엘리베이터 풀리: 유형, 홈 프로파일, 검사 가이드 및 교체 팁

엘리베이터 풀리란 무엇이며 왜 중요한가요?

기술 용어로 시브라고도 불리는 엘리베이터 풀리는 엘리베이터 로프 또는 강철 벨트가 통과하여 동작을 전달하고 엘리베이터 카와 균형추의 하중을 지지하는 홈이 있는 휠입니다. 모든 견인 엘리베이터 시스템은 풀리에 의존하여 로프 이동 방향을 바꾸고, 기계적 이점을 증대하며, 견인 기계에서 차량으로 구동력을 전달합니다. 엘리베이터 시브를 적절하게 설계, 제조 및 유지 관리하지 않으면 로프가 빠르게 마모되고 견인 기계가 차량을 효율적으로 움직일 수 없으며 로프 미끄러짐이나 기계적 고장의 위험이 급격히 증가합니다.

"엘리베이터 풀리"와 "엘리베이터 도르래"라는 용어는 업계에서 같은 의미로 사용되지만 기술적으로 도르래는 특히 로프나 케이블과 함께 사용되는 홈이 있는 도르래를 의미합니다. 엘리베이터 엔지니어링에서 시브는 홈이 있는 휠 자체를 의미하는 반면 풀리는 때때로 샤프트, 베어링 및 하우징을 포함한 전체 어셈블리를 의미합니다. 용어에 관계없이 이러한 구성 요소는 모든 트랙션 엘리베이터 기계 시스템의 중심에 있으며 해당 구성 요소의 형상, 재료, 홈 프로파일 및 상태는 엘리베이터 성능, 로프 수명 및 승객 안전을 직접적으로 결정합니다.

이 기사에서는 엘리베이터 풀리의 작동 방식, 엘리베이터 시스템에 사용되는 다양한 유형, 관련 재료 및 제조 표준, 검사 및 유지 관리 방법, 교체용 도르래를 지정할 때 찾아야 할 사항을 다룹니다. 엘리베이터 기술자, 건물 시설 관리자 또는 새로운 설치를 설계하는 엔지니어라면 엘리베이터 풀리를 자세히 이해하는 것이 엘리베이터 시스템을 안전하고 효율적으로 작동하는 데 필수적입니다.

견인 시스템에서 엘리베이터 풀리가 작동하는 방식

트랙션 엘리베이터에서는 구동 기계(기어박스에 연결된 전기 모터 또는 기어리스 직접 구동 모터)가 트랙션 시브를 회전시킵니다. 강철 와이어 로프 또는 코팅된 강철 벨트가 트랙션 시브 위에 드리워져 있으며 한쪽에는 엘리베이터 카가, 다른 한쪽에는 평형추가 매달려 있습니다. 로프와 트랙션 시브의 홈 사이의 마찰로 인해 자동차가 위아래로 움직입니다. 기계는 윈치처럼 로프를 당기지 않습니다. 견인력을 통해 그것을 잡습니다. 이러한 근본적인 차이점은 홈 프로파일, 로프 대 도르래 직경 비율 및 홈 재료가 모두 시스템 성능에 직접적인 영향을 미치는 이유입니다.

메인 트랙션 시브 외에도 전체 엘리베이터 시스템은 여러 개의 추가 풀리를 사용합니다. 디플렉터 시브는 기계가 승강로 바로 위에 위치하지 않을 때 견인 기계에서 카 또는 평형추까지 로프 경로의 방향을 바꿉니다. 아이들러 시브는 시스템 전반에 걸쳐 로프 장력과 올바른 정렬을 유지합니다. 로프형 유압식 엘리베이터와 일부 견인 시스템에서는 기계적인 이점을 얻기 위해 여러 개의 도르래가 도르래 블록 구성으로 배열됩니다. 많은 엘리베이터 시스템에 사용되는 2:1 및 4:1 로프 배열에는 로프 경로를 완성하기 위해 디플렉터와 아이들러 도르래가 필요합니다. 시스템의 각 도르래는 로프 굽힘 피로에 영향을 미치므로 도르래 수, 직경 및 굽힘 각도가 모두 로프의 수명에 영향을 미칩니다.

