CN105143082A - 电梯缆绳健康监测 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种带或绳索的故障检测方法，所述方法包括将故障检测单元连接到带或绳索的至少一部分，所述部分包括被布置成多根绞绳和/或缆绳的多根线材。所述带或绳索的至少所述部分经受高频率范围的交流电压，并且通过所述故障检测单元来测量所述带或绳索的所述部分的电阻抗。至少使用所述带或绳索的所述部分的测得电阻抗来确定所述带或绳索的故障状态。

Description

电梯缆绳健康监测

发明背景

本文公开的主题涉及例如电梯系统中使用的带或绳索。更具体地说，本公开涉及用于电梯悬停和/或驱动的带或绳索的故障检测(例如腐蚀、疲劳、磨损等)。

电梯系统利用绳索或带来沿电梯井推进电梯轿厢，所述绳索或带可操作地连接到电梯轿厢，并且在也被称为滑轮的一个或多个带轮上传送。带涂层的钢带尤其包括至少部分位于护套材料内的多根线材。所述多根线材经常被布置成一根或多根绞绳(strand)，并且绞绳随后被布置成一根或多根缆绳。在示例性带构造中，多根缆绳通常在纵向方向上等距布置在护套内。

在正常电梯操作期间，带涂层的钢带和绳索由于其服务时间内的疲劳、磨损和腐蚀而遭受各种故障，这会逐步导致灾难性的后果。需要有一个在线健康监测系统来以较低的成本发现早期预警结构性损害。普遍的铁磁绳索的实时健康监测技术是基于磁通泄漏(MFL)的检查，所述检查可提供对小绳索损坏的适当检测，但是对电梯行业来说，所述系统复杂、笨重并且昂贵。基于电阻的检查(RBI)成本较低，并且是用于钢绳加固带检查的常用方法。然而，所述方法缺乏对早期预警的敏感性以及检测绳索和带的所有常见故障模式的能力。对于在电测和机械嘈杂环境中的连续在线检查，所述方法也是较不可靠的。非常需要连续监测电梯来以较低成本早期预警钢丝绳索或钢带损坏的方法。

发明简述

根据本发明的一个方面，一种带或绳索的故障检测的方法包括将故障检测单元连接到带或绳索的至少一部分，所述部分包括被布置成多根绞绳和/或缆绳的多根线材。带或绳索的至少那部分经受交流电压，并且通过故障检测单元来测量带或绳索的那部分的复(实和虚)电阻抗。至少使用带或绳索的那部分的测得电阻抗来确定所述带或绳索的故障状态。

根据本发明的这个方面或其它方面，所述方法包括：将测得的电阻抗曲线与基线电阻抗曲线进行比较，以及通过比较来确定带或绳索的故障状态。

根据本发明的这个方面或其它方面，所述方法包括：从测得的电阻抗中提取电阻抗的分量，并从测得的电阻抗的所述分量中确定带或绳索的故障状态。

根据本发明的这个方面或其它方面，电阻抗的所述分量包括：电感、电容和/或电阻。

根据本发明的这个方面或其它方面，故障状态包括线材断裂、磨损和/或局部扭曲。

根据本发明的这个方面或其它方面，所述方法包括在一定频率范围内测量电阻抗。

根据本发明的这个方面或其它方面，带或绳索的那部分是带或绳索的至少一根缆绳。

根据本发明的这个方面或其它方面，大体上周期性地测量电阻抗。

根据本发明的另一方面，一种电梯系统包括电梯轿厢、一个或多个滑轮以及带或绳索，所述带或绳索具有被布置成多根绞绳和/或缆绳以支撑和/或驱动电梯轿厢的多根线材。故障检测单元可操作地连接到带或绳索，以测量带或绳索的至少一部分的电阻抗。

根据本发明的这个方面或另一方面，故障检测单元测量带或绳索的一根或多根缆绳的电阻抗。

根据本发明的这个方面或另一方面，故障检测单元被配置为桥接电路格式的LCR计量器。

根据本发明的这个方面或另一方面，所述电梯系统还包括可操作地连接到带或绳索的交流电压源。

根据本发明的这个方面或另一方面，所述带或绳索是带涂层的带或绳索。

附图简述

图1A是具有1∶1挂绳布置(ropingarrangement)的示例性电梯系统的示意图；

图1B是具有不同挂绳布置的另一个示例性电梯系统的示意图；

图1C是具有悬臂布置的另一个示例性电梯系统的示意图；

图2是电梯带的横截面图；

图3是缆绳或绳索的横截面图；

图4是电梯带故障检测单元的示意图；以及

图5是测得的电阻抗曲线的示意曲线图。

详细描述参考附图通过实例来解释本发明以及优点和特征。

发明详述

图1A、图1B和图1C示出示例性牵引电梯系统10的示意图。本文中未予论述对于本发明的理解来说不需要的电梯系统10的特征(如导轨、安全设施)。电梯系统10包括电梯轿厢12，所述电梯轿厢12利用一根或多根带16可操作地悬停在电梯井14内。一根或多根带16与一个或多个滑轮18相互作用，以被传送到电梯系统10的各个部件的周围。一根或多根带16也可被连接到配重22，所述配重22用于帮助平衡电梯系统10，并减少在操作期间位于牵引带轮的两侧上的带张力的差异。应当了解，虽然本文的实施方案被描述为应用于带涂层的钢带，应当了解，本文的公开内容可类似地应用于带涂层或不带涂层的钢绳索。

