JP2015175828A - 転動装置の状態監視装置およびそれを備える風力発電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】水素脆性に起因する転動装置の異常を監視する状態監視装置およびそれを備える風力発電設備において、高精度な状態監視を低コストで実現する。
【解決手段】湿度異常検出部８２は、湿度センサ１４０により検出される湿度が所定のしきい値Ｈ１を超えると、その旨を異常監視部８６へ通知する。振動異常検出部８４は、振動センサ７０の検出値に基づいて軸受の振動異常を検出し、その旨を異常監視部８６へ通知する。異常監視部８６は、湿度異常検出部８２および振動異常検出部８４の各検出結果に基づいて、転動装置内の軸受の異常を監視する。
【選択図】図３

Description

この発明は、転動装置の状態監視装置およびそれを備える風力発電設備に関し、特に、転動装置に含まれる軸受の異常を監視する状態監視装置およびそれを備える風力発電設備に関する。

転がり軸受や歯車などの転動部品は、潤滑油に水分が混入した条件下で使用されると、水が分解して水素が発生し、それが鋼中に侵入することによって鋼の疲労強度が著しく低下する（水素脆性）。このような水素脆性に起因した転動装置の異常を監視することが行なわれている。

たとえば、特開２０１２−１８１１６８号公報（特許文献１）には、軸受を備えた転動装置の状態監視装置において、潤滑油中の混入水分濃度を監視し、かつ振動検出による異常診断と併用することによって、水素脆性に起因する軸受の異常診断を行なうことが開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１２−１８１１６８号公報

上記の状態監視装置では、潤滑油中の混入水分濃度を測定して異常診断が行なわれる。しかしながら、潤滑油中の混入水分濃度の測定データは、不安定になる可能性がある。たとえば、混入した水分のかたまりがセンサ部を通過すると、測定データが大きく変動し得る。測定データが不安定になると、異常診断の精度も低下する。また、潤滑油中の混入水分濃度を測定する手法は、装置が複雑化・大型化し、設備コストも高くなり得る。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、水素脆性に起因する転動装置の異常を監視する状態監視装置およびそれを備える風力発電設備において、高精度な状態監視を低コストで実現することである。

この発明によれば、転動装置の状態監視装置は、湿度センサと、振動センサと、監視部とを備える。湿度センサは、転動装置の設置場所における湿度を検出するためのセンサである。振動センサは、転動装置に含まれる軸受の振動を検出するためのセンサである。監視部は、湿度センサの検出値と振動センサの検出値とに基づいて上記軸受の異常を監視する。

軸受の接触面において鋼中へ侵入する水素のうち、鋼の早期損傷をもたらすのは拡散性水素である。この状態監視装置においては、鋼中の拡散性水素量と周囲の湿度とに相関があることに着目して、転動装置の設置場所において湿度センサにより湿度が検出され、その検出値が異常監視に用いられる。湿度センサは安価であり、また、その測定データは安定的である。このような湿度センサの検出値と、軸受の損傷により生じる振動を検出するための振動センサの検出値とに基づいて異常監視を行なうことにより、水素脆性に起因する転動装置の異常監視を高精度にかつ低コストで実現することができる。

好ましくは、監視部は、湿度センサの検出値がしきい値を超えると第１の警報を出力し、振動センサの検出値に基づく振動異常が検知されると第２の警報を出力する。

さらに好ましくは、転動装置の状態監視装置は、気圧センサをさらに備える。気圧センサは、転動装置のハウジング内外の気圧差を検出するためのセンサである。湿度センサは、ハウジングの外部に設けられる。監視部は、ハウジングの外部に対してハウジングの内部が負圧の場合に、湿度センサの検出値がしきい値を超えると、第１の警報を出力する。

また、好ましくは、監視部は、湿度センサの検出値がしきい値を超え、かつ、振動センサの検出値に基づく振動異常が検知されると、警報を出力する。

さらに好ましくは、転動装置の状態監視装置は、気圧センサをさらに備える。気圧センサは、転動装置のハウジング内外の気圧差を検出するためのセンサである。湿度センサは、ハウジングの外部に設けられる。監視部は、ハウジングの外部に対してハウジングの内部が負圧の場合に、湿度センサの検出値がしきい値を超え、かつ、振動センサの検出値に基づく振動異常が検知されると、警報を出力する。

