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超高速电梯关键部件气动特性分析与优化设计

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：夏雪霞

[导读] 摘要：本文阐述了超高速电梯关键部件气动特性与优化设计的重要性，对超高速电梯关键部件气动性能现状进行说明，做出超高速电梯关键部件气动优化设计进行分析，希望对我国超高速电梯关键部件气动特性与优化设计的发展有所帮助。

        广东联合富士电梯有限公司 528137
        摘要：本文阐述了超高速电梯关键部件气动特性与优化设计的重要性，对超高速电梯关键部件气动性能现状进行说明，做出超高速电梯关键部件气动优化设计进行分析，希望对我国超高速电梯关键部件气动特性与优化设计的发展有所帮助。
        关键词：超高速电梯；关键部件气动特性；优化设计
        一、超高速电梯关键部件气动特性与优化设计的重要性
        现代社会电梯成为生活必备物品之一，电梯技术得以飞速发展，并且逐步向着智能化、高速化、舒适化的方向发展。超高速电梯因其速度快、便捷的特点得到高层用户的青睐。超高速电梯在井道运行中因井道过于狭窄，而电梯的运行速度较快就会产生气动阻力、气动噪声和低频振动等问题，这降低了电梯的舒适度和安全性。本文主要对电梯部分进行气动性的分析，逐步提出适合的超高速气动性电梯的优化方式，对超高速电梯气动性进行优化。高速电梯在设计中要注意设计结构的优化设计技术，对高速电梯气动性进行改进，逐步提高超高速电梯的平稳度、提高安全性能，关注超高速电梯国内外的发展状况，对高速电梯的气动噪声和动力学进行分析，确保各项数值模拟技术可以应用到高超速电梯的气动性分析，实现气动优化。
        我国建筑物高度逐步增加，普通电梯已经不能满足人们对高层建筑物的使用需求了，因此高超速电梯应运而生。高超速电梯因其特殊的动力学问题会出现空缺动力学，而中低速电梯则不会出现类似的问题，主要原因是轿厢速度较低，还不足以引起空气压缩的问题。轿厢在运行中，如果速度过大，运行中井道运行中形成的侧向升力会提高轿厢运行速度，井道内的气体被压缩，会出现轿厢挤压的情况，造成压力增加，而轿厢后端如果在运行中根据高速运动的情况发生漩涡，那么就会出现压力差，这样的压力差特别容易形成气动阻力和气动噪声，影响乘坐电梯乘客的舒适度。
        二、超高速电梯关键部件气动性能现状
        超高速电梯在运行过程中的噪声主要来自于两个部分，一个部分是电梯与井道导轨之间出现的碰撞的机械噪声，另一部分是高速非稳态气流引起的气动噪声。这两部分的噪声具有差别，电梯机械噪声主要是振动引起的，振动以弹性波的形式在井道内流通，并且通过气体和固体作为传导的介质，因介质不同，通过气体传导的被称为气体噪声，通过固体传导的被称为固体噪声，也叫振动噪声。气动噪声主要是因超高速非稳态气流引起，当电梯的轿厢在井道内高速运动时，轿厢前段会出现气体的急剧收缩，轿厢井道之间的空气面积减少会造成气体噪声。轿厢井道内部件的噪声多因空气流速的急剧增加引起，气流在形成中会出现漩涡，漩涡不连续，则会因不连续气体漩涡持续脱落和演化而出现压力流场波动的噪声。电梯噪声会影响乘客的舒适度，还会影响电梯运行，因此国内外出现大量学者对电梯噪声影响因素进行定性分析，关注电梯运动部件的机械撞击和振动的机械噪声。随着高速电梯的出现和发展，电梯的气动噪声逐步增强，对高速电梯气动噪声进行深入研究可以通过空气流动性的问题，加强电梯部件及曳引机的振动摩擦，这会造成电梯轿厢内的噪声明显增加。
        国内外的超高速电梯气动性研究主要通过两种方法试验，一种是搭建试验台进行模拟，一种是数值模拟的方式。气动性噪声研究较为复杂，就是用试验方法搭建试验台也不一定能够达到试验效果，因此要关注耗费的工程资金，巨大的资金缺口是很多高校和科研所不能够接受的，电梯试验塔的主要可以应用于速度较高的超高速运行电梯，但同时受到资金场地的限制，运行速度也会受到影响，不利于超高速电梯动力学研究，超高速研究中影响轿厢气动特性的因素不止一个，关注各个因素之间的气动特性有助于进行电梯优化设计。

