一種基於機械彈性的聯動式儲能箱的製作方法
2024-03-08 20:12:15
專利名稱：一種基於機械彈性的聯動式儲能箱的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種以機械彈性能的形式儲存能量的裝置。
背景技術：
電力系統的發電、輸電、消費是同時進行的，要時刻維持電能的供需平衡才能保證電力系統的正常運行。目前，風力發電、光伏發電已進入迅猛發展時期，由於這些電源固有的「間歇性」和「波動性」，使電力系統除了負荷是隨時變化外，電源側也具有了隨機波動性。鑑於電能目前尚不能大量儲存，電力系統必須預留足夠多的備用容量用於調峰、調頻才能維持電力的供需平衡。採用傳統的預留調峰、調頻備用容量的方法意味著需投入巨大的資金來建設配套機組和電站。因此，設計一種大容量電能儲存裝置，對解決大規模「間歇性」電源入網問題和智能電網建設具有十分重要的意義。
申請人曾根據渦簧的機械彈性儲能原理提出了機械彈性儲能系統，其中，儲能箱是機械彈性儲能系統中的關鍵部件。在該專利申請中，渦簧箱之間採用了齒輪方式傳動，且每個渦簧箱內設置一組渦簧片，但採用齒輪傳動終歸使結構變得複雜，且還需在每個渦簧箱內設置多組寬度受一定限制的渦簧片，這使製造變得複雜，也限制了儲能容量的提高。本發明設計了一種新型基於機械彈性的聯動式儲能箱，該結構無需齒輪等方式傳動。
發明內容
本發明的目的在於克服已有技術的缺陷、提供一種基於機械彈性的聯動式儲能箱，它無需齒輪傳動，並可使儲能箱的性能得到改進。本發明所述問題是由以下述技術方案實現的
一種基於機械彈性的聯動式儲能箱，它由多個相互連接的渦簧箱構成，每個渦簧箱又由主軸、箱體軸承、筒狀箱體和片狀渦簧組成；所述主軸由機座、機座軸承支撐；所述筒狀箱體由主軸、箱體軸承支撐；第一個渦簧箱的主軸的一端經聯軸器與動力軸相連，主軸的另一端懸空，第一個渦簧箱的筒狀箱體與第二渦簧箱的筒狀箱體相連，第二渦簧箱的主軸的一端懸空，另一端經聯軸器與第三渦簧箱的主軸相連，第三渦簧箱主軸的另一端懸空，第三渦簧箱的筒狀箱體與第四渦簧箱的筒狀箱體相連，以此類推，直至最後一個渦簧箱的主軸被固定。上述基於機械彈性的儲能箱，每個渦簧箱中的渦簧由多組片狀渦簧組成，多組片狀渦簧沿主軸軸向排列；同一組的多片渦簧繞其主軸在三百六十度空間上均勻分布，且每片渦簧的兩端分別固定在其主軸和渦簧壁上。本發明中的聯動式儲能箱，是指當儲能時，動力軸正向旋轉擰緊第一個渦簧箱的渦簧時，其渦簧箱筒狀箱體也隨之正向轉動，並依次帶動其它渦簧箱箱體轉動，最終使各自渦簧擰緊；當釋能時，第一個渦簧箱的渦簧釋能鬆開，驅動動力軸反向旋轉，同時第一個渦簧箱的筒狀箱體也隨之反向轉動，並依次使其它渦簧箱箱體反向轉動，最終使各自渦簧釋能鬆開。在不改變渦簧箱和渦簧尺寸的情況下，這一特殊的聯動式連接方式，增大了儲能箱的儲能容量，還省去了齒輪等傳動部件，降低了製造難度、製造成本和運行噪音。此外，渦簧箱內的渦簧由多組寬度受一定限制的片狀渦簧構成，不僅易於加工、安裝，也增強了片狀渦簧的抗不均勻能力。
