[实用新型]一种大型平面涡卷弹簧

说明书

技术领域

本实用新型涉及涡卷弹簧，特别是涉及用于发电机储能的一种大型平面涡卷弹簧。

背景技术

平面涡卷弹簧，又名发条弹簧，是螺旋线在一个平面内的弹簧，其一端固定而另一端作用有扭矩；在扭矩作用下弹簧材料产生弯曲弹性变形，使弹簧在平面内产生扭转，其变形角的大小与扭矩成正比。

目前，出现了采用平面涡卷弹簧的机械式涡簧储能箱，其作为蓄能装置来储存风力发电机组的多余风能。作为机械式储能装置，机械式涡簧储能箱具有结构简单、成本低、可控性好、对环境无特殊要求、转换效率高、无污染等优点，同时，机械式涡簧储能箱还可以调控风力发电机组低速轴的转速，保障发电机输入转速的稳定，在电力系统中具有推广应用的前景。

图1是现有机械式涡簧储能箱的示意图，如图1所显示，机械式涡簧储能箱由箱体13、涡簧(平面涡卷弹簧)14和主轴10构成，主轴10贯穿箱体13且转动支撑在箱体13上，涡簧14位于箱体13内部，涡簧14的固定端固定在箱体13上，涡簧14的自由端和主轴10连接。其储能过程如下：外部动力传递到主轴10，主轴10旋转带动涡簧14的自由端转动，从而旋紧涡簧14，使涡簧14储存能量。其释能过程如下：旋紧的涡簧14在弹簧力的作用下放松，自由端带动主轴10转动，从而主轴10将能量输送到外部装置。可见，涡簧储能结构是采用平面涡卷弹簧的弹性势能达到存储和释放能量的目的，相比其他储能方式，具有很大的优势和发展潜力。但是，现有涡簧储能结构仍然存在以下缺点：

1)基于结构上的原因，涡簧储存的能量有限，如果要作为发电机的储能装置，需要大幅增加涡簧的尺寸和强度，就是在增大涡簧能量的存储量同时，涡簧的质量也在大幅增加，这需要使用大量的储能材料，成本高昂。

2)增大涡簧的能量存储能力后，涡簧的尺寸过大，不利于对大型涡簧的工作情况进行实时控制。

因此，如何在增大涡簧的能量存储能力的同时，控制涡簧的质量，是有待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种大型平面涡卷弹簧，能够在增大涡簧的能量存储能力的同时，控制涡簧的质量，大幅度的提高大型平面涡卷弹簧的储能密度。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种大型平面涡卷弹簧，其包括：

沿左右方向并排排列的多根开槽涡簧片；

所述开槽涡簧片左右对称，并且左右两侧具有凹槽；

所述凹槽上下对称，对称中心线位于所述涡簧片弯曲工作时扭矩的中性面上，所述凹槽在对称中心线处最深，并且由所述中心线向上下两端平滑过渡。

优选地，上述的大型平面涡卷弹簧中，所述凹槽为半椭圆形凹槽。

优选地，上述的大型平面涡卷弹簧中，所述凹槽为半圆形凹槽。

优选地，上述的大型平面涡卷弹簧中，所述开槽涡簧片具有矩形截面，所述半圆形凹槽开在所述矩形截面的左右两侧。

优选地，上述的大型平面涡卷弹簧中，所述大型平面涡卷弹簧具有长条形截面，相邻的所述开槽涡簧片的所述半圆形凹槽相互对合，在所述长条形截面上形成多个圆形槽。

优选地，上述的大型平面涡卷弹簧中，半圆形凹槽的半径介于所述矩形截面的宽度的1/3到3/8之间。

优选地，上述的大型平面涡卷弹簧中，所述大型平面涡卷弹簧位于储能装置的箱体内部，所述大型平面涡卷弹簧的一端固定在所述箱体上，另一端固定在贯穿所述箱体的主轴上。

本实用新型实施例至少存在以下技术效果：

1)本实用新型根据涡簧工作时的受力原理，减少涡簧片的中性面处的材料，即在涡簧片的中性面附近制作出圆形或椭圆形孔槽，将对涡簧的抗弯强度影响小的部分材料去除掉，保留对涡簧抗弯强度影响大的部分，从而在承受的扭矩没有明显下降的情况下，减少了大量材料，大大提高了涡簧的储能密度。

2)本实用新型采用开槽涡簧片并排排列组合形成大型平面涡卷弹簧，因为在开槽涡簧片两侧加工半圆形或半椭圆形凹槽比较容易，相对于在整块材料上直接打贯通的圆孔来说，这种半圆形或半椭圆形凹槽材料拼接的大型平面涡卷弹簧大大降低了加工难度。

3)开槽涡簧片两侧采用半圆形或半椭圆形凹槽，使得开槽涡簧片的实体结构是从中性面向远离中性面的两端呈弧形逐渐增大厚度，这就避免了应力集中，增加了涡簧片的抗折断能力。

4)由图4可以看出，在没有明显降低储能量的条件下，减少的横截面积超过了1/3，也就是节约了1/3的材料，储能密度提高了30％以上。