엘리베이터 - 권상평가
권상평가(Traction Evaluation)는 로프식(트랙션식) 엘리베이터에서 가장 중요한 부분이다. 트랙션식은 와이어로프와 도르래의 마찰력을 이용하여 카를 올리거나 내리는 원리임으로 운행중 미끄러져서는 안된다. 일반적으로 도르래에 걸리는 카측의 전중량(관성포함) 균형추측의 전중량은 다르기 때문에 양측의 로프가 도르래에 들어가 나오기까지에는 도르래와 로프의 사이에 극히 작기는 하지만 미끄러짐이 있고 (이를 크립양(creep)이라 한다) 오랜 사용으로 도르래와 로프 양쪽에 마모가 생기게 된다. 이 때문에 도르래는 일반적으로 내마모성이 높은 금속을 첨가한 주철이 사용되고 있다. 또 양측 로프의 장력비(또는 중량비)가 일정한도를 초과하면 로프가 미끄럼을 일으키지만 미끄럼을 일으키는 한계 장력비의 값을 트랙션능력(허용트랙션비)이라고 한다. 이러한 것을 계산하는 것을 권상평가(Traction Evaluation)이라고 한다. 권상평가에서는 안전기준에 따라 미끄러지지 않도록 설계되어야 하며 또한 구동기의 토크가 카를 들어올리기에 충분히 크면 어떤 이유로 카 또는 균형추가 승강로에 정지되는 경우(stalled condition) 미끄러짐이 발생하도록 고려되어야 한다.
[별표22] 엘리베이터 안전기준
9.3.1 로프(벨트) 권상은 다음 3가지 사항에 적합해야 한다.
가) 카는 8.2.1 및 8.2.2에 따라 정격하중의 125 %로 적재될 때 승강장 바닥 높이에서 미끄러짐 없이 정지상태가 유지되어야 한다.
나) 빈 카 또는 정격하중의 카가 비상 제동될 때, 카는 행정거리가 줄어든 완충기를 포함하여 완충기의 설계된 속도 이하로 확실하게 감속되어야 한다.
다) 카 또는 균형추가 완충기를 누르고 있는 위험한 위치에 정지해 있는 경우, 빈 카 또는 균형추를 들어 올리는 것이 가능하지 않아야 한다. 또한, 다음 중 어느 하나와 같아야 한다.
1) 로프(벨트)가 권상도르래에서 미끄러져야 한다.
2) 구동기는 15.2에 따른 전기안전장치에 의해 정지되어야 한다.
비고: 매다는 장치에 가해지는 충격력과 카의 과도한 감속을 초래하는 카/균형추의 과주행에 의한 충돌이나 폴백(falling back)의 위험이 없다면, 카/균형추를 약간 권상하는 것은 허용된다.
카측 로프가 매달고 있는 중량과 균형추측 로프가 매달고 있는 중량의비를 트랙션비라 하는데 무부하와 전부하 그리고 카의 위치에 따라 모든 상황을 체크해야 한다. 총 8가지 조건이 발생하고 각각의 경우에 대해 가속도에 의한 영향과 마찰력에 의한 영향을 고려하여 계산하여야 한다. 계산되는 실제 트랙션비는 항상 1보다 크고 허용 트랙션비보다 작도록 설계되어야 하며 가능한 실제트랙션비가 낮게 되도록 하여야 미끄러짐을 방지하고 로프나 도르래의 수명을 길게 할 수 있다.
실제 트랙션비가 허용 트랙션비를 초과할 경우 다음과 같은 변경을 통해 개선할 수 있다.
1) 보상케이블(체인/로프)의 변경
2) 오버발란스율의 변경 (최적발란스율 적용)
3) 마찰각(권부각) 증대 (높임대사용)
4) GROOVE(홈) 변경
5) 구동기 메인시브직경 변경(권부각 증대효과)
6) DEAD WEIGHT 추가 (카측 무게 증가)
개선에 따른 비용의 증가도 고려해야 함으로 1) -> 6)번순으로 적용을 고려하는게 좋다.
