新設計不斷湧現——關於電梯的工作原理

深入瞭解將人們上下樓層移動的複雜機器

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電梯安裝是一個成熟的行業,但隨著辦公空間和能源價格的上漲,變革正在進行中。大多數高於四層的建築物都使用曳引電梯。井道頂部的電機轉動一個滑輪——本質上是一個滑輪——升降連線到轎廂和配重的鋼纜。在速度較慢的系統中,齒輪連線電機和滑輪。速度更快的電梯是無齒輪的;滑輪直接耦合。

無論哪種方式,機械裝置通常都佔據井道頂部或側面上方的整個房間,佔據了可能是黃金閣樓空間的地方。但創新正在使建築商能夠將裝置擠壓到井道頂部本身或靠牆的一側。“我們正在穩步轉向無齒輪、無機房設計,”紐約市迅達電梯公司高階專案經理傑夫·布萊恩說。一些公司正在使用永磁無齒輪電機,這種電機比傳統設計更小,但功率卻同樣強大。康涅狄格州法明頓市的奧的斯電梯公司已將纏繞鋼纜改用扁平鋼帶,從而縮小了滑輪和電機的尺寸。

與此同時,製造商正在利用重力來節省能源。選擇一個重量約為滿載 40% 至 45% 的轎廂的配重,可以減少所需的電機輸出。但是,當空電梯必須上升時,較重的配重下降會提供過多的能量;巨大的電阻器將多餘的能量以熱量的形式耗散掉。當滿載轎廂(比配重重)下降時,也需要同樣的電阻。然而,新的再生驅動器可以將浪費的能量轉化為電能。“我們將能量反饋到建築物的電網中以供重複使用,”奧的斯電梯系統工程和開發副總裁萊安德·阿迪芬說。


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改進的排程技術正在提高多井道建築物的人員效率。辦公樓正在將更多的人擠入現有樓層,但人口的增加可能會降低電梯服務速度。為了彌補這一點,安裝人員正在用編號的顯示屏或觸控板替換門廳中的“向上”和“向下”按鈕。想要乘電梯的乘客按下他們想要去的樓層號,計算機會告訴他們乘坐哪部電梯,將去往相同或相鄰樓層的人們分組。計算機排程電梯,使每部電梯都只去往一小部分附近的樓層,而不是隨機地上下樓層。該方案減少了等待時間和能源消耗。

您知道嗎... 速覽: 東芝電梯聲稱擁有最快的乘客電梯,安裝在臺灣 101 大廈,這座 101 層的建築中。最高爬升速度為每分鐘 3,314 英尺(1,010 米),或大約 26 秒內 100 層樓。鼓風機系統調節轎廂內的氣壓,以儘量減少耳鳴。
壓力。

安全第一: 電梯鋼纜的額定載重量為最大滿載重量的 125%,大多數轎廂都由五根或更多根鋼纜懸掛。鋼絲繩已經變得非常堅固,以至於二分之一英寸或五分之八英寸的直徑就足以承受 3,500 磅的載荷,這在中層建築中很常見。新型扁平高強度鋼帶的強度相似,但厚度可能小於四分之一英寸。

如此傾斜: 奧的斯製造的某些電梯在上升時會橫向移動,以跟隨不尋常結構的輪廓。傾斜的鋼纜將轎廂沿著傾斜 39 度(相對於水平面)的軌道拉動,例如拉斯維加斯金字塔酒店和巴黎埃菲爾鐵塔的軌道傾斜 30 度。

注意:本文最初以標題“新設計不斷湧現”印刷。

馬克·費斯切蒂 已在《大眾科學》擔任高階編輯 17 年,負責報道可持續發展問題,包括氣候、天氣、環境、能源、食品、水、生物多樣性、人口等等。他負責委派和編輯記者和科學家的專題文章、評論和新聞,並以這些形式進行寫作。他編輯“歷史”欄目,該雜誌的部門關注整個時代的科學進步。他是兩本衍生雜誌的創始執行編輯:《大眾科學·思想》《大眾科學·地球 3.0》。他 2001 年為該雜誌撰寫的自由撰稿文章“淹沒新奧爾良”預測了像卡特里娜颶風這樣的風暴將給該市帶來的廣泛災難。他的影片你死後身體會發生什麼?在 YouTube 上的觀看次數超過 1200 萬次。費斯切蒂曾為《紐約時報》、《體育畫報》、《史密森尼》、《技術評論》、《快公司》和許多其他刊物撰寫自由撰稿文章。他與全球資訊網的發明者蒂姆·伯納斯-李合著了《編織網路》一書,講述了全球資訊網是如何建立的真實故事。他還與微生物學家埃莉諾·列維合著了《新型殺手疾病》。費斯切蒂曾任《IEEE 頻譜雜誌》《家族企業雜誌》的執行編輯。他擁有物理學學位,並兩次擔任路易斯安那州百年學院公民文化阿塔韋研究員,該學院授予他榮譽博士學位。2021 年,他獲得了美國地球物理聯合會的羅伯特·C·考恩持續科學新聞成就獎,該獎項旨在表彰他在地球和空間科學領域的傑出報道生涯。他曾出現在 NBC 的“與媒體見面”、CNN、歷史頻道、NPR 新聞和許多新聞廣播電臺中。在 X(原 Twitter)上關注費斯切蒂 @markfischetti

更多作者:馬克·費斯切蒂
大眾科學雜誌第 300 卷第 1 期本文最初以“電梯是如何工作的?”為標題發表於《大眾科學》雜誌第 300 卷第 1 期(
doi:10.1038/scientificamerican012009-40WCFjVShGsivkSfPAh2Pp
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