張弘

[摘 ? ?要]從天津廣播電視塔高聳塔類建筑的特殊性及游客的乘梯需要出發(fā)，結(jié)合我國電梯標準規(guī)范和世界先進電梯技術(shù)，分析了天津廣播電視塔高速電梯改造的技術(shù)要求。天津廣播電視塔2臺游客電梯經(jīng)過30 a的運行，受整梯老化和生產(chǎn)年代所限，已無法滿足當今時代的需要。目前，電梯曳引機、轎廂平臺、乘客應(yīng)急救援系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、變頻器、安全部件、門系統(tǒng)、轎廂操縱盤及配套設(shè)備在設(shè)計、技術(shù)、安全、質(zhì)量、節(jié)能等方面已經(jīng)有了飛躍性的進步，隨著全球科技水平的發(fā)展，電梯新國標的頒布和人民需求的提高，老舊電梯的現(xiàn)代化更新改造已成為必然趨勢。

[關(guān)鍵詞]電梯改造;高速電梯;技術(shù)要求;安全

[中圖分類號]TM921.51 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–00–05

[Abstract]Based on the particularity of high-rise buildings of Tianjin Radio and TV Tower and the elevator needs of tourists， combined with China's Elevator Standards and world advanced elevator technology， this paper analyzes the technical requirements of Tianjin Radio and TV Tower high-speed elevator transformation. After 30 years of operation， the two tourist elevators of Tianjin Radio and television tower have been unable to meet the needs of the times due to the aging of the whole elevator and the limitation of the production age. At present， elevator traction machine， car platform， passenger emergency rescue system， control system， frequency converter， safety components， door system， car control panel and supporting equipment have made great progress in design， technology， safety， quality and energy saving. With the development of global science and technology， the promulgation of new national standards for elevators and the improvement of people's demand， the modern development of old elevators has become increasingly prominent It has become an inevitable trend to carry out modernization and renovation.

[Keywords]levator transformation; high speed elevator; technical requirements; safety

天津廣播電視塔目前正在使用的2臺游客用高速電梯（3#、4#）是20世紀80年代由美國奧的斯公司開發(fā)的E-401直流驅(qū)動高速電梯平臺，以其穩(wěn)定舒適的轎乘體驗和安全可靠的平臺性能贏得全世界高端客戶的信賴。近年來，經(jīng)過多次產(chǎn)品更新升級迭代至今，其依然廣泛應(yīng)用于北美、日本等發(fā)達國家和地區(qū)。

該2臺游客電梯在使用期間均未經(jīng)過設(shè)備翻新或整體大修。經(jīng)過近30 a的運行，其核心機械部件和電氣部件老化磨損嚴重，故障率不斷攀升。問題主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）電梯主要部件269HT直流曳引機的勵磁線圈絕緣水平嚴重受損，曳引輪輪槽和曳引繩之間存在不同程度的磨損，導(dǎo)致電梯平層精度失準，轎乘體驗明顯下降。由于高聳塔類建筑結(jié)構(gòu)特殊和電梯提升高度高等因素，在冬季和風(fēng)季，此問題體現(xiàn)更為明顯。

（2）受電梯生產(chǎn)年代科技條件所限，電梯門機系統(tǒng)采用電阻觸點式控制，運行期間噪音大、耗電高，存在較多故障點。

（3）受電梯生產(chǎn)年代科技條件所限，電梯轎廂導(dǎo)靴及對重導(dǎo)靴使用的是彈簧緩沖結(jié)構(gòu)和銅制軸套滑動滾輪結(jié)構(gòu)，緩沖范圍和反應(yīng)速度有限，同時易受外部溫度影響，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動噪音增大，減震性能下降。

（4）受電梯生產(chǎn)年代科技條件所限，電梯轎廂位置監(jiān)測系統(tǒng)采用的是PPT鋼帶技術(shù)，受高聳塔類建筑物結(jié)構(gòu)特殊和電梯提升高度高等因素影響，鋼帶在塔體擺動和井道強對流風(fēng)的作用下劇烈擺動，故鋼帶經(jīng)常發(fā)生斷裂，導(dǎo)致停梯或困人故障發(fā)生。

