Catena di sicurezza

Uno sguardo ai sistemi di sicurezza in un moderno ascensore di un grattacielo alla luce dell'incidente di Chicago del 2018

Sebbene le informazioni riportate di seguito possano essere familiari al professionista esperto di ascensori, sono particolarmente utili ai non addetti ai lavori e a chi è nuovo nel settore. . . Editore

Alla fine del 2018, un ascensore espresso in un grattacielo di Chicago stava scendendo dal 95° piano alla hall quando si è fermato inaspettatamente lontano da un pianerottolo. Gli investigatori hanno scoperto che uno dei sette cavi di sospensione dell'ascensore si era rotto, probabilmente mentre l'ascensore stava attraversando il 20° piano. L'auto ha rallentato fino a un arresto sicuro e controllato tra il 12° e l'11° piano. I sei passeggeri all'interno sono rimasti illesi.

L'incidente generò immediatamente titoli sensazionali sui media, sostenendo in vari modi che l'ascensore all'875 di North Michigan Avenue (ex John Hancock Center) era precipitato, precipitato o caduto per 84 piani. Non era stato così. Come tutti i moderni sistemi di ascensori per grattacieli, gli ascensori dell'edificio sono dotati di sistemi di sicurezza multipli e ridondanti per garantire la sicurezza dei passeggeri.

The safety systems in modern high-rise elevators are infinitely more advanced than Otis' original safety brake, incorporating sophisticated technologies refined over generations by engineers working in areas like advanced computing, sensor technology and materials science.

La rottura di un cavo di sospensione è un evento estremamente raro. In questo caso, i sistemi di sicurezza hanno funzionato esattamente come erano stati progettati per funzionare e come richiesto dai codici applicabili. Questo articolo spiega in termini semplici come funzionano questi sistemi, in modo che le persone possano capire perché dovrebbero sentirsi al sicuro a bordo di un ascensore adeguatamente mantenuto in uno degli edifici super alti di oggi.  

Storia della sicurezza

Al matematico greco Archimede è generalmente attribuito il merito di aver creato il primo dispositivo simile a un ascensore nel III secolo a.C. I montacarichi sono stati utilizzati principalmente per sollevare carichi pesanti come materiale da costruzione per millenni. Gli ascensori sono diventati un mezzo di trasporto sicuro e affidabile per le persone solo dopo il 3, l'anno in cui Elisha Graves Otis ha inventato il freno di sicurezza per ascensori. La sua invenzione ha reso possibile il moderno grattacielo e ha cambiato per sempre il modo in cui viviamo.

Un brillante esempio di ingegneria, il freno di sicurezza di Otis impediva all'ascensore di cadere se la fune di sollevamento si rompeva. Se la fune si allentava, il rilascio della tensione attivava il freno di sicurezza: una grande molla a balestra che scattava nelle tacche ricavate nei binari che sostenevano l'ascensore sui lati opposti della cabina.

Otis era così sicuro dell'affidabilità del suo dispositivo che condusse una dimostrazione pubblica nel 1854 durante l'Esposizione dell'industria di tutte le nazioni a New York. In piedi sopra la folla su una piattaforma elevatrice, Otis ordinò di tagliare la fune di contenimento. La piattaforma scese di qualche centimetro; il freno di sicurezza ha tenuto, arrestando la discesa della piattaforma. «Tutto salvo, signori, tutto salvo», dichiarò teatralmente Otis.

I sistemi di sicurezza nei moderni ascensori per grattacieli sono infinitamente più avanzati del freno di sicurezza originale di Otis, incorporando tecnologie sofisticate perfezionate nel corso di generazioni da ingegneri che lavorano in aree come l'informatica avanzata, la tecnologia dei sensori e la scienza dei materiali. Un buon esempio è il freno di sicurezza per ascensori realizzato con la stessa lega utilizzata negli ugelli dei motori a getto, ideale per entrambe le applicazioni grazie alle sue elevate proprietà di resistenza al calore.

La catena della sicurezza

Nel descrivere il sistema di sicurezza degli odierni ascensori per grattacieli, gli ingegneri parlano di una "catena di sicurezza". È una metafora che ribalta il proverbio familiare. Un'interruzione nella catena e l'ascensore si ferma finché il problema non viene risolto. Qui sta la sua forza.

Ad esempio, se un sensore rileva che la serratura di una porta non è stata inserita, il controller impedisce il movimento dell'ascensore fino a quando il problema non viene risolto. Non c'è nemmeno bisogno di preoccuparsi che la corrente si spenga. Se l'elettricità viene interrotta alla macchina, il freno della macchina si inserisce automaticamente e l'ascensore si ferma. I passeggeri possono subire disagi, ma saranno al sicuro.

Gli ascensori dei grattacieli oggi si muovono su e giù su molti cavi
— molto più di quanto sia necessario per sostenere un'auto a pieno carico.