滑轮18各自具有直径20，所述直径20可与电梯系统10中的其它滑轮18的直径相同或不同。滑轮18中至少一个可为驱动滑轮。驱动滑轮由机器50驱动。由机器50驱动的驱动滑轮的移动驱动、移动和/或推动(通过牵引)在驱动滑轮的周围传送的一根或多根带16。

滑轮18中的至少一个可为换向器、导向器或空转滑轮。换向器、导向器或空转带轮不由机器50驱动，但会帮助将一根或多根带16引导到电梯系统10的各种部件的周围。另外，滑轮18中的一个或多个(如换向器、导向器或空转滑轮)可具有凸形形状或沿其旋转轴的冠部，以便协助保持一根或多根带16沿着滑轮18居中或处在所需的位置。

在一些实施方案中，电梯系统10可使用两根或更多根带16来悬停和/或驱动电梯轿厢12。另外，电梯系统10可具有各种配置，使得一根或多根带16的两侧啮合一个或多个滑轮18(如图1A、图1B或图1C中的示例性电梯系统中所示)或一根或多根带16的仅仅一侧啮合一个或多个滑轮18。

图1A提供1∶1挂绳布置，其中一根或多根带16端接在轿厢12和配重22处。图1B和图1C提供不同的挂绳布置。具体地说，图1B和图1C示出：轿厢12和/或配重22可具有在其上啮合一根或多根带16的一个或多个滑轮18，并且一根或多根带16可端接在其它位置，通常端接在电梯井14(如用于无机房电梯系统)内或机房(用于利用机房的电梯系统)内的结构处。在布置中使用的滑轮18的数目决定具体挂绳比(例如，图1B和图1C中示出的2∶1的挂绳比或不同的比率)。图1C也提供悬臂式电梯。本发明可用在不同于图1A、图1B和图1C中示出的示例性类型的电梯系统上。

图2提供带构造或设计的示意图。每根带16由护套26中的多根线材28(例如缠绕成图3示出的一根或多根绞绳30和/或缆绳24)构造。如图2中所见，带16具有大于1的纵横比(即，带宽度大于带厚度)。带16被构造成在通过一个或多个滑轮18时具有足够的柔性，以便提供低弯曲应力、满足带的寿命要求并且具有平稳操作；同时也足够坚固以便能够满足用于悬停和/或驱动电梯轿厢12的强度要求。护套26可为任何合适的材料，包括单一材料、多种材料、使用相同或不同材料的两个或更多个层、和/或薄膜。在一种布置中，护套26可为使用例如挤出或模制轮工艺来被应用于缆绳24的聚合物，如弹性体。在另一布置中，护套26可为啮合和/或集成缆绳24的织物。作为另外的布置，护套26可为呈组合形式的先前所提及的替代物中的一个或多个。

护套26可将缆绳24基本保留在其中。短语“基本保留”意味着护套26具有与缆绳24的足够啮合，以便将来自机器50的转矩通过护套26传递到缆绳24来驱动电梯轿厢12的移动。护套26可完全地包覆缆绳24(如图2所示)、基本包覆缆绳24、或至少部分包覆缆绳24。

参照图4，故障检测单元52电连接到带16的一根或多根缆绳24。故障检测单元52连接到带16的终止部分，例如位于电梯井14上端的带16的一端。不过，应当了解，此位置仅仅是示例性的，并且用于将故障检测单元52连接到带16的其它位置包含在本发明的范围内。在故障检测单元52的操作期间，缆绳24中的一根或多根经受交流励磁电压，所述交流励磁电压由故障检测单元52提供，频率范围为约100千赫兹到约10兆赫兹。在故障检测单元52处接收来自缆绳24的信号电压，并将其与故障检测单元52处的励磁电压进行比较，从而确定缆绳24的电阻抗。在一些实施方案中，故障检测单元52被配置为LCR计量器，作为桥接电路来检测缆绳24上的电阻抗。故障检测单元52将励磁电压与信号电压进行比较，并评估带16的电阻抗和/或电阻。所述测量是动态的，使得复阻抗或电阻的变化由检测单元52评估，并且指示带16的缆绳24中的磨损、侵蚀和线材断裂。

缆绳24的复阻抗的测量可在电梯系统10的几个操作状态中的任何一个期间。首先，电梯轿厢12和带16的位置可为静态的，其中在电梯井14中的位置是未知的，其中缆绳24经受可变电压、如上文所述的交流电流或电流脉冲。当电梯轿厢12在电梯井14中移动时，可进行测量，并且缆绳经受交流电流、可变电压或电流脉冲。另外，使缆绳24的阻抗与在电梯井14中的特定位置相关可为有用的。在这类情况下，当电梯轿厢12处在电梯井14中的已知位置(移动的或静态的)时，可进行测量，因此可使所述测量与该特定位置处的特定条件(如温度或拉力)相关，或针对所述条件来调整所述测量。