엘리베이터 풀리의 유형과 특정 역할

완전한 엘리베이터 설치에는 각각 로프 시스템의 특정 기능을 위해 설계된 여러 유형의 도르래가 사용됩니다. 각 유형의 기능과 위치를 이해하면 문제를 진단하고 올바른 교체를 지정하는 데 도움이 됩니다.

트랙션 시브(드라이브 시브)

트랙션 시브는 엘리베이터 시스템의 주요 구동 요소입니다. 이는 기어박스를 통해 또는 기어리스 모터 샤프트를 통해 견인 기계의 출력 샤프트에 직접 장착되며, 그 회전은 로프 마찰을 통해 엘리베이터 카와 평형추를 구동합니다. 트랙션 도르래는 시스템에서 가장 무거운 하중을 받는 도르래로, 도르래 표면 위에서 지속적으로 구부러지는 로프의 전체 로프 장력과 굽힘 피로를 모두 받습니다. 그루브 프로파일은 로프 직경과 정확히 일치해야 하며, 그루브 재료는 과도한 로프 마모를 유발하지 않고 적절한 견인력을 제공해야 합니다. 트랙션 시브 직경은 소형 주거용 엘리베이터의 경우 약 320mm부터 고속 상업용 시스템의 경우 800mm 이상까지 다양합니다.

디플렉터 시브

디플렉터 시브는 기계가 승강로 중심선 바로 위에 위치하지 않을 때 견인 기계에서 카 또는 균형추 위의 올바른 수직 정렬로 로프 경로의 방향을 바꾸는 데 사용됩니다. 구동 기계가 전용 기계실이 아닌 승강로 상단에 장착되는 기계실 없는(MRL) 엘리베이터 설치에서 디플렉터 시브는 올바른 로프 형상을 설정하는 데 특히 중요합니다. 디플렉터 시브는 기계가 승강로 중심에서 오프셋되어 있는 머리 위 기계실 설치에도 사용됩니다. 이는 상당한 로프 인장 하중을 전달하며 편향이나 진동 없이 이러한 힘을 처리할 수 있도록 크기와 지지력을 조정해야 합니다.

자동차 시브 및 카운터웨이트 시브

2:1 로핑 구성(로프가 고정 앵커 지점에서 자동차 프레임의 도르래 주위로 아래로 이동하고 디플렉터 또는 오버헤드 도르래로 백업된 후 균형추까지 내려가는 경우)에서 자동차 도르래와 균형추 도르래는 각각 자동차 프레임과 균형추 프레임에 장착됩니다. 이러한 활차를 사용하면 카와 균형추가 1:1 시스템의 로프 속도의 절반으로 이동할 수 있으므로 필요한 로프 속도가 줄어들고 더 작은 견인 기계가 동일한 하중을 이동할 수 있습니다. 카 시브는 카 프레임 구조 내에서 적절한 로프 간격을 갖도록 설계되어야 하며, 해당 베어링은 카의 전체 현수 하중과 로프 폭포 사이에 분배된 정격 하중을 처리해야 합니다.

오버헤드 시브(2차 시브)

오버헤드 시브는 승강로 상단이나 기계실 오버헤드 구조에 장착된 고정 풀리로 트랙션 시브와 카 또는 멀티 랩 또는 복잡한 로핑 구성의 카운터웨이트 시브 사이에서 로프의 방향을 전환합니다. 일부 저속, 고용량 화물 엘리베이터에 사용되는 4:1 로핑 시스템에서는 여러 개의 오버헤드 시브가 풀리 블록 배열을 완성합니다. 이러한 도르래는 일반적으로 견인 도르래보다 직경이 더 작으며 주로 견인력을 제공하기보다는 로프 경로의 방향을 바꾸도록 설계되었습니다.

