1,200 mpm超高速电梯的技术开发

世界上最快的电梯是如何开发出来的

作者：Tetsuya Nakayama、Hideka Matsuoka、Yoshiki Higashida、Jun Ohtsuki、Keizo Nakamura 和 Kazuhisa Mori

该论文发表于  马德里 2016，垂直运输技术国际大会，并首次发表在 IAEE 书中 电梯技术21，由 A. Lustig 编辑。 经国际电梯工程师协会许可转载  （网站：www.elevcon.com）。

近年来，包括亚洲和中东在内的世界范围内出现了越来越多的摩天大楼和大型建筑。 这就催生了超高速、大容量电梯的必要性。 Hitachi, Ltd. 开发了速度为 1,200 mpm 的超高速电梯，以满足世界日益增长的需求。 本文介绍了世界上最快的电梯的驱动和控制系统、安全性和乘坐舒适性背后的技术。

介绍

全球对500-600米高层建筑的建设计划增加，对速度和运输效率更高的电梯提出了更高的需求。^[1] 对此，日立开发了世界上最快（根据日立内部数据截至14年2015月1,200日）额定速度为XNUMX mpm的超高速电梯。

我们在这款超高速电梯中集成了以下技术：

1. 实现世界最快速度的驱动和控制系统
2. 确保安全紧急停止的调速器和制动装置
3. 防止横向振动以减少耳塞感觉的汽车引导设备。

此外，该电梯将于2016年在中国超高层综合楼投入使用。

发展背景

超高速、大容量电梯的发展历史始于1960年代后期的国内高层建筑——尤其是“霞关大厦”。 当时，国内市场乘客用电梯的最高额定速度为150 mpm，而霞关大楼所需的额定速度是300 mpm的两倍。 因此，我们在当时世界上最高的水户工厂（日本茨城县）建造了一座高 90 m 的电梯研究塔。

在该塔中开发并测试了精确的速度控制技术、振动和噪声抑制装置以及高速安全装置。 这有助于按照霞关大楼的要求完成能够以 300 英里/分钟的速度行驶的高速电梯。^[2]

继这一成功之后，更高速度的电梯陆续开发出来，直到1993年，世界上最快的额定速度为810 mpm的电梯问世。^[3]

然而，自 2000 年代初以来，亚洲市场（尤其是中国市场）增长迅速。 与此同时，世界各地的电梯企业纷纷进入市场，使我们面临激烈的竞争。

此外，尤其是在中东，新建筑往往超高且规模宏大。 这就提出了这些建筑对超高速、大容量电梯的需求。^[4] 因此，我们在迄今为止积累的超高速电梯知识的基础上，继续开发技术，以进一步提高安全性、效率和舒适性。 为了加强其在全球市场的产品开发能力，我们开始使用 213 米高的研究塔“G1TOWER”，该研究塔是世界上最高的（根据 14 年 2015 月 2010 日的日立内部数据）电梯研究设施。 XNUMX 年。^[5] 针对高速、大容量电梯的需求，我们进行了大量的实验，从安全、舒适和环保的角度改进产品。

开发细节和特点

驱动与控制系统技术

开发了 330 kW 永磁同步电机，该电机采用薄型设计，但可实现以 1,200 mpm 的速度运行电梯所需的高输出（图 3）。^[6-10]

通过在电机上应用层压钢板转子，减少了电梯加速过程中的电力损失。 这导致曳引机的宽度减少了 13%，同时电机的额定输出增加了约 1.3 倍（根据截至 2015 年 XNUMX 月的日立内部数据，与传统日立产品中使用的最大输出曳引机相比） .^[11]

此外，驱动电机的逆变器的输出电容为 2,200 kVA，是世界上最大的电梯用逆变器之一。 通过放置由四个并联连接的绝缘栅双极晶体管组成的两个逆变器，增加了控制面板（图 4）的容量和空间节省。 对构成轿厢主绳的钢丝进行了加固，提高了比强度，从而使重量比传统绳索减轻了 30%。

安全装置技术

开发了使用高耐热衬里的制动装置。 万一电梯系统检测到异常情况，该设备能够承受制动动作产生的热量，使轿厢从额定速度 1,200 mpm 安全停止。 此外，对于长行程的超高层建筑的电梯，下降速度的限制设置为600 mpm，而上升速度设置为1,200 mpm。^[12] 这是因为在电梯下降过程中，由气压差引起的耳塞感在乘客中尤为突出。

调速器设计紧凑，可通过独立的功能测量电梯上升和下降的速度，从而确保乘客的安全。 此外，通过应用四级可伸缩伸缩缓冲器（图 6）而不是扩大缓冲器，井道中坑的深度显着降低。

汽车结构技术

为了乘客的舒适度，在轿厢的四个角（上、下、左、右）安装了主动滚轮导轨（图7），以减少轿厢多种振动模式引起的振动。 此外，导轨轻微翘曲和风压对轿厢的干扰得到抑制，从而减少了约70%的振动。 这为乘客在高速运行期间提供了舒适的乘坐体验（图 8）。^[13-16] 

