1898 年电梯选择与分析，第一部分

William H. Bryan 的“现代商业建筑的机械设备”概述

1898 年 1859 月，William H. Bryan (1910-XNUMX) 在美国机械工程师协会纽约分会的会议上发表了一篇题为“现代商业建筑的机械设备”的论文。 他的论文详细介绍了设计/选择过程以及随后对圣路易斯一座新的八层商业建筑指定的机械设备的评估。 Bryan 曾担任该项目的首席工程师，并介绍了他的主题如下：

“现代商业建筑在很多方面都是一种工程结构。 地基、框架和墙壁的设计问题，以达到所需的载荷和风压，管道和卫生设施，需要最高级别的工程技能。 然而，本文将仅限于讨论具有同等重要性的机械、蒸汽和电力设备。 现在人们普遍承认，现代建筑的任何特征都不需要专家考虑。 这种待遇一直是可取的，现在比以往任何时候都更受欢迎，因为所需的服务种类繁多，而且不断进行改进。”

到 1890 年代后期，选择合适的电梯设备开始于一系列问题，其中一些在今天很熟悉：“应该有多少部电梯？ 在哪里？ 多少乘客，多少货物？ 电梯的负载和速度应该是多少？ 他们将如何驾驶？” 由于旧式蒸汽动力电梯的继续存在、液压电梯的市场主导地位（有多种配置可供选择）和新推出的电动电梯，这些问题还伴随着其他不太熟悉的问题。 因此，布莱恩的问题是，“他们将如何被驱动？” 紧随其后的是：

“如果通过蒸汽，是带式还是直接式？ 如果是液压模式，它们是高压还是低压，水平油缸还是垂直油缸？ 应该使用什么类型的抽水机械 - 旧式直动双缸，带有简单的高压油缸； 装有复合气缸的同一台发动机； 简单的曲柄和飞轮图案； 还是更现代的复合式或三胀式曲柄飞轮高负荷发动机？ 是否应配备冷凝器？ 如果电梯是用电运行的，电压是多少？ 直接或系带； 如何平衡，并提供[哪些]自动和安全装置？”

系统选择的范围说明了旧技术的持久性以及最近的创新。

Bryan 的“商业大楼”的主要客户是 Hagadine-McKittrick Dry Goods Co.。“干货”一词指的是纺织品、服装和其他家居产品，用于区分此类业务与五金店和杂货店。 由于其商业性质，它还需要与典型办公楼不同的电梯方案。 布莱恩表示，指定了八部电梯：两部客机和六部货运机，它们被放置在四个“银行”中。 对“安装完成”的液压、电动和蒸汽动力电梯进行招标。 Bryan 指出，电梯类型的犹豫不决也影响了锅炉厂和电气系统的投标； 在每种情况下，规格都根据所选电梯系统的类型而变化。

这种犹豫不决的部分原因是项目参与方的不同意见。 客户“非常满意”地在他们当前的大楼中使用蒸汽电梯，并且毫无疑问地认为没有理由放弃一项熟悉的技术。 建筑师最近完成了一个项目，该项目涉及用“现代”高压液压系统更换蒸汽电梯，从而“节省了大量燃料”。 工程师（包括 Bryan）“投入了大量时间研究现代电动电梯，并认识到它们注定会得到广泛使用。” 但是，Bryan 还表示工程团队不是：

“。 . . 完全相信这是在当前情况下采用的适当系统，并且完全了解其他两种类型的优点。 因此，决定如此措辞规格，以便将收到所有三种类型的比较投标。”

电梯的核心规格如下：

承包商将“提供完整的机器[并]准备好使用”。 规定了钢制导轨，并且电梯电缆“的数量、尺寸和强度必须确保其中一半同时发生故障，剩下的一半将承载最大负载，安全系数为四。” 有趣的是，平衡被单独列出并要求“尽可能使用”。 安全问题也单独列出，内容如下：“应提供完整的安全装置，防止任一方向超速； 行程结束时自动停止，以及其他功能，例如松弛的电缆停止、缓冲器、把手等。” 规范包括每辆客车 300 美元的成本限制，承包商将“在每层楼为乘客电梯井提供装饰性金属门。 在所有楼层的货梯门口都提出了单独的安全门提案。”

