一种采用船闸输水原理提升的电梯及其运行控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电梯，具体的说是一种与电机驱动原理不同的根据船闸输水原理设计且利用水力驱动的垂直升降电梯及其运行控制方法。
【背景技术】
[0002]垂直升降电梯是一种服务于规定楼层的固定式升降设备，其装有箱状吊舱，主要用于多层建筑乘人或载运货物，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。
[0003]人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化:即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。早期的升降工具基本以人力为动力。1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，结束了用人力运送重物的历史。英国科学家瓦特发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。紧随其后，19世纪中期，威廉.汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯，液压的介质是水，至今仍在低层建筑物上应用。1852年，美国的E.G.奥蒂斯研制出钢丝绳提升的安全升降机。80年代，驱动装置有进一步改进，如电动机通过蜗杆传动带动缠绕卷筒、采用平衡重等。19世纪末，采用了摩擦轮传动，大大增加电梯的提升高度。20世纪末电梯采用永磁同步曳引机作为动力，大大缩小了机房占地，并且具有能耗低、节能高效、提升速度快等优点，极大地助推了房地产向超高层方向发展。
[0004]现代传统电梯的工作原理是曳引绳两端分别连着轿厢和平衡重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和平衡重的升降运动，全程通过电力驱动达到运输目的，电梯频繁运行用电量相当可观。同时，虽然电梯有多重安全装置，但易出问题的地方也不少，有人因为电梯开关门异常而被夹到过，有人碰到过电梯按钮失灵，显示屏黑屏看不清楼层的情况，有人经历过直掉几层楼的险境，调查显示，超过20%的受访者称曾遇到过电梯故障。
[0005]在世界能源大量消耗和日益短缺的今天，“节能、环保、安全”是对设备提出的新要求。针对目前城市高楼中昼夜频繁运行的电梯的高耗电性和高故障率等问题，如何设计一种采用低耗、安全的装置替代原电力驱动的升降装置，是有待解决的技术问题。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种采用船闸输水原理提升的电梯及其运行控制方法，利用水力驱动为主的运行方式代替传统电梯电力驱动的运行方式，使电梯工作更节能环保、具备更高的安全性。
[0007]本发明解决以上技术问题的技术方案是:
[0008]一种采用船闸输水原理提升的电梯，包括位于电梯井内的电梯轿厢、用于带动电梯轿厢运行的滑轮系统和钢丝绳，滑轮系统包括定滑轮和动滑轮；还包括沿电梯井深度方向分别设置在电梯井两侧的左竖井和右竖井、分别设置在左竖井和右竖井内的左浮筒平衡重和右浮筒平衡重、通过充水管道与左右竖井连通以及通过泄水管道与左右竖井连通的装有水的蓄水池；充水管道上接有充水泵，充水泵的上游侧充水管道上设有止回阀，泄水管道上设有泄水阀；左竖井的上部设有左定滑轮，右竖井的上部设有右定滑轮，左浮筒平衡重的上部设有左动滑轮，右浮筒平衡重的上部设有右动滑轮，电梯轿厢的左侧通过左钢丝绳连接左定滑轮和左动滑轮，其右侧通过右钢丝绳连接右定滑轮和右动滑轮，左右钢丝绳的一端都固定在电梯轿厢上，另一端都固定在竖井上。
[0009]本发明还提出一种采用船闸输水原理提升的电梯的运行控制方法，包括以下步骤:
[0010]⑴关闭泄水阀，开启充水泵向竖井内充水，浮力驱动浮筒平衡重上升，从而由滑轮组、钢丝绳带动电梯轿厢下降，电梯下行；
[0011]⑵关闭充水泵，开启泄水阀，竖井泄水，重力驱动浮筒平衡重下降，从而由滑轮组、钢丝绳带动电梯轿厢上升，电梯上行；
[0012]⑶关闭充水泵，关闭泄水阀，浮筒平衡重在浮力作用下维持平衡，电梯轿厢静止，电梯停靠，电梯停靠后通过控制充水泵或泄水阀的开户或关闭，使电梯按步骤⑴或⑵继续运行。
[0013]这样，在轿厢两侧设置竖井，竖井底部布置输水系统，平衡重置于竖井内具有一定淹没深度受浮力作用，电梯的上/下行通过输水系统充/泄水实现，电梯的运行速度通过控制输水系统阀门的开度精确控制，通过输水系统的充泄水，利用浮力驱动平衡重，带动轿厢运行，简单实用。因为在浮力变化一定的条件下淹没深度变化与平衡重截面积成反比，因此为了减小轿厢载重变化引起的位移，提高电梯运行的平稳性，应尽量增加平衡重浮筒的截面积，但平衡重浮筒截面积的增加，竖井截面积也会相应增加，这样就会造成输水流量以及水泵功率的增加；因此综合考虑，提高电梯井空间的利用率，竖井设置成两个，沿电梯井深度方向布置在电梯井两侧；另外，通过在充水泵上游侧安装止回阀，防止竖井水体回流，保证充水管路内水流的单向性。