1 曳引機

本次電梯改造須采用永磁同步無齒輪曳引機和能源再生控制系統(tǒng)，替換原梯使用的直流感應(yīng)式無齒輪曳引機（269HT）和非能源再生控制系統(tǒng)，可有效節(jié)約能源，降低廢熱負擔。

新曳引機的曳引繞繩方式須為復(fù)繞，與單繞相比，整梯運行的穩(wěn)定性、可靠性以及制停舒適感均有顯著提高;曳引繩槽采用圓形底槽，可大幅延長曳引繩輪與曳引鋼絲繩的使用壽命，有效減少更換曳引鋼絲繩的頻率。同時，本次改造選用的曳引機額定速度上限要為8.0 m/s，高于天塔電梯的額定速度5.0 m/s，實現(xiàn)了現(xiàn)代化升級改造后的電梯曳引系統(tǒng)在可靠性、穩(wěn)定性和耐用性等方面的進一步增強。

技術(shù)要求如下。

（1）高能源效率

改造后的電梯采用永磁電機技術(shù)，提高了效率和功率因數(shù)（達到大于最大額定功率下95%的額定效率），大幅降低了能耗和運行成本，并降低了機房的廢熱。

（2）結(jié)構(gòu)緊湊

曳引機的機械結(jié)構(gòu)須提供緊湊的設(shè)計，更低的重量和節(jié)省機房空間，允許更大的機房布局靈活性。

（3）高可靠性

①曳引機采用雙支撐對稱布局，設(shè)計上有更大的軸載荷冗余空間，相比單側(cè)支撐曳引輪布局，其安全性、穩(wěn)定性、耐用性更高（圖1）。

②采用大直徑曳引輪，復(fù)繞布置，提高鋼絲繩的使用壽命及系統(tǒng)運行的可靠性（圖2）。

③采用緊湊的低噪音鉗盤式制動器設(shè)計，分組裝設(shè)，制動力可調(diào)，以滿足更嚴格的安全要求和規(guī)范，同時在電梯緊急制動情況下，提高轎廂內(nèi)乘客的舒適感。

2 轎廂平臺

轎廂系統(tǒng)采用全球先進的平臺，整體設(shè)計上要高于原E-401電梯平臺，與原梯單側(cè)梁+雙下梁的結(jié)構(gòu)相比，采用雙側(cè)梁+雙下梁的重型轎架（圖3），具有更高的穩(wěn)固性，有效提升了轎廂的運行品質(zhì)。

考慮天津廣播電視塔高聳塔類建筑結(jié)構(gòu)特殊和井道內(nèi)強對流風(fēng)等因素，轎廂和對重應(yīng)分別加裝導(dǎo)流罩和擋風(fēng)板（圖4），同時配置國際先進的液體阻尼滾輪導(dǎo)靴（圖5），進一步降低風(fēng)阻引起的氣動噪音和體感振動，轎廂在井道內(nèi)運行更加平順，可有效降低井道內(nèi)產(chǎn)生的氣流對廳門的影響。

技術(shù)要求如下。

（1）轎廂

①可調(diào)節(jié)的豎直加勁板，降低傳動系噪音，同時通過層疊結(jié)構(gòu)，消除轎廂壁可見縫隙。

②轎廂平臺彈性接口，降低結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)的噪音，通風(fēng)口采用迷宮設(shè)計，無可見縫隙，降低風(fēng)噪。

③采用符合空氣動力學(xué)的新型轎廂，加裝導(dǎo)流罩和擋風(fēng)板，使電梯的運行質(zhì)量更加平穩(wěn)、安靜。

（2）轎架

①上梁和雙下梁采用高冗余設(shè)計，降低振動傳輸?shù)睫I廂壁表面的頻率和振幅。

②上梁、雙側(cè)梁、雙下梁間多處連接點均加固，增加振動能量的損耗。

（3）轎廂導(dǎo)靴

①配置液體阻尼滾輪導(dǎo)靴，緩沖結(jié)構(gòu)為液體阻尼設(shè)計，緩沖幅度大，反應(yīng)速度快，可很好適應(yīng)高聳塔類建筑物因沉降或搖擺引起的導(dǎo)軌移位、錯位導(dǎo)致的轎廂運行不平穩(wěn)。

