探讨超高速电梯中的关键技术

冯智乐

摘  要：高速电梯作为超高层建筑的垂直运输设备，其各项技术备受关注。世界上超高层建筑越来越多，人们对电梯速度的期望也随之提高，超高层建筑的建造给电梯行业带来了极大的挑战。开发超高速电梯成为大势所趋，电梯的速度越快，需要解决的问题就越多。因此超高速电梯系统有很多关键的技术需要突破，以满足人们对超高速电梯在速度、安全性、可靠性、舒适性、高效节能等方面要求。

关键词：超高速  问题  技术

中图分类号：TU85                 文献标识码：A            文章编号：1672-3791（2019）04（c）-0070-02

1  当今超高速电梯的现状

世界上高层建筑的大量涌现，高度越来越高，电梯速度也随之刷新。根据世界高层建筑的调查报告显示，在所有已经建成并已安装电梯的大厦中，速度最快的是上海中心大厦，其由三菱电机公司设计的超高速电梯速度达到了20.5/s。而这座大厦不仅是电梯速度之最，它同时也保持着电梯提升高度之最，其提升高度达到578.5m，占整座大厦的90%高度。在这样的速度下，到达顶层仅需要55s。其次是广州周大福金融中心，而台北101大厦则紧随其后。它们分别是由日本日立公司设计的电梯速度达到了20m/s，和日本东芝公司设计的 16.8m/s电梯。

2  超高速电梯的关键技术

通过采购高速电梯的部件，在试验井道中组装一台超高速电梯，目前不是一件难事，但要达到运行安全、可靠，特别是乘坐舒适的程度却不是一件易事，因此我们要研究其中的关键技术。

2.1 减少轿厢内噪音

电梯在井道中高速运行时，轿厢与空气会产生相互作用的摩擦力从而产生空气动力噪音。要减少空气动力噪音，可以从声源上着手。首先减少轿厢外部扰动气流的障碍物，可在轿厢的顶部与底部设置整流罩的办法，让轿厢外形变成流线型结构，能够有效地减少气流干扰，进而也有效的降低了电梯在运行过程产生的噪音。其次减少井道内的气压差，可通过圆柱型轿厢，配合圆柱形状的井道，能够使轿厢外壁到井道内壁等距，从而减小因气压差所产生的空气动力噪音。除了控制声源外，还能从抑制声音传播着手。采用双层封闭结构的轿壁，壁板内部抽直空处理，能有效地阻挡噪声往轿厢内部传播。同时轿内的壁板也应该考虑采用具有吸声的材料以考虑进入轿厢内噪声的反射问题。

除空气动力动噪音外，轿厢机械噪音也是一个不可忽视的问题。当轿厢穿越层门地坎时会产生脉动的风压，层门板和轿厢门板同时受侧向力的作用而产生机械噪音。因此轿门板和层门也必须采用隔音屏蔽的结构，从而达到减少噪音的效果。

2.2 安全部件的开发与研究

2.2.1 安全钳

对于超高速运行的电梯而言，出现速度上的失控是致命的，将会导致严重的人员伤亡和经济损失，因此，研发出满足超高速电梯使用的安全钳，是至关重要的。当电梯运行速度达到10m/s以上的时候，若安全钳被触发，安全钳楔块会马上动作抱紧导轨，与导轨产生剧烈摩擦，由于普通安全钳是使用铜钢制楔块，在刹车过程中，所产生的高温会将其熔化，从而导致安全钳失效。当前超高速电梯开发中，通常采用耐摩擦和耐高温的复合型陶瓷材料。而陶瓷的撞击性能较差，当刹车过程中发生导轨变形时，导轨会与安全钳发生撞击，从而让楔块很容易被撞碎。若出现此情况，安全钳功能便会失效。因此，在安全钳楔块材质的研制中，应该开发出同时具备陶瓷和钢铁双重特性的材料。

