CN109899474B - 一种大型蜗卷弹簧储能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型蜗卷弹簧储能装置，包括多个蜗簧储能箱、左、右箱盖、底座和基础平面；每个蜗簧储能箱包括芯轴、储能箱壳体和多个包括外圈固定板、芯轴套管、蜗簧和左、右盖板的单模块蜗簧；蜗簧的外端固定在外圈固定板内壁上，内端固定在芯轴套管外壁上；左、右盖板可旋转地固定在芯轴套管上，其外圆与外圈固定板固定在一起；各单模块蜗簧穿在芯轴上，其外圈固定板卡接固定在储能箱壳体内壁上；左、右箱盖可旋转地固定在左、右蜗簧储能箱芯轴的左和右端部，其外圆与储能箱壳体固定在一起；相邻的蜗簧储能箱的储能箱壳体固定在一起。本发明蜗簧安装、保养、维护和更换简单方便，芯轴不易发生弯曲变形，储能和释能良好，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明属于物理储能领域，涉及一种机械弹性储能装置，尤其涉及一种大型蜗卷弹簧储能装置。
背景技术
大型蜗卷弹簧储能箱是机械弹性储能设备，属于一种新型的物理储能技术，使用大型平面蜗簧作为储能部件。平面蜗簧是由一组截面为矩形的簧片在一个平面内盘绕而成。目前蜗簧的安装是在储能箱内安装一根或者多根蜗簧，蜗簧的一端安装在储能箱内壁，另一端安装在芯轴上。平面蜗簧作为储能结构，在储能时蜗簧旋紧，存储弹性势能；释能时蜗簧放松，释放弹性势能。作为一种新型储能技术，机械弹性储能技术需要同时适用于能量型和功率型储能。作为机械弹性储能技术的关键储能部件，大型平面蜗簧储能结构需要提高储能量和输出扭矩。为此，在机械弹性储能技术中使用的大型蜗卷弹簧储能箱是由多个蜗簧储能箱体串联而成，每一个蜗簧储能箱体内蜗簧的芯轴上并联多个蜗簧片。
大型蜗卷弹簧储能箱在储能时，输入芯轴驱动蜗簧旋紧储能，储能完成后，蜗簧带动第一个储能箱壳体转动；两个串联的储能箱壳体固定连接，第一个储能箱壳体带动第二个储能箱壳体一起旋转，驱动第二个储能箱内的蜗簧旋紧储能，蜗簧的弯矩作用在第二个储能箱内的芯轴上，所有串联的储能箱依次传递扭矩，实现储能。释能过程是储能过程的逆过程。大型蜗卷弹簧储能箱由于结构尺寸的原因，导致自重很大。在实现串联的时候，两个蜗簧储能箱的芯轴是分段式的，导致每个蜗簧储能箱在结构上相当于一个悬臂梁的结构，在长期运行时蜗簧储能箱体的芯轴容易发生弯曲变形，蜗簧储能箱体会发生偏心现象，导致储能箱在运行时会发生偏心现象，整个储能结构在运行过程中发生振动，严重影响到蜗簧储能箱体的储能和释能过程，大大降低了大型蜗卷弹簧储能箱的使用寿命。且大型平面蜗簧的结构尺寸、质量和弯矩非常大，在实现多个蜗簧储能箱串联和多组蜗簧并联安装时，逐根蜗簧安装难度很大，并且在蜗簧的保养、维护和更换时更加困难。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种安装和拆卸方便，便于保养、维护和更换，使用安全的大型蜗卷弹簧储能装置。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种大型蜗卷弹簧储能装置，包括多个蜗簧储能箱、左、右箱盖、底座和基础平面；底座固定在基础平面上；
