弹性储能装置中平面涡卷弹簧的有限元分析-学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

第9卷第4期
国工程机械学报
Vol 9 No 4
2011年12月
CHINESE JOURNAL OF CONSTRUCTION MACHINERY
弹性储能装置中平面涡卷弾簧的有限元分析
段巍,冯恒昌,王琸奇
华北电力大学能源动力与机被工程学院,河北保定071003)
摘要:储能已成为改善风电场输出功率可控性、提升电网稳定性水平的有效手段,提出了基于平面涡卷弹簧的
机械式弹性储能一发电系统方案,针对储能装置中关键零件平面涡卷弹簧建立了力学模型和有限元模型,并进
行了有限元应力分析和模态分析,得到了涡簧的扭转变形、横截面上的应力分布、固有频率和前20阶振型.研究
成果为储能装置的优化设计、储能密度的计算提供了有力依据,也为弹性储能一发电系统的实现奠定了基础
关键词:储能;平面涡卷弹簧;有限元;应力分析;模态分析
中图分类号:TH135;TK82
文献标识码:A
文章编号:1672-5581(2011)04-0493-06
Finite element analysis on flat spiral springs in
elastic energy storage devices
DUAN Wei, FENG Heng-chang, WANG Zhang-qi
(College of Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, Chin
Abstract: The energy storage plays an effective role in improving power output controllability and grid
reliability of wind power fields. In this study, a mechanical elastic storage energy and power generation
system is proposed using flat spiral springs. By establishing the mechanical and finite element models
flat spiral springs, the finite element stress and modal analyses are conducted. Accordingly, such criteria as
torsional deflection, cross-sectional stress distribution, inherent frequency and the first 20-order vibration
modes are obtained. Therefore, this approach provides a basis on optimization design for energy storage de
vices, energy storage calculation and elastic storage energy and power generation system realization
Key words: energy storage; flat spiral spring; finite element; stress analysis; modal analysis
风力发电是典型的随机性和间歇性能源,影响电网稳定运行,给风电上网带来困难储能系统具有动
态吸收能量并适时释放的特点,能有效弥补风电的间歇性和波动性的缺点,从而改善风电场输出功率的可
控性,提升电网的稳定性水平.现有的储能方式主要包括物理储能、电磁储能、电化学储能和相变储能,其
中物理储能又称为机械储能,包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能-別等.机械储能方式具有储能容
量大、效率高、成本较低和无污染等优点.平面渴卷弹簧是机械行业中广泛使用的一种弹性元件,受载时产
生较大的弹性变形,将机械能或动能转化为变形能,卸载后弹簧的变形消失并恢复原状,将变形能转化为
机械能或动能.鉴于平面涡卷弹簧所具有的能量储存和转换特点,本文提出了基于平面涡卷弹簧(以下简
称涡簧)的机械式弹性储能一发电系统方案,并针对方案中储能装置的关键零件平面涡卷弹簧建立了力学
模型和有限元模型,分析了涡簧的扭转变形、横截面上的应力分布、固有频率和前20阶振型,研究成果为
储能裝装置的优化设计、储能密度的计算提供了有力依据.
基金项目:中央高校基本科研基金资助项目;河北省自然基金资助项日(E2009001395)
作者简介:段巍(1972-),女,副教授,工学博土, E-mail: danwei2146 2 yeah.net