一种具有调节气动性出风口的电梯井道及其优化方法

本发明涉及电梯领域，更具体地说，涉及一种具有调节气动性出风口的电梯井道及其优化方法。

背景技术：

电梯是指服务于建筑物内若干特定的楼层，其轿厢运行在至少两列垂直于水平面或与铅垂线倾斜角小于15°的刚性轨道运动的永久运输设备。垂直升降电梯具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。按速度可分低速电梯(4米/秒以下)、快速电梯(4～12米/秒)和高速电梯(12米/秒以上)。

电梯井是安装电梯的井道，井道的尺寸是按照电梯选型来确定的，井壁上安装电梯轨道和配重轨道，预留的门洞安装电梯门，井道顶部有电梯机房。被运用较多的为630kg有机房电梯，其轿厢尺寸为1.1m×1.4m，井道尺寸为1.7m×2.1m，井道高度为56m，即为20层楼的高度，电梯井道一般为复杂的细长型结构。

当高速电梯在井道内高速运行时，被限制在井道内的空气会高速流过电梯表面，由于电梯复杂的结构外形及两侧空间的不对称会导致高速气流流经电梯表面时产生分离并形成湍流，由湍流所产生的气动力会对电梯作用额外的阻力，并引起电梯晃动及产生气动噪声，极大地影响电梯运行的安全性及稳定性。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有调节气动性出风口的电梯井道及其优化方法，可以通过在电梯井道上开设出风口，使电梯井道内外的空气进行流通，降低电梯井道内的气压，进而使高速电梯在电梯井道内运行时，减少空气在轿厢表面形成的湍流，降低轿厢的阻力，有效提高轿厢在运行时的安全性和稳定性，并且通过在出风口内设置防尘引流板，引流槽有效阻隔灰尘由于空气流动进入井道内，吸音棉对轿厢运行过程中产生的噪声进行吸附，有效保证电梯运行设备的正常使用，提高用户体验感。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种具有调节气动性出风口的电梯井道，包括电梯井道和设置在电梯井道内的轿厢，所述电梯井道右端开设有出风口，且出风口位于轿厢门一侧，所述出风口前后内壁均固定连接有多个连接杆，相对应两个所述连接杆之间螺纹连接有防尘引流板，所述防尘引流板下端开设有多个引流槽，所述引流槽下内壁倾斜设置，且引流槽下内壁的倾斜角度为1-3°，所述防尘引流板上端开设有吸音腔，且吸音腔内设置有吸音棉，所述防尘引流板上下两端均开设有与吸音腔相接通的吸引孔。通过在电梯井道上开设出风口，使电梯井道内外的空气进行流通，降低电梯井道内的气压，进而使高速电梯在电梯井道内运行时，减少空气在轿厢表面形成的湍流，降低轿厢的阻力，有效提高轿厢在运行时的安全性和稳定性，并且通过在出风口内设置防尘引流板，引流槽有效阻隔灰尘由于空气流动进入井道内，吸音棉对轿厢运行过程中产生的噪声进行吸附，有效保证电梯运行设备的正常使用，提高用户体验感。

进一步的，所述电梯井道上开设出风口的数量为两个，且两个出风口之间的间距为轿厢全行程距离的1.1-1.3倍。在电梯井道上下两端均开设出风口，能够有效对轿厢运行时产生的空气流动进行流通，有效保证轿厢在上下移动时的平衡，并且有效改善轿厢两侧的空气对流的平衡，降低运行阻力。

进一步的，所述出风口的形状为正方形。正方形的出风口施工难度低，降低施工成本，便于应用于实际中，有效提高电梯井道的施工效率，能够有效适用于较小、运行精度不高且使用强度较底的电梯领域。

进一步的，所述出风口的形状为圆形。圆形的出风口能够有效对提高空气的流动，减少空气流动的阻力，较于正方形的出风口能够增加14％的降幅，能够有效适用于较大、运行精度较高且使用强度较大的电梯领域。

另外，本发明还公开了一种具有调节气动性出风口的电梯井道设计方法，包括如下步骤：

s1.建立电梯井道和轿厢的标准模型，并对电梯井道进行简化；

s2.在电梯井道上开设不同规格和数量的出风口：

方案a：在电梯井道上开设1m×1m的两个出风口；

方案b：在电梯井道上开设1m×1m的一个出风口；

方案c：在电梯井道上开设的两个出风口；

s3.再根据在出风口上是否设置防尘引流板，将同一个方案分为两种情况；

s4.利用icem软件对各方案的标准模型进行网格划分；

s5.利用仿真软件模拟轿厢在电梯井道内的运动，并设置技术参数；

s6.对模拟结果进行分析对比；

s7.根据模拟结果，选择效果最好的方案进行实验验证；

s8.完成电梯井道开设出风口的设计。通过设置标准的电梯井道模型，多个出风口的开设方案进行对比，有效实现对不同数量和规格出风口的验证，对比电梯井道在模拟方案中的效果，从而计算的出优化出风口的方案，有效提高优化效率，提高出风口设置有的合理性。

