浅析超高速电梯的噪声和振动控制

提要:超高速电梯运行时轿厢内噪声不大于 60dB(A),垂直方向和水平方向振动加速度分别不大于 25cm/s2 和 15cm/s2。2.4 为了控制轿厢风鸣共振声,在设计时考虑轿厢密 封,然后要求轿厢顶部、底部和轿壁紧固,轿厢与轿架 减振和紧固。

  随着世界科技和经济的快速发展,越来越多的现代 化都市规划者把目光投向了高层和超高层建筑的建设。 而高层和超高层建筑的运输和消防要求,必须应用高速 或超高速电梯才能满足。由于电梯轿厢在狭长的井道内 运行,轿厢速度增加,必将带来一系列空气动力学问题, 包括气动阻力、气动噪声和低频振动,以及由此带来的 曳引功率增加、电梯轿厢振动、乘客安全性和舒适性等 问题。

  目前我国习惯上把电梯速度超过5.00m/s的电梯称 为超高速电梯。随着电梯技术的不断发展,电梯速度越 来越高,区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地 提Si。

  现在,超高速电梯的制造和验收没有严格的国家标 准,而对设计和安装验收只有依据目前的GB 10060- 1993《电梯安装验收规范》、GB 50310-2002《电梯工 程施工质量验收规范》和GB/T 10058-1997《电梯技 术条件》为标准,而最能体现电梯舒适感的指标就是噪 声和振动加速度。超高速电梯运行时轿厢内噪声不大于 60dB(A),垂直方向和水平方向振动加速度分别不大于 25cm/s2 和 15cm/s2。

  1超高速电梯的噪声来源分析与控制

  1.1超高速电梯的噪声来源

  超高速电梯的噪声主要是由空气阻力和机械振动引 发的。

  (1)空气阻力引发的噪声称为风阻噪声,其引发主要 原因:当电梯在井道里超高速上下往复运行时,气体瞬 时被急剧压缩,同时轿厢体与井道之间缝隙处的气体由 于流动面积的急剧减少,相对于厢体的速度便会突然增 作者单位:广东省特种设备检測研究院,广州510080 加,因此产生很大的风阻。这些阻力与轿厢作用,就产 生风阻噪声。另外由于空气流速的急剧增加,气流在厢 体尾部会生产很大分离和不连续的漩涡。这种不连续漩 涡不断脱落和演化会使涡流场中的压力产生剧烈波动, 并产生涡流噪声。2)机械振动引发的噪声。电梯的许多噪声是由振动 引起的,这种振动以弹性波的形式在空气、固体介质中 进行传播,分别称为气体噪声和固体噪声。通常,固体 噪声又称振动,在下文介绍的振动项目中都或多或少产 生振动噪声。

  1.2控制超高速电梯噪声的措施

  有效地控制高速电梯的噪声,应根据其产生机理逐 步采取对应措施,即在噪声产生之前采取措施防止噪声 产生;噪声产生之后在声源处降低噪声。依据技术作用 原理,隔声降噪技术有吸声、隔声和消声3种类型。

  (1〉吸声。未作任何声学处理的厢体构件与空气的特 性阻抗相差很大,因此采用能够吸收声能的材料或结构 可以吸收声能,达到吸声降噪的效果。譬如在轿顶、轿 底和轿壁上粘贴吸声材料和增加吸声孔等。

  (1) 隔声。使用构件将噪声和轿厢分开,阻断空气中 声波的传播,从而达到降噪目的。为了有效地对高速电 梯降噪,可以密封轿厢,轿壁用夹层防振和密封结构, 从而降低噪声的传播。

  消声。消声是采取一些构件或结构来降低空气动 力性噪声。一方面为了有效地改善由于高速气流对运行 电梯的影响,根据空气动力学原理和部分建模研究分析, 要求在轿厢的顶部和底部加分流装置或流线形(椭圆形) 整流罩,这对超高速电梯运行起到了良好的降噪作用。 另_方面采用迷宫型结构设计,可以有效地阻止空气噪 声传播。