好ましくは、転動装置の状態監視装置は、エアブリーザをさらに備える。エアブリーザは、転動装置のハウジングの空気口に設けられ、ハウジング内へ流入する空気に含まれる水分を捕捉可能である。

好ましくは、転動装置の状態監視装置は、除湿装置をさらに備える。除湿装置は、転動装置のハウジングの内部に設けられる。

また、この発明によれば、風力発電設備は、軸受を含む転動装置と、上述したいずれかの転動装置の状態監視装置とを備える。

好ましくは、転動装置は、ブレードから回転力を受ける主軸の回転を増速する増速機を含む。

この発明によれば、水素脆性に起因する転動装置の異常を監視する状態監視装置およびそれを備える風力発電設備において、高精度な状態監視を低コストで実現することができる。

実施の形態１による転動装置の状態監視装置が適用された風力発電設備の概略構成図である。 増速機の構成を示した図である。 図１に示したデータ処理装置の構成を機能的に示す機能ブロック図である。 絶対湿度と拡散性水素量との関係を示した図である。 図３に示した振動異常検出部の機能ブロック図である。 軸受に異常が発生していないときの振動波形を示した図である。 軸受の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生したときに見られる振動波形を示した図である。 軸受の軌道輪に剥離が発生したときの初期段階における振動波形を示した図である。 剥離異常の末期段階に見られる軸受の振動波形を示した図である。 軸受の軌道輪の一部に剥離が生じ、その後、軌道輪全域に剥離が転移していったときの振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。 軸受の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生したときの振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。 実施の形態２における増速機の構成を示した図である。 実施の形態２におけるデータ処理装置の構成を機能的に示す機能ブロック図である。 他の実施の形態における増速機の構成例を示した図である。 さらに他の実施の形態における風力発電設備の構成例を示した図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下に複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付して、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による転動装置の状態監視装置が適用された風力発電設備の概略構成図である。図１を参照して、風力発電設備１０は、主軸２０と、ブレード３０と、増速機４０と、発電機５０と、主軸用軸受装置６０と、振動センサ７０と、データ処理装置８０とを備える。増速機４０、発電機５０、主軸用軸受装置６０、振動センサ７０およびデータ処理装置８０は、ナセル９０に格納され、ナセル９０は、タワー１００によって支持される。

なお、転動装置とは、軸受や歯車など、接触要素を含む部品を備える装置の総称であり、この風力発電設備１０では、増速機４０や主軸用軸受装置６０が該当する。これら増速機４０や主軸用軸受装置６０には、各種の転がり軸受が用いられ、油により潤滑されている。以下では、転動装置の状態監視装置は、増速機４０内に含まれる軸受の状態を監視するものとして説明する。

主軸２０は、ナセル９０内に進入して増速機４０の入力軸に接続され、主軸用軸受装置６０によって回転自在に支持される。そして、主軸２０は、風力を受けたブレード３０により発生する回転トルクを増速機４０の入力軸へ伝達する。ブレード３０は、主軸２０の先端に設けられ、風力を回転トルクに変換して主軸２０に伝達する。

主軸用軸受装置６０は、ナセル９０内において固設され、主軸２０を回転自在に支持する。主軸用軸受装置６０は、転がり軸受と、ハウジングと、転がり軸受を油潤滑する潤滑機構（図示せず）とによって構成される。転がり軸受は、たとえば、自動調芯ころ軸受や、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、玉軸受等によって構成される。なお、これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。

増速機４０は、主軸２０と発電機５０との間に設けられ、主軸２０の回転速度を増速して発電機５０へ出力する。増速機４０内には、複数の回転軸と、それらの回転軸を回転自在に支持する複数の軸受が設けられている。なお、増速機４０内の軸受にも、主軸用軸受装置６０と同様に転がり軸受が採用される。

図２は、増速機４０の構成を示した図である。なお、この図２では、増速機４０の構成の一例が示されており、増速機４０の構成は、図２に示される構成に限定されるものではない。