보상 시브

일반적으로 높이가 30미터가 넘는 건물에서 로프 무게가 중요해지는 고층 건물에서는 보상 로프 또는 체인을 차량 아래에 걸어 놓고 차량이 이동할 때 호이스팅 로프의 무게 균형을 맞추기 위해 평형추를 설치합니다. 보상 시브는 보상 로프를 안내하고 적절한 장력을 유지하기 위해 엘리베이터 피트에 장착됩니다. 보상 도르래는 중력에 의해 인장을 받고 작동 중 로프 신장과 동적 로프 움직임을 수용할 수 있는 한계 내에서 수직으로 자유롭게 움직일 수 있어야 합니다.

엘리베이터 시브 그루브 프로파일과 로프 수명에 미치는 영향

그루브 프로파일 엘리베이터 풀리 견인 성능과 로프 마모율에 직접적인 영향을 미치는 엘리베이터 설계의 가장 기술적으로 중요한 측면 중 하나입니다. 세 가지 주요 홈 프로파일이 엘리베이터 시브에 사용되며 각각 견인력, 로프 압력 및 로프 피로 수명 간의 서로 다른 균형을 나타냅니다.

둥근 홈(U 홈)

둥근 홈은 로프 반경보다 약간 큰 반경을 갖는 원형 단면을 가지고 있습니다. 일반적으로 홈 반경은 로프 직경의 0.53-0.55배입니다. 로프는 큰 호(약 120~150°)를 통해 홈과 접촉하여 접촉 압력을 넓은 영역에 고르게 분산시킵니다. 이러한 낮은 접촉 압력은 로프 변형을 최소화하고 로프 피로 수명을 최대화하므로 견인이 필요하지 않은 모든 디플렉터 시브, 자동차 시브 및 오버헤드 시브에 둥근 홈 시브가 선호됩니다. 트랙션 시브에 있는 둥근 홈의 한계는 언더컷 홈보다 낮은 견인력(마찰)을 제공한다는 것입니다. 이는 균형추 비율이 낮거나 가속 요구 사항이 높은 시스템에는 충분하지 않을 수 있습니다.

언더컷 V-그루브

언더컷 그루브는 V자형과 하단의 작은 반경 언더컷을 결합합니다. 홈의 각진 측면은 로프를 압착하여 동일한 로프 장력을 받는 둥근 홈에 비해 로프와 홈 사이의 수직력을 크게 증가시켜 가용 견인력을 증가시키는 쐐기 효과를 생성합니다. 언더컷 홈으로 얻을 수 있는 견인 계수는 일반적으로 동일한 홈 각도의 둥근 홈보다 50~80% 더 높으며, 이것이 바로 언더컷 홈이 대부분의 최신 엘리베이터 설치에서 견인 도르래의 표준 프로파일인 이유입니다. 트레이드오프는 홈 가장자리의 로프 와이어에 대한 더 높은 접촉 압력으로, 이는 로프 마모를 가속화하고 로프 피로 수명을 감소시킵니다. 언더컷 그루브 각도는 일반적으로 90°~105° 범위이며, 언더컷이 깊어지면 로프 성능이 더 빨리 저하되는 대신 더 높은 견인력을 제공합니다.

V홈(풀V)

언더컷이 없는 완전한 V 홈은 극단적인 웨지 동작을 통해 최대 견인력을 생성하지만 빠른 로프 마모를 유발하는 매우 높은 접촉 압력을 희생해야 합니다. 전체 V 홈은 현대 승객용 엘리베이터 트랙션 시브에는 거의 사용되지 않지만 오래된 설치 또는 일부 화물 및 서비스 엘리베이터 응용 분야에서 발견될 수 있습니다. V 홈의 로프-그루브 접촉 압력이 높으면 홈 자체가 빠르게 마모되므로 언더컷 홈 설계에 비해 트랙션 시브를 더 자주 교체해야 합니다. 기존 설치에 전체 V 홈이 있는 경우 유지 관리 검사 중에 해당 상태를 주의 깊게 평가해야 합니다.