每个蜗簧储能箱包括带内花键的芯轴、内壁上均布有定位键的储能箱壳体和多个单模块蜗簧；每个单模块蜗簧包括外圈固定板、芯轴套管、蜗簧和左、右盖板；蜗簧的外端固定在外圈固定板内壁上，其内端固定在芯轴套管外壁上；芯轴套管内壁上开有与芯轴的内花键槽相匹配的内花键，其左、右两端有左、右盖板的安装槽；左、右盖板可旋转地固定在芯轴套管上，其外圆与外圈固定板固定在一起，其对蜗簧起到限位的作用；外圈固定板外圆上均布有与储能箱壳体上的定位键相匹配的槽；各单模块蜗簧的芯轴套管依次穿在芯轴上，其外圈固定板卡接固定在储能箱壳体内壁上；左、右箱盖可旋转地固定在左、右蜗簧储能箱的芯轴的左端部和右端部，其外圆与储能箱壳体固定在一起；左、右两端的蜗簧储能箱的芯轴左端和右端可旋转地固定在底座上，其右端和左端固定锁紧螺母，中间蜗簧储能箱的芯轴左端和右端分别固定锁紧螺母，由锁紧螺母对单模块蜗簧定位；相邻的蜗簧储能箱的储能箱壳体固定在一起。
进一步优选地，本发明还包括支撑装置；所述的支撑装置包括多个支撑体和多个支撑轴承，每个蜗簧储能箱的储能箱壳体外圆下端均匀分布两个以上的支撑体；支撑体的上端面为与储能箱壳体外圆下端相匹配的弧形，弧形上端面至少在两端和最低端由穿在支撑体壁上的支撑轴可旋转地固定有支撑轴承，各支撑轴承上端面连成的形状与储能箱壳体同心，且探出支撑体弧形上端面；支撑体卡接固定在储能箱壳体下端伸出的支撑固定板上，多个支撑轴承顶接在储能箱壳体外圆上；支撑体下端面固定在基础平面上。
进一步优选地，所述的支撑体包括上端面为与储能箱壳体外圆下端相匹配的弧形的两侧支撑板；两侧支撑板上端部至少在两端和最低端开有轴安装孔A；所述的支撑固定板包括两侧支撑固定板；两侧支撑固定板在与两侧支撑板的轴安装孔A相对应的位置开有与轴安装孔A同轴心的轴安装孔B；所述的支撑轴为中间安装支撑轴承的位置粗，两端部细的变径轴；支撑轴承穿在支撑轴中间粗的位置，将两挡板穿在支撑轴承两端的支撑轴上，支撑轴两端部分别穿在两侧支撑固定板和两侧支撑板的轴安装孔B和轴安装孔A内；两侧支撑板和两侧支撑固定板由螺钉固定在一起；各支撑轴承上端面连成的形状与储能箱壳体同心，且探出两侧支撑板的弧形上端面；两侧支撑板下端固定在基础平面上。
进一步优选地，所述的蜗簧外端固定在外圈固定板内壁上，其内端固定在芯轴套管外壁上的结构是：所述的蜗簧外端由蜗簧衬片和多个螺栓压接固定在外圈固定板内壁上；所述的蜗簧内端由蜗簧压块和多个螺栓压接固定在芯轴套管外壁上。
进一步优选地，所述的相邻的蜗簧储能箱的储能箱壳体固定在一起接结构是：其中一个储能箱壳体凸起有设置有另一个储能箱壳体压接止口的一圈凸起A，另一个储能箱壳体相对的位置凸起有一圈固定凸起B；凸起A的止口卡接在另一个储能箱壳体上，凸起A和固定凸起B由多个螺栓和螺母固定在一起。该结构简单，固定可靠性高。
本发明在使用时，是通过转动一端的芯轴，输入扭矩，使该蜗簧储能箱中多个并联的单模块蜗簧旋紧，蜗簧驱动该蜗簧储能箱的储能箱壳体转动，从而带动另一个蜗簧储能箱的储能箱壳体转动，该储能箱壳体带动该另一个蜗簧储能箱内并联单模块蜗簧旋紧，扭矩作用在另一端的芯轴上；可以依次实现扭矩的传递，在多个蜗簧储能箱内存储能量；从而实现了大型蜗卷弹簧储能箱的多蜗簧并联和串联的目的。本发明的有益效果为：1）实现了多个大型蜗簧的串联和并联，输出芯轴的扭矩增大多倍，存储能量增大多倍；2）大型蜗簧实现单模块化，安装和拆卸方便，使用安全；3）单模块蜗簧通过键槽和内花键可以实现多角度安装，蜗簧受力均匀，运转平稳。尤其是在本发明中设置了支撑装置，轴承与储能箱壳体接触，支撑箱体的重量，防止了芯轴在运行过程中偏离轴心旋转，蜗簧储能箱体的储能和释能良好，大大延长了使用寿命长。且在储能系统运行时接触部位的轴承与储能箱壳体的摩擦方式为滚动摩擦，轴承对储能箱壳体的损伤非常小。总之，本发明安装和拆卸方便，便于保养、维护和更换，使用安全，芯轴不易发生弯曲变形，防止了芯轴在运行过程中偏离轴心旋转，储能和释能良好，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明的主视剖视图；