図２を参照して、入力軸１２１と出力軸１２２との間に、１次増速機としての遊星歯車機構１２３と、２次増速機１２４とが設けられる。遊星歯車機構１２３は、入力軸１２１と一体のキャリア１２５に遊星歯車１２６を設置し、遊星歯車１２６を内歯のリングギヤ１２７と太陽歯車１２８とに噛み合わせ、太陽歯車１２８と一体の軸を中間出力軸１２９とするものである。２次増速機１２４は、複数の歯車１３１〜１３４を介して中間出力軸１２９の回転を出力軸１２２へ伝達する歯車列によって構成される。遊星歯車１２６や、遊星歯車１２６を支持する軸受１３５、リングギヤ１２７、２次増速機１２４の歯車１３１等の各転動部品が、ハウジング１０４内の潤滑油貯留槽１０４ａの潤滑油１０５内に浸漬される。

増速機４０には、さらに、湿度センサ１４０が設けられる。湿度センサ１４０は、増速機４０の設置場所における湿度を検出するためのセンサであり、この実施の形態１では、湿度センサ１４０は、ハウジング１０４の内部に設けられる。そして、湿度センサ１４０は、ハウジング１０４内部の絶対湿度（相対湿度でもよい。）を検出し、その検出値をデータ処理装置８０（図１）へ出力する。湿度センサ１４０は、たとえば、電気抵抗式の湿度センサや、静電容量式の湿度センサによって構成される。

再び図１を参照して、発電機５０は、増速機４０の出力軸に接続され、増速機４０から受ける回転トルクによって発電する。発電機５０は、たとえば、誘導発電機によって構成される。なお、この発電機５０内にも、ロータを回転自在に支持する軸受が設けられている。

振動センサ７０は、増速機４０内の軸受の振動を検出するためのセンサであり、増速機４０に固設される。そして、振動センサ７０は、その検出値をデータ処理装置８０へ出力する。振動センサ７０は、たとえば、圧電素子を用いた加速度センサによって構成される。

データ処理装置８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、記憶装置、入出力バッファ等（いずれも図示せず）を含む。データ処理装置８０は、湿度センサ１４０から湿度の検出値を受け、振動センサ７０から振動の検出値を受ける。そして、データ処理装置８０は、これらの各検出値に基づいて、予め設定されたプログラムに従って、増速機４０内の軸受の異常を監視する。

図３は、図１に示したデータ処理装置８０の構成を機能的に示す機能ブロック図である。図３を参照して、データ処理装置８０は、湿度異常検出部８２と、振動異常検出部８４と、異常監視部８６と、通信部８８とを含む。

湿度異常検出部８２は、湿度センサ１４０の検出値を受ける。そして、湿度異常検出部８２は、湿度センサ１４０により検出される湿度が所定のしきい値Ｈ１を超えると、その旨を異常監視部８６へ通知する。このしきい値Ｈ１は、以下に示すように、湿度と鋼中の拡散性水素量との関係に基づいて予め設定される。

高湿の外気が転動装置内に導入されると、転動装置内に生じた結露や直接高湿の空気から軸受の潤滑油に水分が混入する。特に、風力発電設備は、風雨や高温多湿の環境下で使用され得るので、転動装置内の軸受の潤滑油に多くの水分が混入し得る。潤滑油に水分が混入すると、混入した水分が分解して発生した水素が接触面において鋼中に侵入することによって早期損傷が発生し得る。鋼中に侵入する水素のうち、早期損傷をもたらすのは拡散性水素である。拡散性水素とは、鋼中の原子空孔や転位等にトラップされた水素である。拡散性水素が鋼中に侵入すると、鋼の疲労強度が著しく低下し（「水素脆性」という。）、軸受の早期損傷をもたらす。そして、鋼中の拡散性水素量は、以下に示すように周囲の湿度に依存する。

図４は、絶対湿度と拡散性水素量との関係を示した図である。なお、この図４は、試験空間内において試験空間内の絶対湿度と試験片に侵入した拡散性水素量との関係を示したものである。図４を参照して、絶対湿度が高まるに従って、拡散性水素量が増加することが分かる。このことから、増速機４０の軸受を構成する鋼中に侵入する拡散性水素量は、増速機４０の設置場所における湿度、より詳しくは増速機４０のハウジング１０４内部の湿度に大きく依存するといえる。