②導(dǎo)靴滾輪應(yīng)采用260 mm大直徑輪胎，運行更平穩(wěn)，更加可靠。

③導(dǎo)靴參數(shù)須適用于額定速度10 m/s以下的電梯，且經(jīng)過額定載荷600 N下1 800萬次超長壽命測試，進一步提高穩(wěn)定性和耐用性。

3 轎廂乘客應(yīng)急救援

由于天津廣播電視塔塔體結(jié)構(gòu)原因，塔內(nèi)2部游客電梯存在層間距超過11 m且中間無法設(shè)置安全門的情況。如果在特殊故障情況下，轎廂因電梯乘客安全保護系統(tǒng)啟動而停在兩層之間，救援速度將受到極大影響。

為了提高乘客乘梯體驗，同時符合電梯國標要求，結(jié)合現(xiàn)場情況及電梯布置，3#和4#兩部電梯轎廂之間的水平間距不大于0.75m，可通過在轎廂側(cè)面設(shè)置“轎廂安全門”的方式達到特殊工況下雙梯互相救援的目的。

技術(shù)要求如下。

（1）設(shè)計要求

①轎廂安全門的高度不小于1.80 m，寬度不小于0.35 m。

②轎廂安全門應(yīng)能不用鑰匙從轎廂外開啟，并應(yīng)能用電梯專用三角鑰匙從轎廂內(nèi)開啟。

③轎廂安全門不應(yīng)向轎廂外開啟。

④轎廂安全門不應(yīng)設(shè)置在對重運行的路徑上，或在妨礙乘客從一個轎廂通往另一個轎廂的固定障礙物（分隔轎廂的橫梁除外）的前面。

⑤轎廂安全門，應(yīng)設(shè)有手動上鎖裝置，并通過一個符合電梯安全回路標準的電氣安全裝置來驗證。如果鎖緊失效，該裝置應(yīng)使電梯停止。只有在重新鎖緊后，電梯才有可能恢復(fù)運行。

⑥示意圖。轎廂安全門示意圖見圖6。

（2）救援人員配置及工具

①2名持有電梯特種設(shè)備操作證的服務(wù)技師。

②電梯門專用鑰匙。

③電梯安全門專用救援平臺。

④2套安全帶。

（3）救援步驟

首先將故障電梯的主電源切斷并拉閘鎖閉。

①技師1帶上救援平臺在救援轎廂中準備。

②技師2進入救援轎廂的轎頂，將電梯切換至檢修模式（圖7）。

③技師2確認故障電梯位置，將救援電梯行駛到與故障電梯相同的水平位置。

④技師2按下急停開關(guān)，通知技師1打開轎廂安全門。

⑤技師1將救援安全門打開一個足夠手臂通過的縫隙，將安全帶掛鉤掛到救援轎廂的安全錨鉤上。

⑥技師1完全打開救援安全門，安裝救援平臺及護欄。

⑦技師1打開故障電梯的安全門，幫助乘客穿戴安全帶并將安全帶掛鉤鎖在護欄上，幫助乘客進入救援轎廂，移交安全帶給第2名乘客，直至所有乘客被解救（圖8）。

⑧技師1關(guān)閉故障電梯的安全門，移除救援平臺并鎖緊救援轎廂的安全門。

⑨技師1通知技師2，將轎廂運行到最近樓層的平層位置，打開轎廂門，將乘客救出（圖9）。

4 控制系統(tǒng)

須采用世界知名品牌最新的高速電梯控制系統(tǒng)技術(shù)，提供更先進的運動控制及安全性能，同時極大簡化系統(tǒng)布線，滿足長行程高速運行下的控制精度和可靠性。

控制系統(tǒng)電纜、插件采用標準壓接方式，保證信號傳輸穩(wěn)定;繼電器、接觸器觸點電流容量有足夠冗余空間，提高穩(wěn)定性、耐用性。

新系統(tǒng)具備數(shù)字化擴展接口，后續(xù)還可追加新型的智能化設(shè)備，適應(yīng)新時代需求。

技術(shù)要求如下。

（1）通訊處理

①采用CANBUS總線數(shù)據(jù)傳輸方式，該傳輸方式的處理速度是以往信號傳輸系統(tǒng)的10倍。

②CANBUS總線結(jié)構(gòu)能夠使電梯各子控制系統(tǒng)間的通訊更具直接性和同步性，取得最實時的數(shù)據(jù)信息，使電梯運行控制精度大幅度提高。