엘리베이터 풀리의 재료 및 제조 표준

엘리베이터 시브는 시스템에서 해당 역할에 맞는 경도, 인성, 기계 가공성 및 내마모성의 올바른 조합을 제공하도록 선택된 재료로 제조됩니다. 아래 표에는 사용된 주요 재료와 그 특성이 요약되어 있습니다.

엘리베이터 시브는 유럽의 EN 81-20 및 EN 81-50, 북미의 ASME A17.1, 중국의 GB 7588을 포함한 관련 안전 표준을 준수해야 합니다. 이러한 표준은 최소 시브-로프 직경 비율(일반적으로 D가 시브 피치 직경이고 d가 로프 직경인 트랙션 시브의 경우 D/d ≥ 40), 홈 프로파일 공차, 재료 기계적 특성 요구 사항 및 검사 기준을 지정합니다. 이러한 표준을 준수하는 것은 엘리베이터 유형 승인을 위해 필수이며 제조 및 정기 안전 검사를 통해 검증됩니다.

D/d 비율: 로프 직경에 비해 시브 직경이 중요한 이유

일반적으로 D/d로 표기되는 시브 피치 직경(D)과 로프 직경(d)의 비율은 엘리베이터 로프 및 시브 시스템 설계에서 가장 중요한 매개변수 중 하나입니다. 로프가 도르래 위로 구부러질 때마다 로프의 외부 와이어는 장력으로 늘어나는 반면 내부 와이어는 압축됩니다. 로프에 비해 시브가 작을수록 굽힘 응력이 더 심해지고 로프에 피로 손상이 더 빨리 축적됩니다. 40:1의 D/D 비율(트랜션 시브에 대한 엘리베이터 안전 표준에서 일반적으로 요구하는 최소값)은 13mm 로프의 경우 최소 시브 피치 직경이 520mm임을 의미합니다.

더 큰 D/d 비율을 사용하면 로프 수명이 크게 연장됩니다. 연구 및 현장 데이터에 따르면 D/d를 40에서 60으로 늘리면 등가 하중 하에서 로프 피로 수명이 두 배 이상 증가할 수 있습니다. 하루에 수백 번 이동하는 고층 상업용 건물과 같은 고속, 고주기 엘리베이터 시스템은 교체 사이에 허용 가능한 로프 서비스 수명을 달성하기 위해 D/d 비율을 60-80 이상으로 지정하는 경우가 많습니다. D/d 비율은 트랙션 시브뿐만 아니라 시스템의 모든 시브에 대해 유지되어야 합니다. 왜냐하면 로프 굽힘 피로는 각 트립 주기 동안 로프가 접촉하는 모든 시브에 걸쳐 누적되기 때문입니다. 디플렉터 시브와 오버헤드 시브는 때때로 트랙션 시브보다 작은 직경으로 지정되지만 로프 피로에 대한 기여도는 전체 로프 수명 계산에서 고려해야 합니다.

엘리베이터 풀리 검사: 점검 사항 및 시기

엘리베이터 활차의 정기 검사는 모든 주요 안전 표준에 따라 엘리베이터 유지 관리의 필수 요소입니다. 시브 검사는 두 가지 목적으로 사용됩니다. 하나는 로프 손상이나 시스템 고장을 일으키기 전에 마모되거나 손상된 시브를 식별하고 시브 시스템이 적절한 견인력과 로프 수명을 계속 제공하는지 확인하는 것입니다. 모든 정기 엘리베이터 유지보수 방문에는 다음 검사 항목이 포함되어야 합니다.

