探討超高速電梯中的關鍵技術
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摘 要：高速電梯作為超高層建筑的垂直運輸設備，其各項技術備受關注。世界上超高層建筑越來越多，人們對電梯速度的期望也隨之提高，超高層建筑的建造給電梯行業帶來了極大的挑戰。開發超高速電梯成為大勢所趨，電梯的速度越快，需要解決的問題就越多。因此超高速電梯系統有很多關鍵的技術需要突破，以滿足人們對超高速電梯在速度、安全性、可靠性、舒適性、高效節能等方面要求。
關鍵詞：超高速 問題 技術
中圖分類號：TU85 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）04（c）-0070-02
1 當今超高速電梯的現狀
世界上高層建筑的大量涌現，高度越來越高，電梯速度也隨之刷新。根據世界高層建筑的調查報告顯示，在所有已經建成并已安裝電梯的大廈中，速度最快的是上海中心大廈，其由三菱電機公司設計的超高速電梯速度達到了20.5/s。而這座大廈不僅是電梯速度之最，它同時也保持著電梯提升高度之最，其提升高度達到578.5m，占整座大廈的90%高度。在這樣的速度下，到達頂層僅需要55s。其次是廣州周大福金融中心，而臺北101大廈則緊隨其后。它們分別是由日本日立公司設計的電梯速度達到了20m/s，和日本東芝公司設計的 16.8m/s電梯。
2 超高速電梯的關鍵技術
通過采購高速電梯的部件，在試驗井道中組裝一臺超高速電梯，目前不是一件難事，但要達到運行安全、可靠，特別是乘坐舒適的程度卻不是一件易事，因此我們要研究其中的關鍵技術。
2.1 減少轎廂內噪音
電梯在井道中高速運行時，轎廂與空氣會產生相互作用的摩擦力從而產生空氣動力噪音。要減少空氣動力噪音，可以從聲源上著手。首先減少轎廂外部擾動氣流的障礙物，可在轎廂的頂部與底部設置整流罩的辦法，讓轎廂外形變成流線型結構，能夠有效地減少氣流干擾，進而也有效的降低了電梯在運行過程產生的噪音。其次減少井道內的氣壓差，可通過圓柱型轎廂，配合圓柱形狀的井道，能夠使轎廂外壁到井道內壁等距，從而減小因氣壓差所產生的空氣動力噪音。除了控制聲源外，還能從抑制聲音傳播著手。采用雙層封閉結構的轎壁，壁板內部抽直空處理，能有效地阻擋噪聲往轎廂內部傳播。同時轎內的壁板也應該考慮采用具有吸聲的材料以考慮進入轎廂內噪聲的反射問題。
除空氣動力動噪音外，轎廂機械噪音也是一個不可忽視的問題。當轎廂穿越層門地坎時會產生脈動的風壓，層門板和轎廂門板同時受側向力的作用而產生機械噪音。因此轎門板和層門也必須采用隔音屏蔽的結構，從而達到減少噪音的效果。
2.2 安全部件的開發與研究
2.2.1 安全鉗
對于超高速運行的電梯而言，出現速度上的失控是致命的，將會導致嚴重的人員傷亡和經濟損失，因此，研發出滿足超高速電梯使用的安全鉗，是至關重要的。當電梯運行速度達到10m/s以上的時候，若安全鉗被觸發，安全鉗楔塊會馬上動作抱緊導軌，與導軌產生劇烈摩擦，由于普通安全鉗是使用銅鋼制楔塊，在剎車過程中，所產生的高溫會將其熔化，從而導致安全鉗失效。當前超高速電梯開發中，通常采用耐摩擦和耐高溫的復合型陶瓷材料。而陶瓷的撞擊性能較差，當剎車過程中發生導軌變形時，導軌會與安全鉗發生撞擊，從而讓楔塊很容易被撞碎。若出現此情況，安全鉗功能便會失效。因此，在安全鉗楔塊材質的研制中，應該開發出同時具備陶瓷和鋼鐵雙重特性的材料。
2.2.2 緩沖器
緩沖器高度是跟轎廂額定速度的平方成正比。根據國標GB7588-2003要求緩沖器可能的總行程應至少等于相應于115%額定速度的重力制停距離的兩倍，即0.0674v2（m）。如電梯額定速度為15m/s時，傳統單級緩沖器的壓縮行程最少需要15m。如此高的緩沖器無論是對建筑物的底坑深度，還是對運輸都是難以去實現的，因此必需研發出高度更為合理的緩沖器。具有套筒式柱塞結構緩沖器，可將緩沖器分多級壓縮，能有效的減少緩沖器的高度，更好地滿足運輸和建筑要求。
