المصاعد على وشك الدخول في موسم خطر الحرارة! تبريد غرفة المحركات يصبح إجراءً ضروريًا

لماذا تكثر أعطال المصاعد في حرارة الصيف؟ يعود ذلك أساسًا إلى وجود المكونات الرئيسية للمصعد عادةً في الطابق العلوي من المبنى. يؤدي الطقس الحار إلى ارتفاع درجة حرارة غرفة محرك المصعد، بينما لا تتجاوز درجة حرارة بيئة العمل القصوى للمعدات 40 درجة مئوية. عند تجاوز هذه الدرجة، يتوقف النظام تلقائيًا، ما يؤدي إلى توقف المصعد فجأة في منتصف الطريق. يؤثر هذا على التشغيل الطبيعي، فقد يتوقف المصعد فجأة أثناء التشغيل العادي، أو لا يفتح أو يغلق الباب عند الوصول إلى منطقة الباب، أو لا يستطيع تغيير سرعته عند الوصول إلى منطقة الباب، وهكذا.
سنتناول اليوم بالتفصيل سبب تأثير درجة حرارة غرفة المحركات بشكل كبير على التشغيل الطبيعي للمصعد في فصل الصيف. نأمل أن تلفت هذه المقالة انتباه فريق العمل إلى ضرورة تبريد غرفة محركات المصعد بشكل فعال، وضمان استمرار تشغيله بشكل سليم.
أسباب ارتفاع درجة حرارة غرفة الآلات
1. موقع هيكل مبنى غرفة الآلات نفسها

تقع معظم غرف المصاعد في الطابق العلوي من المبنى، وبعضها عبارة عن غرفة مخصصة مرتفعة على السطح، ويُشكل السطح والجدران الأربعة للغرفة الغلاف الخارجي. يُعرف الغلاف الخارجي أيضًا بالجدار الخارجي، وترتبط درجة حرارته ارتباطًا وثيقًا بدرجة حرارة الدفيئة، مما يؤثر على درجة الحرارة الداخلية.
في طقس الصيف الحار، عندما ترتفع درجة الحرارة الخارجية، ترتفع درجة حرارة الغلاف الخارجي أيضًا، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة الداخلية لغرفة الخوادم. وبالنسبة لأي غرفة، كلما زادت نسبة الغلاف الخارجي من إجمالي هيكل الصيانة، زاد تأثير درجة الحرارة الخارجية على درجة الحرارة الداخلية، ولذلك فإن موقع غرفة الخوادم يجعلها الغرفة الأكثر تأثرًا بدرجة الحرارة المحيطة والتعرض لأشعة الشمس في فصل الصيف.
2. الحرارة المنبعثة من النظام الكهربائي

المكونات الرئيسية المولدة للحرارة في النظام الكهربائي بغرفة المحركات هي محول التردد، ومقاومة الكبح، والمحرك الكهربائي. يستهلك كل من محول التردد والمحرك جزءًا من الطاقة الكهربائية نظرًا لكفاءتهما، ويطلقانها على شكل حرارة؛ بينما تستهلك مقاومة الكبح الطاقة الكهربائية الناتجة عن إعادة توليد الطاقة في المصعد، وتطلقها أيضًا على شكل حرارة. ينبعث كلا جزئي الحرارة إلى غرفة المحركات، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها.

(1) العاكس

يتكون محول التردد من دائرة رئيسية ودائرة تحكم. الدائرة الرئيسية هي جزء تبادل الطاقة في المحرك، حيث توفر طاقة تنظيم الجهد والتردد، وتتألف من ثلاثة أجزاء: المقوم، ودائرة التنعيم، والعاكس. يُعد ترانزستور ثنائي القطب ذو البوابة المعزولة (IGBT) المكون الرئيسي للعاكس، وهو المصدر الرئيسي لتوليد الحرارة فيه، وتتركز هذه الحرارة بشكل أساسي عند تشغيله وإيقافه. يحتاج عاكس المصاعد إلى التشغيل بشكل متكرر، مما يؤدي إلى إطلاق كمية كبيرة من الحرارة.