图2为本发明的左视图；
图3为本发明中单模块蜗簧去除两挡板的主视图；
图4为本发明中单模块蜗簧有两挡板的左视图；
图5为本发明中支撑装置的主视图；
图6为本发明中支撑装置的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例包括两个（也可是三个、四个等）蜗簧储能箱12、左、右箱盖71、72、联轴器2、底座1和基础平面。底座1固定在基础平面上。
每个蜗簧储能箱12包括带内花键的芯轴5、内壁上均布有键槽A的储能箱壳体11和6个（也可是3个、4个、5个、7个等）单模块蜗簧9。每个单模块蜗簧9包括外圈固定板15、芯轴套管19、蜗簧17和左、右盖板141、142。蜗簧17的外端固定在外圈固定板15内壁上，其内端固定在芯轴套管19外壁上；进一步优选地，其结构是：蜗簧17外端由蜗簧衬片16和多个螺栓30压接固定在外圈固定板15内壁上；蜗簧17内端由蜗簧压块18和多个另一螺栓30压接固定在芯轴套管19外壁上。芯轴套管19内壁上开有与芯轴5的花键槽相匹配的内花键24，其左、右两端有左、右盖板141、142的安装槽；左、右盖板141、142套在芯轴套管19上，其外圆与外圈固定板15固定在一起，其对蜗簧17起到限位的作用。本实施例的花键槽和内花键24为渐开线花键槽和渐开线内花键。外圈固定板15外圆上均布有与储能箱壳体11上的定位键10相匹配的槽。各单模块蜗簧9的芯轴套管19依次穿在芯轴5上，其外圈固定板16通过键10和槽卡接固定在储能箱壳体11内壁上，左和右单模块蜗簧9的左和右端与储能箱壳体11之间由螺钉安装有一圈定位板8。左、右箱盖71、72通过轴承6可旋转地固定在左、右蜗簧储能箱12的芯轴5的左端部和右端部，其外圆通过螺钉与储能箱壳体11固定在一起。左端和右端的蜗簧储能箱12的芯轴5的左端和右端通过另一轴承4和轴承座3可旋转地固定在底座1上，其右端和左端固定锁紧螺母31。（如果是3个以上的蜗簧储能箱，中间蜗簧储能箱的芯轴左端和右端分别固定锁紧螺母，由锁紧螺母对单模块蜗簧定位）。两个蜗簧储能箱12的储能箱壳体11固定在一起；其结构是：左边储能箱壳体12凸起有设置有右边储能箱壳体11压接止口32的一圈凸起A 20，右边储能箱壳体11相对的位置凸起有一圈固定凸起B 23；凸起A 20的止口32卡接在右边储能箱壳体11上，凸起A 20和固定凸起B 23由多个螺栓21和螺母22固定在一起。联轴器2固定在左端蜗簧储能箱12的芯轴5的左端或固定在右端蜗簧储能箱12的芯轴5的右端；联轴器连接驱动装置。
进一步优选地，本发明还包括支撑装置。所述的支撑装置包括多个支撑体13（本实施例为4个）和多个支撑轴承26，每个蜗簧储能箱12的壳体外圆下端均匀分布两个支撑体13。支撑体13的上端面为与储能箱壳体外圆下端相匹配的弧形，弧形上端面至少在两端和最低端由穿在支撑体壁上的支撑轴29可旋转地固定有支撑轴承26，各支撑轴承26上端面连成的形状与储能箱壳体11同心，且探出支撑体13弧形上端面；支撑轴承26上端探出弧形上端面。支撑体13卡接固定在储能箱壳体11下端伸出的支撑固定板上，多个支撑轴承26顶接在储能箱壳体11外圆上。支撑体13下端面固定在基础平面上。进一步优选地，所述的支撑体13包括上端面为与储能箱壳体11外圆下端相匹配的弧形的两侧支撑板25；两侧支撑板25上端部至少在两端和最低端开有轴安装孔A。所述的支撑固定板包括两侧支撑固定板27；两侧支撑固定板27在与两侧支撑板25的轴安装孔A相对应的位置开有与轴安装孔A同轴心的轴安装孔B。所述的支撑轴29为中间安装支撑轴承的位置粗，两端部细的变径轴；支撑轴承26穿在支撑轴29中间粗的位置，将两挡板28穿在支撑轴承26两端的支撑轴29上，支撑轴29两端部分别穿在两侧支撑固定板27和两侧支撑板25的轴安装孔B和轴安装孔A内；两侧支撑板25和两侧支撑固定板27由螺钉固定在一起。各支撑轴承26上端面连成的形状与储能箱壳体11同心，且探出两侧支撑板25的弧形上端面；两侧支撑板25下端固定在基础平面上。