2.3 乘坐舒適性
超高速電梯在運行中，對導軌細微的彎曲及脈動的風壓，都會引起轎廂的橫向震動，這種晃動是與轎廂的運行速度成正比，因此高強度、高質量導軌的選用和導軌高精度的安裝是最基本要求。同時，可以在轎廂的上下左右四個導向處安裝能檢測出導軌彎曲和脈動風壓引起的水平振動并進行主動控制的減震裝置。此外，采用磁懸浮式的導靴能實現轎廂與導軌的非接觸運行，有效地減小震動，從而提高電梯的乘坐舒適性。
2.4 開發新型驅動電機
永磁同步電機的優點是節能和低速大轉矩，隨著技術的不斷提升，永磁同步電機的不斷發展，容量上的有了大大的提升，它將是超高速電梯開發更新換代的主要驅動主機。通過采用永磁同步電機，電梯主機一般能夠降低20%的體積，功率能提高至少15%，振動和噪音能降低10dB。因為永磁同步電機結構簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高等優點，跟直流電機相比，它沒有直流電機的換向器和電刷等缺點;和異步電機相比，它由于不需要無功勵磁電流，因而效率高，功率因數高，力矩慣量比大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉子參數可測控制性能好;和普通同步電動機相比，它省去了勵磁裝置，簡化了結構，提高了效率。
新型驅動電機應同時具備能量反饋技術。顧名思義能量反饋技術即可以將電梯運行時，產生的勢能和動能通過能量轉化裝置轉換為電能并反饋到其他用電設備當中。電梯輕載上行或滿載下行時，由于對重裝置或轎廂會比另一側重，當速度達到了額定速度后，電梯系統便會產生多余的勢能，通過多重整流技術轉化為電能并回饋到電網，由此可減少設備的能耗，滿足節能環保要求。能量反饋技術可以說是繼永磁同步電機技術后電梯行業的又一重大技術突破。
2.5 提高電梯的運輸能力
電梯作為一種交通運輸工具，就有一個運輸能力問題。高層建筑在配置電梯時需要分析大廈交通模式、電梯運行速度、開關門時間和停站時間等，以保證滿足人流的使用要求?？s短開關門時間，是提高電梯運輸能力的一項重要舉措。因此開發出具有安全、穩定和快速的門機，是日后的工作重點。停站時間是電梯運輸能力中一項復雜的參數，因為它取決于出入電梯轎廂人數而變化，具有很大的不確定因素。通常停站時間是電梯使用過程中耗時最多的參數，它因此成為電梯系統運輸能力的決定性因素。為縮短停站時間，提高電梯通行效率，一般的超高層建筑均配備多臺電梯，后臺控制系統收集到來自各層站的呼叫后，會優先安排最近的電梯到達相應層站。由于高層建筑層站較多，電梯也難免出現空載運行的現象，如何將現時的控制系統進一步優化，減小電梯空載率，提升運行效率將會是未來開發的任務。
雙層轎廂電梯是另一種提高電梯運輸能力的新方式。顧名思義，雙層轎廂分為上下層廂體結構，乘客可以從上下兩個層站的廳門分別出入轎廂，下層轎廂停靠單數樓層，上層轎廂?？侩p數樓層。這樣布置的優越性在于節省能源，而且有助于緩解候梯大廳人群的擁擠程度，從而在客流高峰期間提高了運行效率。
3 結語
隨著國內高層建筑的不斷涌現，高速電梯關鍵技術的探討勢必對舒適、高效及高速電梯的研制起到積極的推動作用。進入信息化時代，物聯網技術、人工智能技術、大數據技術等也勢必會應用到高速電梯中去，新技術的出現會給人類未來的生活帶來巨大的改變。因此，對高速電梯的研究應該不斷深入，高速電梯的發展也會越來越好。
參考文獻
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