엘리베이터 - 케이블 이퀄라이저 (로프 장력 자동조절장치)
국내에서 엘리베이터 와이어로프의 수명은 사용시간이나 사용환경에 따라서 달라질 수 있으나 보통 3~5년이면 통채로 교체를 한다(로프의 안전율 12이상으로 보았을때 상당히 수명이 짧다). 그동안(6개월정도후)이라도 한본에 파단등 이상 현상이 있는 경우 이 역시 전체로프를 교체한다. 신로프와 사용로프간의 신율차로 인해 장력의 편차가 발생하여 다시 편마모가 쉽게 발생하기 때문이다. 또한 시브홈의 마모한계 기준은 제조회사마다 차이는 있으나 홈간 편차가 1mm이상이거나 전체로프에 걸쳐 홈의 마모가 3mm이상 마모가 있으면 교체한다. 일반적으로 로프의 수명에 영향을 주는 가장 큰 요인은 로프간의 장력 불균등(불균형)으로 알려져 있다.
엘리베이터는 여러본의 로프나 벨트(주1)를 사용하므로 각각의 로프가 갖는 장력을 균등하게 해야 한다. 그러나 동일한 시브에 걸려 있는 각각의 로프장력이 서로 다르게 설치되거나 운행중인 엘리베이터는 여러가지 원인에 의하여 각각의 로프장력(tension)이 변할 수 있다. 장력의 편차가 심할 경우에는 로프와 시브의 마모에 의한 각 로프 혹은 로프홈의 편마모가 발생하기 쉬워 로프나 시브의 수명단축이 생긴다. 또한, 특히 장력이 낮은 로프가 있다면 이 로프에 의해서는 주행중 로프의 흔들림에 의한 카의 진동이 나타날 수 있어 엘리베이터 카의 승차감에 크게 악영향을 미친다. 따라서, 로프의 장력을 균등하게 조정하여야 안정된 엘리베이터 운행을 할 수 있으며 일반적으로 로프간 장력의 편차는 +- 5%~10%이내로 조정해 주어야 한다(주2).
그래서 꽤 오래전부터 로프장력의 편차가 사용중에 스스로 조정되어 개별로프의 장력이 서로 균등하도록 하는 장치인 로프 장력 자동 조절장치(로프장력조절기, cable equalizer, rope tension equalizer)가 고안되었다. 그러나 이러한 장치는 차지하는 구조의 크기가 크고 경제성등의 이유로 실용화되지는 못했다. 대신, 각각의 로프의 끝에는 스프링이나 고무로 장력을 유지하도록 하고 있다. 하지만 각각의 로프에 장착된 스프링이나 고무는 완전히 로프간 장력을 균등하게 하는 장치가 되지는 못하기 때문에 정기적으로 로프의 장력을 측정하고 조정하여야 하나 유지관리업무의 현실로 보았을 때 이러한 작업이 자주 이루어지지 못하고 작업시간이 길다(주3) 보니 조정작업을 소홀히 하고 그래서 로프의 교체주기가 갈수록 짧아지기 일쑤다.
알려지기로는, 로프장력 자동조절장치의 가장 이상적인 각각의 로프에 동일한 하중 분포를 이루기 위해서는 레버와 피봇으로 이루어진 밸런스 메커니즘을 들 수 있다. 2본,3본 및 4본에 대한 밸런스 메커니즘의 예는 다음 그림과 같다. (주4)
이러한 기본적인 메커니즘을 응용하여 아래와 같이 여러가지 특허 제품들이 고안되었으나 앞서 얘기한 것처럼 경제성이나 구조적인 문제(크기)등의 이유로 실용화되지는 못했다.
또한, 유럽의 한 로프제조회사(Brugg)에서는 현장에서 빠르고 정확하게 로프장력을 정비하기 위해서 유압식 장치 RLE(Rope Load Equalizer)를 개발하여 적용하기도 하나 매번 현장에서 장비를 가지고 가서 조정해야 하기 때문에 실용성이 떨어져 폭넓게 현장에서 적용되지는 않고 있다.
국내에서는 이러한 단점을 보완하고 레버, 피봇식이 아닌 유압식으로 영구적으로 추가동력없이 로프의 장력을 자동으로 조정하는 장치를 개발하여 특허등록(승강기용 로프장력 균등 조절장치, 등록번호:10-1960770)이 되어 있다.
이 장치는 각 로프에서 발생하는 압력을 각 로프 소켓간 유압통로를 통해서 골고루 전달토록 함으로써 파스칼의 원리에 의해 항상 각 로프가 균등한 장력을 유지할 수 있도록 하는 장점이 있다. 내구성과 경제성을 추가로 보강하면 상품화가 가능할 것으로 보인다.
