜儲能箱價格

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    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實驗用雙饋電機,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。福建便攜儲能箱價格MW級儲能箱的類型費用?

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    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。具體實施方式以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式,本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點與功效。實施例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為本實用新型儲能箱實施例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。具體實施方式以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式,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用?

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    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,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,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