高速電梯中的減振減噪設(shè)計(jì)研究

李中斌 程亞周

前言

高速電梯在井道中的快速上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致氣體被瞬時(shí)壓縮，由此產(chǎn)生的較大風(fēng)阻則會(huì)與轎廂作用最終導(dǎo)致風(fēng)阻噪聲的出現(xiàn)，同時(shí)出現(xiàn)的空氣流速急劇增加則會(huì)導(dǎo)致轎廂的劇烈波動(dòng)，而為了盡可能抑制高速電梯噪聲、保證電梯運(yùn)行的安全性和舒適性，正是本文開(kāi)展高速電梯減振減噪設(shè)計(jì)研究的原因所在。

1 高速電梯中的減振減噪設(shè)計(jì)途徑

1.1 減振導(dǎo)靴

在高速電梯的減振減噪設(shè)計(jì)中，改進(jìn)電梯導(dǎo)靴屬于較為常見(jiàn)的一種減振減噪設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)外電梯公司均在減振導(dǎo)靴研發(fā)中投入了較高精力。其中，減振導(dǎo)靴在高速電梯減振減噪設(shè)計(jì)中有著較為廣泛應(yīng)用，這類減振導(dǎo)靴采用在轎廂側(cè)安裝超導(dǎo)電磁鐵，并由此配合井道內(nèi)壁裝置磁懸浮導(dǎo)軌，磁懸浮導(dǎo)軌還將同時(shí)與轎廂上裝置的導(dǎo)軌相配合，這就使得減振導(dǎo)靴能夠較好服務(wù)于高速電梯的減振減噪設(shè)計(jì)[1]。

1.2 轎外導(dǎo)流外罩

在高速電梯轎廂頂部、底部加設(shè)整流罩同樣屬于較為常見(jiàn)的減振減噪設(shè)計(jì)，流線型結(jié)構(gòu)的整流罩能夠有效降低風(fēng)阻，高速電梯運(yùn)行中的噪音、振動(dòng)均將實(shí)現(xiàn)明顯減小。一般的高速電梯轎廂為四方形，其與空氣壓縮接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的空氣紊流，但基于計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)的導(dǎo)流外罩設(shè)計(jì)卻能夠?qū)崿F(xiàn)轎廂和氣流摩擦的最大程度降低，紊流產(chǎn)生的減少將有效減小轎廂外形因此的噪聲與振動(dòng)。

1.3 雙層轎壁、雙層轎門(mén)

雙層轎壁、雙層轎門(mén)同樣屬于較為常見(jiàn)的高速電梯減振減噪設(shè)計(jì)，這一設(shè)計(jì)能夠?qū)⒃胍襞c振動(dòng)阻隔在轎廂之外，高速電梯乘坐的舒適感也將通過(guò)轎內(nèi)振動(dòng)與噪音的減少實(shí)現(xiàn)大幅提升，近年來(lái)雙層結(jié)構(gòu)轎壁高速電梯、采用內(nèi)部為真空壁板轎廂的高速電梯也因此大量涌現(xiàn)。值得注意的是，設(shè)法改進(jìn)自動(dòng)開(kāi)門(mén)機(jī)系統(tǒng)同樣能夠有效降低高速電梯振動(dòng)和噪音，這種改進(jìn)的核心在于引進(jìn)變頻調(diào)制技術(shù)控制自動(dòng)開(kāi)門(mén)機(jī)系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)門(mén)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的噪聲將由此得到較好抑制[2]。

2 高速電梯減振減噪設(shè)計(jì)實(shí)例分析

2.1 設(shè)計(jì)背景

為提升研究的實(shí)踐價(jià)值，本文選擇了某高層建筑項(xiàng)目的高速電梯設(shè)計(jì)作為研究對(duì)象，該項(xiàng)目建筑高度為530m，共配備81部電梯用于垂直交通運(yùn)輸，其中三部電梯速度為10m/s，同時(shí)也存在速度為5m/s、6m/s、8m/s的電梯，為降低電梯噪音和振動(dòng)，設(shè)計(jì)人員開(kāi)展了一系列針對(duì)性較強(qiáng)的減振減噪設(shè)計(jì)，也正是由于這一系列設(shè)計(jì)，該項(xiàng)目電梯振動(dòng)、噪聲水平得以滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 具體設(shè)計(jì)

