매일時評 엘리베이터에 숨어있는 과학(4)

[광역매일]

▲ 정경택 한국승강기대학교 교수    

엘리베이터 카 및 균형추의 주행로 하부 끝에는 완충기가 설치되어 있다. 엘리베이터의 카가 최하층을 지나쳐서 승강로 바닥에 충돌할 때 충격을 완화시키기 위해 사용하는 안전 설비로서 자동차로 보면 범퍼에 해당된다고 할 수 있다. 만약 카가 아래로 떨어져 바닥에 충돌한다면 충격시간을 늘려 충격력을 감소시키는 역할을 하여 탑승자의 충격을 완화시키는 장치이다. 사실 카가 자유낙하 하여 속도가 증가되면 앞 회에 언급했 듯이 비상정지장치가 카를 정지시켜 추락을 방지한다. 그러나 거의 최하층에 도달하여 떨어지면 비상정지장치가 동작할 시간적 여유가 없다. 그러므로 엘리베이터 완충기의 목적은 엘리베이터 제어 시스템 고장으로 엘리베이터가 최하층을 지나 승강로 바닥까지 떨어질 경우에 안전기능을 제공하는 장치이다. 완충기는 엘리베이터 운전 속도 및 중량에 따라 적용을 달리하여 설치해야 하고 이에 대한 다양한 제품이 있다. 최하층 부근에서의 엘리베이터의 자유낙하는 현실적으로 발생하기 어렵지만, 검사기준의 요건은 비상정지장치가 동작하기 시작하는 정격속도의 115% 속도를 전제로 정해진다.

엘리베이터 완충기의 요건은 완충기 유형에 따라 크게 두 가지로 구분되는데. 첫째로 에너지 축적형 완충기로서 충격 시 발생한 운동 에너지를 탄성 에너지 형태로 저장하는 스프링식 완충기 또는 우레탄식 완충기가 대표적이다. 일부 축적형 완충기의 경우 완충기가 원래 위치로 복귀되면서 저장된 에너지가 분산될 수 있는데 이 경우 필요한 두 가지 별도 요건은 선형 및 비선형 특성을 가진 완충기로서 엘리베이터 정격속도가 1.0m/s를 넘지 않을 경우에 사용 가능하고 그리고 완충 복귀 운동식 완충기로서 엘리베이터 속도가 1.6m/s를 넘지 않을 경우에 사용 가능하다. 둘째로는 에너지 분산형 완충기로서 일반적으로 충격 에너지를 열의 형태로 분산시키는 유압식 완충기가 대표적이다. 이 유형의 완충기는 모든 정격 속도에 사용 가능하지만, 1.6m/s 이상의 속도에서 의무적으로 사용해야한다. 앞에서 알아본 바와 같이 스프링과 기름(오일)이 완충기의 주요한 역할을 하고 있다. 자동차에도 이 설비를 조합하여 자동차의 승차감을 좋게 하는 현가장치(쇼크 업소버, 완충장치)로써 활용하고 있다. 자동차가 달리는 노면은 항상 편평하지 않고 비포장 도로는 더욱 더 그렇다. 이럴 때 땅의 상태에 따른 진동을 차 안에 있는 사람이 그대로 받게 되면 엄청난 스트레스를 겪게 될 것이다. 오일식 쇼크 업소버는 노면 진동을 상하 작동 시 오리피스를 통하여 실린더 내를 오일이 이동하면서 흐름 저항이 생겨 충격을 완화시킨다.

최근 스프링식 완충기와 유입식 완충기와는 별도로 우레탄식 완충기도 사용하고 있다. 이 완충기는 비선형특성을 갖고 있으며 저속 엘리베이터에서 대부분 사용되는 추세이다. 우레탄식 완충기를 사용하려면 인증서 상에 표시된 최소 및 최대하중 범위에서 사용하여야 하며 만일 우레탄식 완충기가 카 측에 사용된다면 카 자중과 정격하중의 값이 인증서 상에 표시된 최소 및 최대하중 범위인지를 확인하여야 한다. 엘리베이터 완충기의 성능기준은 다음 사항에 적합하여야 하는데 엘리베이터 정격 속도의 115%로 자유낙하 하는 중량체를 평균 감속도가 1g 이하(1g는 중력가속도와 같은 크기의 가속도)에서, 감속도가 0.04초 이상 2.5g를 초과하지 않는 조건을 만족시키며 정지시켜야 한다. 더불어, 별도의 요건으로서 완충기 행정거리는 엘리베이터가 정격 속도의 115%까지 도달하는데 필요한 자유낙하 거리보다 커야한다. 이는 행정 거리, 즉 엘리베이터 완충기 설치 시 높이에 대한 요건이다. 대부분의 엘리베이터 완충기 행정거리는 고객 요구로 인해 최소 요구수준의 행정거리에서 크게 다르지 않다. 이와 같이 자동차의 범퍼, 에어백, 현가장치 등에서 사용되는 원리와 기구들을 엘리베이터의 안전장치에도 적용하여 사용함으로써 승강기 운행 중에 발생할 지도 모를 위험에 대비하고 있다.

기사입력: 2016/10/11 [14:37]  최종편집: ⓒ 광역매일

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