进一步的，所述步骤s1中对电梯井道的简化包括有忽略钢丝绳、门机、弹簧减震和运行轨道。通过忽略电梯井道内的结构，有效降低模拟运算的压力，提高运算速度，降低运算误差。

进一步的，所述步骤s2中采用非结构化网格，并将电梯井道划分为二十四万个六面体单元。采用非结构化网格对电梯井道进行划分，便于对轿厢表面上产生的力和应变进行分析，提高分析的精度，有效保证出风口开设的正确度，能够对电梯井道内的空气流动性进行调节。

进一步的，所述步骤s4中的仿真模拟为：采用fluent软件，选择瞬态，并添加方向为z轴，大小为-9.81m/s2的重力，并对标准模型设置边界调节。

另外，本发明还公开了一种具有调节气动性出风口的电梯井道的施工方法，包括如下步骤：

s1.根据电梯井道的外形尺寸确定开设出风口的尺寸；

s2.选择外模、内模和穿墙螺栓，形成相对应的电梯井道；

s3.在外模和内模对应出风口的位置设置开孔模板；

s4.根据出风口的大小选择对应数量和规格的防尘引流板，并在防尘引流板的左右两端均螺纹连接连接杆；

s5.利用膨胀螺丝将连接杆固定在出风口的内壁上，并使防尘引流板产生倾斜。

进一步的，所述步骤s5中防尘引流板的安装方式为：将带有防尘引流板上引流槽一侧面对着电梯井道内侧，并且使引流槽的倾斜角度向下倾斜。通过将引流槽的倾斜角度向下设置，引流槽下内壁对外部灰尘产生阻力，减少外部灰尘进入电梯井道内，提高电梯井道内电梯运行器件的使用寿命，并且引流槽下内壁能够有效引导电梯井道内由于轿厢运行扬起的灰尘从出风口向外排出，将电梯井道内的灰尘含量，提高电梯井道内的洁净度。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案通过在电梯井道上开设出风口，使电梯井道内外的空气进行流通，降低电梯井道内的气压，进而使高速电梯在电梯井道内运行时，减少空气在轿厢表面形成的湍流，降低轿厢的阻力，有效提高轿厢在运行时的安全性和稳定性，并且通过在出风口内设置防尘引流板，引流槽有效阻隔灰尘由于空气流动进入井道内，吸音棉对轿厢运行过程中产生的噪声进行吸附，有效保证电梯运行设备的正常使用，提高用户体验感。

(2)在电梯井道上下两端均开设出风口，能够有效对轿厢运行时产生的空气流动进行流通，有效保证轿厢在上下移动时的平衡，并且有效改善轿厢两侧的空气对流的平衡，降低运行阻力。

(3)正方形的出风口施工难度低，降低施工成本，便于应用于实际中，有效提高电梯井道的施工效率，能够有效适用于较小、运行精度不高且使用强度较底的电梯领域。

(4)圆形的出风口能够有效对提高空气的流动，减少空气流动的阻力，较于正方形的出风口能够增加14％的降幅，能够有效适用于较大、运行精度较高且使用强度较大的电梯领域。

(5)通过设置标准的电梯井道模型，多个出风口的开设方案进行对比，有效实现对不同数量和规格出风口的验证，对比电梯井道在模拟方案中的效果，从而计算的出优化出风口的方案，有效提高优化效率，提高出风口设置有的合理性。

(6)通过忽略电梯井道内的结构，有效降低模拟运算的压力，提高运算速度，降低运算误差。

(7)采用非结构化网格对电梯井道进行划分，便于对轿厢表面上产生的力和应变进行分析，提高分析的精度，有效保证出风口开设的正确度，能够对电梯井道内的空气流动性进行调节。

(8)通过将引流槽的倾斜角度向下设置，引流槽下内壁对外部灰尘产生阻力，减少外部灰尘进入电梯井道内，提高电梯井道内电梯运行器件的使用寿命，并且引流槽下内壁能够有效引导电梯井道内由于轿厢运行扬起的灰尘从出风口向外排出，将电梯井道内的灰尘含量，提高电梯井道内的洁净度。