参照图5，阻抗测量的输出涉及三个变量：限定测量产生的测得阻抗曲线34的励磁的量值、相位和频率。在一些实施方案中，在电梯系统的操作期间，连续地或间断地(如每小时测量1次)或周期性地(如每天测量一次)测量电阻抗。将测得的阻抗曲线34与初始或基线阻抗曲线36进行比较，差异指示缆绳24的磨损或损坏。测得的阻抗曲线34可与缆绳24的具体故障、损坏或失效模式(如缆绳24的一根或多根线材28的线材断裂、侵蚀和/或局部扭曲)相关。可通过建模或测试或其它公认的方法来建立所述相关。随后可将测得的阻抗曲线与已知的或建立的失效模式曲线进行比较来诊断测量曲线。在一些实施方案中，电阻抗的分量：电感、电容和电阻是从测得的阻抗曲线34中提取出来，并作为缆绳24失效模式的指标，并且测得的阻抗曲线的具体特性或特征指示缆绳24的具体失效模式。

例如，图5示出与基线阻抗曲线36进行比较的测得阻抗曲线34a、34b和34c。在图5中，相对于频率来绘制阻抗。另外为了参考，示出缆绳24的直流电阻38。在此实例中，第一测得阻抗曲线34a的第一峰值40a指示缆绳24中的一根线材28断裂。类似地，第二测得阻抗曲线34b的第二峰值40b和第三测得阻抗曲线34c的第三峰值40c分别指示缆绳24中的两根线材28断裂和三根线材28断裂。如图所示，测得阻抗曲线34a、34b和34c在不同频率上有很大程度的变化，而直流电阻38大体上保持恒定。因此，测得的阻抗34相对于直流电阻38具有对缆绳24损坏的增加的敏感性，并且与纯粹的基于电阻的损坏评估相比，可指示缆绳24的损坏的很小且更细微的结构缺陷。

虽然已经结合仅有限数量的实施方案来描述本发明，但应易于理解，本发明不限于此类所公开的实施方案。相反，可修改本发明以并入有此前未描述、但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、更改、替代、或等效布置。另外，虽然已描述了本发明的各种实施方案，但应理解，本发明的方面可仅包括所描述实施方案中的一些。因此，本发明不应被视为受前文描述的限制，而是被视为仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (17)

1.一种带或绳索的故障检测方法，其包括：

将故障检测单元连接到带或绳索的至少一部分，所述部分包括被布置成多根绞绳和/或缆绳的多根线材；

使所述带或绳索的至少所述部分经受交流电压；

通过所述故障检测单元来测量所述带或绳索的所述部分的电阻抗；以及

至少使用所述带或绳索所述部分的测得电阻抗来确定所述带或绳索的故障状态。

2.如权利要求1所述的方法，其还包括：

将所述测得电阻抗的曲线与基线电阻抗曲线进行比较；以及

通过所述比较来确定所述带或绳索的故障状态。

3.如权利要求2所述的方法，其还包括将所述测得电阻抗的所述曲线与所限定的故障曲线进行比较，从而确定所述带或绳索的故障状态。

4.如权利要求1所述的方法，其还包括：

从所述测得电阻抗中提取电阻抗的分量；以及

从所述测得电阻抗的所述分量中确定所述带或绳索的故障状态。

5.如权利要求4所述的方法，其中电阻抗的所述分量包括电感、电容和/或电阻。

6.如权利要求1所述的方法，其中故障状态包括线材断裂、侵蚀和/或局部扭曲。

7.如权利要求1所述的方法，其还包括在一定频率范围内测量所述电阻抗。

8.如权利要求1所述的方法，其中带或绳索的所述部分是所述带或绳索的至少一根缆绳。

9.如权利要求1所述的方法，其中周期性地测量所述电阻抗。

10.如权利要求1所述的方法，其中当测量所述电阻抗时，带或绳索的所述部分是静态的。

11.一种电梯系统，其包括：

电梯轿厢；

一个或多个滑轮；

带或绳索，其包括被布置成多根绞绳和/或缆绳以支撑和/或驱动所述电梯轿厢的多根线材；以及

故障检测单元，其可操作地连接到所述带或绳索，以测量所述带或绳索的至少一部分的电阻抗。

12.如权利要求11所述的电梯系统，其中所述故障检测单元测量所述带或绳索的一根或多根缆绳的电阻抗。

13.如权利要求11所述的电梯系统，其中所述故障检测单元被配置为桥接电路格式的LCR计量器。

14.如权利要求11所述的电梯系统，其还包括可操作地连接到所述带或绳索的交流电压源。

15.如权利要求11所述的电梯系统，其中所述带或绳索是带涂层的带或绳索。

16.如权利要求11所述的电梯系统，其中当发生电阻抗的测量时，所述电梯轿厢在固定位置处。

17.如权利要求11所述的电梯系统，其中当发生所述电阻抗的测量时，所述电梯轿厢在已知位置处。