（2）運行舒適感

①采用Snap運行曲線，使控制系統(tǒng)可以自動調(diào)整電梯運行時振動變化的頻率。

②電梯加速減速階段降低35%以上低頻轎廂振動，提高乘客舒適感。

（3）高效節(jié)能

①在非高峰期間可進入待機模式以節(jié)省更多電能，待機模式能耗應(yīng)小于1 kW。

②在高峰期根據(jù)轎廂負載自動調(diào)整加速度以減少峰值能耗。

5 能源再生系統(tǒng)變頻器

須采用獨立變頻器，具備能源再生技術(shù)，獲得國際權(quán)威節(jié)能認證機構(gòu)的最高級認證。

能源再生技術(shù)可以根據(jù)電梯不同運行工況，將電梯運行中耗費的30%～70%的電能重新收集，并轉(zhuǎn)化為清潔電源，再次輸回電網(wǎng)，為建筑物中其他電器設(shè)備提供電力，降低能耗的同時也延緩了電氣部件的老化時間。（圖10）

技術(shù)要求如下。

（1）有效節(jié)約能源

①可有效節(jié)能30%～70%，接近于1的高功率因數(shù)。

②變頻器系統(tǒng)精細化冗余設(shè)計，具備非常低的諧波損耗。

（2）高可靠性

①可靠運行于±30%的電源電壓浮動。

②可調(diào)整的開關(guān)頻率，優(yōu)化使用壽命。

6 安全部件

天津廣播電視塔2臺游客高速電梯運行速度快，提升高度高，對電梯設(shè)備本身的安全系數(shù)有著極高的要求。

改造后的電梯必須完全滿足國際上最高安全標準，以及我國最新的《電梯制造與安裝安全規(guī)范》《電梯型式試驗規(guī)則》、《電梯監(jiān)督檢驗規(guī)程》等國標。

技術(shù)要求如下。

（1）安全功能

除滿足最新國標《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則——曳引與強制驅(qū)動電梯》（TSGT7001—2009含1、2、3號修改單）外，要求具備“曳引機扭矩實時安全監(jiān)測”及“電梯運行參數(shù)防誤修改監(jiān)測”等國際先進安全功能。

（2）安全部件設(shè)計和試驗等級達到國際先進標準

①安全鉗試驗。國家標準：15次，測試后不進行整梯驗證。國際先進標準：25次，測試后進行整體驗證和壽命測試。

②限速器試驗。國家標準：20次，測試后不進行完好性驗證。國際先進標準：25次，測試后進行完好性驗證，且無需更換任何部件。

③緩沖器試驗。國家標準：2次，測試后進行完好性驗證。國際先進標準：100次，測試后進行完好性驗證。

7 門系統(tǒng)

天津廣播電視塔建筑結(jié)構(gòu)特殊，冬季和風(fēng)季井道內(nèi)有強對流風(fēng)，因此對門系統(tǒng)扭矩和自閉力有著極高要求，性能優(yōu)異的門系統(tǒng)可改善載客效率和提升建筑物的形象。

要求采用國際領(lǐng)先的重型門系統(tǒng)和永磁同步變頻雙門刀雙門機系統(tǒng)解決方案（圖11），在任何情況下，都要提供理想的門運行速度，以優(yōu)化載客流量，適應(yīng)載客需求和井道環(huán)境的變化。