下面結合附圖對本發明作進一步說明。圖1是渦簧箱數為四個時的儲能箱結構示意圖；圖2是渦簧箱的結構及三組片狀渦簧分布示意圖；圖3是同一組渦簧片為四片時的空間分布示意圖。圖中各標號為1.聯軸器；2.機座軸承；3.機座；4.主軸；5.箱體軸承；6.筒狀箱體；7.片狀渦簧；8.渦簧壁；9.動力軸；XI.第一個渦簧箱；X2.第二個渦簧箱；X3.第三個渦簧箱；X4.第四個渦簧箱。
具體實施例方式參看圖1，圖1中是以四個渦簧箱組成的儲能箱為例。該儲能箱由依次連接的渦簧箱構成，第一個渦簧箱的主軸4的一端經聯軸器與動力軸9相連，主軸的另一端懸空，第一個渦簧箱Xl與第二個渦簧箱X2的筒狀箱體6連接，第二渦簧箱的主軸的一端懸空，另一端經聯軸器與第三渦簧箱X3的主軸相連，第三渦簧箱主軸的另一端懸空，第三渦簧箱的筒狀箱體與第四渦簧箱X4的筒狀箱體相連，第四個渦簧箱X4的主軸的一端懸空，另一端固定。參看圖2、圖3，單個渦簧箱由主軸4、箱體軸承5、筒狀箱體6、片狀渦簧7和機座軸承2組成，主軸4經機座軸承2支撐於機座3上，主軸4 一端裝經聯軸器與動力軸9或與其它渦簧箱的主軸4相連，另一端懸空；在筒狀箱體6內部，沿主軸4並行排列有多組(圖2中以三組為例)寬度受一定限制的片狀渦簧7，每組片狀渦簧7的數量相同(圖3中以四片為例)，它們繞主軸4在三百六十度空間上均勻分布，且每片渦簧7的兩端分別與其主軸4和渦簧壁8連接。本發明工作原理如下
參看圖1，當儲能時，待儲存能量驅動動力軸9正向旋轉，帶動第一個渦簧箱Xl主軸4旋轉並使第一個渦簧箱中的片狀渦簧7旋緊，片狀渦簧7旋緊的同時將帶動其筒狀箱體6同方向轉動，由於第一個渦簧箱Xl與第二個渦簧箱X2的筒狀箱體相互聯接，第一個渦簧箱Xl的筒狀箱體轉動將帶動第二個渦簧箱X2的筒狀箱體轉動，並使第二個渦簧箱X2中的片狀渦簧7擰緊；由於第二個渦簧箱X2的主軸與第三個渦簧箱X3的主軸相連，第二個渦簧箱X2中的片狀渦簧7擰緊的同時將帶動其主軸4轉動，使第三個渦簧箱X3的主軸4旋轉，隨即擰緊第三個渦簧箱X3中的片狀渦簧7，隨後，第三個渦簧箱X3和第四個渦簧箱X4將經歷第一個渦簧箱Xl和第二個渦簧箱X2同樣的運動過程，實現第三個渦簧箱X3和第四個渦簧箱X4的儲能。由於第四個渦簧箱X4的主軸是固定的，能量將不再被傳遞出去。從以上過程可以看出，多個渦簧箱採用聯動方式進行儲能，一旦第一個渦簧箱中的片狀渦簧7被擰緊，就將順序擰緊其它所有渦簧箱中的片狀渦簧，直到能量傳遞到最後一個渦簧箱為止，最終渦簧就以彈性勢能的形式將能量儲存起來。當釋能時，儲能箱釋放能量驅動動力軸9反向轉動。