완충기의 안전성 시험

승강기부품의 안전인증⑧

 

완충기의 안전성 시험

 

 

엘리베이터의 카와 균형추의 하부에는 완충기를 설치하여야 한다. 이 완충기는 엘리베이터가 최하층을 지나쳐서 승강로 피트에 충돌할 때 충격을 완화시키는 최종단 안전장치로 사용된다. 글 이주환(한국산업기술시험원 팀장)

 

 

완충기의 종류

완충기(Buffer)는 크게 에너지축적형(Energy accumulation type)과 에너지분산형(Energy Dissipation Type)으로 나눈다. 에너지축적형 완충기는 스프링식 완충기와 우레탄식 완충기가 대표적이며, 에너지분산형 완충기는 유입식 완충기가 대표적이다. 에너지축적형 완충기는 엘리베이터의 속도가 1㎧를 초과하지 않는 저속에서 사용되며, 에너지분산형 완충기는 엘리베이터의 속도에 관계없이 모두 사용이 가능하다.

[그림 1]은 스프링식 완충기이다. 스프링식 완충기의 행정(Stroke)은 엘리베이터의 정격속도(v)의 115%에 해당하는 중력정지거리의 2배(0.135v2 [m](1))와 같아야 하며, 최소행정은 65㎜보다 작지 않아야 한다.

 

 

 

[그림 2]는 우레탄식 완충기를 나타낸다. 우레탄식 완충기는 비선형특성을 갖고 있으며, 최근 저속 엘리베이터에 대부분 사용되는 추세이다. 제조자는 카자중과 정격하중에 해당하는 최대하중 및 최소하중 범위, 사용할 속도범위를 인증기관에 제시한다.

아래 [그림 3] 및 [그림 4]는 유입식 완충기를 나타낸다. 유입식 완충기의 행정은 엘리베이터의 정격속도(v)의 115%에 해당하는 중력정지거리(0.067v2 [m])와 같아야 한다. 엘리베이터의 정격속도가 2.5㎧ 이상인 경우, 최종단감속장치를 사용하여 유입식 완충기의 행정을 감소시킬 수 있다. 하지만 그 최소행정이 0.42m 보다 작아서는 안 된다. [그림 3]의 유입식 완충기는 카가 완충기를 눌렀다가 해제하면, 압축스프링에 의해 복귀되는 구조이며, [그림 4]의 경우는 플런저 내에 20bar~25bar로 압축된 질소가스에 의해 복귀되는 구조이다.

 

 

 

 

 

완충기의 시험기준

완충기의 안전성 시험 시 요구되는 주요한 시험기준은 엘리베이터의 카나 균형추가 완충기에 충돌 시 감속도와 복귀 성능에 관한 것으로 아래와 같이 요약된다.

 

유입식 완충기의 경우, 정격속도의 115% 속도로 적용범위의 중량으로 충돌시키는 경우 카 또는 균형추의 평균감속도(Average Retardation)는 1.0(9.8㎨) 이하로 되어야 하며, 순간 최대감속도 2.5를 넘는 감속도가 0.04초 이상 지속하지 않아야 한다. 또한 완충기의 플런저를 완전히 압축한 상태에서 5분 동안 유지한 후 완전히 복귀하는 데 걸리는 시간은 120초 이하이어야 한다.
우레탄식 완충기의 경우도 마찬가지로, 충격시험 시 평균감속도는 1.0(9.8㎨) 이하이어야 하며, 2.5를 넘는 감속도가 0.04초 이상 지속되지 않아야 한다. 또한 우레탄식 완충기의 복귀 시 복귀속도는 1㎧를 초과하지 않아야 한다.

 

 

완충기의 시험절차 및 평가

완충기 시험은 완충기 종류에 따라 차이가 있다. 일반적으로 스프링식 완충기의 경우, 최대하중 및 최소하중에서 압축시험을 한 후 영구변형 및 손상유무를 판단한다. 아래 [그림 5] 및 [그림 6]은 스프링식 완충기의 시험을 나타낸다.

