近20 年来，世界建筑高度的记录不断被刷新。据不完全统计，世界上近75% 在建的高层建筑在中国，目前，国内已建成的300m 以上的超高层建筑已达69个，200m 以上的有603 座，100m 以上的更是高达2 235 座。然而，超高层建筑的诞生与发展，离不开垂直升降装置的发明与创新。
1854 年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱莎. 奥的斯向世人展示了他的发明——人类历史上第一部安全升降机。1889 年，美国奥的斯电梯公司造出名副其实的电梯。毫不夸张地说，没有电梯的诞生与发展，现代高层建筑难以发展；不解决垂直交通问题，再坚固、再美观的高楼也将形同鸡肋。随着高层建筑的快速发展，电梯技术也发生了日新月异的变化。应用在广州周大福金融中心的日立电梯，最高速度达到1 260m/min。考虑到国内城市化进程的不断进展，以及重点城市中心土地资源日益紧缺的现状，超高层建筑的数量必定会密集上升，中国市场对于超高速、大容量电梯的需求必将会迅速增长。
由于超高速电梯与普通电梯比较，虽然驱动系统的原理基本相同，但在电梯运行中反映出的问题有本质区别，在本文中，笔者通过对日立电梯公司、三菱电梯公司超高速电梯的分析，简述超高速电梯的特点，并通过东芝电梯公司对台北101 大厦的10 周年检测案例，学习分享超高速电梯的检测技术。
1 超高速电梯特点分析
1.1 驱动与控制技术
超高速电梯驱动和控制系统与传统电梯相比，显著特点是：控制柜按功能分组，比如讲电力驱动系统和信号控制系统分离成主电路柜和信号控制柜，如图1 所示。为适应大功率电梯的驱动与控制，必须采用大容量变频器，特别是双( 多) 变频并联控制方式驱动，如图2 所示。
为了提高超高速电梯的运行效率，一般不要求服务每个楼层，否则不断的加、减速度会使乘客感到不适，而且电梯也达不到设定的额定速度。
1.2 驱动主机
驱动主机是超高速电梯的关键部件，其功率都是数百千瓦，主机自重达10 多t，如图3 所示。由于超高速电梯载重大、速度高，一旦发生紧急情况制停距离几十米长，轿厢的位移取决于钢丝绳在绳轮上的滑动和制动轮的旋转，因此，对制动器的摩擦片不仅限于基本静力制动，还要有动态制动可靠性的要求。超高速电梯紧急制动时，制动器摩擦片会使其表面温度升高，如果采用普通的材料会影响制停性能。为适应这种极端工况，制动摩擦片都采用耐磨和耐热的陶瓷材料。另外，电磁驱动制动器一般难满足释放巨大制动力的要求，因此制动器多采用多钳盘式制动器，如图3 所示的日立超高速电梯曳引机，采用4 个独立的电磁制动器，通过最优控制算法使独立的制动器的制动力均匀地施加在制动盘上。
1.3 舒适性控制
1.3.1 轿厢气压控制
超高速电梯所提升的高度较大，地面与顶层的气压差别较大，如台北的101 大厦，气压差值达到48hPa。电梯在上下运行过程中，乘客会因气压的变化感到不适，因此，超高速电梯多采用密封轿厢，配以通风调压系统，图4 为台北101 大厦所安装的东芝超高速电梯气压控制系统。其轿厢封闭，内有气压计，通过进气、排气来调节轿厢内气压。
1.3.2 超高速电梯导向系统
超高速电梯在运行中，导轨细微的弯曲及脉动的风压，都会引起轿厢的横向晃动，这种晃动与轿厢运行速度成正比。因此，为了减小轿厢水平晃动，要采用高强度、高质量的导轨以及实施高精度的导轨安装要求，同时还要开发防止轿厢晃动技术。图5 为日立所开发的超高速电梯导向系统，其有4 个导向单元及一个控制器组成，导向单元包含导向滚轮及执行器，控制器利用H ∞控制技术来控制执行器，来抵消各种变化所引起的晃动。
1.4 安全部件
1.4.1 安全钳与限速器