そこで、この実施の形態１では、湿度上昇に応じて鋼中の拡散性水素量が増加することにより水素脆性が進行して軸受損傷が生じ得るしきい値Ｈ１が実験的に求められる。そして、増速機４０内に湿度センサ１４０が設けられ、湿度センサ１４０により検出される湿度がしきい値Ｈ１を超えると、軸受損傷のリスクが高まっているものとして、その旨が異常監視部８６へ通知される。

再び図３を参照して、振動異常検出部８４は、振動センサ７０の検出値を受ける。そして、振動異常検出部８４は、振動センサ７０の検出値に基づいて増速機４０内の軸受の振動異常を検出し、その旨を異常監視部８６へ通知する。なお、振動異常検出部８４は、湿度異常検出部８２の検出結果に基づいて、振動異常を検知するためのしきい値の大きさを変えてもよい。たとえば、湿度異常検出部８２により増速機４０内の湿度の上昇が検知されたとき、振動異常を検知するためのしきい値を小さくする等してもよい。

異常監視部８６は、湿度異常検出部８２および振動異常検出部８４の各々の検出結果を受ける。そして、異常監視部８６は、それらの各検出結果に基づいて、増速機４０内の軸受の異常を監視する。たとえば、異常監視部８６は、湿度異常検出部８２から異常検出の通知を受けると、増速機４０内の軸受において水素脆性が進行して軸受損傷が生じるリスクが高まっていることを示す第１の警報を出力するように通信部８８へ通知する。また、異常監視部８６は、振動異常検出部８４から異常検出の通知を受けると、増速機４０内の軸受において剥離等の損傷が発生している可能性が高いことを示す第２の警報を出力するように通信部８８へ通知する。

通信部８８は、異常監視部８６の監視結果を受け、たとえば地上の監視サーバ（図示せず）へその監視結果を送信する。ナセル９０（図１）は、タワー１００によって高所に設けられているところ、通信部８８は、たとえば無線通信器によって構成され、異常監視部８６から受ける監視結果を地上の監視サーバへ無線により送信する。なお、異常監視部８６が警報を直接出力してもよい。

なお、異常監視部８６は、湿度異常検出部８２から異常検出の通知を受け、かつ、振動異常検出部８４から実際の振動に基づく異常検出の通知を受けたときに、警報を出力するように通信部８８へ通知するようにしてもよい。なお、この場合も、振動異常検出部８４において、湿度異常検出部８２の検出結果に基づいて、振動異常を検知するためのしきい値の大きさを変えてもよい。

このように、この実施の形態１によれば、安価かつ安定的な湿度センサ１４０の検出値と振動センサ７０の検出値とに基づいて、水素脆性に起因する転動装置の異常監視を高精度にかつ低コストで実現することができる。

なお、振動異常検出部８４による振動異常は、たとえば以下のように検出される。図５は、図３に示した振動異常検出部８４の機能ブロック図である。図５を参照して、振動異常検出部８４は、ハイパスフィルタ（以下、「ＨＰＦ（High Pass Filter）」と称する。）２１０，２５０と、実効値演算部２２０，２６０と、エンベロープ処理部２４０と、記憶部２８０と、診断部２９０とを含む。

ＨＰＦ２１０は、振動センサ７０の検出信号について、予め定められた周波数よりも高い信号成分を通過させ、低周波成分を遮断する。このＨＰＦ２１０は、振動センサ７０からの振動波形に含まれる直流成分を除去するために設けられたものである。なお、振動センサ７０からの出力が直流成分を含まないものであれば、ＨＰＦ２１０を省略してもよい。

実効値演算部２２０は、直流成分が除去された振動波形をＨＰＦ２１０から受ける。そして、実効値演算部２２０は、振動波形の実効値（「ＲＭＳ（Root Mean Square）値」とも称される。）を算出し、その算出された振動波形の実効値を記憶部２８０へ出力する。

