Rewolucja w technice windowej

Windy najczęściej klasyfikuje się ze względu na rodzaj napędu - elektrycznego oraz hydraulicznego. W tych drugich kabinę z ładunkiem wprawia w ruch siłownik hydrauliczny zazwyczaj zasilany przez pompę hydrauliczną napędzaną silnikiem elektrycznym. Aby zatrzymać windę na wybranej wysokości, pompa jest wyłączana. Z kolei ruch w dół następuje po tym, gdy otwarty zostaje zawór, którym płyn hydrauliczny odpływa z przestrzeni roboczej siłownika.

Według danych Urzędu Dozoru Technicznego (UDT) w latach 2005-2011 ze wszystkich ponad 27 tys. nowych wind osobowych i osobowo- towarowych prawie 21 tys. było wyposażonych w napęd elektryczny. W dźwigach tego rodzaju na koła napędzane silnikiem elektrycznym nawinięte są liny, na których jednym końcu zawieszona jest kabina, a na drugim przeciwwaga. Ta ostatnia waży zwykle tylko tyle, ile kabina zapełniona do połowy. Windy elektryczne dzieli się na dwie grupy: dźwigi bezreduktorowe i z przekładnią.

NAPĘDY Z PRZEKŁADNIĄ KONTRA BEZPRZEKŁADNIOWE*

Dźwigi z reduktorem sprawdzają się przede wszystkim w budynkach o średniej wysokości (do kilkunastu pięter) - tam, gdzie szybkość transportu nie jest priorytetem. Zakres prędkości ich ruchu wynosi bowiem najwyżej kilka m/s. Dzięki przekładni można użyć mniejszych i tańszych silników, które przy dużej prędkości zapewnią wymagany moment obrotowy. Niestety jest to uzyskiwane kosztem strat energii w reduktorze ponoszonych na ugniatanie smaru oraz ciepło wydzielające się w wyniku m.in. tarcia między zębami.

Sprawność przekładni zależy od jej konstrukcji. Niska, typowo do 70%, charakteryzuje reduktory ślimakowe. Wpływa na nią m.in. kąt pochylenia linii zębów, współczynnik tarcia materiału, z jakiego je wykonano i parametry pracy.

Sprawność jest tym większa, im mniejsze jest przełożenie przekładni i im większa jest jej prędkość wejściowa. Reduktory tego typu są jednak popularne, bo pracują cicho i dobrze absorbują wstrząsy. Większą sprawność, nawet ponad 90%, mają przekładnie śrubowe. Niestety działają one głośniej i są droższe. Z kolei reduktory planetarne zajmują mniej miejsca niż te śrubowe.

W napędach bezprzekładniowych wyeliminowane są straty energii w reduktorze, wymagania odnośnie do wydajności ich chłodzenia są mniejsze, a ich konserwacja prostsza, bo nie trzeba smarować przekładni. Dźwigi tego typu są używane przede wszystkim w wysokich budynkach, gdyż zakres ich prędkości mieści się typowo w przedziale od kilku m/s do kilkunastu m/s.

NOWY TREND - WINDY BEZ MASZYNOWNI

Według UDT w 2005 roku ze wszystkich ponad 1600 nowych wind przeszło 850 sztuk nie miało oddzielnej maszynowni. Popularność takich konstrukcji nie maleje - sześć lat później było to już odpowiednio ponad 2800 z przeszło 5100 dźwigów.

W windach hydraulicznych bez maszynowni zespół napędowy ze zbiornikiem oleju umieszcza się w podszybiu, czyli pod poziomem najniższego przystanku, lub wbudowuje się go w ścianę szybu. W dźwigach elektrycznych początkowo planowano silnik z wciągarką montować w przeciwwadze.

Z pomysłu tego jednak szybko zrezygnowano z powodu trudności z dotarciem do niej w przypadku awarii, ostatecznie wybierając lokalizację u góry szybu. Do znajdującego się tam napędu można się dostać z dachu budynku lub, głównie w czasie prac serwisowych, z "tymczasowej" maszynowni na dachu kabiny zatrzymanej na niższym poziomie.

Dźwigi elektryczne tego typu najczęściej instaluje się w budynkach niskich lub średniej wysokości (od 2 do 30 pięter). Ich montaż, a później konserwacja oraz naprawy są trudniejsze niż "zwykłych" dźwigów hydraulicznych lub elektrycznych. Ponadto maszyny te pracują głośniej, ponieważ hałas emitowany przez zespół napędowy rozchodzi się szybem na wszystkie kondygnacje budynku.

Brak wydzielonej maszynowni to jednak spora oszczędność miejsca i, przede wszystkim, energii. Dźwigi elektryczne tego typu składają się bowiem z podzespołów mniejszych, kompaktowych i słabiej się nagrzewających. Przykładem są silniki synchroniczne z magnesami trwałymi (Permanent Magnet Synchronous Motors, PMSM).

BAZA KONSTRUKCYJNA WIND BEZ MASZYNOWNI

Rys. 1. Przełomowe momenty w rozwoju techniki dźwigowej (źródło: Mitsubishi Electric)

W wymienionych silnikach uzwojenia wirnika zastąpiono magnesami trwałymi. Dzięki wyeliminowaniu strat energii na ciepło wydzielające się w tych elementach, silniki synchroniczne charakteryzuje większa sprawność w porównaniu z tradycyjnymi. Zapewniają one również duży moment obrotowy także przy niskich prędkościach, dzięki czemu sprawdzają się w napędach bezprzekładniowych.