(2) مقاومات الكبح

يُعدّ مُقاوم الكبح نفسه مصدرًا لاستهلاك الطاقة وتحويلها إلى حرارة. على سبيل المثال: عندما يكون المصعد مُفرّغًا ويتحرك للأعلى، يكون الثقل المُوازن أثقل من الكابينة، فيدور دوّار الآلة الرئيسية ويقطع حركة خط القوة المغناطيسية لملف الجزء الثابت، مُولّدًا طاقةً مُتجددة. وبذلك، ينتقل المحرك من حالة التشغيل الكهربائي إلى حالة توليد الطاقة. تمر هذه الطاقة المُتجددة عبر وحدة الكبح في العاكس، ثم تُستهلك في النهاية بواسطة مُقاوم الكبح على شكل حرارة. في اختبار أُجري على وحدة واحدة، تم تشغيل مصعدين بنفس تردد التشغيل. يستخدم أحدهما مصدر طاقة خارجي، حيث تُستهلك الطاقة المُتجددة المُولّدة بواسطة مُقاوم الكبح. أما المصعد الآخر، فيستخدم مصدر طاقة خارجي وجهاز تغذية راجعة لتوفير الطاقة، حيث تُستهلك الطاقة المُتجددة المُولّدة بواسطة جهاز التغذية الراجعة لتوفير الطاقة. بعد التشغيل لفترة من الزمن، كان استهلاك الطاقة الخارجية أقل بنسبة 35% من استهلاك الطاقة في المصعد الآخر. يُبيّن هذا مقدار الحرارة المُتولّدة بواسطة مُقاوم الكبح، والتي تُعادل حوالي ثلث استهلاك الطاقة الكهربائية للمصعد.

(3) المحرك

يستهلك تشغيل المحرك نفسه قدراً معيناً من الطاقة الكهربائية. ووفقاً لمعادلة حرارة المحرك Q=I²Rt، فإن الحرارة المنبعثة أثناء تشغيل المحرك تتناسب طردياً مع مربع التيار. ويبلغ التيار الكهربائي ذروته في المحرك الكهربائي أثناء عمليتي بدء التشغيل والتوقف، ولأن المصعد، كوسيلة نقل عمودية، يحتاج إلى بدء التشغيل والتوقف بشكل متكرر، مما يُولّد كمية كبيرة من الحرارة.

ارتفاع درجة الحرارة في غرفة المحركات في المصعد

التأثيرات على التشغيل العادي

1. التأثير على نظام التحكم الكهربائي

(1) من المحتمل أن تتسبب درجة الحرارة المرتفعة في حدوث خلل في برنامج لوحة التحكم الخاصة بالحاسوب الصغير

تقوم الأجهزة الإلكترونية الموجودة على لوحة التحكم في الحاسوب الصغير أو وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) بتنفيذ عمليات التحكم المنطقي من خلال مقارنة قيم الجهد والتيار، وتستجيب لتنفيذ التعليمات الخارجية. ونظرًا لخصائص درجة حرارة المواد المستخدمة في هذه الأجهزة، فإن تجاوز درجة الحرارة المسموح بها سيؤدي إلى خلل في عملية التقييم المنطقي، ما يجعل لوحة التحكم في الحاسوب الصغير غير مستقرة.

(2) تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تلف المكونات الإلكترونية بسهولة

(أ) العاكس

يرتفع معدل فشل العاكس بشكل كبير مع ارتفاع درجة الحرارة، وينخفض ​​عمر الخدمة بشكل كبير مع ارتفاع درجة الحرارة، وينخفض ​​عمر خدمة العاكس إلى النصف عندما ترتفع درجة الحرارة المحيطة بمقدار 10 درجات مئوية.

عندما تتجاوز درجة الحرارة المحيطة الحد المسموح به، ستتغير معلمات العاكس في دائرة العاكس، وتحديدًا في وقتي الفتح والإغلاق، مما يؤدي إلى عملية متناوبة، حيث يكون أحد الأجهزة قيد التشغيل بينما الآخر غير جاهز للإغلاق، مما يتسبب في حدوث تماس كهربائي مباشر بين الجهازين العلوي والسفلي لنفس ذراع الجسر، الأمر الذي يُعرّض العاكس للتلف الفوري ويمنعه من العمل بشكل طبيعي. في الوقت نفسه، ستنخفض كفاءة عزل العاكس بشكل كبير، مما يُسهّل تلفه ويؤدي إلى تعطل المصعد.

