JP2017090145A - 風車ブレード変形計測装置及び風車ブレード変形評価システム - Google Patents
風車ブレード変形計測装置及び風車ブレード変形評価システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017090145A JP2017090145A JP2015218230A JP2015218230A JP2017090145A JP 2017090145 A JP2017090145 A JP 2017090145A JP 2015218230 A JP2015218230 A JP 2015218230A JP 2015218230 A JP2015218230 A JP 2015218230A JP 2017090145 A JP2017090145 A JP 2017090145A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blade
- deformation
- unmanned aircraft
- distance
- evaluation system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Abstract
【課題】センサと風速の情報取得に格別の同期を必要とせず、簡便、かつ高精度にブレード剛性を求めることが可能な風車ブレード変形計測装置及び風車ブレード変形評価システムを提供する。
【解決手段】GPSにより位置情報を取得し風車装置の回転翼であるブレード近傍の空中で停止するホバリング動作を行い、搭載したセンサによりブレードの変形の情報を取得するとともに、自己位置における風速の情報を得る無人航空機で構成されたことを特徴とするブレード変形計測装置。
【選択図】図1
【解決手段】GPSにより位置情報を取得し風車装置の回転翼であるブレード近傍の空中で停止するホバリング動作を行い、搭載したセンサによりブレードの変形の情報を取得するとともに、自己位置における風速の情報を得る無人航空機で構成されたことを特徴とするブレード変形計測装置。
【選択図】図1
Description
本発明は、風力発電に用いられる風車装置に係り、特に風車装置の回転翼であるブレードの変形量を評価する風車ブレード変形計測装置及び風車ブレード変形評価システムに関する。
風車装置とは、風力発電に用いられるエネルギ変換装置である。少なくとも2枚以上のブレードがロータに取り付けられており、ロータは直接あるいはギヤボックスや油圧装置などを介して間接的に発電機に接続されている。ブレードに作用する風力によってロータが回転し、ロータの回転エネルギが発電機によって電力に変換される。また、発電機などを収めた筐体部分をナセルと呼び、ナセルはタワーに取り付けられることが一般的である。このような構成の風車装置はすでによく知られたものである。
風車装置の中で、風力を直接受けるブレードは、比剛性、比強度に優れる繊維強化樹脂(FRP)で構成されることが一般的である。一方で、FRPは落雷や瞬間的な強風による突発的な自然災害によって損傷を受ける可能性がある。また、恒常的に発生する繰り返し荷重によって疲労損傷が蓄積する可能性もある。
このようなFRPの損傷は、第一段階としてブレードの剛性低下につながる。すなわち、荷重負荷時のブレード変形が増大する。特に、ブレードが風上側を向くアップウィンド型風車では、FRPの損傷による剛性低下を放置すれば、ブレードとタワーが接触する可能性がある。ブレードが風下側を向くダウンウィンド型風車ではこのような現象は生じにくいが、さらに損傷が進行すると最終的にはブレードの破断に至る可能性があるため、極力早い段階で損傷を検知することが望ましい。
このような背景の下、ブレードの変形計測技術がいくつか報告されている。例えば公知の技術としてUS8139361B2(特許文献1)がある。特許文献1には、風車装置のタワーおよびナセルに取り付けられた距離センサにより、ブレードの変形を計測することが記載されている。この方法は、ブレードにセンサ類を搭載する必要がないため、施工性は良好であり、さらにセンサ自身が壊れる可能性も小さい。
