天津广播电视塔电梯改造技术要求

张弘

[摘    要]从天津广播电视塔高耸塔类建筑的特殊性及游客的乘梯需要出发，结合我国电梯标准规范和世界先进电梯技术，分析了天津广播电视塔高速电梯改造的技术要求。天津广播电视塔2台游客电梯经过30 a的运行，受整梯老化和生产年代所限，已无法满足当今时代的需要。目前，电梯曳引机、轿厢平台、乘客应急救援系统、控制系统、变频器、安全部件、门系统、轿厢操纵盘及配套设备在设计、技术、安全、质量、节能等方面已经有了飞跃性的进步，随着全球科技水平的发展，电梯新国标的颁布和人民需求的提高，老旧电梯的现代化更新改造已成为必然趋势。

[关键词]电梯改造;高速电梯;技术要求;安全

[中图分类号]TM921.51 [文献标志码]A [文章编号]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

天津广播电视塔目前正在使用的2台游客用高速电梯（3#、4#）是20世纪80年代由美国奥的斯公司开发的E-401直流驱动高速电梯平台，以其稳定舒适的轿乘体验和安全可靠的平台性能赢得全世界高端客戶的信赖。近年来，经过多次产品更新升级迭代至今，其依然广泛应用于北美、日本等发达国家和地区。

该2台游客电梯在使用期间均未经过设备翻新或整体大修。经过近30 a的运行，其核心机械部件和电气部件老化磨损严重，故障率不断攀升。问题主要表现在以下几方面：

（1）电梯主要部件269HT直流曳引机的励磁线圈绝缘水平严重受损，曳引轮轮槽和曳引绳之间存在不同程度的磨损，导致电梯平层精度失准，轿乘体验明显下降。由于高耸塔类建筑结构特殊和电梯提升高度高等因素，在冬季和风季，此问题体现更为明显。

（2）受电梯生产年代科技条件所限，电梯门机系统采用电阻触点式控制，运行期间噪音大、耗电高，存在较多故障点。

（3）受电梯生产年代科技条件所限，电梯轿厢导靴及对重导靴使用的是弹簧缓冲结构和铜制轴套滑动滚轮结构，缓冲范围和反应速度有限，同时易受外部温度影响，导致转动噪音增大，减震性能下降。

（4）受电梯生产年代科技条件所限，电梯轿厢位置监测系统采用的是PPT钢带技术，受高耸塔类建筑物结构特殊和电梯提升高度高等因素影响，钢带在塔体摆动和井道强对流风的作用下剧烈摆动，故钢带经常发生断裂，导致停梯或困人故障发生。

1 曳引机

本次电梯改造须采用永磁同步无齿轮曳引机和能源再生控制系统，替换原梯使用的直流感应式无齿轮曳引机（269HT）和非能源再生控制系统，可有效节约能源，降低废热负担。

新曳引机的曳引绕绳方式须为复绕，与单绕相比，整梯运行的稳定性、可靠性以及制停舒适感均有显著提高;曳引绳槽采用圆形底槽，可大幅延长曳引绳轮与曳引钢丝绳的使用寿命，有效减少更换曳引钢丝绳的频率。同时，本次改造选用的曳引机额定速度上限要为8.0 m/s，高于天塔电梯的额定速度5.0 m/s，实现了现代化升级改造后的电梯曳引系统在可靠性、稳定性和耐用性等方面的进一步增强。

