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关于超高速电梯的关键技术及应用 摘要：本文主要简述了超高速电梯定义与使用范围的界定，以及分析了超高速电梯的关键技术与应用，并探讨了超高速电梯的发展走向。 关键词：超高速电梯；关键技术；应用 当今社会不断变化，越来越多的人向现代化大都市集聚。这就意味着需要不断更新现代化运输工具。随着高层建筑的大量涌现，人们对电梯速度提出了更高的要求，超高速电梯的发展成为大势所趋。超高速电梯在高层建筑中的运用更能体现其作用。超高速电梯的使用频率越高，需要注意的问题就越多。因此，超高速电梯的性能、质量应得到更好的保障。 一、超高速电梯定义与使用范围的界定 超高速电梯指的是速度在6m/s以上，或者是在楼层高于100米的超高层建筑中使用的电梯。根据高层建筑的高度，可分为如下四类：第一，底层建筑为9—16层，高度最高为50m；第二，中层建筑为17—25层，高度最高为75m；高层建筑为26~40层，最高高度为100m，超高层建筑为40层以上或者高度超过100m。根据电梯的运行速度，其可分为如下四类：低速电梯指的是运行速度小于或等于1m/s的电梯；中速电梯指的是运行速度大于1m/s但小于2.5m/s的电梯；高速电梯指的是运行速度大于2.5m/s但小于6m/s的电梯；超高速电梯指的是运行速度大于6m/s的电梯。在国内，对于超高层建筑的规定为：高度超过100m或者层数超过32层的民用建筑，并且在避难层、消防水压等方面有着特殊要求。 二、超高速电梯的关键技术与应用 （一）制造新型驱动电机 新型的驱动电机, 必须满足三个条件: 紧凑, 节能,能够降低振动和噪音。 早期的超高速电梯,由于交流技术的限制,普遍采用直流电机拖动的技术,需要配备专门的直流发电机组。能耗高、噪音大的弱点已经制约到使直流电机未能满足新型超高速电梯驱动电机要求。 随着永磁同步电机技术的发展,特别是容量上的不断提升, 在结合永磁同步电机的节能和低速大转矩( 无须减速机构) 的优点, 将是超高速电梯开发更新换代的主要驱动主机。大容量的永磁同步主机将是实现在重载情况下快速启动的最重要保证, 因为超高速电梯一般要求在启动10s 以内达到全速运行。 永磁式同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高。和直流电机相比, 它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。和异步电动机相比, 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。另外, 永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制。特别是钕铁硼永磁的热稳定性和耐腐蚀性的改善和价格的逐步降低以及电力电子器件的进一步发展, 加上永磁电机研究开发经验的逐步成熟, 正向大功率化( 高转速、高转矩) 、高功能化和微型化方面发展。目前, 稀土永磁电机的单台容量已超过1000kW, 最高转速已超过300000r/min, 最低转速低于0.01r/min。可以满足超高速电梯启动时要求的500kW的功率要求。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。 （二）轿厢内噪音的抑制 超高速电梯在运行过程中因轿厢与空气的摩擦会产生噪音，而影响到轿厢内部运行噪音的主要因素有：轿厢形状、轿厢结构以及轿底结构等。在轿厢结构方面，除超高速电梯以外，其他电梯都是四方体结构，其中观光电梯的外形结构除外，因为其结构并不是为了实现降低噪音而设计的。而因为电梯运行的速度不是很大，所以外形结构对运行风阻的影响也较低。针对超高速电梯轿内内噪音的抑制问题，通常采用在四方体轿厢的顶部与底部设置整流罩上的办法，整流罩是流线型结构，所以能够很好的降低风阻，进而也就有效的降低了电梯在运行过程中轿厢与空气摩擦所产生的噪音。而对于降低轿厢噪音，最有优势的是圆柱形状的轿厢，配合圆柱形的井道，能够使轿厢外壁到井道内壁等距，从而通过外形设计实现噪音的降低。