로프 장력 자동 조절 장치(cable equalizer)의 실용화는 로프와 시브의 수명을 최대화가 되도록 하여 자원낭비를 줄일 수 있으며 로프(벨트)의 조정에 투입되는 인력을 최소화 할 수 있는 것은 물론이고 어떠한 이유로 한본의 로프가 소손되어도 이러한 장치가 있다면 한본만 교체를 해도 됨으로써 수리비용을 최소화 할 수 있는 장점도 있다.
로프의 장력을 균등하게 하도록 엘리베이터의 설치검사, 정기검사 및 자체점검기준(3개월에 1번)에도 로프(벨트)가 장력 균등상태를 점검(주5)하도록 되어 있으나 짧은 자체점검시간동안 장력을 조정하기란 쉽지가 않다. 이런 실정에서 로프의 파단이 완전히 발생하고 난후에야 로프(벨트)를 교체하는 사후약방문식으로 실시하거나 짧은 수명내에 파단여부와 상관없이 전체교체를 하는 식이다. 다시 강조하지만 장력자동조정 장치의 필요성은 분명한데 경제성이나 다른 이유 때문에 약식으로 각 로프에 스프링/고무로 장력균등을 대신하도록 한 현행 기술기준은 엄밀히 얘기하면 각 로프별 하중분산을 균등하게 하는 장치로 볼 수는 없다. 이러한 모순은 제품의 개발을 통해서 빠른 시간내에 극복하여야 하는 것으로 보인다. 30여년전 엘리베이터 회사에 입사했을때도 이러한 내용은 현장의 이슈였는데 지금도 거의 발전없이 제자리 걸음이다.
다음주에는 이러한 현안을 토론하고 해결책을 모색 하기 위해 전문가를 만나러 간다. 조만간 상품화가 될 수 있도록 힘쓰고 싶다.
2023.5.1.
(c) 칠보 (chillbo)
주1) 엘리베이터에 적용되는 벨트마다의 장력도 균일해야 하고 각 벨트내의 10여본의 가는 로프 각각도 장력이 균일해야 한다. 벨트내의 각로프의 장력이 균일하지 않을 경우 조기 파단의 원인이 되기도 한다.
주2) 출처: 황수철의 "엘리베이터 베이직 테크놀로지 (page 132)"
주3) 현장에서 로프의 장력측정은 통상 손가락등으로 서로 눌러보는 감각으로 차이를 느끼거나, 로프를 잡아당겨(튕겨) 흔들림의 정도를 보는 방법으로 측정하거나, 전체 로프의 장력을 동시에 측정하고 편차를 표시하여 주는 장비도 있고 각각의 로프 장력을 측정하는 간단한 측정기를 활용하여 측정한다.
주4) 출처: Lubomir Janovsky의 "Elevator Mechanical Design (3rd Edition) (page 17)"
주5) [별표22] 엘리베이터 안전기준의 9.5는 매다는 장치의 하중분산이고 "9.5.1에는 적어도 한쪽 끝에는 매다는 장치의 장력을 균등하게하기 위한 자동장치가 있어야 한다."로 장치의 적용유무만 점검하나 장력균등상태를 점검해야 균등한 하중분산이 되어 있는지 확인할 수 있다.
9.5 매다는 장치 사이의 하중 분산
9.5.1 적어도 한쪽 끝에는 매다는 장치의 장력을 균등하게하기 위한 자동장치가 있어야 한다.
9.5.1.1 스프로킷에 연결하는 체인의 경우, 카에 고정된 끝부분뿐만 아니라 평형추에 고정된 끝 부분에도 장력을 균등하게하기 위한 자동장치가 있어야 한다.
9.5.1.2 동일 축에 여러 개의 회전 스프로킷이 있는 경우, 이 스프로킷은 독립적으로 회전할 수 있어야 한다.
9.5.2 장력을 균등하게하기 위해 스프링이 사용된다면, 그 스프링은 압축 시 작용되도록 해야 한다.
9.5.3 매다는 장치가 비정상적으로 늘어난 경우, 느슨한 매다는 장치는 다음과 같이 보호되어야 한다.
가) 2가닥의 매다는 장치가 카를 매다는 경우, 15.2에 따른 전기안전장치는 1가닥의 매다는 장치가 다른 1가닥에 비해 비정상적으로 늘어나면 구동기를 정지시켜야 한다.
나) 포지티브 구동 엘리베이터 및 유압식 엘리베이터의 경우, 매다는 장치가 느슨해지면 15.2에 따른 전기안전장치는 구동기를 정지시켜야 한다.
구동기가 정지된 후에는 정상 운행이 이루어지지 않아야 한다.
2개 이상의 잭이 있는 유압식 엘리베이터의 경우, 각각의 매다는 장치에 적용되어야 한다.