エンベロープ処理部２４０は、振動センサ７０の検出信号にエンベロープ処理を行なうことによって、振動波形のエンベロープ波形を生成する。なお、エンベロープ処理部２４０において演算されるエンベロープ処理には、種々の公知の手法を適用可能であり、一例として、振動波形を絶対値に整流し、ローパスフィルタ（ＬＰＦ（Low Pass Filter））に通すことによって、振動波形のエンベロープ波形が生成される。

ＨＰＦ２５０は、振動波形のエンベロープ波形について、予め定められた周波数よりも高い信号成分を通過させ、低周波成分を遮断する。このＨＰＦ２５０は、エンベロープ波形に含まれる直流成分を除去し、エンベロープ波形の交流成分を抽出するために設けられたものである。

実効値演算部２６０は、直流成分が除去されたエンベロープ波形、すなわちエンベロープ波形の交流成分をＨＰＦ２５０から受ける。そして、実効値演算部２６０は、その受けたエンベロープ波形の交流成分の実効値（ＲＭＳ値）を算出し、その算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値を記憶部２８０へ出力する。

記憶部２８０は、実効値演算部２２０により算出された振動波形の実効値と、実効値演算部２６０により算出されたエンベロープ波形の交流成分の実効値とを同期させて時々刻々記憶する。この記憶部２８０は、たとえば、読み書き可能な不揮発性のメモリ等によって構成される。

診断部２９０は、記憶部２８０に時々刻々記憶された、振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値を記憶部２８０から読出し、その読出された２つの実効値に基づいて振動異常を診断する。詳しくは、診断部２９０は、振動波形の実効値とエンベロープ波形の交流成分の実効値との時間的変化の推移に基づいて異常を診断する。

すなわち、実効値演算部２２０により算出される振動波形の実効値は、エンベロープ処理を行なっていない生の振動波形の実効値であるので、たとえば、軌道輪の一部に剥離が発生し、その剥離箇所を転動体が通過するときのみ振幅が増加するインパルス的な振動に対しては値の増加が小さいけれども、軌道輪と転動体との接触部の面荒れや潤滑不良時に発生する持続的な振動に対しては値の増加が大きくなる。

一方、実効値演算部２６０により算出されるエンベロープ波形の交流成分の実効値は、軌道輪の面荒れや潤滑不良時に発生する持続的な振動に対しては値の増加が小さく、場合によっては増加しないけれども、インパルス的な振動に対しては値の増加が大きくなる。そこで、振動波形の実効値とエンベロープ波形の交流成分の実効値とを用いることによって、一方の実効値だけでは検出できない異常を検出可能とし、より正確な異常診断を実現可能とする。

図６〜図９は、振動センサ７０を用いて測定される増速機４０の軸受の振動波形を示した図である。なお、この図６〜図９では、主軸２０（図１）の回転速度が一定の場合の振動波形が示されている。

図６は、軸受に異常が発生していないときの振動波形を示した図である。図６を参照して、横軸は時間を示し、縦軸は、振動の大きさを表わす指標で、ここでは一例として振動の加速度を示す。

図７は、軸受の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生したときに見られる振動波形を示した図である。図７を参照して、軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生すると、加速度が増加し、かつ、加速度の増加した状態が持続的に生じる。振動波形に目立ったピークは発生していない。したがって、このような振動波形について、異常が発生していないときの振動波形の実効値（実効値演算部２２０（図５）の出力）およびエンベロープ波形の交流成分の実効値（実効値演算部２６０（図５）の出力）と比較すると、エンベロープ処理を行なっていない生の振動波形の実効値が増加し、エンベロープ波形の交流成分の実効値はそれ程増加しない。

図８は、軸受の軌道輪に剥離が発生したときの初期段階における振動波形を示した図である。図８を参照して、剥離異常の初期段階は、軌道輪の一部に剥離が発生している状態であり、その剥離箇所を転動体が通過するときに大きな振動が発生するので、パルス的な振動が軸の回転に応じて周期的に発生する。剥離箇所以外を転動体が通過しているときは、加速度の増加は小さい。したがって、このような振動波形について、異常が発生していないときの振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値と比較すると、エンベロープ波形の交流成分の実効値が増加し、生の振動波形の実効値はそれ程増加しない。