 

 

 

▶ 우레탄식 완충기의 시험
우레탄식 완충기는 최대하중 및 최소하중에서 최대 충돌속도(정격속도의 115%의 속도)로 각각 3회의 충격시험을 실시한다.

[그림 7] 및 [그림 8]은 우레탄식 완충기의 시험을 나타낸다. 시험에 필요한 하중(Weight)을 가지고 요구되는 충돌 최대속도에 이르도록 자유 낙하시켜 시험한다. 시험 시 주위온도는 +15~+25℃ 사이를 유지하여야 한다.

 

 

 

우레탄식 완충기는 최대하중으로 3회 시험을 할 때마다 우레탄 완충기의 특성이 적합한지 평가한다. 즉 제조자가 제시한 완충기 행정(Stroke)의 50%와 동등한 행정에서 완충기힘에 대한 기준값(Reference)과 비교하여 5%를 초과하는 변동이 없어야 한다. 최저하중으로 충격시험 시에도 동일하게 평가한다. [그림 9]는 힘의 변동이 5%를 초과하는지를 평가하기 위한 시험이다. 주의하여야 할 점은 시험 30분 전에 우레탄식 완충기가 완전히 압축되도록 압축하중을 한 번 가해주어야 우레탄식 완충기에 대한 힘의 변동을 올바르게 측정할 수 있다.

 

또한 우레탄식 완충기의 감속도를 평가해야 하며, [그림 10]에서와 같이 완충기에 충돌한 순간 최초 2개 절대 최소값 사이의 시간 동안만 감속도를 평가한다. 평균감속도는 1.0(9.8㎨) 이하이어야 하며, 2.5를 넘는 감속도가 0.04초 이상 지속되지 않아야 한다. 최근 개정된 유럽의 인증기준(EN81-50:2014)에서는 최대피크감속도(Maximum Peak Retardation)가 6.0을 초과하지 않아야 한다고 규정하고 있어 국내 기준에도 이를 반영할 필요가 있다.

 

 

▶ 유입식 완충기의 시험
유입식 완충기는 최대하중에서 1회, 최소하중에서 1회를 충격시험을 실시하고 이 때 평균감속도, 최대감속도, 완충기 복귀시간 및 오일 손실량을 평가한다.

 

아래 [그림 11] 및 [그림 12]는 유입식 완충기의 충격시험 전·후를 보여준다. 시험 시 주위 온도는 +15~+25℃ 사이를 유지하여야 한다. 충격시험 후 다른 충격시험을 진행하기 전에 오일이 탱크로 복귀하고 공기 방울이 없어지도록 30분 정도 기다리는 것이 필요하다.

 

두 번의 충격시험 후 완충기의 오일손실 점검하며, 정상동작을 하기에 오일이 충분한지, 완충기는 영구변형 및 손상이 발생하지 않았는지 확인한다. 이 같은 시험을 통해 한국산업기술시험원(KTL)에서는 완충기에 대한 기준을 만족한 완충기에 대해 KC인증서를 발급한다.

 

 

완충기의 현장 적용

스프링식 완충기의 적용하중은 최대압축하중의 1/4배에서 1/2.5배의 범위에서 결정하여 사용한다. 우레탄식 완충기의 경우 인증서 상에 표시된 최소 및 최대하중 범위에서 사용하여야 한다. 만약 우레탄식 완충기가 카 측에 사용된다면 카자중과 정격하중의 값이 인증서 상 표시된 최소 및 최대하중 범위 내인지를 확인하여야 한다.

유입식 완충기 경우, 인증서에 표시된 최소적용하중은 카자중 +65㎏의 하중을 의미하며, 최대적용하중은 ‘카자중+정격하중’을 의미하므로 사용에 유의하여야 한다. 특히 유입식 완충기의 경우 적정한 오일이 충분히 채워져 있는지, 완충기가 완전히 복귀되어 있는지, 전기적 안전스위치는 제대로 작동하는지 확인하여 사용상 안전을 유지하는 것이 중요하다.

 

 

시험결과의 평가는 [그림 13] 및 [그림 14]에서 보여준다. 평균감속도를 평가할 때, 감속도의 후단부 중 0.5㎨ 이하의 구간은 무시하고 평가한다.