技术要求如下。

（1）高能源效率

改造后的电梯采用永磁电机技术，提高了效率和功率因数（达到大于最大额定功率下95%的额定效率），大幅降低了能耗和运行成本，并降低了机房的废热。

（2）结构紧凑

曳引机的机械结构须提供紧凑的设计，更低的重量和节省机房空间，允许更大的机房布局灵活性。

（3）高可靠性

①曳引机采用双支撑对称布局，设计上有更大的轴载荷冗余空间，相比单侧支撑曳引轮布局，其安全性、稳定性、耐用性更高（图1）。

②采用大直径曳引轮，复绕布置，提高钢丝绳的使用寿命及系统运行的可靠性（图2）。

③采用紧凑的低噪音钳盘式制动器设计，分组装设，制动力可调，以满足更严格的安全要求和规范，同时在电梯紧急制动情况下，提高轿厢内乘客的舒适感。

2 轿厢平台

轿厢系统采用全球先进的平台，整体设计上要高于原E-401电梯平台，与原梯单侧梁+双下梁的结构相比，采用双侧梁+双下梁的重型轿架（图3），具有更高的稳固性，有效提升了轿厢的运行品质。

考虑天津广播电视塔高耸塔类建筑结构特殊和井道内强对流风等因素，轿厢和对重应分别加装导流罩和挡风板（图4），同时配置国际先进的液体阻尼滚轮导靴（图5），进一步降低风阻引起的气动噪音和体感振动，轿厢在井道内运行更加平顺，可有效降低井道内产生的气流对厅门的影响。

技术要求如下。

（1）轿厢

①可调节的竖直加劲板，降低传动系噪音，同时通过层叠结构，消除轿厢壁可见缝隙。

②轿厢平台弹性接口，降低结构传导的噪音，通风口采用迷宫设计，无可见缝隙，降低风噪。

③采用符合空气动力学的新型轿厢，加装导流罩和挡风板，使电梯的运行质量更加平稳、安静。

（2）轿架

①上梁和双下梁采用高冗余设计，降低振动传输到轿厢壁表面的频率和振幅。

②上梁、双侧梁、双下梁间多处连接点均加固，增加振动能量的损耗。

（3）轿厢导靴

①配置液体阻尼滚轮导靴，缓冲结构为液体阻尼设计，缓冲幅度大，反应速度快，可很好适应高耸塔类建筑物因沉降或摇摆引起的导轨移位、错位导致的轿厢运行不平稳。

②导靴滚轮应采用260 mm大直径轮胎，运行更平稳，更加可靠。

③导靴参数须适用于额定速度10 m/s以下的电梯，且经过额定载荷600 N下1 800万次超长寿命测试，进一步提高稳定性和耐用性。

3 轿厢乘客应急救援

由于天津广播电视塔塔体结构原因，塔内2部游客电梯存在层间距超过11 m且中间无法设置安全门的情况。如果在特殊故障情况下，轿厢因电梯乘客安全保护系统启动而停在两层之间，救援速度将受到极大影响。

为了提高乘客乘梯体验，同时符合电梯国标要求，结合现场情况及电梯布置，3#和4#两部电梯轿厢之间的水平间距不大于0.75m，可通过在轿厢侧面设置“轿厢安全门”的方式达到特殊工况下双梯互相救援的目的。