此時首先第一個渦簧箱Xl擰緊的片狀渦簧7釋放彈性能，第一個渦簧箱Xl中片狀渦簧7鬆開的同時將帶動其筒狀箱體6同方向轉動，由於第一個渦簧箱Xl的筒狀箱體6與第二個渦簧箱X2的筒狀箱體6連接，第一個渦簧箱Xl的轉動將使與其連接的第二個渦簧箱X2的筒狀箱體6轉動，使第二個渦簧箱X2中的片狀渦簧7鬆開；由於第二個渦簧箱X2的主軸與第三個渦簧箱X3的主軸相連，第二個渦簧箱X2中片狀渦簧7鬆開的同時將帶動其主軸4轉動，使第三個渦簧箱X3的主軸4旋轉，鬆開第三個渦簧箱X3的片狀渦簧7，隨後，第三個渦簧箱X3和第四個渦簧箱X4將經歷第一個渦簧箱Xl和第二個渦簧箱X2同樣的運動過程，實現能量的釋放；由於第四個渦簧箱X4的主軸是固定的，能量釋放的「信號」將不再被往後傳遞。同樣可以看出，當多個渦簧箱採用這種聯動方式釋能時，一旦第一個渦簧箱中的片狀渦簧7鬆開，就將順序使其它所有渦簧箱中的片狀渦簧7鬆開，直到能量傳遞到最後一個渦簧箱為止，最終逐漸地將彈性勢能釋放完畢。由此，本裝置實現了能量的輸入、儲存和輸出。
本裝置的多個渦簧箱採用聯動式的連接方式，在增大儲能容量的同時省去了齒輪等傳動連接部件，降低了其製造難度、製造成本和運行噪音。此外，渦簧箱內的渦簧由多組寬度受一定限制的片狀渦簧構成，不僅易於加工、安裝，也增強了片狀渦簧的抗不均勻能力。
權利要求
1.一種基於機械彈性的聯動式儲能裝箱，其特徵是，它包括多個渦簧箱，每個渦簧箱由主軸(4)、箱體軸承(5)、筒狀箱體(6)和片狀渦簧(7)組成，所述主軸(4)由機座(3)、機座軸承(2)支撐，所述筒狀箱體(6)由主軸(4)、箱體軸承(5)支撐；第一個渦簧箱Xl的主軸(4)的一端經聯軸器(1)與動力軸(9)相連，主軸(4)的另一端懸空，第一個渦簧箱Xl的筒狀箱體(6)與第二渦簧箱X2的筒狀箱體相連，第二渦簧箱的主軸一端懸空，另一端經聯軸器與第三渦簧箱X3的主軸的一端相連，第三渦簧箱X3主軸的另一端懸空，第三渦簧箱的筒狀箱體與第四渦簧箱X4的筒狀箱體相連，第四渦簧箱的主軸的一端懸空，以此類推，直至最後一個渦簧箱的主軸被固定。
2.根據權利要求1所述的基於機械彈性的聯動式儲能箱，其特徵是，每個渦簧箱中的渦簧由多組片狀渦簧(7)組成，多組片狀渦簧(7)沿主軸(4)軸向排列；同一組的多片渦簧繞(7)繞其主軸(4)在三百六十度空間上均勻分布，且每片渦簧的兩端分別固定在其主軸(4)和渦簧壁(8)上。
全文摘要
一種基於機械彈性的聯動式儲能箱，它由多個渦簧箱構成，每個渦簧箱由主軸、箱體軸承、筒狀箱體和片狀渦簧組成；主軸由機座、機座軸承支撐，筒狀箱體由主軸、箱體軸承支撐；相鄰渦簧箱之間通過主軸相連或通過筒狀箱體相連，當儲能和釋能時，各渦簧箱之間能夠形成聯動。本發明在不改變渦簧箱和渦簧尺寸的情況下，增大了儲能箱的儲能容量，省去了齒輪等傳動部件，降低了製造難度、成本和運行噪音。此外，每個渦簧箱中的渦簧由寬度受一定限制的多組片狀渦簧組成，多組片狀渦簧沿主軸軸向排列，不僅易於加工、安裝，也增強了片狀渦簧的抗不均勻能力。
文檔編號F16H33/02GK102562988SQ20111045071
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月29日 優先權日2011年12月29日
發明者餘洋, 王璋奇, 米增強 申請人:華北電力大學(保定)