传统安全钳楔块是由铸铁材料制成，实验表明，当制停速度超过10m/s 时，铸铁楔块将严重磨损。而现在超高速电梯的运行速度已经超过21m/s，且重量远大于传统轿厢重量，故超高速电梯安全钳的楔块，普遍采用具有耐摩擦、耐高温及恒制动力性能的复合型陶瓷材料。
普通电梯一般上、下速度是一样的，但由于受人的生理结构和心理因素的影响，超高速电梯的下行速度是有限定值的，小于上行速度。因此超高速电梯的限速器对应上、下不同的速度进行触发动作，以满足上行和下行不同速度的超速保护。
图6 为日立超高速电梯安全钳及限速器，其安全钳不仅采用了耐摩擦、耐高温及具有高摩擦系数的材料，还采用了两对平行的楔块，这大大增强了安全钳制动的可靠性。
1.4.2 缓冲器
按现行规范要求，当电梯额定速度大于4m/s 时，可以采用减行程缓冲器，其实际行程可取常规计算行程的1/3，如果电梯速度为20m/s，所用缓存器行程至少为9.0m，如果采用单级缓冲器的话，其自由高度至少是行程的两倍以上。为此，超高速电梯所配置的缓存器普遍采用物理多段式结构，即多级式缓冲器，其自由高度可减少30% ～ 40%。图7 为日立超高速电梯的液压缓存器，其采用四级式结构，速度为20m/s电梯的缓存器高度约为15m。
2 检验案例借鉴
2.1 电梯简介
台北101 大厦完成于2004 年年底， 高度为508m，当时为世界最高摩天大厦，而安装的东芝超高速电梯，也为世界上最快的电梯，且该记录一直保持到2014 年11 月份，表1 为电梯的主要参数。该电梯从最低层( 负1 楼) 到最高层(89 层) 运行时间约为39s。为了保证电梯的安全可靠性，除了常规的保养检测，东芝电梯公司于2010 年6 月和2014 年6 月进行了全方面的检测，以查看电梯运行多年后，是否还保持了初装时的可靠性和安全性。笔者摘取了东芝电梯公司2014 年6 月对该电梯检测的部分情况进行说明。
2.2 电梯气压控制系统检测
电梯气压控制系统的作用及原理在第1.3.1 节中进行了介绍，该系统是超高速电梯运行舒适性的一个重要保障，在2014 年的电梯检测中，东芝电梯公司工作人员对其进行了检测，所得结果如图8 所示，并与电梯初装时的参数( 见图9) 进行了对比。从图8 与图9 所显示的结果可以看出，经过了将近10 年的运行，电梯气压控制系统运行正常，上行时气压变化由1.24hPa/s 变为1.26hPa/s，下降时气压变化率与初装时保持一致，远低于不加控制的上升时的1.92hPa/s与下降时的1.16hPa/s。
2.3 主动质量调谐阻尼器检测
东芝电梯公司开发了一套主动质量调谐阻尼器来减小电梯的左右摆动，简称AMD，其原理如图10 所示。安装在轿厢底部的AMD 通过传感器来检测轿厢水平方向的晃动，利用直线电机带动可移动重块来抑制轿厢的晃动。
为了验证AMD 的加速度传感器OB38 是否有效，在检测过程中，东芝电梯公司安装了新的2G 加速度传感器。实验过程中，在封闭的井道中使一台电梯从上至下运行，一台电梯从下至上运行，在井道中部位置两电梯相遇时由于高速的运行速度会产生较大风阻影响，以此来查看AMD 的效果。
传感器读出的数据如图11 所示，OB38 传感器的数据与2G 加速度传感器读出的数据基本一致，说明AMD 的加速度传感器OB38 运行正常。在两台电梯轿厢相遇的位置，AMD 未启用时，加速度波动范围为0.175m/s2，AMD 启动时，加速度波动范围为0.15m/s2，波动范围减小了14.3%。
3 结语
综上所述，超高速电梯不是传统电梯部件的简单组装，而是一种具有高技术含量的复杂的机电设备。在检验过程中，也应注意超高速电梯与普通电梯的区别，并期待电梯行业早日制定出超高速电梯的检测规范。
来源：《中国电梯》杂志
作者：蔡少林（广州特种机电设备检测研究院）
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