• 홈 마모 측정: 홈 게이지(공칭 홈 프로파일에 맞는 go/no-go 프로파일 게이지)를 사용하여 각 홈의 깊이와 프로파일을 측정합니다. 제조업체의 공차를 초과하여 마모된 홈(일반적으로 홈 반경이 10~15% 이상 증가하거나 언더컷 프로파일이 눈에 띄게 편평해짐)은 다시 가공하거나 시브를 교체해야 합니다. 마모된 홈은 트랙션 시브의 견인력을 감소시키고 디플렉터 시브의 로프 접촉 압력을 증가시켜 로프 마모를 가속화합니다.
• 홈 표면 상태: 홈 표면에 흠집, 균열, 구멍 또는 부식이 있는지 검사하십시오. 스코어링(부러진 로프 와이어에 의해 시브 홈으로 절단된 세로 홈)은 로프에 응력 집중을 생성하고 로프 성능 저하를 극적으로 가속화합니다. 홈이 있는 시브는 매끄러운 홈 표면을 복원하기 위해 재가공해야 하며, 재가공 후 홈 깊이가 최소 이하로 떨어지면 교체해야 합니다.
• 그루브 깊이 일관성: 다중 홈 시브의 모든 홈에 걸쳐 홈 깊이를 측정합니다. 동일하지 않은 홈 깊이는 로프 전반에 걸쳐 동일하지 않은 하중 분포를 유발합니다. 가장 얕은 홈이 가장 높은 하중을 전달하는 반면, 더 깊은 홈에 있는 로프는 장력을 덜 전달합니다. 이러한 하중 불균형은 과부하된 로프의 마모를 가속화하고 전체 시스템 안전 계수를 감소시킵니다. 동일한 시브의 홈 사이의 깊이 변화가 0.5mm를 초과하는 경우 홈을 다시 가공해야 합니다.
• 베어링 상태: 로프를 제거한 상태에서 손으로 시브를 회전시켜 시브 베어링에 소음, 거칠기 또는 과도한 유격이 있는지 확인하십시오. 거칠고 시끄럽거나 느슨한 베어링은 윤활 고장 또는 베어링 마모를 나타내며 즉시 교체해야 합니다. 시브 베어링이 고장나면 시브 정렬 불량으로 인해 로프 마모가 가속화되고 시브 샤프트와 지지 구조에 비정상적인 하중이 가해질 수 있습니다.
• 시브 정렬: 도르래가 로프 경로와 올바르게 정렬되었는지 확인하십시오. 잘못 정렬된 도르래로 인해 로프가 홈을 가로질러 비스듬히 움직이게 되어 로프와 홈을 비대칭으로 마모시키는 측면 힘이 발생하고 로프가 빠른 속도로 홈을 뛰어넘게 될 수 있습니다. 정렬은 직선 모서리나 레이저 정렬 도구를 사용하여 시브 면 전체에서 확인됩니다.
• 시브 가드 상태: 로프 탈선을 방지하기 위해 모든 시브 가드가 제자리에 있고, 손상되지 않았으며, 올바르게 배치되었는지 확인하십시오. 안전 표준에서는 갑작스러운 장력 손실이 발생할 경우 홈에 로프를 고정하기 위해 모든 엘리베이터 활차에 가드를 설치해야 합니다.

엘리베이터 시브 교체 시기

엘리베이터 풀리를 계속 작동하거나 홈을 다시 가공하는 것보다 엘리베이터 풀리 교체 시기를 결정하는 것은 안전, 로프 수명 및 유지 관리 비용의 균형을 맞춰야 하는 판단입니다. 다음 조건은 시브 교체 또는 홈 재가공이 필요하며 검사 중에 확인되면 필수 조치 항목으로 처리해야 합니다.