また、異なる方式として特開2011−127605号公報(特許文献2)がある。特許文献2には、ブレード先端に取り付けた無線送信機によってブレードの変形を検出する発明が記載されている。またブレードに光ファイバセンサやひずみゲージを取り付けて、ブレードのひずみを直接計測する方法も知られている。
特許文献1、特許文献2に記載の方法によれば、比較的高精度にブレードの変形挙動を計測できるというメリットがあるものの、個々の風車装置に必要な数量のセンサを取り付ける必要がある。またブレードの変形量は外力、すなわち風荷重の大きさに依存する。
したがって、ブレードの絶対的な剛性を評価するためには、変形量と同時に風荷重の大きさも計測しなければならない。一般的な風車装置には、ナセル部分に少なくとも一つの風速計が取り付けられているため、この風速計によって計測された風速値から風荷重を推定することも可能であると考えられる。
ししながら前述の課題を解決するために、風車装置とセンサを別体とした場合には、風車に搭載された風速計で計測された風速データと、変形挙動データの同期を別途行う必要がある。また、大型の風車装置では、ブレード長が50mを越える場合もあり、ナセル部で計測された風速と、ブレード周辺の風速が必ずしも一致するとは限らない。
背景技術の欄で説明した通り、いくつかの方式のブレード変形計測手段が公知である。しかし、風車にセンサを搭載する方式では、計測対象となる風車の全てにセンサを搭載する必要がある。常時の計測が必要な場合にはこの方式が望ましいが、例えば1ヵ月間隔程度の定期的な計測で十分である場合には、余分なコストが必要となる。
また、風車装置周辺の風速を計測する手段としては、風車装置のナセルに搭載された風速計がある。しかしながら、センサを移動式とした場合には、別途風速データと変形データの同期を図る必要があり、さらに大型風車を想定した場合には、各ブレードあるいは1枚のブレードの位置によっても負荷される風速は異なることが考えられるため、ブレードに負荷される風荷重分布を考慮した評価を実施する上では本構成は不十分である。
以上のことから本発明においては、センサと風速の情報取得に格別の同期を必要とせず、簡便、かつ高精度にブレード剛性を求めることが可能な風車ブレード変形計測装置及び風車ブレード変形評価システムを提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「GPSにより位置情報を取得し風車装置の回転翼であるブレード近傍の空中で停止するホバリング動作を行い、搭載したセンサによりブレードの変形の情報を取得するとともに、自己位置における風速の情報を得る無人航空機で構成されたことを特徴とするブレード変形計測装置。」である。
また「ブレードの変形の情報と、無人航空機の位置における風速の情報を得るブレード変形評価システムであって、ブレードの変形の情報と風速の情報の相関に応じてブレードの剛性を評価することを特徴とするブレード変形評価システム。」である。
本発明によれば、センサと風速の情報取得に格別の同期を必要とせず、簡便、かつ高精度にブレード剛性を求めることが可能な風車ブレード変形計測装置及び風車ブレード変形評価システムを提供することができる。
本発明の実施例によれば、無人航空機に搭載られた変形計測手段によってブレードの変形量を取得し、さらに同時にされた風速計測手段によって近傍の風速を取得する。この構成を採用したことにより、変形計測手段として用いるセンサは無人航空機によって移動が可能となるため全ての風車装置に搭載する必要はなく、さらに空間的に任意の位置で風速を計測できるため、ブレードに負荷される風速の分布をより詳細に考慮した上でブレードの損傷度を評価することができる。また、全ての計測を無人航空機に搭載されたセンサで完結させることができるため、各データの同期が容易である。
以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。
実施例1の説明のために図1から図5を使用する。図1は本発明の実施例1に係る風車ブレード変形計測装置のハードウェア構成図、図2は本発明の実施例1に係る風車ブレード変形評価システムにおける信号処理の説明図、図3は実施例1を運転中の風車装置に適用した際の計測データの模式図、図4は、実施例1の一連の処理の全体手順を示したフロー図、図5はブレード高さ方向における変形量を示す図を表している。