Używając magnesów ze stopów ziem rzadkich - na przykład samarowo-kobaltowych (SmCo) albo neodymowych (NdFeB), które cechuje większa niż magnesy ferrytowe gęstość energii pola magnetycznego, dodatkowo poprawić można współczynnik mocy do wagi silnika typu PMSM oraz stosunek momentu obrotowego do jego masy.

Ponadto w dźwigach bez maszynowni używane są liny aramidowe, które są kilkakrotnie lżejsze niż stalowe, a przy tym równie jak one wytrzymałe na rozrywanie. Dzięki temu, że cechuje je również większa wytrzymałość zmęczeniowa przy naprężeniach zginających, ich promień gięcia jest mniejszy. To z kolei pozwala na użycie kół o mniejszej średnicy, do napędzania których zastosować można silniki o mniejszym momencie obrotowym.

Liny tego typu nie wymagają też smarowania, co zmniejsza koszty oraz ułatwia konserwację. Zalety te cechują także pasy zbudowane z wielu bardzo cienkich stalowych prętów umieszczonych w osłonie wykonanej z tworzywa sztucznego, które są dodatkowo tańsze niż te aramidowe.

INNE SPOSOBY NA ENERGOOSZCZĘDNE WINDY

Kiedy winda elektryczna jedzie w dół, a masa jej obciążenia, czyli kabiny z ładunkiem, jest większa niż masa przeciwwagi, silnik hamuje. Podobnie jest wtedy, gdy pusta kabina przemieszcza się w górę. Aby energię, która w takich sytuacjach jest tracona na ciepło wydzielane do otoczenia, zwrócić do sieci, trzeba zastosować napęd regeneracyjny.

Chociaż windy zużywają przeciętnie od 5% do 10% energii elektrycznej zasilającej budynek i pokusa takiej inwestycji może być silna, nie zawsze jest ona opłacalna. Ze względu na straty energii, które występują w silniku, przekładni oraz są skutkiem oporu powietrza, koszty napędu z odzyskiem energii w budynkach niskich i o średniej wysokości, w których winda jest używana rzadko, raczej szybko się nie zwrócą.

Dźwigi hydrauliczne pobierają energię tylko wtedy, gdy kabina jedzie w górę. W drodze powrotnej ich ruch jest wynikiem oddziaływania siły grawitacji przy kontrolowanym przepływie oleju. Wykorzystuje się to do zwiększania ich sprawności przez regulację prędkości bez wpływu na całkowity czas podróży. Polega to na zmniejszeniu szybkości unoszenia kabiny i zwiększeniu prędkości jej opadania. Dzięki temu użyć można mniejszego silnika.

Lżejsze kabiny także przyczyniają się do ograniczenia poboru energii, dlatego ważne jest, z jakich materiałów są budowane. Dalsze oszczędności uzyskuje się, wyłączając oświetlenie kabiny, jej klimatyzację oraz podświetlenie panelu sterowniczego i inne odbiorniki w czasie, gdy winda nie jest używana. Dodatkowo jasność wyświetlacza panelu bywa regulowana w zależności od natężenia światła w otoczeniu. Warto również rozważyć zamontowanie energooszczędnych lamp LED.

BEZPIECZNA PODRÓŻ DZIĘKI CZUJNIKOM

Dźwigi osobowe oraz osobowo-towarowe stanowią nagromadzenie czujników, dzięki którym ich pasażerowie i obsługa mogą uniknąć potencjalnie niebezpiecznych sytuacji. Podstawowe zabezpieczenie to kurtyny świetlne, które są montowane w drzwiach.

Osoby przechodzące przez te ostatnie przecinają wiązki promieniowania emitowanego przez źródło, co jest od razu wykrywane w sterowniku analizującym dane z odbiornika. W reakcji na obecność człowieka zamykające się drzwi są natychmiast szerzej otwierane.

Zapobiega to zatrzaśnięciu się między ich skrzydłami osób, które przez nieuwagę lub zbyt późno spróbują wejść do windy albo z niej wyjść. Kurtyny świetlne w porównaniu z pojedynczymi czujnikami mają kilka zalet - na przykład wykrywają obiekty o różnej szerokości i wysokości. Ponadto nawet częściowo uszkodzone mogą spełniać swoją funkcję.

Nad wejściem do windy montowane są również czujniki radarowe wykorzystujące efekt Dopplera polegający na zmianie częstotliwości sygnału odbitego od poruszającego się obiektu, na podstawie której można określić, czy zbliża się on, czy oddala od sensora. W oparciu o to, sterownik windy automatycznie otwiera drzwi kabiny, gdy w jej kierunku idą potencjalni pasażerowie i blokuje je, gdy na odpowiednim poziomie akurat wtedy nie ma kabiny.

Radar zapobiega też przedwczesnemu zamknięciu drzwi. To ułatwienie zwiększa równocześnie bezpieczeństwo osób niepełnosprawnych, zwłaszcza tych poruszających się na wózkach inwalidzkich. Sygnał z tego czujnika może ponadto uruchamiać systemy pomocnicze, na przykład oświetlenie i klimatyzację w kabinie. Podobną funkcję spełniają kamery instalowane nad drzwiami windy. Obrazy przez nie rejestrowane mogą być także wykorzystywane przez służby ochrony budynku.