曳引速度對(duì)帶導(dǎo)流罩電梯氣動(dòng)性能的影響研究

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1、曳引速度對(duì)帶導(dǎo)流罩電梯氣動(dòng)性能的影響研究　　電梯曳引機(jī)是電梯的動(dòng)力設(shè)備，又稱電梯主機(jī)。功能是輸送與傳遞動(dòng)力使電梯運(yùn)行。它由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、聯(lián)軸器、減速箱、曳引輪、機(jī)架和導(dǎo)向輪及附屬盤車手輪等組成。導(dǎo)向輪一般裝在機(jī)架或機(jī)架下的承重梁上。盤車手輪有的固定在電機(jī)軸上，也有平時(shí)掛在附近墻上，使用時(shí)再套在電機(jī)軸上?！　≌簽榱颂骄坎煌芬俣认录友b橢圓導(dǎo)流罩超高速電梯的振動(dòng)和噪聲狀況，通過ANSYSFluent軟件開展了曳引速度分別為6m/s、12m/s和18m/s時(shí)加裝橢圓導(dǎo)流罩電梯的空氣動(dòng)力學(xué)分析，揭示了曳引速度對(duì)電梯轎廂受到空氣阻力、轎廂表面靜壓和速度分布的影響規(guī)律。結(jié)果表明，電梯轎

2、廂表面靜壓隨曳引速度的增加成平方倍增加，轎廂表面空氣流速與曳引速度成正比關(guān)系;當(dāng)電梯速度較小時(shí)，加裝橢圓導(dǎo)流罩對(duì)改善氣動(dòng)特性效果較好，而當(dāng)電梯速度達(dá)到10m/s以上時(shí)，橢圓導(dǎo)流罩未能使電梯氣動(dòng)性能達(dá)到較優(yōu)效果?！　￡P(guān)鍵詞：超高速電梯;曳引速度;數(shù)值模擬;空氣動(dòng)力學(xué);橢圓導(dǎo)流罩　　引言　　隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市建設(shè)的推進(jìn)，城市人口分布也越來越密集，高層、超高層建筑在各大、中城市拔地而起，而高速(V>2m/s)和超高速(V>5m/s)電梯是必不可少的垂直運(yùn)輸設(shè)備[1]，例如828m迪拜塔電梯速度高達(dá)17.4m/s;632m上海中心大廈電梯速度高達(dá)18m/s。然而，隨著電梯

3、運(yùn)行速度的提高，振動(dòng)以及噪聲也同時(shí)加劇，極大地影響了乘客的舒適感。其中，較為重要的影響因素之一是電梯氣體動(dòng)力學(xué)(氣動(dòng))問題[2，3]。由于普通電梯運(yùn)行速度較低，井道內(nèi)氣流對(duì)轎廂的影響較小，因此電梯的氣動(dòng)問題一直沒能得到人們的重視。但隨著高速、超高速電梯的出現(xiàn)，電梯的運(yùn)行速度迅速提高。當(dāng)電梯在狹長(zhǎng)的井道內(nèi)高速上下運(yùn)行時(shí)，氣體瞬間被急劇壓縮，同時(shí)轎廂與井道間的狹縫處氣體流動(dòng)面積突然減小，因此氣體與轎廂間相互作用產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲[4];另外在轎廂的底部附近由于轎廂的遮擋，空氣流速很小，氣流會(huì)形成渦流區(qū)，該渦流區(qū)在轎廂底部呈周期性的擺動(dòng)和脫落，直接影響到廂體的振動(dòng)和受到的氣動(dòng)阻力。所以，這些氣