(ب) مقاومة الكبح

عندما ترتفع درجة الحرارة المحيطة بشكل كبير، يسهل على مقاوم الفرامل أن يسخن لفترة طويلة جدًا. وإذا كان المصعد يعمل بشكل متكرر، تتراكم حرارة مقاوم الفرامل عدة مرات، مما يؤدي في النهاية إلى تلفه بسبب ارتفاع درجة حرارته، وقد يتسبب ذلك في نشوب حريق وحوادث أخرى تهدد السلامة.

(ج) مكونات إلكترونية أخرى

تُعاني المكونات الإلكترونية، مثل الموصلات والمرحلات والمحولات، من فقدان الطاقة نتيجة مرور التيار عبر الموصل والملف، بالإضافة إلى فقدان المقاومة. أما في دوائر التيار المتردد، فتُنتج هذه المكونات تيارات دوامية وفقدانًا في التخلف المغناطيسي نتيجةً لدور المجال الكهرومغناطيسي المتناوب. تتحول هذه الخسائر بالكامل تقريبًا إلى طاقة حرارية، يتبدد جزء منها في الوسط المحيط، بينما يُحتفظ بالجزء الآخر داخل الجهاز، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته. في هذه الحالة، إذا كانت درجة الحرارة المحيطة مرتفعة جدًا، فإن ضعف تبديد الحرارة في المكونات الإلكترونية يُقلل بشكل كبير من موثوقيتها، ويُقصر عمرها الافتراضي، بل وقد يُتلفها. تُشير الإحصائيات إلى أن كل ارتفاع في درجة حرارة المكونات الإلكترونية بمقدار درجتين مئويتين يُقلل من موثوقيتها بنسبة 10%، وأن ارتفاع درجة الحرارة بمقدار 50 درجة مئوية يُقلل عمرها الافتراضي إلى السدس فقط عند ارتفاعها بمقدار 25 درجة مئوية.

2. التأثير على النظام الميكانيكي

يتكون النظام الميكانيكي لغرفة آلة المصعد بشكل أساسي من آلة الجر، والتي تتكون عادةً من محرك، وفرامل، وعلبة تروس، وعجلة جر، وعجلة توجيه، وإطار، وعجلة قرصية، وما إلى ذلك.

(1) التأثير على محرك الجر

عندما تتجاوز درجة الحرارة المحيطة الحد المسموح به في غرفة المحرك، سيؤثر ذلك سلبًا على تبديد الحرارة من محرك الجر. ونظرًا لكثرة تشغيل المحرك وإيقافه، فإنه سيُطلق كمية كبيرة من الحرارة، ولن تتمكن غرفة المحرك من خفض درجة حرارتها المرتفعة في الوقت المناسب.

على الرغم من أن التصميم الهيكلي للمحرك مدروس جيدًا لتعزيز تبديد الحرارة من قلب الحديد في الجزء الثابت (الساكن)، حيث صُممت بعض المنتجات لتُدعم بأغطية طرفية، مما يُغني عن قاعدة المحرك التقليدية، ويجعل القلب مفتوحًا، ويُحسّن من كفاءة التبريد؛ كما تم تعزيز قنوات التهوية حول قلبَي الجزء الثابت والدوار؛ وزيادة سعة تهوية فتحات واقي الرياح، إلا أن هذا التصميم أقل استخدامًا في المحركات. معظمها مُجهز بمراوح تبريد، يتم التحكم بها بواسطة مفاتيح حرارية موجودة على سطح قلب الجزء الثابت. عندما تصل درجة حرارة سطح القلب إلى حوالي 60 درجة مئوية، يتم تفعيل المفتاح الحراري وتوصيل المروحة بمحرك الجر للتهوية والتبريد القسريين. لا يكون تأثير التبريد القسري واضحًا في حالة ارتفاع درجات الحرارة داخل حجرة المحرك. ونظرًا لأن درجة حرارة المحرك ستستمر في الارتفاع عند فشل التبريد القسري، فإن بعض المحركات تحتوي على مقاومات حرارية (ثرمستورات) مدفونة في كل ملف من ملفات الطور. عندما ترتفع درجة حرارة المحرك إلى 155 درجة مئوية، تزداد مقاومة الثرمستور الداخلي بشكل حاد ويتم تنشيط مرحل الحماية الحرارية في دائرة التحكم، مما يجبر المصعد على تغيير سرعته والتوقف عند أقرب محطة طابق لفتح الباب حتى يبرد المحرك قبل إعادة تشغيله.