附图说明

图1为本发明的轴测结构示意图；

图2为本发明的图1中a处结构示意图；

图3为本发明的防尘引流板仰视轴测结构示意图；

图4为本发明的防尘引流板仰视结构示意图；

图5为本发明的防尘引流板左视剖面结构示意图；

图6为本发明的引流槽倾斜角度结构示意图；

图7为本发明的一个出风口的轴测结构示意图；

图8为本发明的两个圆形出风口轴测结构示意图；

图9为本发明的轿厢受力及力矩方向结构示意图；

图10为本发明的阻力计算公式结构示意图；

图11为本发明的气动阻力变化曲线结构示意图；

图12为本发明的各方案z方向阻力系数变化情况结构示意图。

图中标号说明：

1电梯井道、2出风口、3防尘引流板、301引流槽、302吸音腔、4连接杆、5吸音棉、a引流槽的倾斜角度。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-8，一种具有调节气动性出风口的电梯井道，包括电梯井道1和设置在电梯井道1内的轿厢，电梯井道1右端开设有出风口2，且出风口2位于轿厢门一侧，出风口2前后内壁均固定连接有多个连接杆4，相对应两个连接杆4之间螺纹连接有防尘引流板3，防尘引流板3下端开设有多个引流槽301，引流槽301下内壁倾斜设置，且引流槽301下内壁的倾斜角度为1-3°，防尘引流板3上端开设有吸音腔302，且吸音腔302内设置有吸音棉5，防尘引流板3上下两端均开设有与吸音腔302相接通的吸引孔。通过在电梯井道1上开设出风口2，使电梯井道1内外的空气进行流通，降低电梯井道1内的气压，进而使高速电梯在电梯井道1内运行时，减少空气在轿厢表面形成的湍流，降低轿厢的阻力，有效提高轿厢在运行时的安全性和稳定性，并且通过在出风口2内设置防尘引流板3，引流槽301有效阻隔灰尘由于空气流动进入井道内，吸音棉5对轿厢运行过程中产生的噪声进行吸附，有效保证电梯运行设备的正常使用，提高用户体验感。

请参阅图1，电梯井道1上开设出风口2的数量为两个，且两个出风口2之间的间距为轿厢全行程距离的1.1-1.3倍。在电梯井道1上下两端均开设出风口2，能够有效对轿厢运行时产生的空气流动进行流通，有效保证轿厢在上下移动时的平衡，并且有效改善轿厢两侧的空气对流的平衡，降低运行阻力。

请参阅图1和图7，出风口2的形状为正方形。正方形的出风口2施工难度低，降低施工成本，便于应用于实际中，有效提高电梯井道1的施工效率，能够有效适用于较小、运行精度不高且使用强度较底的电梯领域。

请参阅图8，出风口2的形状为圆形。圆形的出风口2能够有效对提高空气的流动，减少空气流动的阻力，较于正方形的出风口2能够增加14％的降幅，能够有效适用于较大、运行精度较高且使用强度较大的电梯领域。

实施例2：

请参阅图1-12，其中与实施例1中相同或相应的部件采用与实施例1相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例1的区别点。该实施例2与实施例1的不同之处在于：请参阅图1-12，一种具有调节气动性出风口的电梯井道设计方法，包括如下步骤：

s1.建立电梯井道1和轿厢的标准模型，并对电梯井道1进行简化；

s2.在电梯井道1上开设不同规格和数量的出风口2：

方案a：在电梯井道1上开设1m×1m的两个出风口2；

方案b：在电梯井道1上开设1m×1m的一个出风口2；

方案c：在电梯井道1上开设的两个出风口2；

s3.再根据在出风口2上是否设置防尘引流板3，将同一个方案分为两种情况；

s4.利用icem软件对各方案的标准模型进行网格划分；

s5.利用仿真软件模拟轿厢在电梯井道1内的运动，并设置技术参数；

s6.对模拟结果进行分析对比；

s7.根据模拟结果，选择效果最好的方案进行实验验证；

s8.完成电梯井道1开设出风口2的设计。通过设置标准的电梯井道1模型，多个出风口2的开设方案进行对比，有效实现对不同数量和规格出风口2的验证，对比电梯井道1在模拟方案中的效果，从而计算的出优化出风口2的方案，有效提高优化效率，提高出风口2设置有的合理性。