4、動(dòng)引起的噪聲和轎廂振動(dòng)不但影響到乘坐舒適感，而且對(duì)電梯運(yùn)行安全造成嚴(yán)重威脅[5]。　　近年來，國內(nèi)外學(xué)者開展了高速電梯的空氣動(dòng)力學(xué)研究。針對(duì)氣流對(duì)電梯噪聲和振動(dòng)的影響方面，Nai和Forsythe[6]提到電梯氣動(dòng)噪聲的大小與繞過電梯表面氣流速度的5次到6次方成正比;So等[7]建立了井道內(nèi)高速電梯的繞流場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，通過理論建模分析了井道內(nèi)氣壓的變化對(duì)電梯轎廂內(nèi)噪音的影響;Zhu等[8]建立了運(yùn)動(dòng)纜繩的線性橫向動(dòng)力學(xué)模型，分析了不同提升工況下氣流對(duì)纜繩受力的影響。在噪聲控制方面，Landaluze等[9]采用主動(dòng)噪聲控制方法降低了電梯內(nèi)大部分區(qū)域的低頻噪聲;In-Hyung等[10

5、]采用改良的主動(dòng)噪聲控制方法在降低轎廂內(nèi)頻率低于500Hz的噪音取得顯著效果。陸志華和王水來[11]從空氣傳聲和固體傳聲兩方面探討了隔聲降噪的措施。為解決電梯氣動(dòng)問題，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)電梯的結(jié)構(gòu)外形進(jìn)行了優(yōu)化。段穎等[12]設(shè)計(jì)建成一套簡(jiǎn)化高速電梯氣動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多種狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，獲得了繞箱體存在復(fù)雜非定常的渦流動(dòng)，頭部基本不分離，不同形狀的影響不大;尾部分離情況不同，平頭與其它形狀有明顯區(qū)別的結(jié)論;楊小峰[13]等通過計(jì)算流體力學(xué)方法發(fā)現(xiàn)橢圓形的前后緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠降低抑制氣動(dòng)噪聲。李曉東和王凱[5]采用數(shù)值計(jì)算模擬方法，對(duì)單井道電梯進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和優(yōu)化，得出1m和1.4m高的

6、橢圓型導(dǎo)流罩對(duì)于轎廂氣動(dòng)特性的優(yōu)化有突出效果。然而，目前針對(duì)不同曳引速度下加裝導(dǎo)流罩電梯轎廂的氣動(dòng)性能研究尚未見報(bào)道?！　∫虼?，本文利用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent模擬對(duì)比分析了加裝橢圓形導(dǎo)流罩前后超高速電梯的空氣動(dòng)力學(xué)特性，探討了不同曳引速度(6m/s、12m/s和18m/s)對(duì)帶橢圓形導(dǎo)流罩電梯氣動(dòng)性能的影響規(guī)律。　　一、電梯氣體動(dòng)力學(xué)建?！　?.1無導(dǎo)流罩電梯氣體動(dòng)力學(xué)模型　　選取典型的電梯井道參數(shù)和轎廂參數(shù)，如表1所示。電梯包括轎廂、曳引系統(tǒng)、對(duì)重系統(tǒng)、導(dǎo)軌導(dǎo)靴、轎架等，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)建模和網(wǎng)格劃分，僅保留轎廂關(guān)鍵部件，忽略其他次要結(jié)構(gòu)，構(gòu)建井道中電梯轎廂的空氣動(dòng)力學(xué)模型，如圖

7、1所示。在實(shí)際運(yùn)行過程中，轎廂在井道中上、下運(yùn)動(dòng)，為模擬計(jì)算方便，將電梯轎廂靜止在井道中某位置處，空氣以轎廂運(yùn)行速度按照與轎廂運(yùn)動(dòng)相反方向流動(dòng)，該方法僅影響空氣與井道壁的相對(duì)流動(dòng)，而對(duì)轎廂和空氣之間的氣動(dòng)作用影響不大[5]。　　1.2氣體動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證　　當(dāng)無導(dǎo)流罩電梯向上運(yùn)行速度為6m/s時(shí)，通過空氣動(dòng)力學(xué)分析能夠得到電梯的靜壓力和速度分布圖以及沿井筒方向(Z向)受力情況。為研究方便，獲得轎廂的XZ、YZ對(duì)稱面靜壓力和速度分布，如圖2所示。由圖2a和b可知，轎廂表面