Bryan 回忆说，所需的乘客电梯容量是通过在客户现有的蒸汽电梯设备上进行的“测试”确定的。 一项测试包括填充 6 英尺。 X 6 英尺。 “碰巧在店里做生意的人”的电梯轿厢。 一共18个人，简直就是“挤进车里”。 他们的体重估计为 2700 磅，或每平方英尺 75 磅。第二次测试是在“平均忙碌的一天”进行的，包括简单地观察电梯的使用情况。 这表明客梯在 47% 的时间处于服务状态，货梯在 35% 的时间处于服务状态。 根据这些“数据”，规范中规定的投标人应假设客梯将在 50% 的时间内投入使用，货梯将在 33% 的时间内投入使用。

一个关键问题涉及如何确定运行电梯设备所需的能量。 布莱恩指出，“缺乏涵盖广泛服务范围的电梯性能的真实数据，并且不可能准确地进行此类计算。” 然而，他报告说：

“测试表明，如果滚筒机平衡到平均负载的一半，并且上下承载相同的总负载，则所做的净功只是克服摩擦所必需的，再加上用于弥补能量激增的余量每次开始都需要。”

根据对类似电动电梯工厂的“研究”，Bryan 确定，当“在负载、平衡、停止频率等有利条件下”运行时，新大楼的电梯应具有以下“效率”（运行在两个方向）：

• 乘客电梯：每车英里 3.5 千瓦时。
• 货运电梯（容量：3500 磅）：每车英里 4.5 千瓦时。
• 货运电梯（容量：4000 磅）：每车英里 4.5 千瓦时。

使用这些数据，Bryan 确定了保持每辆车行驶所需的功率：

• 乘客电梯：每车英里 4.66 马力。
• 货运电梯（容量：3500 磅）：每车英里 4.66 马力。
• 货运电梯（容量：4000 磅）：每车英里 6 马力。

车速为：

• 乘客电梯：4.3 mph
• 货运电梯（容量：3500 磅）：2.55 英里/小时
• 货运电梯（容量：4000 磅）：1.7 英里/小时

这两组数字让 Bryan 可以计算出每台电梯所需的功率：

• 乘客电梯：15.9 电马力
• 货运电梯（容量：3500 磅）：14.46 马力
• 货运电梯（容量：4000 磅）：10.2 马力

假设客梯运行时间为 50%，货梯运行时间为 33%，Bryan 将电力马力乘以运行时间乘以每组电梯数量的百分比，得出以下功耗数据：

• 两部乘客电梯：15.9 电力马力
• 两部货梯（容量：3500 磅）：9.6 马力
• 四部货梯（容量：4000 磅）：13.6 马力

这些数字加起来总共约为 40 马力； 然而，布莱恩假设理想的条件是：

“。 . .永远不会到达，而且每次行程的实际停靠次数以及电梯运行的时间百分比也存在不确定性。 . . . [因此，] 将此津贴增加 50% 被认为是明智的。”

因此，总功耗上升到估计 60 马力。 最后一次调整了这个数字——假设“发动机和发电机的组合效率为 80%”——并且“平均指示马力”被指定为 75。

一台 75 kW 的发电机专用于电梯服务（建筑物自己发电），电流指定为 220 V。承包商需要完成从“配电盘”到电梯电机的所有接线，和每个电机：

“。 . .是有一个自动启动装置，让汽车独立于操作员和电缆轻松启动，在电流中断的情况下自动返回起点。”

还要求电机从静止启动并在 5 秒内达到全速，启动电流“不超过全速运行电流的 50% 以上”。 虽然电梯有自己的专用发电机，但规范规定系统必须设计成“能够与照明系统一起运行，而不会明显干扰电灯的稳定性。” 电梯引擎将是带有“钢蜗杆和炮铜齿轮”的单蜗轮或双蜗轮类型。 货车尺寸为 8 英尺 X 8 英尺，客车尺寸为 6 英尺 X 6 英尺。

本系列的第二部分将讨论投标人对这些规格的回应、机器选择和随后进行的测试，以验证制造商是否符合规定的能源使用限制。 本系列的部分灵感来自于我参加了 Elevcon 2012，在那里我有幸聆听了一系列关于当代电梯和自动扶梯技术的精彩演讲。 然而，正如本文所揭示的，长期以来，对电梯运行和效率的调查一直是电梯设计和应用的一个不变方面。