2.2.2 缓冲器

缓冲器高度是跟轿厢额定速度的平方成正比。根据国标GB7588-2003要求緩冲器可能的总行程应至少等于相应于115%额定速度的重力制停距离的两倍，即0.0674v2（m）。如电梯额定速度为15m/s时，传统单级缓冲器的压缩行程最少需要15m。如此高的缓冲器无论是对建筑物的底坑深度，还是对运输都是难以去实现的，因此必需研发出高度更为合理的缓冲器。具有套筒式柱塞结构缓冲器，可将缓冲器分多级压缩，能有效的减少缓冲器的高度，更好地满足运输和建筑要求。

2.3 乘坐舒适性

超高速电梯在运行中，对导轨细微的弯曲及脉动的风压，都会引起轿厢的横向震动，这种晃动是与轿厢的运行速度成正比，因此高强度、高质量导轨的选用和导轨高精度的安装是最基本要求。同时，可以在轿厢的上下左右四个导向处安装能检测出导轨弯曲和脉动风压引起的水平振动并进行主动控制的减震装置。此外，采用磁悬浮式的导靴能实现轿厢与导轨的非接触运行，有效地减小震动，从而提高电梯的乘坐舒适性。

2.4 开发新型驱动电机

永磁同步电机的优点是节能和低速大转矩，随着技术的不断提升，永磁同步电机的不断发展，容量上的有了大大的提升，它将是超高速电梯开发更新换代的主要驱动主机。通过采用永磁同步电机，电梯主机一般能够降低20%的体积，功率能提高至少15%，振动和噪音能降低10dB。因为永磁同步电机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高等优点，跟直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点;和异步电机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测控制性能好;和普通同步电动机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率。

新型驱动电机应同时具备能量反馈技术。顾名思义能量反馈技术即可以将电梯运行时，产生的势能和动能通过能量转化装置转换为电能并反馈到其他用电设备当中。电梯轻载上行或满载下行时，由于对重装置或轿厢会比另一侧重，当速度达到了额定速度后，电梯系统便会产生多余的势能，通过多重整流技术转化为电能并回馈到电网，由此可减少设备的能耗，满足节能环保要求。能量反馈技术可以说是继永磁同步电机技术后电梯行业的又一重大技术突破。

2.5 提高电梯的运输能力

电梯作为一种交通运输工具，就有一个运输能力问题。高层建筑在配置电梯时需要分析大厦交通模式、电梯运行速度、开关门时间和停站时间等，以保证满足人流的使用要求。缩短开关门时间，是提高电梯运输能力的一项重要举措。因此开发出具有安全、稳定和快速的门机，是日后的工作重点。停站时间是电梯运输能力中一项复杂的参数，因为它取决于出入电梯轿厢人数而变化，具有很大的不确定因素。通常停站时间是电梯使用过程中耗时最多的参数，它因此成为电梯系统运输能力的决定性因素。为缩短停站时间，提高电梯通行效率，一般的超高层建筑均配备多台电梯，后台控制系统收集到来自各层站的呼叫后，会优先安排最近的电梯到达相应层站。由于高层建筑层站较多，电梯也难免出现空载运行的现象，如何将现时的控制系统进一步优化，减小电梯空载率，提升运行效率将会是未来开发的任务。

双层轿厢电梯是另一种提高电梯运输能力的新方式。顾名思义，双层轿厢分为上下层厢体结构，乘客可以从上下两个层站的厅门分别出入轿厢，下层轿厢停靠单数楼层，上层轿厢停靠双数楼层。这样布置的优越性在于节省能源，而且有助于缓解候梯大厅人群的拥挤程度，从而在客流高峰期间提高了运行效率。

3  结语

随着国内高层建筑的不断涌现，高速电梯关键技术的探讨势必对舒适、高效及高速电梯的研制起到积极的推动作用。进入信息化时代，物联网技术、人工智能技术、大数据技术等也势必会应用到高速电梯中去，新技术的出现会给人类未来的生活带来巨大的改变。因此，对高速电梯的研究应该不断深入，高速电梯的发展也会越来越好。

参考文献

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[2] 金晴川译.超高层电梯[J].中国电梯，1998，9（11）：32-35.

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