Gli ascensori moderni hanno due serie fondamentali di componenti di sicurezza: elettrici e meccanici. I componenti elettrici includono il controller dell'ascensore, i sensori e i sistemi software. Il controller funge da cervello del sistema. I sensori monitorano le funzioni relative alla sicurezza come la velocità e la posizione dell'auto, lo stato di chiusura della porta o la posizione del pannello di accesso e inviano i dati al controller. I sistemi software forniscono una valutazione indipendente per convalidare i sistemi di sensori ridondanti.

I componenti meccanici comprendono la macchina stessa dell'ascensore, il freno della macchina, il limitatore di velocità, i freni di sicurezza (detti anche sicurezze di cabina) e, infine, i respingenti in fondo al vano corsa. Anche gli stessi cavi di sospensione sono componenti essenziali del sistema di sicurezza. Gli ascensori dei grattacieli oggi si muovono su e giù su molti cavi, molto più di quanto sia necessario per supportare un'auto a pieno carico.

Scenario di esempio

Supponiamo che un ascensore superi la sua velocità nominale di una certa percentuale: un anello della catena di sicurezza è stato aperto, attivando il sistema di controllo per fermare in sicurezza l'ascensore.

La macchina dell'ascensore

In questo caso, i sensori dell'ascensore comunicano l'accelerazione al controller, che inizialmente modifica la corrente alla macchina per rallentare l'ascensore. A questo punto il freno della macchina non è stato azionato. La macchina stessa sta rallentando l'ascensore. Il processo è simile a scalare marcia in un'automobile con cambio manuale, invece di premere il freno.

Freno della macchina

Se la modifica della corrente alla macchina non rallenta a sufficienza l'ascensore, il controller quindi rimuove tutta l'alimentazione dalla macchina e applica il freno della macchina, rallentando ulteriormente l'ascensore. Il sistema di sicurezza è progettato (secondo i codici applicabili) per portare l'ascensore a un arresto controllato.

Governatore e sicurezza dell'auto

Se l'ascensore continua ad accelerare - o "velocità eccessiva" in gergo tecnico - il regolatore è il successivo componente nella gerarchia di sicurezza da attivare. Il regolatore è un dispositivo di rilevamento della velocità montato nella sala macchine. Ha la sua puleggia, mossa da un cavo d'acciaio (la fune del regolatore) attaccata alla cabina dell'ascensore, il che significa che si muove alla stessa velocità dell'ascensore. Se il regolatore gira troppo velocemente, i pesi interni si spostano verso l'esterno, facendo scattare un dispositivo che afferra la fune del regolatore.

La fune del regolatore, ormai immobile, tira le sicurezze - essenzialmente i freni di emergenza dell'auto stessa - e le inserisce. Le sicurezze si agganciano alle rotaie del vano corsa, arrestando l'ascensore in sicurezza. Queste sicurezze sono la versione moderna del freno di sicurezza Otis.

buffer

Situati nella parte inferiore del vano corsa, i respingenti possono assorbire e dissipare l'energia di un ascensore in discesa. Nei sistemi di ascensori per grattacieli, i respingenti sono pistoni idraulici che assomigliano in qualche modo ai montacarichi che i meccanici automobilistici usano per sollevare un'auto in modo da poter lavorare sul sottocarro.

I respingenti entrano in gioco se gli altri componenti di frenatura non hanno abbastanza tempo per fermare completamente l'ascensore quando raggiunge il fondo del vano corsa. Rallentano l'auto fino all'arresto, agendo come giganteschi ammortizzatori automobilistici.

Progressi nella sicurezza

Per quanto affidabili siano questi sistemi di sicurezza, gli ingegneri di ricerca sviluppano costantemente nuove tecnologie che continuano a migliorare le prestazioni. Un'innovazione relativamente recente è il sistema elettronico programmabile in applicazioni relative alla sicurezza per ascensori (PESSRAL).

Con i progressi nei sistemi elettronici programmabili, i sistemi di controllo sono diventati ancora più intelligenti. Invece di sapere solo che un anello della catena di sicurezza è aperto, possono identificare quale collegamento è aperto e adattare la risposta in base alla situazione. La risposta del sistema di controllo diventa più simile a come reagiscono le persone al volante di un'automobile: a volte scelgono di cambiare corsia; altre volte, decidono di fermarsi del tutto.

Con PESSRAL, il controller diventa più intelligente e agisce con una risposta personalizzata a un problema, invece di avere a disposizione una sola scelta: fermare l'ascensore e impedirne il funzionamento.

Sintesi

Dall'invenzione del freno di sicurezza ispirata da Elisha Graves Otis, le caratteristiche di sicurezza dei moderni ascensori per grattacieli si sono evolute in sistemi completamente integrati comprendenti componenti meccanici, controller intelligenti ed elettronica avanzata con molteplici ridondanze di sicurezza integrate. Con tutte queste misure in atto, gli ascensori forniscono un mezzo di trasporto sicuro, affidabile e conveniente.

Inoltre, gli ascensori hanno svolto un ruolo indispensabile nella creazione del mondo urbano connesso di oggi. Secondo le Nazioni Unite, il 55% della popolazione mondiale, ovvero circa il 4.4. miliardi di persone, vive nelle città. Si prevede che questa cifra raggiungerà quasi il 70% entro il 2050. È impossibile immaginare questo mondo senza ascensori.