  2超高速电梯的振动分析与控制

  超高速电梯的振动,主要有两方面:(1)轿厢水平方 向的振动I (2)轿厢垂直方向的振动。

  2.1超高速电梯水平方向的振动原因和改善措施

  轿厢X、方向的机械振动主要有以下几方面原因。

  (1) 导轨。导轨的选型和导轨表面质量;导轨安装垂 直度;导轨之间连接头处理。

  (2) 导靴松紧程度。电梯的上下运行主要靠轿厢上安 装的导靴和导轨相接触,导靴太紧起动时易有台阶感, 停车时易有制动感,导靴太松运行时轿厢中易有晃动感。

  (3) 轿厢安装紧固度、密封度。电梯高速运行时,整 个轿厢要受到很大的作用力。如果轿厢支架或轿厢壁等 处某个部位没有紧固好,则电梯高速运行时,该部位处 很容易有相对错动,使轿厢产生振动。高速运行中,轿 厢有时会出现风鸣共振声,多与轿厢安装紧固度、轿厢 密封度及井道有关。

  (4) 轿厢平衡问题。有时由于设计或安装等原因,导 致轿厢质量不平衡而倾向一侧,电梯运行时,导靴紧蹭 导轨面,在运行中有抖动或振动感。

  有效改善水平方向振动的措施主要有以下几方面。

  2.2 导轨的刚度和表面平整度直接影响到电梯的运行 效果,特别是对超高速电梯运行尤为明显。导轨垂直度 和两导轨平行度应严格控制在国家标准范围以内,甚至 要高于国家标准。所以需通过计算选用一定刚度的、高 精度的导轨是高速电梯配置的一个关键。

  2.3 高速电梯上导靴的好坏对电梯水平方向的振动起 着关键作用。目前高速电梯大都采用滚动式导靴,而滚 动导靴的加工精度和质量直接影响到电梯的水平振动。 现在,已经有国外企业应用超导导靴,实现了轿厢与导 轨的非线性接触运行。

  2.4 为了控制轿厢风鸣共振声,在设计时考虑轿厢密 封,然后要求轿厢顶部、底部和轿壁紧固,轿厢与轿架 减振和紧固。

  2.5 为了减少轿厢质量偏向_侧的问题,可在轿厢质 量较轻的_侧加配重块,以减轻导靴对导轨的单侧作用 力偏大。

  超高速电梯垂直方向的机械振动原因和改善措施

  轿厢Z方向的机械振动主要原因有以下几方面。

  (1)曳引机机械间隙不均匀。曳引机作为电梯运行驱动装置,其性能直接关系到电梯运行舒适感。曳引机机 械间隙、曳引轮加工和安装精度对电梯的影响主要体现 在电梯的加速过程中。电梯速率发生变化时,电动运行 和发电运行状态将发生切换,造成电梯振动,极大地影 响电梯舒适感。

  钢丝绳张紧均匀度。钢丝绳张紧不均匀,会出现 电梯运行时某几根受力不均而抖动或振动,对电梯起动、 高速运行、停车都有影响。

  共振问题。电梯的机械系统是由许多构件组装而 成的,自身有一定的振动频率,一旦其他因素的综合振 动频率与之相吻合,就会产生共振现象,极大地影响乘 客舒适感。

  电气问题。主板参数和变频器参数设置直接影响 电梯舒适感。主板参数中的减速度、曲线拐角时间、抱 闸延时等不合理,会使得S曲线的启制动过渡时间不合 适,振动加、减速度会超标;变频器相关参数中的矢量 控制参数(PI值)、主机参数、惯量参数、滤波时间等设 置不合理,会直接影响低速和高速时抖动(振动)。

  为了有效控制垂直方向的振动,需就上述问题主动 采取措施:选择性能优良的、转矩稳定的永磁同步曳引 机;钢丝绳安装之前应先充分释放回复扭应力;调整钢 丝绳使其张紧力均匀;为了预防机械共振,需考虑增加 合理的减振装置:曳引机搁置钢梁下垫减振橡胶垫,还 可在轿厢钢丝绳绳头处用木头夹头或在轿厢顶部、底部 加配重块来改变共振频率;有效设定合理的变频器参数 将使超高速电梯运行更加舒适。

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