على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن تلعب دورًا في حماية المحرك، إلا أن ساعات الطقس الحار الطويلة في الصيف والتوقف المتكرر للمصعد للحماية يؤثران بشكل خطير على التشغيل والاستخدام الطبيعي للمصعد.

(2) التأثير على علبة التروس

تتكون علبة التروس من عجلة دودة وترس دودة. يُصنع ترس الدودة عادةً من مواد ذات صلابة عالية ومتانة جيدة، وغالبًا ما يكون من سبائك الفولاذ النيكل والكروم أو سبائك الفولاذ السيليكوني والمنغنيز، بالإضافة إلى الفولاذ الكربوني المطروق بنسبة كربون تتراوح بين 0.4% و0.55%. ويجب تقوية سطح الدودة بالتصليد السريع أو الكربنة. أما حافة عجلة الدودة فتُصنع من البرونز الفوسفوري أو البرونز القصديري أو سبيكة النحاس والقصدير والنيكل ذات معامل احتكاك منخفض، وذلك عن طريق التشغيل الآلي. نظراً لاختلاف معامل التمدد الحراري للمواد المختلفة، ولأن معامل التمدد الحراري لعجلة الدودة يبلغ حوالي نصف معامل التمدد الحراري للدودة نفسها، فعندما تتجاوز درجة حرارة غرفة المحرك 40 درجة مئوية، فإن الحرارة الموجودة في الهواء والحرارة المتولدة من دوران واحتكاك أجزاء علبة التروس، مجتمعة، ستؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة داخل علبة التروس. وسيؤدي ارتفاع درجة الحرارة المستمر إلى تمدد الأجزاء حرارياً، مما يُخل بدقة تصنيع ترس الدودة داخل علبة التروس. سيؤدي ذلك إلى تقليل الخلوص المحوري بين عمود التوربين وعمود الدودة، وزيادة مساحة التعشيق، وزيادة احتكاك سطح الاحتكاك، وتسريع التآكل، والتأثير بشكل خطير على راحة المصعد، فضلاً عن إصدار أصوات غريبة وإتلاف ترس الدودة (على سبيل المثال، عند ركوب المصعد، ستسمع صوت هدير في غرفة محرك المصعد، وستحدث اهتزازات غير طبيعية في المقصورة). في الوقت نفسه، ستؤدي درجة الحرارة العالية المستمرة في علبة التروس إلى تقليل لزوجة مادة التشحيم، وهو أمر غير مواتٍ لتكوين طبقة تشحيم وسيؤدي إلى تسريع أكسدة مادة التشحيم، مما يؤثر على فعالية تشحيم الترس الدودي ويزيد من تآكله.

كيفية التحكم في درجة حرارة غرفة الآلات

1. هيكل المبنى

يجب معالجة عزل هيكل الصيانة في غرفة آلة المصعد، مما يقلل من تأثير درجة الحرارة الخارجية على المعدات الداخلية في الطقس الحار الصيفي، وفي الوقت نفسه لا يمكن تجاهل عزل هيكل الصيانة لأنه غرفة معدات، مما يقلل من سمك هيكل الصيانة.

2. تركيب معدات التهوية والتبريد

في حالة التهوية الطبيعية، ولتلبية متطلبات درجة حرارة غرفة الخوادم، يلزم تركيب نظام تكييف. عند تركيب نظام التكييف (مثل مراوح الشفط)، يجب أن يتوافق مع فتحات التهوية في غرفة الخوادم (مثل فتحات التهوية)، مما يُحفز عملية الحمل الحراري للهواء، وبالتالي يُساهم في رفع درجة حرارة غرفة الخوادم.