• 허용 오차를 초과하는 홈 마모: 홈 마모 게이지 측정 결과 홈이 제조업체가 지정한 홈 반경 또는 언더컷 형상 공차를 벗어나 마모된 것으로 나타나고 홈 베이스를 최소 벽 두께 이하로 줄이지 않고도 재가공이 가능하도록 충분한 재료가 남아 있는 경우 홈을 재가공해야 합니다. 재가공을 위한 재료가 충분하지 않은 경우 시브를 교체하십시오.
• 균열 또는 파손: 시브 본체, 허브 또는 림에 눈에 띄는 균열이 있으면 즉시 시브를 교체해야 합니다. 주철 시브의 균열은 반복 하중 하에서 빠르게 전파되어 치명적인 파손을 초래할 수 있습니다. 용접이나 다른 방법으로 갈라진 시브를 수리하려고 시도하지 마십시오.
• 가공할 수 없는 로프 홈 스코어링: 홈 스코어링이 충분히 깊어 스코어 마크를 제거하기 위해 재가공하면 홈이 최소 깊이 이하로 줄어들 수 있으므로 교체가 필요합니다.
• 부식 손상: 습기, 화학적 노출 또는 해안 염분 공기가 많은 환경에서 홈 표면이나 도르래 본체의 심각한 부식 구멍은 구멍 깊이가 도르래의 구조적 완전성 또는 로프 접촉 표면의 매끄러움을 손상시킬 때 교체가 필요할 수 있습니다.
• 베어링 하우징 마모: 베어링 하우징 보어가 마모되거나 손상되어 베어링 외부 레이스를 단단히 고정할 수 없는 경우 시브를 교체해야 합니다. 마모된 하우징에 대형 베어링이나 접착제 수리 화합물을 사용하려는 시도는 엘리베이터 시스템에서 허용되는 안전 관행이 아닙니다.

최신 MRL 및 고속 시스템의 엘리베이터 풀리

1990년대 후반부터 중저층 건물의 주요 설치 유형이 된 MRL(기계실 없는) 엘리베이터 기술은 엘리베이터 시브 시스템에 새로운 과제와 구성을 도입했습니다. MRL 설치에서 견인 기계는 승강로 내부(일반적으로 상단)에 장착되며 로프 형상은 승강로 구조의 제한된 공간 내에 배치된 디플렉터 도르래를 사용하여 설정되어야 합니다. 이는 기존 기계실 설치보다 시브 위치 정확도, 구조적 지지 설계 및 유지 관리 접근 계획에 대한 요구 사항이 훨씬 더 높습니다. MRL 디플렉터 시브는 기계 베드플레이트 어셈블리에 통합되거나 승강로 구조에 용접 또는 볼트로 고정된 전용 강철 브래킷에 장착되는 경우가 많습니다.

4m/s 이상의 속도로 이동하는 고층 건물에 서비스를 제공하는 고속 엘리베이터는 트랙션 시브 성능에 대한 엄격한 요구 사항을 부과합니다. 고속에서는 로프 진동, 공기 역학적 효과, 로프 쉬브 입구 및 출구 지점의 동적 충격력이 모두 크게 증가합니다. 고속 트랙션 시브는 변함없이 단조 강철 또는 고강도 연성철로 이루어지며 진동을 최소화하기 위해 정밀하게 균형을 이루고 고정밀 베어링이 장착되어 있으며 적절한 견인력을 유지하면서 로프 피로를 최소화하는 세심하게 최적화된 홈 프로파일로 설계되었습니다. 최대 4m/s의 속도를 위한 평면 코팅 강철 벨트 시스템(예: Schindler의 Multibelt 및 Otis' Gen2)의 출현으로 홈이 있는 철제 시브의 대안으로 폴리우레탄 라이닝 시브가 도입되었으며, 정밀 홈이 있는 트랙션 시브에 비해 시브 제조를 단순화하는 동시에 중층 응용 분야에서 더 조용한 작동과 더 긴 벨트 서비스 수명을 제공합니다.