技术要求如下。

（1）设计要求

①轿厢安全门的高度不小于1.80 m，宽度不小于0.35 m。

②轿厢安全门应能不用钥匙从轿厢外开启，并应能用电梯专用三角钥匙从轿厢内开启。

③轿厢安全门不应向轿厢外开启。

④轿厢安全门不应设置在对重运行的路径上，或在妨碍乘客从一个轿厢通往另一个轿厢的固定障碍物（分隔轿厢的横梁除外）的前面。

⑤轿厢安全门，应设有手动上锁装置，并通过一个符合电梯安全回路标准的电气安全装置来验证。如果锁紧失效，该装置应使电梯停止。只有在重新锁紧后，电梯才有可能恢复运行。

⑥示意图。轿厢安全门示意图见图6。

（2）救援人员配置及工具

①2名持有电梯特种设备操作证的服务技师。

②电梯门专用钥匙。

③电梯安全门专用救援平台。

④2套安全带。

（3）救援步骤

首先将故障电梯的主电源切断并拉闸锁闭。

①技师1带上救援平台在救援轿厢中准备。

②技师2进入救援轿厢的轿顶，将电梯切换至检修模式（图7）。

③技师2确认故障电梯位置，将救援电梯行驶到与故障电梯相同的水平位置。

④技师2按下急停开关，通知技师1打开轿厢安全门。

⑤技师1将救援安全门打开一个足够手臂通过的缝隙，将安全带挂钩挂到救援轿厢的安全锚钩上。

⑥技师1完全打开救援安全门，安装救援平台及护栏。

⑦技师1打开故障电梯的安全门，帮助乘客穿戴安全带并将安全带挂钩锁在护栏上，幫助乘客进入救援轿厢，移交安全带给第2名乘客，直至所有乘客被解救（图8）。

⑧技师1关闭故障电梯的安全门，移除救援平台并锁紧救援轿厢的安全门。

⑨技师1通知技师2，将轿厢运行到最近楼层的平层位置，打开轿厢门，将乘客救出（图9）。

4 控制系统

须采用世界知名品牌最新的高速电梯控制系统技术，提供更先进的运动控制及安全性能，同时极大简化系统布线，满足长行程高速运行下的控制精度和可靠性。

控制系统电缆、插件采用标准压接方式，保证信号传输稳定;继电器、接触器触点电流容量有足够冗余空间，提高稳定性、耐用性。

新系统具备数字化扩展接口，后续还可追加新型的智能化设备，适应新时代需求。

技术要求如下。

（1）通讯处理

①采用CANBUS总线数据传输方式，该传输方式的处理速度是以往信号传输系统的10倍。

②CANBUS总线结构能够使电梯各子控制系统间的通讯更具直接性和同步性，取得最实时的数据信息，使电梯运行控制精度大幅度提高。

（2）运行舒适感

①采用Snap运行曲线，使控制系统可以自动调整电梯运行时振动变化的频率。

②电梯加速减速阶段降低35%以上低频轿厢振动，提高乘客舒适感。

（3）高效节能

①在非高峰期间可进入待机模式以节省更多电能，待机模式能耗应小于1 kW。

②在高峰期根据轿厢负载自动调整加速度以减少峰值能耗。

5 能源再生系统变频器

须采用独立变频器，具备能源再生技术，获得国际权威节能认证机构的最高级认证。

能源再生技术可以根据电梯不同运行工况，将电梯运行中耗费的30%～70%的电能重新收集，并转化为清洁电源，再次输回电网，为建筑物中其他电器设备提供电力，降低能耗的同时也延缓了电气部件的老化时间。（图10）

技术要求如下。

（1）有效节约能源

①可有效节能30%～70%，接近于1的高功率因数。

②变频器系统精细化冗余设计，具备非常低的谐波损耗。

（2）高可靠性

①可靠运行于±30%的电源电压浮动。

②可调整的开关频率，优化使用寿命。

6 安全部件

天津广播电视塔2台游客高速电梯运行速度快，提升高度高，对电梯设备本身的安全系数有着极高的要求。

改造后的电梯必须完全满足国际上最高安全标准，以及我国最新的《电梯制造与安装安全规范》《电梯型式试验规则》、《电梯监督检验规程》等国标。

技术要求如下。

（1）安全功能

除满足最新国标《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》（TSGT7001—2009含1、2、3号修改单）外，要求具备“曳引机扭矩实时安全监测”及“电梯运行参数防误修改监测”等国际先进安全功能。

（2）安全部件设计和试验等级达到国际先进标准

①安全钳试验。国家标准：15次，测试后不进行整梯验证。国际先进标准：25次，测试后进行整体验证和寿命测试。

②限速器试验。国家标准：20次，测试后不进行完好性验证。国际先进标准：25次，测试后进行完好性验证，且无需更换任何部件。

③缓冲器试验。国家标准：2次，测试后进行完好性验证。国际先进标准：100次，测试后进行完好性验证。

7 门系统

天津广播电视塔建筑结构特殊，冬季和风季井道内有强对流风，因此对门系统扭矩和自闭力有着极高要求，性能优异的门系统可改善载客效率和提升建筑物的形象。

要求采用国际领先的重型门系统和永磁同步变频双门刀双门机系统解决方案（图11），在任何情况下，都要提供理想的门运行速度，以优化载客流量，适应载客需求和井道环境的变化。