図９は、剥離異常の末期段階に見られる軸受の振動波形を示した図である。図９を参照して、剥離異常の末期段階は、軌道輪の全域に剥離が転移している状態であり、異常の初期段階に比べて、加速度が全体的に増加し、加速度の振幅に対する変動は弱まる。したがって、このような振動波形について、剥離異常の初期段階における振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値と比較すると、生の振動波形の実効値が増加し、エンベロープ波形の交流成分の実効値は低下する。

図１０は、軸受の軌道輪の一部に剥離が生じ、その後、軌道輪全域に剥離が転移していったときの振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。なお、この図１０および以下に説明する図１１では、主軸２０の回転速度が一定の場合の各実効値の時間的変化が示されている。

図１０を参照して、曲線Ｌ１は、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値の時間的変化を示し、曲線Ｌ２は、エンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示す。剥離が発生する前の時刻ｔ１では、振動波形の実効値（Ｌ１）およびエンベロープ波形の交流成分の実効値（Ｌ２）のいずれも小さい。なお、時刻ｔ１における振動波形は、上述の図６に示した波形のようになる。

軸受の軌道輪の一部に剥離が発生すると、図８で説明したように、エンベロープ波形の交流成分の実効値（Ｌ２）が大きく増加し、一方、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値（Ｌ１）はそれ程増加しない（時刻ｔ２近傍）。

さらにその後、軌道輪の全域に剥離が転移すると、図９で説明したように、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値（Ｌ１）が大きく増加し、一方、エンベロープ波形の交流成分の実効値（Ｌ２）は低下する（時刻ｔ３近傍）。

また、図１１は、軸受の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生したときの振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示した図である。図１１を参照して、図１０と同様に、曲線Ｌ１は、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値の時間的変化を示し、曲線Ｌ２は、エンベロープ波形の交流成分の実効値の時間的変化を示す。

軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生する前の時刻ｔ１１では、振動波形の実効値（Ｌ１）およびエンベロープ波形の交流成分の実効値（Ｌ２）のいずれも小さい。なお、時刻ｔ１１における振動波形は、上述の図６に示した波形のようになる。

軸受の軌道輪の面荒れや潤滑不良が発生すると、図７で説明したように、エンベロープ処理を行なっていない振動波形の実効値（Ｌ１）が増加し、一方、エンベロープ波形の交流成分の実効値（Ｌ２）の増加は見られない（時刻ｔ１２近傍）。

このように、振動センサ７０を用いて測定された振動波形の実効値、および振動センサ７０を用いて測定された振動波形にエンベロープ処理を行なうことによって生成されるエンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて、転動装置（軸受）の異常を診断することによって、従来の周波数分析による手法に比べて正確な異常診断を実現することができる。

なお、主軸２０（図１）の回転速度が変化すると、転動装置（軸受）の振動の大きさが変化する。一般的には、主軸２０の回転速度の増加に伴ない軸受の振動は増加する。そこで、軸受の振動波形の実効値およびエンベロープ波形の交流成分の実効値の各々を主軸２０の回転速度で正規化し、その正規化された各実効値を用いて異常診断を実行するようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態１においては、鋼中の拡散性水素量と周囲の湿度とに相関があることに着目して、増速機４０内の湿度が湿度センサ１４０により検出され、その検出値が異常監視に用いられる。湿度センサ１４０は安価であり、また、その測定データは安定的である。この実施の形態１によれば、このような湿度センサ１４０の検出値と、軸受の損傷により生じる振動を検出するための振動センサ７０の検出値とに基づいて異常監視を行なうことにより、水素脆性に起因する異常の監視を高精度にかつ低コストで実現することができる。

［実施の形態２］
日々の寒暖や設備稼働に伴なう温度変動等により、転動装置内部（増速機４０の内部）の圧力は変動する。増速機４０の外部（ハウジング１０４の外部）に対して内部が負圧の場合、湿度を含んだ大気が増速機４０内に流入し、水素脆性による軸受の早期損傷が生じ得る。また、センサは、装置の外部に設置した方がメンテナンスし易い。そこで、この実施の形態２では、湿度センサ１４０が増速機４０の外部に設置されるとともに、増速機４０の内外の気圧差が検出され、増速機４０の内部が外部に対して負圧の場合に、湿度センサ１４０の検出値に基づく異常検知が実施される。