여기에서, 마찰력의 영향을 무시하면 ACCEL. UP과 DECEL. DOWN은 같은 조건이 됨으로 다음과 같이 4가지의 조건이 된다. 마찰력의 영향을 무시할 경우는 고려할 경우 보다 더 높은 실제 트랙션비가 계산됨으로 통상 마찰력의 영향은 무시하여 계산한다. 통상 EMPTY CAR AT TOP의 경우와 FULL CAR AT BOTTOM의 경우가 가장 나쁜 경우이기는 하나 다소 비정상적인 카를 적용하는 경우도 있음으로 아래의 4가지 경우를 모두 고려해야 한다.
| 경우 | 가속도(a)의 영향 |
|||||
| 번호 | FULL/ EMPTY |
TOP/ BOTTOM |
ACCEL./ DECEL. |
UP/ DOWN |
T1 | T2 |
| 1 | FULL | TOP | DECEL. | DOWN | + | - |
| 2 | FULL | BOTTOM | DECEL. | DOWN | + | - |
| 3 | EMPTY | TOP | DECEL.. | UP | - | + |
| 4 | EMPTY | BOTTOM | DECEL. | UP | - | + |
T1: 카측, T2: 균형추측
※비상제동의 경우임으로 DECEL.의 경우를 취함.
주1) (참고) 트랙션 비상정지란?
승강행정이 긴 경우 트랙션 시브의 양쪽에 큰 하중을 걸게 된다. 이러한 하중은 트랙션비의 식에서 정격하중의 영향을 감소시킨다. 그래서 정상 운행시에 트랙션을 향상시킨다. 그러나 트랙션은 비상시 비상브레이크도 된다. 트랙션 시브는 권상기의 기계적 브레이크에 의해 갑자기 감속된다. 이때 엘리베이터 시스템의 운동에너지는 엘리베이터의 움직임을 지속할려는 노력을 한다. 일반적으로 이러한 결과는 트랙션 시브와 로프간의 상당한 속도차를 가지고 로프가 미끄러지는 결과를 낳는다. 강과 강 또는 주철과 강철간의 마찰계수는 두개의 표면의 상대 속도 차이에 의한 상당한 영향을 받는다. 차이가 크면 클수록 마찰계수는 더 적다. 엘리베이터의 속도가 증가함에 따라, 비상 정지상태를 조정하기 위해 허용트랙션비를 증가시키는 수단이 요구된다. 저속에서는 전형적인 하브랩(Single Wrap)이 언더컷 홈 또는 V홈과 같이 일반적으로 사용된다. 속도가 증가함에 따라 더블랩(Double Wrap)이 사용되는데, 이는 작은 언더컷 각도로도 큰 트랙션을 만들어낼 수 있다. 고속 비상정지에서의 마찰계수의 손실은 감는각을 증가시킴으로써 크게 보상된다.
1998년에 EN81-1의 트랙션관련식이 변경되었다. 식은 완전히 새로 쓰여졌다. 여러 가지 엘리베이터의 부품들에 의한 가속과 감속의 영향을 정확하게 계산하도록 하였고, 속도가 증가할수록 마찰계수가 감소하도록 하는 것도 고려되었다. 개정된 식에서는 FRcar와 FRcwt(카와 균형추측의 마찰력)도 고려하도록 하였다. 식에서의 이러한 마찰력은 새로운 가능성을 소개한다. 레일 또는 로프에 추가적인 마찰을 더함으로써 비상정지시 보다 더 용이하게 트랙션을 제어하는 것이 가능하다.게다가, 비상정지상황에서 카를 멈추기 위해 요구되는 어떤 힘은 필요하다면 보조장치로 대체될 수 있다. 이는 저속에서 사용되는 하프랩이 보조 비상정지장치와 연계하여 사용될 때 더 큰 고속 설비에서도 안전하게 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
주2) 별표22의 내용에서 표기되지 않은 Friction Force (FRcar, FRcwt)의 계산은 다음과 같다. 대개 계산에서는 무시(삭제)한다.( 별표22 안전기준: 최소 마찰력을 보장할 수 없는 경우 모든 조건에서 마찰력 FRcar 및 FRcwt 가 삭제되어야 한다) 삭제하여 계산하는 것이 더 안전하다.
FRcar: 뉴턴으로 표시된 승강로 내부에서 카의 마찰력 (카측 베어링의 효율 및 가이드 레일상에서 마찰등)
FRcwt: 뉴턴으로 표시된 승강로 내부에서 균형추의 마찰력 (균형추측 베어링의 효율 및 가이드레일 상에서의 마찰등) = FRcar
2023.2.1.
(c) 칠보 (chillbo)