技术要求如下。

（1）整体设计

①紧凑型结构设计，结构简单易于维修保养。

②连接点加固处理，耐用度高。

（2）运行质量

①可根据使用情况和交通需求，灵活设置门的运行速度。

②提高交通处理效率，门操作准确、响应速度快。

③门运行安静、平稳。

（3）可靠性和效能

①高可靠性，设计运行寿命和测试达到百万次。

②使用国际先进的材料和控制技术，变频系统达到高等级节能效果。

8 轿厢操纵盘

轿厢操纵盘是电梯乘客与电梯系统进行人机交互的重要设备，直接影响了乘客的乘梯体验（图12）。

随着全球信息化、智能化极速发展，传统的机械按键和数码管显示组合操纵盘已不能满足当前新时代的人民需求。因此，为了向乘梯游客传播更多信息，提高乘梯体验，本次电梯改造要求采用更大的多媒体显示空间和更多交互功能的轿厢操纵盘解决

方案。

技术要求如下。

（1）主操纵盘

①选层按钮采用经久耐用的机械式按键，保证电梯使用的可靠性。

②楼层显示器采用大屏幕多媒体显示屏，多媒体显示部分可自定义编辑图片、视频、音乐等信息。

（2）副操纵盘

①使用触摸屏幕式操纵盘，可接驳互联网，可定制全盘显示界面。

②显示信息包括：楼层显示、楼层导航、电梯状态、时间日期、警示提醒、气象信息等。

③功能包括：可定制图文楼层按键和功能按键、可定制多媒体播放、电梯故障扫码报修、紧急视频报修等。

9 轿厢空调和空气杀菌净化系统

随着科技和时代进步，游客对游览体验要求也越来越高，在相对封闭的电梯轿厢环境中，仅靠传统排风扇对轿厢进行通风，空气缺乏有效的对流，已经无法满足当今时代游客的需求。同时，由于新冠疫情的发生，电梯轿厢内的通风及空气净化问题日益受到人们的关注。因此，改造后的电梯应配置轿厢空调和电梯轿厢空气杀菌净化系统。

技术要求如下。

（1）轿厢空调

①应采用全新智能电脑控制系统，设置液晶显示，各功能电脑全自动，并配备遥控器，操作灵活方便。

②无滴水，对冷凝水进行多重气化处理，做到迅速彻底，安全省电;

③采用国际名牌压缩机，并对系统进行全面优化设计，宁静高效。

④使用方便，每天的开关机时间由微电脑程序控制，整个夏天或冬天只需要一次开机，一次关机，高度自动化。

⑤多重保护，具备压缩机过热、延时保护，多重防溢水保护等安全功能。

（2）轿厢空气杀菌净化系统

①杀菌迅速效率高，达到99%～99.9%。

②廣谱高效，纯物理消毒方法，无二次污染。

③使用要安全，在电梯轿厢内有乘客时也可开启使用。

④可选择定时开关机功能，以7 d为一个周期自动循环，每天可设多组不同的开关机时间。

⑤结构设计要合理，安装方便，杀菌系统电源独立控制，能耗要低，寿命要长。

10 结论

通过本次升级改造，可大幅提高天塔运行效率，为今后增加经济和社会效益提供有效的安全保障，提升电梯整体安全性、稳定性、可靠性、可维护性、轿乘舒适感、降低故障率及能源消耗。

参考文献

[1] 电梯制造及安装安全规范：GB7588—2003[S].

[2] 电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯：TSGT7001—2009[S].

[3] 电梯技术条件：GB/T10058—2009[S].

[4] 电梯主参数及轿厢、井道、机房的型式与尺寸：GB/T7025.1—2008[S].

[5] 电梯、自动扶梯、自动人行道术语：GB/T7024—2008[S].