図１２は、実施の形態２における増速機４０の構成を示した図である。なお、この図１２で示される構成も一例であり、増速機４０の構成はこれに限定されるものではない。図１２を参照して、この増速機４０は、図２に示した実施の形態１における増速機の構成において、気圧センサ１４２をさらに備え、湿度センサ１４０がハウジング１０４の外部（たとえば外周面）に設けられる。

気圧センサ１４４は、ハウジング１０４の外部（たとえば外周面）に設けられる。気圧センサ１４６は、ハウジング１０４の内部（たとえば内周面）に設けられる。気圧センサ１４４の検出値と気圧センサ１４６の検出値との差を算出することによって、増速機４０の内外の気圧差が検出される。湿度センサ１４０は、ハウジング１０４外部の絶対湿度（相対湿度でもよい。）を検出し、その検出値をデータ処理装置へ出力する。

なお、増速機４０のその他の構成は、図２に示した実施の形態１の構成と同じである。また、増速機４０を含む風力発電設備の全体の構成も、図１に示した実施の形態１の構成と同じである。

図１３は、実施の形態２におけるデータ処理装置の構成を機能的に示す機能ブロック図である。図１３を参照して、このデータ処理装置８０Ａは、図３に示した実施の形態１におけるデータ処理装置８０の構成において、気圧差算出部８９をさらに含み、湿度異常検出部８２に代えて湿度異常検出部８２Ａを含む。

気圧差算出部８９は、気圧センサ１４２（気圧センサ１４４，１４６）から気圧の検出値を受ける。そして、気圧差算出部８９は、その受けた検出値に基づいて、増速機４０のハウジング１０４内外の気圧差を算出する。

湿度異常検出部８２Ａは、気圧差算出部８９から気圧差の算出値を受け、湿度センサ１４０の検出値を受ける。そして、湿度異常検出部８２Ａは、増速機４０のハウジング１０４の内部が外部に対して負圧である場合に、湿度センサ１４０により検出される湿度が所定のしきい値Ｈ１を超えると、その旨を異常監視部８６へ通知する。振動異常検出部８４は、図３で説明したとおりである。このような構成により、増速機４０のハウジング１０４内部の湿度上昇を予測することができ、水素脆性による軸受損傷のリスクを早期に予測することができる。

また、増速機４０の軸受シール部１３７（図１２）やケース接合部（図示せず）等が損傷すると、増速機４０内に外気が急激に流入し、外気の湿度が高い場合には増速機４０内部の湿度が急激に上昇する。この実施の形態２では、このような異常も気圧センサ１４２によって早期に検出することができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、気圧センサ１４２を設けることによって、増速機４０のハウジング１０４内部の湿度上昇を予測し、水素脆性による軸受損傷のリスクを早期に予測することができる。

なお、図１４に示すように、増速機４０のハウジング１０４には、空気口１４８が設けられているところ、この空気口１４８に、ハウジング１０４内へ流入する空気に含まれる水分を捕捉可能なエアブリーザ１５０を設けてもよい。あるいは、ハウジング１０４の内部に、ハウジング内部を除湿するための除湿装置１５２を設けてもよい。エアブリーザ１５０や除湿装置１５２を設けることによって、増速機４０内の湿度上昇を抑えることができ、その結果、増速機４０内の軸受が水素脆性により損傷するのを抑えることができる。

なお、エアブリーザ１５０および除湿装置１５２は、いずれか一方を設けてもよいし、双方を設けてもよい。また、図１４では、実施の形態１における増速機４０に対してエアブリーザ１５０や除湿装置１５２を設ける構成が示されたが、図１２に示した実施の形態２における増速機４０に対して、エアブリーザ１５０や除湿装置１５２を設けてもよい。

また、湿度センサ１４０と気圧センサ１４２とは、近接して配置してもよいが、エアブリーザ１５０（すなわち空気口１４８の位置）および除湿装置１５２と、湿度センサ１４０および気圧センサ１４２とは、たとえば増速機４０の周方向等に離して配置するのが好ましい。さらに、除湿装置１５２は、空気口１４８から離して配置するのが好ましい。

