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。电采暖储能箱生产厂家费用?河北充电桩储能箱厂家
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。福建空气储能箱的类型电采暖储能箱排风量费用?
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两侧都通过变频器连接外部电网;在储能测,变频器连接电动机,通过联轴器连接扭力传感器与蜗簧箱,完成蜗簧储能;在发电侧,蜗簧通过联轴器带动接扭力传感器与发电机,再接上变频器,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。光伏储能箱生产厂家费用?北京空气储能箱的作用
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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,可以定期对相变进行更换,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。实施例2:如图4所示,在实施例1的基础上进行改进,储能侧板31的两端以及储能竖板32的自由端底部分别设有支撑柱34,相变储能单元3通过支撑柱34安装在密封箱1空腔2内。使得相变储能单元底部与密封箱底部不完全接触,流出空隙供传热液体流动。实施例3:如图4所示。河北充电桩储能箱厂家
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