2.2.1 應(yīng)用Ultra滾輪導(dǎo)軌

為有效降低高速電梯運(yùn)行過(guò)程中的噪聲和振動(dòng)，采用了每臺(tái)電梯安裝4套Ultra滾輪導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，Ultra滾輪導(dǎo)軌分別安裝于轎廂底部安全鉗座下方、上梁兩側(cè)，并同時(shí)在重梁的上部和底部安裝四套對(duì)重導(dǎo)靴，電梯運(yùn)行過(guò)程中的噪聲和振動(dòng)因此實(shí)現(xiàn)了明顯抑制。Ultra滾輪導(dǎo)軌能夠抑制電梯高速運(yùn)行時(shí)導(dǎo)軌接縫或垂直偏差引發(fā)的振動(dòng)，且其在應(yīng)用中基本無(wú)需維護(hù)，而針對(duì)電梯運(yùn)行速度針對(duì)性選擇彈性元件自調(diào)節(jié)減震、液壓減震器，則保證了Ultra滾輪導(dǎo)軌得以較好服務(wù)于研究項(xiàng)目高速電梯的減振減噪設(shè)計(jì)。

2.2.2 合理選用轎廂

為進(jìn)一步降低高速電梯噪聲和振動(dòng)，設(shè)計(jì)人員圍繞轎廂壁、天花板、轎廂平臺(tái)、轎廂框架等部件開(kāi)展了大量研究，最終選擇了符合空氣動(dòng)力學(xué)原理的新型Q型轎廂，由此高速電梯運(yùn)行過(guò)程中的噪音被控制在50dBA內(nèi)，垂直的水平振動(dòng)則被控制在10mg內(nèi)。此外，還采用了如下減振減噪設(shè)計(jì)：①轎廂壁。通過(guò)設(shè)計(jì)，保證了通風(fēng)口無(wú)可見(jiàn)縫隙，同時(shí)采用了調(diào)節(jié)豎直加勁板、平臺(tái)彈性接口的設(shè)計(jì)，前者可降低傳動(dòng)系噪音，后者則能夠降低結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)的噪音，而為了消除轎廂壁可見(jiàn)縫隙，采用了層疊轎廂壁的處理方式。②地臺(tái)?；静捎闷脚_(tái)式封閉設(shè)計(jì)，而為了消除振動(dòng)傳導(dǎo)，縱梁連接采用點(diǎn)焊方式。③轎廂框架。通過(guò)優(yōu)化轎廂框架、加固框架各處節(jié)點(diǎn)，電梯轎廂的平穩(wěn)性大大提升，振動(dòng)能量損耗也實(shí)現(xiàn)了一定增加[3]。

2.2.3 應(yīng)用永磁電動(dòng)門(mén)機(jī)系統(tǒng)

研究項(xiàng)目電梯門(mén)均采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)、直接的齒形帶傳動(dòng)系統(tǒng)，門(mén)系統(tǒng)運(yùn)行噪音因此大幅降低，同時(shí)選用的永磁同步門(mén)機(jī)（NGSOK型號(hào)）則在提高電梯性能的同時(shí)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了電梯的減振減噪。永磁同步門(mén)機(jī)采用高效的永磁電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，較少的運(yùn)動(dòng)部件數(shù)量、較強(qiáng)的惡劣工況應(yīng)對(duì)能力、無(wú)需使用溫度傳感器檢測(cè)均屬于永磁電機(jī)具備的優(yōu)勢(shì)，而結(jié)合永磁電機(jī)性能測(cè)試，可確定其轎內(nèi)的運(yùn)行噪音、鎖定/解鎖噪音分別為最大52dBA與55dBA，重開(kāi)門(mén)距離最大為100mm，無(wú)負(fù)載情況下電動(dòng)機(jī)噪音為45dBA

