Đối với tòa nhà siêu cao tầng, việc sử dụng thang máy có công nghệ cáp thép truyền thống với hành trình trên 800m là bất khả thi vì trọng lượng của các sợi cáp kéo quá nặng.
Dây cáp là thành phần thiết yếu của thang máy cáp kéo vì nó kết nối động cơ thang máy với cabin, puly và đối trọng. Thông thường, dây cáp được làm bằng thép, đủ mạnh để giữ các cabin. Tuy nhiên, trong các tòa nhà siêu cao và siêu lớn, khi những sợi cáp này dài hơn, chúng trở nên cực kỳ nặng – trọng lượng sợi cáp tăng lên theo cấp số nhân với chiều cao. Thực tế, gần 70% trọng lượng của thang máy là của dây cáp, và khi dây quá dài, nó không thể chịu được trọng lượng của chính nó.
Dưới góc độ kỹ thuật, tổng trọng lượng của một chiếc thang máy có tải trọng định mức 2.000kg ở khoảng cách di chuyển 500m có thể lên tới khoảng 27.000kg. Cả khối trọng lượng này cần được tăng tốc và giảm tốc liên tục trong quá trình vận hành thang dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng tăng nhanh tỷ lệ thuận với sự gia tăng chiều cao thang. Một vấn đề quan trọng khác đối với dây cáp dài là khi có gió mạnh, chúng sẽ lắc lư và rung như dây đàn guitar. Do đó, dây cáp dài sẽ nhanh gây ra hư hỏng cho puly và cho chính chúng.
Cáp kéo UltraRope
Để đối phó với những vấn đề này, các công ty thang máy đã và đang nghiên cứu để cải thiện khả năng của cáp. Theo Công ty Schindler (Thụy Sỹ), họ đã phát minh ra sợi dây aramid, bền và nhẹ hơn dây thép thông thường. Tương tự, nhà sản xuất Otis (Mỹ) đã đưa ra loại cáp siêu mỏng được bọc polyurethane. Theo Otis, hệ thống dây cáp mới chắc chắn hơn và có tuổi thọ cao hơn so với dây cáp thép ban đầu của họ. Theo cách tương tự, Mitsubishi đã sản xuất một loại cáp bền hơn, dày đặc hơn kết hợp dây thép xếp đồng tâm. Những sợi cáp bền hơn và nhẹ hơn này đòi hỏi ít năng lượng hơn để di chuyển và vận chuyển cabin thang máy, góp phần tiết kiệm điện năng đáng kể.
Nhà sản xuất KONE (Phần Lan) cũng đưa ra loại cáp kéo mới “UltraRope” bao gồm lõi sợi carbon và lớp phủ ma sát độc đáo, làm cho nó cực kỳ nhẹ và cho phép cabin thang máy di chuyển quãng đường dài hơn. Theo đó, ở quãng đường 500m, trọng lượng của UltraRope chỉ bằng 10% trọng lượng của dây cáp thép truyền thống. Điều này có nghĩa là nếu sử dụng loại cáp mới UltraRope với khoảng cách độ cao 500m, trọng lượng của thang máy 2.000kg chỉ vào khoảng 2.500kg so với 27.000kg nếu sử dụng cáp thép thông thường. Trong trường hợp bảo trì và sửa chữa, UltraRope nhẹ hơn sẽ cần ít thời gian thay thế hơn nhiều so với dây cáp thông thường. Sự giảm trọng lượng cáp kéo cũng góp phần giảm năng lượng tiêu thụ cho thang khoảng 15%. Tiến bộ công nghệ này đã giúp các kiến trúc sư và nhà đầu tư vì mở đường cho một thế hệ mới các tòa nhà ngày càng cao hơn.
Đáng chú ý, vào tháng 5/2020, hãng thang máy Hyundai của Hàn Quốc cũng đã công bố mục tiêu phát triển thang máy nhanh nhất thế giới bằng cách thay thế cáp kéo thép bằng cáp sợi carbon nhẹ hơn. Hyundai tuyên bố thang máy sử dụng cáp kéo carbon có khả năng đi từ dưới lên tầng cao nhất của tòa nhà cao nhất thế giới Burj Khalifa cao 828m ở Dubai chỉ trong 46 giây, nhanh hơn 20% so với hiện tại.