また、上記の各実施の形態では、転動装置の状態監視装置は、増速機４０内に含まれる軸受の状態を監視するものとしたが、図１５に示すように、主軸用軸受装置６０に湿度センサ１４０を設け、転動装置の状態監視装置は、主軸用軸受装置６０内に含まれる転がり軸受の状態を監視するものとしてもよい。

また、転動装置の状態監視装置は、増速機４０内の歯車の状態を監視するものであってもよい。この場合、振動センサ７０は、増速機４０内の歯車の振動を検出するものとし、図３や図１３に示した振動異常検出部８４は、振動センサ７０により検出される歯車の振動が所定のしきい値を超えると、その旨を異常監視部８６へ通知するようにしてもよい。

今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 風力発電設備、２０ 主軸、３０ ブレード、４０ 増速機、５０ 発電機、６０ 主軸用軸受装置、７０ 振動センサ、８０，８０Ａ データ処理装置、８２，８２Ａ 湿度異常検出部、８４ 振動異常検出部、８６ 異常監視部、８８ 通信部、８９ 気圧差算出部、９０ ナセル、１００ タワー、１０４ ハウジング、１０４ａ 潤滑油貯留槽、１０５ 潤滑油、１２１ 入力軸、１２２ 出力軸、１２３ 遊星歯車機構、１２４ ２次増速機、１２５ キャリア、１２６ 遊星歯車、１２７ リングギヤ、１２８ 太陽歯車、１２９ 中間出力軸、１３１〜１３４ 歯車、１３５ 軸受、１４０ 湿度センサ、１４２，１４４，１４６ 気圧センサ、１４８ 空気口、１５０ エアブリーザ、１５２ 除湿装置、２１０，２５０ ＨＰＦ、２２０，２６０ 実効値演算部、２４０ エンベロープ処理部、２８０ 記憶部、２９０ 診断部。

Claims (9)

1. 軸受を含む転動装置の状態監視装置であって、
   前記転動装置の設置場所における湿度を検出するための湿度センサと、
   前記軸受の振動を検出するための振動センサと、
   前記湿度センサの検出値と前記振動センサの検出値とに基づいて前記軸受の異常を監視する監視部とを備える、転動装置の状態監視装置。
2. 前記監視部は、前記湿度センサの検出値がしきい値を超えると第１の警報を出力し、前記振動センサの検出値に基づく振動異常が検知されると第２の警報を出力する、請求項１に記載の転動装置の状態監視装置。
3. 前記転動装置のハウジング内外の気圧差を検出するための気圧センサをさらに備え、
   前記湿度センサは、前記ハウジングの外部に設けられ、
   前記監視部は、前記ハウジングの外部に対して前記ハウジングの内部が負圧の場合に、前記湿度センサの検出値が前記しきい値を超えると、前記第１の警報を出力する、請求項２に記載の転動装置の状態監視装置。
4. 前記監視部は、前記湿度センサの検出値がしきい値を超え、かつ、前記振動センサの検出値に基づく振動異常が検知されると、警報を出力する、請求項１に記載の転動装置の状態監視装置。
5. 前記転動装置のハウジング内外の気圧差を検出するための気圧センサをさらに備え、
   前記湿度センサは、前記ハウジングの外部に設けられ、
   前記監視部は、前記ハウジングの外部に対して前記ハウジングの内部が負圧の場合に、前記湿度センサの検出値がしきい値を超え、かつ、前記振動センサの検出値に基づく振動異常が検知されると、前記警報を出力する、請求項４に記載の転動装置の状態監視装置。
6. 前記転動装置のハウジングの空気口に設けられ、前記ハウジング内へ流入する空気に含まれる水分を捕捉可能なエアブリーザをさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の転動装置の状態監視装置。
7. 前記転動装置のハウジングの内部に設けられる除湿装置をさらに備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の転動装置の状態監視装置。
8. 軸受を含む転動装置と、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の転動装置の状態監視装置とを備える風力発電設備。
9. 前記転動装置は、ブレードから回転力を受ける主軸の回転を増速する増速機を含む、請求項８に記載の風力発電設備。

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