请参阅图1，步骤s1中对电梯井道1的简化包括有忽略钢丝绳、门机、弹簧减震和运行轨道。通过忽略电梯井道1内的结构，有效降低模拟运算的压力，提高运算速度，降低运算误差。

请参阅图1，步骤s2中采用非结构化网格，并将电梯井道1划分为二十四万个六面体单元。采用非结构化网格对电梯井道1进行划分，便于对轿厢表面上产生的力和应变进行分析，提高分析的精度，有效保证出风口2开设的正确度，能够对电梯井道1内的空气流动性进行调节。

请参阅图1，步骤s4中的仿真模拟为：采用fluent软件，选择瞬态，并添加方向为z轴，大小为-9.81m/s2的重力，并对标准模型设置边界调节。

经计算，由于电梯井道1内空气马赫数远小于0.3，雷诺数远大于4000，故空气作非定常不可压缩湍流运动；采用fluent软件模拟，选择瞬态，并添加重力，方向为z轴，大小为-9.81m/s²；选择标准k-ε模型。由于轿厢和对重存在相向运动，需要采用动网格技术，选择光顺和重构的方法来对网格重新生成；并编写profile文件定义轿厢与对重的运动状态，轿厢与对重最高速度为3m/s，加速度为1.5m/s²，方向相反。

边界条件的设置是fluent仿真中很关键的一环，选择合适的边界条件对仿真结果的准确性具有重要意义。由于电梯井道1为一个封闭空间，因此将电梯井道1四周墙壁边界条件设置为wwall，墙壁运动类型为静止墙壁，剪切条件为无滑移：井道内部空间类型设置为interior，流体介质为空气：由于轿厢与对重为运动物体，因此在动网格中将轿厢与对重的区域类型设置为刚体。以0.02s为一个时间步，每时间步最大迭代次数为40，计算时长为35s。

轿厢受力方向与力矩中心的局部坐标请参阅图9，阻力计算公式请参阅图10，式中fr为空气阻力n，r＝x，y，z，表示x、y、z三方向；cr为阻力系数；ρ为空气密度kg/m³；a为参考面积m²；v为气体相对于物体流速m/s。请参阅图11(a)，轿厢x方向阻力基本均为正值，且运行后半程的阻力明显大于前半程。这是由于轿厢前后空间不相等和后半程的空气紊流度大于前半程导致。请参阅图11(b)为轿厢y方向阻力变化曲线，由于轿厢左右两侧空间相等，空气流速、压力等情况基本一致，施加给轿厢的力也基本相等，因此fy存在明显的非定常特性，均在0附近上下波动。轿厢z方向阻力fz变化曲线请参阅图11(c)所示，轿厢后半程fz的绝对值略大于前半程的fz值，这是由于紊流度对电梯的气动特性有一定的影响。对比三幅曲线图，可以看出fz的值远大于fx与fy，轿厢所受气动阻力主要为fz。

请参阅图12，方案a与方案c的数值大小及走向趋势大致相同，方案b与无风口的结果基本一致，可见方案b对轿厢z方向阻力并无改善作用。可得出结论：开上下两个风口比只开一个下风口的z方向阻力fz要更小，方案a与方案c对于z方向阻力fz的降低效果基本相同，经计算阻力fz下降约22.05％。

实施例3：

请参阅图1，其中与实施例1中相同或相应的部件采用与实施例1相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例1的区别点。该实施例3与实施例1的不同之处在于：本发明还公开了一种具有调节气动性出风口的电梯井道的施工方法，包括如下步骤：

s1.根据电梯井道1的外形尺寸确定开设出风口2的尺寸；

s2.选择外模、内模和穿墙螺栓，形成相对应的电梯井道1；

s3.在外模和内模对应出风口2的位置设置开孔模板；

s4.根据出风口2的大小选择对应数量和规格的防尘引流板3，并在防尘引流板3的左右两端均螺纹连接连接杆4；

s5.利用膨胀螺丝将连接杆4固定在出风口2的内壁上，并使防尘引流板3产生倾斜。

进一步的，步骤s5中防尘引流板3的安装方式为：将带有防尘引流板3上引流槽301一侧面对着电梯井道1内侧，并且使引流槽301的倾斜角度向下倾斜。通过将引流槽301的倾斜角度向下设置，引流槽301下内壁对外部灰尘产生阻力，减少外部灰尘进入电梯井道1内，提高电梯井道1内电梯运行器件的使用寿命，并且引流槽301下内壁能够有效引导电梯井道1内由于轿厢运行扬起的灰尘从出风口2向外排出，将电梯井道1内的灰尘含量，提高电梯井道1内的洁净度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。