上述实施例仅是优选的和示例性的，本领域技术人员可以根据本专利的描述做等同技术改变，如将木型材置于室内侧，将铝合金置于室外侧等，其都由本专利的保护范围所覆盖。
Claims (3)
1.一种大型蜗卷弹簧储能装置，包括多个蜗簧储能箱、左、右箱盖、底座、基础平面和支撑装置；底座固定在基础平面上；其特征在于：
每个蜗簧储能箱包括带内花键的芯轴、内壁上均布有定位键的储能箱壳体和多个单模块蜗簧；每个单模块蜗簧包括外圈固定板、芯轴套管、蜗簧和左、右盖板；蜗簧的外端固定在外圈固定板内壁上，其内端固定在芯轴套管外壁上；芯轴套管内壁上开有与芯轴的内花键槽相匹配的内花键，其左、右两端有左、右盖板的安装槽；左、右盖板可旋转地固定在芯轴套管上，其外圆与外圈固定板固定在一起，其对蜗簧起到限位的作用；外圈固定板外圆上均布有与储能箱壳体上的定位键相匹配的槽；各单模块蜗簧的芯轴套管依次穿在芯轴上，其外圈固定板卡接固定在储能箱壳体内壁上；左、右箱盖可旋转地固定在左、右蜗簧储能箱的芯轴的左端部和右端部，其外圆与储能箱壳体固定在一起；左、右两端的蜗簧储能箱的芯轴左端和右端可旋转地固定在底座上，其右端和左端固定锁紧螺母，中间蜗簧储能箱的芯轴左端和右端分别固定锁紧螺母，由锁紧螺母对单模块蜗簧定位；相邻的蜗簧储能箱的储能箱壳体固定在一起；所述的支撑装置包括多个支撑体和多个支撑轴承，每个蜗簧储能箱的储能箱壳体外圆下端均匀分布两个以上的支撑体；支撑体的上端面为与储能箱壳体外圆下端相匹配的弧形，弧形上端面至少在两端和最低端由穿在支撑体壁上的支撑轴可旋转地固定有支撑轴承，各支撑轴承上端面连成的形状与储能箱壳体同心，且探出支撑体弧形上端面；支撑体卡接固定在储能箱壳体下端伸出的支撑固定板上，多个支撑轴承顶接在储能箱壳体外圆上；支撑体下端面固定在基础平面上；所述的支撑体包括上端面为与储能箱壳体外圆下端相匹配的弧形的两侧支撑板；两侧支撑板上端部至少在两端和最低端开有轴安装孔A；所述的支撑固定板包括两侧支撑固定板；两侧支撑固定板在与两侧支撑板的轴安装孔A相对应的位置开有与轴安装孔A同轴心的轴安装孔B；所述的支撑轴为中间安装支撑轴承的位置粗，两端部细的变径轴；支撑轴承穿在支撑轴中间粗的位置，将两挡板穿在支撑轴承两端的支撑轴上，支撑轴两端部分别穿在两侧支撑固定板和两侧支撑板的轴安装孔B和轴安装孔A内；两侧支撑板和两侧支撑固定板由螺钉固定在一起；各支撑轴承上端面连成的形状与储能箱壳体同心，且探出两侧支撑板的弧形上端面。
2.根据权利要求1所述的大型蜗卷弹簧储能装置，其特征在于：所述的蜗簧外端固定在外圈固定板内壁上，其内端固定在芯轴套管外壁上的结构是：所述的蜗簧外端由蜗簧衬片和多个螺栓压接固定在外圈固定板内壁上；所述的蜗簧内端由蜗簧压块和多个螺栓压接固定在芯轴套管外壁上。
3.根据权利要求1或2所述的大型蜗卷弹簧储能装置，其特征在于：所述的相邻的蜗簧储能箱的储能箱壳体固定在一起接结构是：其中一个储能箱壳体凸起有设置有另一个储能箱壳体压接止口的一圈凸起A，另一个储能箱壳体相对的位置凸起有一圈固定凸起B；凸起A的止口卡接在另一个储能箱壳体上，凸起A和固定凸起B由多个螺栓和螺母固定在一起。
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