此外，通过进行流体分析（图 9）和风洞测试，开发了一种空气矫直胶囊结构，以减少汽车与其配重相互经过时产生的空气动力噪声和流体力。 此外，通过安装气压控制设备来产生乘坐舒适性，该设备通过调节气压来减少乘客在电梯行驶过程中因气压变化而阻塞的耳感。

评估测试设备

大型曳引机及其大容量驱动控制装置的综合评估在 G1TOWER 进行（图 10）。 安全装置，如安全钳、调速器和缓冲器，也在那里进行了测试和验证。 此外，在超高速运行过程中对轿厢的振动和噪音进行了评估，同时应用了主动导轨，显着降低了轨道弯曲引起的轿厢振动，并采用了空气矫直罩，降低了风噪。

地面等效测试设备（图 11）用于复制电梯运行期间实际条件的惯性力。 该设备模拟了 1,200 mpm 运行的条件，允许测试电梯，否则由于 G1TOWER 的行程不足而无法进行测试。 在测试过程中还检查了牵引机、制动器和控制面板的性能。

在轿厢噪声测试中（图 12），风洞模拟了电梯在 1,200 mpm 的运行条件，因此可以检查空气矫直舱的效果。 然后将 G1TOWER 的噪声评估结果与流体分析结果进行比较，并对模拟条件进行细化，直到评估技术具有较高的精度。

使用大气压力模拟装置（图 13）来检测电梯上升和下降过程中的大气压力变化模式。 通过这个过程，确定了每种电梯规格（额定速度​​和行程）的适当气压模式，并确认了其有效性。

 结语

广州周大福金融中心1,200英里/分钟电梯（图14）计划于2016年投入运营。我们旨在通过追求高质量的性能和高精度的施工技术，同时充分利用仿真分析和G1TOWER 中真实的电梯性能评估。

展望未来，我们将继续致力于开发提供附加值的电梯，以支持海外市场不断增加的更高和更大的建筑。 此外，我们将继续利用通过这些开发活动获得的新技术和洞察力开发超高速和高速电梯等产品，在全球范围内提供安全、舒适和便利的建筑环境。

案例
[1] 纳撒尼尔·霍利斯特 (Nathaniel Hollister) 和安东尼·伍德博士，《20 年最高的 2020 座建筑：进入巨型高层建筑时代》，《电梯世界》(2013 年)。
[2] Hideo Miyao，“速度为 300 m/min 的无齿轮牵引机的控制”，日立评论，（1968 年）。
[3] Masayuki Shigeta，“速度为 810 m/min 的超高速电梯的技术开发”，日立评论，（1993）。
[4] Toshiaki Nakagawa、Hideya Kohara、Youichi Sekimoto 和 Shigeo Nakagaki，“世界最快电梯”，东芝评论，卷。 57 第 6 号（2002 年）。
[5] Akihiro Omiya，“世界最高试验塔（G1TOWER）改变城市的下一代垂直运动”，日立评论，（2010）。
[6] Toshiaki Nakagawa，“电梯新技术”，Shindenki 2012.10，p。 6-19，（2012）。
[7] Kazuhiro Tanaka、Yasuaki Takeda 和 Shinichi Noda，“东京晴空塔电梯的先进技术”，东芝评论，卷。 67 第 11 号（2012 年）。
[8] Satoru Kato、Takanori Kamatsu、Kosei Miyamoto 和 Kazufumi Hirabayashi，“超高速电梯的驱动控制系统”，Mitsubishi Denki Giho，Vol。 86 第 8 号（2012 年）。
[9] Zbigniew Jerry Piech，“超高层推进技术”，《电梯技术》20：2014 年 Elevcon 会议录，第 283 页。 289-2014 (XNUMX)。
[10] Zbigniew Jerry Piech，“用于超高层建筑电梯的永磁电机”，CTBUH 2014 上海会议，第 824 页。 829-2014 (XNUMX)。
[11] K.Mori、N.Ohnuma、T.Sakoda、Y.Matsumoto 和 T.Yabuuchi，“用于超高速电梯的并联 IGBT 功率转换器”，IEE Jpn。 过程工业应用。 社会。 (JIASC2015), p. 295-300，（2015）。
[12] Mitsuyoshi Imura、Takeshi Niikawa、Naohiro Shiraishi、Takuo Kugiya 和 Takashi Kobayashi，“超高速电梯的安全装置”，Mitsubishi Denki Giho，Vol。 86 第 8 期（2012 年）。
[13] Masaji Iida 和 Yoichi Sakuma，“乘客在超高速电梯中的舒适度”，Mitsubishi Denki Giho，Vol。 86 第 8 期（2012 年）。
[14] Shigenori Matsuo、Masaaki Hirai 和 Sueyoshi Mizuno，“世界上最快的电梯（1010 米/分钟）”，东芝评论，卷。 60 第 4 期（2005 年）。
[15] 菊山健一，“关于台北 101 最快的电梯”，Kenchikusetsubi & Shoukouki，第 55 期（2005.5）。
[16] Hiroaki Mizuguchi、Toshiaki Nakagawa 和 Yoshiaki Fujita，“台北 101 的高速电梯”，EW (2005.9)。