3. استخدام أجهزة توفير الطاقة

تُحوّل الطاقة الحرارية لمقاومة الكبح في لوحة التحكم إلى طاقة كهربائية، وتُخزّن في البطارية أو تُعاد إلى شبكة الكهرباء، مما يُزيل مصدر توليد الحرارة ويُساهم في توفير الطاقة. عند تشغيل المصعد، يُولّد المصعد حتمًا طاقة. عندما يكون المصعد فارغًا ويتحرك صعودًا وهبوطًا، يُسحب دوّار المحرك بفعل قوى خارجية، أو يُحافظ على الحمل نفسه بفعل القصور الذاتي الدوراني، مما يجعل سرعة المحرك الفعلية أكبر من سرعة التزامن لمخرج العاكس. في هذه الحالة، يكون المحرك في حالة توليد طاقة، وتُخزّن الطاقة الكهربائية الناتجة عنه في مكثف الترشيح داخل العاكس. إذا لم تُستهلك هذه الطاقة، سيرتفع جهد ناقل التيار المستمر بسرعة، مما يؤثر على التشغيل الطبيعي للعاكس. الطريقة المعتادة للتعامل مع هذه الطاقة هي إضافة وحدة كبح أو مقاومة كبح، مما يُحوّل هذه الطاقة إلى حرارة ويُهدرها. يمكن لجهاز توفير الطاقة أن يحل محل وحدة الكبح ومقاومة الكبح، ويمكنه إعادة تغذية هذه الطاقة إلى الشبكة، مما يحقق أغراضًا خضراء وصديقة للبيئة وموفرة للطاقة.

تم تصميم جهاز توفير الطاقة للكشف التلقائي عن جهد ناقل التيار المستمر للعكس وجهد الشبكة، ومن خلال المعالج والعكس لعكس جهد التيار المستمر لوصلة التيار المستمر في العاكس إلى جهد التيار المتردد بنفس التردد والطور مثل جهد الشبكة، وتوصيله بشبكة التيار المتردد بعد عدة وصلات لتصفية الضوضاء، وذلك لتحقيق غرض إعادة تغذية الطاقة إلى الشبكة.

4. ينبغي على وحدات الاستخدام ووحدات الصيانة توفير موظفين متخصصين لتعزيز الإدارة

ينبغي على وحدات الصيانة التحقق بانتظام من سلامة عمل معدات التبريد، وإجراء فحوصات دورية دقيقة لمصادر توليد الحرارة (مثل محولات التردد، ومقاومات الكبح، والمحركات). وفي حال استخدام وحدات متعددة المصاعد، ينبغي التناوب في تشغيلها خلال فصل الصيف الحار لتجنب استخدام مصعد واحد فقط، سواءً لراحة الركاب أو لأسباب أخرى، مما يزيد من عبء تشغيل المصعد في الطقس الحار. إضافةً إلى ذلك، ينبغي على الوحدة المستخدمة تزويد كل غرفة محركات مصعد بمطفأة حريق.

باختصار، لا يضمن التطور المتزايد في أنظمة التحكم بالمصاعد القضاء التام على أعطالها، ولن يتغير اتجاه تكرار الأعطال نتيجة تقادم المصاعد عامًا بعد عام. مع ذلك، من خلال دراسة وتحليل هيكل المبنى، ونظام التحكم الكهربائي، والنظام الميكانيكي لغرفة محرك المصعد، واتخاذ تدابير فعّالة للتحكم في كل جزء منها، يمكننا ضمان بقاء درجة حرارة غرفة محرك المصعد ضمن المعدل الطبيعي خلال فصل الصيف الحار، وبالتالي القضاء على مختلف الأعطال الناجمة عن ارتفاع درجة الحرارة أو الحد منها، ما يضمن تشغيل المصعد في بيئة آمنة ومستقرة وموثوقة، ويخدم المستخدمين على نحو أفضل.