[0014]本发明进一步限定的技术方案是:
[0015]前述的采用船闸输水原理提升的电梯，其中充水泵采用控制电机频率变化调节流量的变频水泵，通过大流量提高电梯的运行速度，通过小流量使电梯减速确保电梯在各层的平稳停靠；泄水阀采用通过控制阀门开度调节流量的锥阀或球阀，通过控制阀门开度提高轿厢运速度以及实现电梯在各层的平稳停靠。
[0016]前述的采用船闸输水原理提升的电梯，其中左定滑轮和右定滑轮上都设有制动器，在电梯轿厢侧钢丝绳与浮筒平衡重侧钢丝绳上均安装拉力传感器，通过控制充水泵和泄水阀向竖井充/泄水至拉力传感器拉力平衡后，松开制动器，电梯继续运行。电梯停靠时，由于人员进出轿厢会造成轿厢载重变化，从而引起浮筒淹没深度变化，导致轿厢位置改变难以停靠，因此在停靠过程中制动器可以投入使用，使轿厢位置固定，同时在轿厢侧钢丝绳与浮筒侧钢丝绳安装拉力传感器，通过控制充水泵和泄水阀向竖井充/泄水至拉力传感器拉力平衡后，松开制动器，电梯继续运行。
[0017]前述的采用船闸输水原理提升的电梯，其中左竖井和右竖井内的最低水位离其底部出水口大于等于3.0m，用以减小出口水流对浮筒平衡重的扰动。
[0018]前述的采用船闸输水原理提升的电梯，其中左浮筒平衡重和右浮筒平衡重的总重量大于等于所述电梯轿厢和载重之和的2倍。
[0019]相较于传统垂直升降电梯，本发明的优点是:
[0020]⑴安全稳定，当轿厢荷载发生变化时，平衡重浮筒淹没水深会相应变化使轿厢与平衡重浮筒之间达到新的平衡状态，故系统一直处于平衡状态，不会发生极端事故，解决了传统电梯出现故障时会急速升降等极端事故状态下的安全问题。
[0021]⑵节约能源，电梯下行时，泄水阀门关闭，开启充水泵向竖井充水，需要耗费一定电力；电梯上行时，充水泵停止工作，开启泄水阀门，竖井泄水，重力驱动浮筒下降，实现轿厢上升，不需要耗电。
[0022]⑶维护方便，本作品电梯系统较简单，电梯的上下行通过充泄水来控制，仅有蓄水池注水和管道维修，和传统机械式电梯相比，省去机械提升系统定期繁琐的维护工作。
[0023]⑷用途广泛，水力系统所利用的水均来自电梯系统下部的蓄水池，为保证水的循环利用，多雨季节通过收集雨水来给蓄水池供水，干旱季节通过特定管道人工加水，蓄水池既可作为居民小区储水区汇集雨水，又可为小区绿化、清洗、消防等用水提供水源。
[0024]总之，本发明是一种与电机驱动原理完全不同的新型电梯，根据船闸输水原理设计，利用水力驱动的垂直升降电梯，相比于传统电梯，水力驱动电梯具有耗电少、节能环保、安全性高等优点，且本发明节能环保，提高了工程安全性，具有很好的应用前景。
【附图说明】
[0025]图1为本发明的结构示意图。
[0026]图2是本发明电梯下行状态图。
[0027]图3是本发明电梯上行状态图。
【具体实施方式】
[0028]实施例1
[0029]本实施例是一种采用船闸输水原理提升的电梯，结构如图1所示，包括位于电梯井内的电梯轿厢1、用于带动电梯轿厢运行的滑轮系统和钢丝绳，滑轮系统包括定滑轮和动滑轮；还包括沿电梯井深度方向分别设置在电梯井两侧的左竖井2a和右竖井2b、分别设置在左竖井和右竖井内的左浮筒平衡重3a和右浮筒平衡重3b、通过充水管道4与左右竖井连通以及通过泄水管道5与左右竖井连通的装有水的蓄水池6 ;充水管道4上接有充水泵7，充水泵7的上游侧充水管道上设有止回阀8，泄水管道5上设有泄水阀9 ;左竖井2a的上部设有左定滑轮10a，右竖井2b的上部设有右定滑轮10b，左浮筒平衡重3a的上部设有左动滑轮11a，右浮筒平衡重3b的上部设有右动滑轮11b，电梯轿厢I的左侧通过左钢丝绳12a连接左定滑轮1a和左动滑轮11a，其右侧通过右钢丝绳12b连接右定滑轮1b和右动滑轮11b，左右钢丝绳的一端都固定在电梯轿厢上，另一端都固定在竖井上。在浮力变化一定的条件下淹没深度变化与平衡重截面积成反比，因此为了减小轿厢载重变化引起的位移，提高电梯运行的平稳性，应尽量增加平衡重浮筒的截面积，但平衡重浮筒截面积的增加，竖井截面积也会相应增加，这样就会造成输水流量以及水泵功率的增加；因此综合考虑，提高电梯井空间的利用率，竖井设置成两个，沿电梯井深度方向布置在电梯井两侧；另外，通过在充水泵上游侧安装止回阀，防止竖井水体回流，保证充水管路内水流的单向性。
[0030]充水泵7采用控制电机频率变化调节流量的变频水泵，通过大流量提高电梯的运行速度，通过小流量使电梯减速确保电梯在各层的平稳停靠；泄水阀9采用通过控制阀门开度调节流量的锥阀或球阀，通过控制阀门开度提高轿厢运速度以及实现电梯在各层的平稳停靠。
[0031]左定滑轮和右定滑轮上都设有制动