Cáp kéo sợi carbon
Công nghệ quan trọng để thang máy có tốc độ siêu nhanh như vậy là dây cáp kéo bằng sợi carbon có trọng lượng nhẹ hơn 83% so với dây thép thường được sử dụng trong thang máy. Theo Hyundai, độ nhẹ giúp kéo dài quãng đường di chuyển lên 1.000m so với 600m trước đó và cũng giảm 30% mức tiêu thụ điện năng. Ngoài khả năng chịu nhiệt và độ bền kéo cao, loại cáp mới còn được phủ vật liệu polyme để nâng cao độ bền và tăng gấp đôi tuổi thọ.
Để khắc phục nhược điểm của cáp thép thông thường là tự làm mòn chính minh, làm mòn puly và có trọng lượng cao, nhà sản xuất thang máy Orona (Tây Ban Nha) đã nghiên cứu và sản xuất loại cáp thế hệ mới, áp dụng phương pháp bọc lớp vỏ bằng polyme cho cáp thép để giảm mài mòn cáp và puly bên ngoài nhưng vẫn đảm bảo khả năng kéo tốt nhờ có độ ma sát cao.
Cáp SDR của Orona (bên phải)
Đó là SDR (Small-diameter rope – Dây cáp có đường kính nhỏ). So sánh với dây cáp thông thường, SDR có độ bền cao hơn, dây mỏng hơn, có sợi nhỏ hơn giúp đường kính sợi cáp giảm, lớp phủ polyme đảm bảo độ bám và tránh mài mòn các dây bên ngoài. Khả năng chống mỏi vượt trội của cáp Orona SDR dựa vào độ uốn dẻo cao hơn của lõi kim loại có đường kính giảm xuống của nó. Các sợi cáp bên trong hoạt động như trong cáp thông thường, trong khi các sợi bên ngoài, được bọc vỏ nhựa sẽ làm giảm áp suất tiếp xúc với puly và phân bổ lực đều hơn. Hơn nữa, nhờ có vỏ bọc bằng polyme, các sợi cáp bên ngoài đó sẽ chống được sự mài mòn đối với sợi cáp và rãnh puli. Một lượng nhỏ chất bôi trơn đặc biệt sẽ làm giảm sự mài mòn bên trong và tăng tuổi thọ của các sợi cáp lõi.
Nhờ công nghệ mới, cáp SDR hoàn chỉnh chịu được tải trọng kéo đứt tối thiểu cao hơn khoảng 60% so với cáp thông thường có cùng đường kính. Lớp phủ polyme tạo ra hệ số ma sát cao dẫn đến áp suất tiếp xúc giữa cáp và puly thấp, do đó làm giảm sự mài mòn của cáp và puly. Việc sử dụng cáp thế hệ mới còn giúp giảm tiếng ồn và giảm độ rung cabin. Cáp SDR còn giúp giảm kích thước của động cơ, giảm chi phí vận hành và lượng khí thải CO2. Ngoài ra, dây cáp nhẹ hơn giúp lắp ráp nhanh hơn, giảm tiêu thụ năng lượng và giảm các chi phí thay thế linh kiện khác của thang máy.
Cáp SDR sau khi qua thử nghiệm kỹ lưỡng đã được lắp đặt cho hàng vạn thang máy trên khắp thế giới. Được biết, ORONA của Tây Ban Nha là công ty đầu tiên trên thế giới trong lĩnh vực thang máy nhận được chứng chỉ Ecodesign theo tiêu chuẩn ISO 14006. Trong đó, hiệu quả năng lượng là một trong những nguyên tắc cơ bản của Orona trong việc phát triển hệ thống thang máy mới của mình mà cáp SDR là một cấu thành quan trọng của thang máy Orona trong tiến trình xây dựng thương hiệu “thang máy xanh”.
Quốc Hùng – Hà My
Theo Elevator World, Compositesworld và Pulsenews.co.kr