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        三、超高速电梯关键部件气动优化设计
        电梯主要应用在高层建筑物，而对于建筑物内电梯的使用者来说，对于电梯的实际要求主要是舒适度、便捷性，而通过曳引机对曳引绳的带动，实现电梯轿厢的上下移动，在设计中利用钢丝绳和曳引轮之间的摩擦力，进一步延长钢丝绳的使用寿命，保证电梯的运转正常。在超高速电梯设计中要对重力装置进行轿厢重力的调整，减少电梯的使用功率的损耗情况，对超高速电梯轿厢及时的提高流动场的波动状况，并且对气动作用力，提升瞬时的气动力，注意关注电梯轿厢对其的冲击和振动幅度。轿厢根据重力的作用，如果产生较大的气动作用可以根据气动性的参数，注意轿厢的摩擦情况，关注轿厢运行的稳定性。
        超高速电梯轿厢在运行过程中要注意气动阻力的影响情况，如果超高速电梯在运行中出现重力作用导致轿厢出现交错时，气体阻力会在作用中急剧增大，并且进一步出现井道空间限制，通过高速电梯轿厢运动应注意井道空间限制状况，对轿厢和间距限制进行调整，间距比较小的话，要在横截面的位置对井道内部设置合适的限制，提高电梯的运动性能。井道内部设置合适的轿厢，提高电梯的运载能力，并且依据电梯的动力学情况，关注电梯运行的安全性能，逐步保证电梯轿厢可以在不同的运行速度下实现上下运动。
        超高速电梯轿厢在运行过程中对交错情况进行协调处理，关注引发的流场压力的产生情况，逐步提高流场剧烈的波动性能，关注轿厢和交会表面的气动作用力。气动力在轿厢过程中出现瞬时状况，产生的横向冲击振动状况，减少轿厢与井道之间的磨损性，注意轿厢运行的稳定情况。气动性研究中其影响因素还涉及到重力情况、运行速度、对重轿厢间距的动力学影响，还可以对重力运行的速度气动阻力和侧向升力的影响因素，要关注对气动性的阻力情况，要注意对重间距的气动阻力影响情况，提高侧向升力影响情况。
        超高速电梯在运行中轿厢加速过程中基本上采用匀加速的方式，轿厢可以带动空气附件的流场振动情况，如果形成常见的流畅情况。运动时如果轿厢运行中与井道之间产生较大的冲击波，这会在一定程度关注运行安全性。轿厢在进行匀速运动时，其轿厢进行垂直处理中对运行速度进行较大的影响，轿厢周围会依据轿厢的状况出现运行阻力，这样产生的漩涡会出现轿厢的受力情况，产生的侧向升力，在侧向升力中关注对重等速相对运动，如果出现两者之间的高速运动流场叠加，那么就要关注轿厢的侧向冲击压力，并且关注轿厢运行稳定性能。轿厢与井道摩擦会造成其中流体之间的压缩，如果出现周围风速小于三分之一的速度，那么其气体是不可压缩气体。超高速电梯在运行中其压缩性气体和不可压缩性气体区别很大，在运行中井道内的空气流速很低，井道气体如果出现不可压缩的流体，为了方便可以将其简化流体进行改变，沿着轿厢运动的方向进行流体的调整，保证其运行方向与风速的垂直风速一致。
        四、总结
        超高速电梯气动优化问题是一个非线性、多峰值以及目标函数和设计变量之间没有显示函数关系的复杂优化问题。研究了超高速电梯轿厢在丼道内高速运行过程中的气动阻力特性，分析了气动阻力的组成部分与形成原因，并提出了基于导流罩的超高速电梯气动减阻方法。气动力将会对电梯系统的动态特性，包括水平振动、横向振动都将产生非常大的影响。因此，超高速电梯的气动特特性与电梯系统的动态特性之间的耦合关系是今后研究的方向。超高速电梯在运行中关注其强度，逐步实现其经济效益比。
        参考文献：
        [1]曾俊峰.超高速电梯关键部件气动特性分析与优化设计[D].浙江大学，2014.
        [2]张俊，张璐，李晓五，韩振铎.曳引速度对带导流罩电梯气动性能的影响研究[J].山东工业技术，2016（03）：193-195.
        [3]陈杰.高速电梯水平振动性能分析与导向系统设计优化及其应用研究[D].浙江大学，2016.
        [4]刘大柱.新型家用电梯结构设计与分析研究[D].苏州大学，2015.