超高速电梯的轿壁可采用双层结构，如想在此方面实现噪音的最大化降低，可以采用内部抽真空的壁板。通常情况下，可以采用隔音或者吸音的材料来做轿厢地板材料，从而进一步降低轿厢内的噪音。 （三）运行振动的减少 电梯在运行过程中所产生的振动通常由以下两方面因素决定：导轨安装的质量、动态振动控制以及智能控制技术的应用。超高速电梯提升高度通常在一百米以上，所以导轨的安装质量就直接关系到了电梯的运行振动，而当前在超高速电梯导轨的安装中，通常采用激光较轨设备来实现对导轨的校正。与此同时，运行振动的减少还可以采用电磁式的动态振动控制导靴，或者采用磁悬浮式的动态振动控制导靴。电梯的轿厢和导轨是通过导靴或者滚动导轮实现接触的，虽然滚动导轮在减振效果上要高于滑动导靴，但是传统滚动导轮的被动减振方式已经无法满足超高速电梯的运行要求，需要采用发电机式滚动导轮，以减少电梯运行振动。目前，国外已经开发出了超导导靴，从而实现了轿厢与导轨的非接触运行。而当前超高速电梯运行中关于振动测试系统已成为研究领域难度最大的一个项目，需要采用与之相配套的测试设备，而这些设备的开发就需要企业自行研发。 （四）以新技术来创新安全钳材料 对于高速运行的超高速电梯来讲，如果一旦出现速度上的失控，将会导致严重的人员伤亡与设备损失。因此，这就需要从其安全钳的关键技术着手。当电梯的运行速度达到10m/s以上速度时，会触发安全钳，而传统的安全钳所采用的是铜钢材料，在运行过程中，其会与导轨产生激烈摩擦，所产生的高温会将其熔化，从而致使安全锤失效。当前，国外在安全锤制造上，借鉴了航天技术，即将复合型陶瓷材料运用到电梯中。然而，在使用陶瓷材料上，超高速电梯使用时所处的环境与航天的区别很大，当电梯安全钳与导轨之间产生剧烈摩擦时，会造成导轨的变型，此种情况下，导轨会与安全钳发生撞击，而陶瓷耐撞击性能很差，很容易就会被撞碎。而如果一旦陶瓷材料的安全钳被撞碎，就会导致安全钳功能的实效，从而势必会带来严重的后果。因此，当前，在安全钳技术工艺上，需要开发出具备陶瓷耐热性能的、并且还要具备钢铁类抗击性能强的符合材料，以确保超高速电梯在运行过程中的安全。 三、超高速电梯的发展走向 （一）超高速电梯的节能控制 超高速电梯的耗能关乎其未来的发展动态。目前，超高速电梯不断涌现，能源消耗也在大幅上升。这无论是对环境，还是对可持续发展来说都是较大的威胁。很多超高速电梯采用的是独立运行的方式。这就极大地增加了电能的消耗。将串联系统改为并联系统，以群控的方式提高电梯的运行效率，减少电能的消耗，减轻后期维护保养电梯的工作负担。同时，将控制系统改为群控，还可极大地降低对电梯的磨损，延长电梯的使用寿命。 （二）超高速电梯的轿厢改进 通常，超高速电梯在速度大于6m/s的情况下运行，其所受的风阻是很大的。为了提高超高速电梯的乘坐舒适度，改变轿厢的外部结构成为首选的方式。虽然这种方式可在一定程度上提高电梯的乘坐舒适度，但这是一种被动提高电梯舒适度的方式。因此，如何调整电梯轿厢内的气压，以消除超高速电梯轿厢内乘客在升降过程中因耳压而造成的不舒适感，成为了超高速电梯轿厢改进面临的重要问题。为了使乘客对超高速电梯有更多的了解，现在普遍的做法是将电梯轿厢的运行速度显示在轿厢内部。如此，既不会在很大程度上增加成本，又能使乘客在乘坐超高速电梯时更有安全感。 总结 对超高速电梯的安全性、舒适性以及硬件、外部因素等进行研究后发现，超高速电梯将逐步代替中高速电梯，成为人们在日常生活和工作中的主要运输方式之一。尤其进入超高速电梯时代，更多的问题需要我们予以重视。电梯速度、质量等方面的变化都将给人类未来的生活带来巨大的改变。因此，对超高速电梯的研究应该不断深入。 参考文献： [1]超高速电梯发展中存在的问题与研究方向_伍辉 [2]浅析超高速电梯的关键技术及应用_邓耀焜 [3]浅析超高速电梯的关键技术及应用_梅尚先 本文来源：https://www.dywdw.cn/7d8f039a2d60ddccda38376baf1ffc4fff47e2c9.html
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2022-07-31