2.2.4 采用轎外導(dǎo)流罩

研究項(xiàng)目的高速電梯減振減噪設(shè)計(jì)還應(yīng)用了轎外導(dǎo)流罩，這一設(shè)計(jì)是為了滿足國(guó)家對(duì)消防電梯提出的60s之內(nèi)達(dá)到建筑的頂層或底層要求，為避免高速電梯在如此短時(shí)間內(nèi)的快速運(yùn)行中受到氣壓劇烈變化的影響，高速電梯轎廂內(nèi)部在快速運(yùn)行中可能出現(xiàn)的氣壓急劇變化應(yīng)對(duì)屬于該環(huán)節(jié)減振減噪設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，而為了避免高速電梯可能由此引發(fā)的乘梯人員耳鳴不適，設(shè)計(jì)人員采用了圖1所示的轎外導(dǎo)流罩。在轎外導(dǎo)流罩支持下，快速運(yùn)行產(chǎn)生的空氣阻力、因氣流引發(fā)的振動(dòng)均得到了較好抑制，同時(shí)配合使用氣壓控制閥及控制裝置，即可保證高速電梯在運(yùn)行過(guò)程中自動(dòng)加減轎廂內(nèi)氣壓，乘梯人員的不適感避免、噪音穿入的密封轎廂抑制也將由此實(shí)現(xiàn)。

2.3 其他設(shè)計(jì)路徑

2.3.1 項(xiàng)目概況

上述實(shí)例涉及的高速電梯減振減噪設(shè)計(jì)具備較高借鑒價(jià)值，但由于其設(shè)計(jì)水準(zhǔn)較高，并不能完全應(yīng)用于所有高速電梯，因此本文將對(duì)某普通高層建筑高速電梯減振減噪設(shè)計(jì)路徑進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，該項(xiàng)目高速電梯的額定速度為6m/s。

2.3.2 具體設(shè)計(jì)

圖1 轎外導(dǎo)流罩

為實(shí)現(xiàn)高速電梯的減振減噪設(shè)計(jì)，該項(xiàng)目采用了貼隔音棉減噪、增加迷宮式擋風(fēng)板減噪、加裝靜平衡減振、加長(zhǎng)轎廂架減振的減振減噪設(shè)計(jì)，其中貼隔音棉減噪設(shè)計(jì)主要包括轎壁貼隔音棉、轎頂貼隔音棉，高速電梯轎廂氣動(dòng)風(fēng)噪實(shí)現(xiàn)了明顯降低，其運(yùn)行過(guò)程中的噪音同樣被控制在50dBA內(nèi)；而在增加迷宮式擋風(fēng)板減噪的設(shè)計(jì)中，該設(shè)計(jì)主要包括通風(fēng)孔特殊設(shè)計(jì)、COP特殊設(shè)計(jì)、轎頂風(fēng)扇特殊設(shè)計(jì)、轎門(mén)特殊設(shè)計(jì)，通過(guò)安裝迷宮式擋風(fēng)板、采用整體式COP轎廂操作面板、加裝風(fēng)扇罩、增加擋風(fēng)板，使電梯運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)、噪聲實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步抑制；加裝靜平衡減振是一種在轎廂底四個(gè)角上加平衡塊的減振減噪設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)取得的效果雖然無(wú)法比擬上文提到的Ultra滾輪導(dǎo)軌，但同樣能夠在一定程度上抑制振動(dòng)、噪聲；加長(zhǎng)轎廂架減振是為了提升高度電梯內(nèi)部舒適度，因此該設(shè)計(jì)確定了“轎廂高度+2714mm”的高速梯轎架高度，并在轎廂與轎架相連處采用彈簧減震，同時(shí)采用通過(guò)鋼管連接到轎架下梁的電纜支架固定強(qiáng)度增強(qiáng)、對(duì)角分布的支架設(shè)置，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了高速電梯的減震減噪設(shè)計(jì)，這一系列較為“平民”化的減震減噪設(shè)計(jì)同樣具備較高借鑒價(jià)值。

3 結(jié)論

綜上所述，高速電梯的減振減噪設(shè)計(jì)具備較高必要性，在此基礎(chǔ)上，本文涉及的應(yīng)用Ultra滾輪導(dǎo)軌、合理選用轎廂、應(yīng)用永磁電動(dòng)門(mén)機(jī)系統(tǒng)、采用轎外導(dǎo)流罩等內(nèi)容，則提供了可行性較高的高速電梯減振減噪設(shè)計(jì)路徑，而為了實(shí)現(xiàn)更高水平的高速電梯減振減噪設(shè)計(jì)，綠色節(jié)能電梯技術(shù)應(yīng)用、“以人為本”電梯設(shè)計(jì)理念、高性能微處理器應(yīng)用也應(yīng)成為業(yè)界關(guān)注焦點(diǎn)。