9.5.4 매다는 장치의 길이를 조정하는 장치는 조정 후 이 장치에 의해 매다는 장치가 느슨해질 수 없도록 제작되어야 한다.
주4) [별표22 엘리베이터 안전기준]
9 매다는 장치(현수), 보상수단 및 관련 보호수단
9.1 매다는 장치(현수)
9.1.1 카와 균형추 또는 평형추는 매다는 장치에 의해 매달려야 한다. 다만, 직접 유압식 엘리베이터의 경우에는 그렇지 않다.
9.1.2 매다는 장치는 다음의 구분에 따라 적합해야 한다.
가) 로프: 공칭 직경이 8 ㎜ 이상이어야 한다. 다만, 구동기가 승강로에 위치하고, 정격속도가 1.75 ㎧ 이하인 경우로서 행정안전부장관이 안전성을 확인한 경우에 한정하여 공칭 직경 6 ㎜의 로프가 허용된다.
나) 체인: 인장강도 및 특성 등이 KS B 1407에 적합해야 한다.
다) 벨트: 별표 8 부속서 표 V.1에 적합해야 한다.
9.1.3 로프 또는 체인 등의 가닥수는 2가닥 이상이어야 한다.
간접 유압식 엘리베이터의 경우에는 간접 작동 잭 당 2가닥 이상이어야 하고, 카와 평형추 사의 연결 부분에 2가닥 이상이어야 한다.
비고 구멍에 꿰어 매는 방식(로핑)이 사용되는 경우, 고려되는 수는 내려지는 수가 아니라 로프 또는 체인의 수이다.
9.1.4 매다는 장치는 독립적이어야 한다.
9.1.5 매다는 장치는 별표 8에 따라 안전성이 입증되어야 한다.
9.1.6 매다는 장치에는 보기 쉬운 곳에 쉽게 지워지지 않는 방법으로 별표 8에 따른 표시사항이 표시되어야 한다.
9.2 권상 도르래‧풀리 또는 드럼과 로프(벨트) 사이의 직경 비율, 로프/체인의 단말처리
9.2.1 권상 도르래ㆍ풀리 또는 드럼의 피치직경과 로프(벨트)의 공칭 직경 사이의 비율은 로프(벨트)의 가닥수와 관계없이 40 이상이어야 한다. 다만, 주택용 엘리베이터의 경우 30 이상이어야 한다.
9.2.2 매다는 장치의 안전율은 다음 구분에 따른 수치 이상이어야 한다.
가) 3가닥 이상의 로프(벨트)에 의해 구동되는 권상 구동 엘리베이터의 경우: 12
나) 3가닥 이상의 6 ㎜ 이상 8 ㎜ 미만의 로프에 의해 구동되는 권상 구동 엘리베이터의 경우: 16
다) 2가닥 이상의 로프(벨트)에 의해 구동되는 권상 구동 엘리베이터의 경우: 16
라) 로프가 있는 드럼 구동 및 유압식 엘리베이터의 경우: 12
마) 체인에 의해 구동되는 엘리베이터의 경우: 10
안전율은 정격하중의 카가 최하층에 정지하고 있을 때 매다는 장치 1가닥의 최소 파단하중(N)과 이 매다는 장치에 걸리는 최대 힘(N) 사이의 비율이다.
포지티브 구동 엘리베이터 및 유압식 엘베이터의 경우, 평형추 매다는 장치의 안전율은 평형추의 무게로 발생하는 매다는 장치 힘을 기준으로 계산되어야 한다.
매다는 장치에 대한 안전율 평가는 부속서 Ⅹ에 따른다.
9.2.3 매다는 장치와 매다는 장치 끝부분 사이의 연결(9.2.3.1)은 매다는 장치의 최소 파단하중의 80 % 이상을 견딜 수 있어야 한다.
9.2.3.1 매다는 장치 끝부분은 자체 조임 쐐기 형 소켓, 압착링 매듭법(ferrule secured eyes), 스웨이지 터미널(swage terminals)에 의해 카, 균형추/평형추 또는 구멍에 꿰어 맨 매다는 장치 마감 부분(dead parts)의 지지대에 고정되어야 한다.
비고 매다는 장치 단말은 매다는 장치의 최소 파단하중의 80 % 이상을 달성한다고 가정할 수 있다.
9.2.3.2 드럼에 있는 로프는 쐐기로 막는 시스템 사용 또는 2개 이상의 클램프 사용에 의해 고정되어야 한다.
9.2.4 체인의 끝 부분은 카, 균형추/평형추 또는 구멍에 꿰어 맨 체인 마감 부분(dead parts)의 지지대에 고정되어야 한다.
체인과 체인 끝부분 사이의 연결은 체인의 최소 파단하중의 80 % 이상을 견딜 수 있어야 한다.