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    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。便携储能箱的类型费用？四川便携储能箱的作用

    阿基米德螺旋蜗的圈数n取10圈，则式1中描述蜗簧形状的极坐标参数中b=3/2πmm/rad，a=R-2nπb=480-30=450mm。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。四川便携储能箱的作用新能源储能箱的类型费用？

    因此在已有机械弹性储能系统方案基础上，针对蜗簧外端与箱体内壁的衬片连接，建立衬片连接力学模型和有限元模型，开展衬片连接强度分析，探讨不同长度下的衬片连接对蜗簧性能的影响。2蜗卷弹簧曲线描述蜗卷弹簧在储能前的状态，即初始状态，其外端固定于蜗簧箱内壁上，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。

    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。汽车储能箱价格费用？

    完成发电并网。大型蜗卷弹簧储能箱由多个单体蜗簧箱通过芯轴并联而成，单体蜗簧箱中平面蜗卷弹簧是**部件，其内端与芯轴连接，外端与蜗簧箱内壁连接。蜗卷弹簧与箱内壁连接方式通常有铰式固定、销式固定、V型固定、衬片固定[7]，其中衬片固定是通过螺钉将衬片、蜗簧和箱体内壁进行静连接。该连接方式可减少蜗簧圈间压力，增大蜗簧受载面积，减少应力集中。在弹性储能前期研究中，文献[6]针对蜗卷弹簧提出了基于螺线的形态迭代法，详细描述了蜗簧储能中的各个状态；文献[8]分析了蜗卷弹簧箱体中不同厚度蜗簧在运行过程中曲率，弯矩等相关参数的变化；文献[9]针对平面蜗卷弹簧进行了有限元应力分析及动力学分析，研究了蜗簧受到的扭矩与其转角之间的关系；文献[10]讨论了提高蜗卷弹簧储能密度的方法。这些研究成果均没有对蜗卷弹簧端部的连接问题进行研究，而连接处的强度将直接影响蜗簧工作的可靠性，若采用衬片固定，不同长度衬片的选取也将直接影响衬片的连接性能。因此在已有机械弹性储能系统方案基础上，针对蜗簧外端与箱体内壁的衬片连接，建立衬片连接力学模型和有限元模型，开展衬片连接强度分析，探讨不同长度下的衬片连接对蜗簧性能的影响。太阳储能箱生产厂家费用？四川便携储能箱的作用

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    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，该密封箱外面还设有一层保温隔热层，减少了密封箱与外界的热交换，较少能量散失，整个相变储能箱的结构设置增加流体流程，延长了换热时间，使该储能箱集热换热效率提升，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。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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。四川便携储能箱的作用