技術(shù)要求如下。

（1）整體設(shè)計

①緊湊型結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單易于維修保養(yǎng)。

②連接點加固處理，耐用度高。

（2）運行質(zhì)量

①可根據(jù)使用情況和交通需求，靈活設(shè)置門的運行速度。

②提高交通處理效率，門操作準確、響應(yīng)速度快。

③門運行安靜、平穩(wěn)。

（3）可靠性和效能

①高可靠性，設(shè)計運行壽命和測試達到百萬次。

②使用國際先進的材料和控制技術(shù)，變頻系統(tǒng)達到高等級節(jié)能效果。

8 轎廂操縱盤

轎廂操縱盤是電梯乘客與電梯系統(tǒng)進行人機交互的重要設(shè)備，直接影響了乘客的乘梯體驗（圖12）。

隨著全球信息化、智能化極速發(fā)展，傳統(tǒng)的機械按鍵和數(shù)碼管顯示組合操縱盤已不能滿足當前新時代的人民需求。因此，為了向乘梯游客傳播更多信息，提高乘梯體驗，本次電梯改造要求采用更大的多媒體顯示空間和更多交互功能的轎廂操縱盤解決

方案。

技術(shù)要求如下。

（1）主操縱盤

①選層按鈕采用經(jīng)久耐用的機械式按鍵，保證電梯使用的可靠性。

②樓層顯示器采用大屏幕多媒體顯示屏，多媒體顯示部分可自定義編輯圖片、視頻、音樂等信息。

（2）副操縱盤

①使用觸摸屏幕式操縱盤，可接駁互聯(lián)網(wǎng)，可定制全盤顯示界面。

②顯示信息包括：樓層顯示、樓層導(dǎo)航、電梯狀態(tài)、時間日期、警示提醒、氣象信息等。

③功能包括：可定制圖文樓層按鍵和功能按鍵、可定制多媒體播放、電梯故障掃碼報修、緊急視頻報修等。

9 轎廂空調(diào)和空氣殺菌凈化系統(tǒng)

隨著科技和時代進步，游客對游覽體驗要求也越來越高，在相對封閉的電梯轎廂環(huán)境中，僅靠傳統(tǒng)排風(fēng)扇對轎廂進行通風(fēng)，空氣缺乏有效的對流，已經(jīng)無法滿足當今時代游客的需求。同時，由于新冠疫情的發(fā)生，電梯轎廂內(nèi)的通風(fēng)及空氣凈化問題日益受到人們的關(guān)注。因此，改造后的電梯應(yīng)配置轎廂空調(diào)和電梯轎廂空氣殺菌凈化系統(tǒng)。

技術(shù)要求如下。

（1）轎廂空調(diào)

①應(yīng)采用全新智能電腦控制系統(tǒng)，設(shè)置液晶顯示，各功能電腦全自動，并配備遙控器，操作靈活方便。

②無滴水，對冷凝水進行多重氣化處理，做到迅速徹底，安全省電;

③采用國際名牌壓縮機，并對系統(tǒng)進行全面優(yōu)化設(shè)計，寧靜高效。

④使用方便，每天的開關(guān)機時間由微電腦程序控制，整個夏天或冬天只需要一次開機，一次關(guān)機，高度自動化。

⑤多重保護，具備壓縮機過熱、延時保護，多重防溢水保護等安全功能。

（2）轎廂空氣殺菌凈化系統(tǒng)

①殺菌迅速效率高，達到99%～99.9%。

②廣譜高效，純物理消毒方法，無二次污染。

③使用要安全，在電梯轎廂內(nèi)有乘客時也可開啟使用。

④可選擇定時開關(guān)機功能，以7 d為一個周期自動循環(huán)，每天可設(shè)多組不同的開關(guān)機時間。

⑤結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理，安裝方便，殺菌系統(tǒng)電源獨立控制，能耗要低，壽命要長。

10 結(jié)論

通過本次升級改造，可大幅提高天塔運行效率，為今后增加經(jīng)濟和社會效益提供有效的安全保障，提升電梯整體安全性、穩(wěn)定性、可靠性、可維護性、轎乘舒適感、降低故障率及能源消耗。

參考文獻

[1] 電梯制造及安裝安全規(guī)范：GB7588—2003[S].

[2] 電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則——曳引與強制驅(qū)動電梯：TSGT7001—2009[S].

[3] 電梯技術(shù)條件：GB/T10058—2009[S].

[4] 電梯主參數(shù)及轎廂、井道、機房的型式與尺寸：GB/T7025.1—2008[S].

[5] 電梯、自動扶梯、自動人行道術(shù)語：GB/T7024—2008[S].