図1に示す実施例1の風車ブレード変形計測装置では、無人航空機5を利用する。無人航空機5は、風車装置1のブレード2に接近して、無人航空機5とブレード2の間の距離を計測する。なお、風車装置1は、タワー3、ナセル4、ブレード2を主たる構成要素としており、典型的な例ではブレード2の径は数メートルから数十メートルであり、無人航空機5は数メートルの位置まで接近するのがよい。
なお無人航空機5は、一般には独立に制御可能な複数のロータを備えており、各ロータの調整により、任意の方向への移動が可能であり、また空中の所定位置に連続して停止するいわゆるホバリングを行うことが可能である。
実施例1の無人航空機5には、無人航空機5自身の位置とブレード間の距離8を計測するための距離計6が搭載されている。この距離計6はレーザ距離計を用いれば最も簡便に目的を達成しうるが、この構成ではブレード2上の1点と無人航空機5の間の相対距離を計測することしかできない。ブレード2上の複数の位置との距離計測が必要な場合には、レーザ距離計に高さ方向に対するスキャナ機構を搭載してもよい。あるいは、ステレオカメラを搭載して空間的な距離分布を計測する構成としてもよい。ただし、無人航空機5に搭載できるペイロードには制限があるため、搭載する距離計測手段は慎重に選ぶ必要がある。
また無人航空機5は、無人航空機5自身が置かれている位置における風速および風向を計測可能な手段を搭載している。この構成によって、計測対象となるブレード2が曝されている風荷重をより正確に計測することが可能となる。図1において7が風速分布を示している。
なお風速および風向の情報を得るには、格別の装置を新たに搭載するということではなく、無人航空機5自身が備えている機能を利用するのがよい。無人航空機5には、GPS等の測位システムの情報を参照して、自身の位置を定位置にとどめるためのホバリング機能が備えられている。無風環境であれば、空間的に定位置でホバリングさせるためには、時間的に各ロータ翼の回転速度を変化させる必要はない。しかし、現実的には風速・風向は時空間的に常に変動するため、ホバリングを実現するためには風況に応じて各ロータ翼の回転速度を変化させる必要がある。換言すれば、各ロータ翼の回転速度の制御量から逆算すれば、無人航空機5の置かれる位置での風速・風向の時間的な変化を取得することが可能である。
この逆算処理は、無人航空機5の内部でリアルタイムに実施してもよいが、ロータの回転速度制御量として無人航空機5内部に記録しておき、計測が終了してから後述する風車ブレード変形評価システム100を構成する外部の計算機101で計算を実施する構成としても問題ない。このようなロータ回転速度制御量からの風速・風向の推定が、無人航空機5に記録できるデータ容量の制限などにより困難である場合には、無人航空機5に別体の風速計を搭載してもよい。
上述した距離計6と風速計測手段を備えた無人航空機5を、ブレード2に極力接近させた状態でホバリングさせながら、ブレード2との距離計測を行う。計測は計測対象一ヶ所ごとに一定時間連続しておこない、計測された風速データと距離データは時刻歴データとして記録していく。前述したとおり、風速データについては、無人航空機5のロータ翼回転速度制御量からの逆算により風速を取得する場合には、ロータ翼の制御量としての記録であってもよい。
距離データについては、無人航空機5がホバリング制御中であったとしても、風速の大きさやその時間変動の大きさによっては、ホバリング制御が追い付かなくなり、無人航空機5の空間的な位置が変動し、距離データの計測に影響を及ぼす可能性もある。したがって、ブレード2との距離データと同時に、無人航空機5の空間的な位置データも同時に記録することが望ましい。この無人航空機5のホバリング位置からの変動量を、距離計によって計測されたブレードと無人航空機5間の距離8から差し引くことによって、風速によって変動したブレードの変形量のみに相当する距離変化を抽出することが可能になる。
また、例えば浮体型の洋上風力装置のように、ブレードの変形量に対して、風速や波高の変動に因るタワー3の変形量や傾斜角の変化が十分に小さいと見なせない場合、ブレード3上の計測対象点の空間的な位置変化には、ブレード自身の変形だけでなく、タワーの変形や傾斜が重畳する可能性がある。
このときは、例えば無人航空機5とナセル4間の位置関係を計測する手段を別に搭載し、ナセル4の空間的な位置が基準となるようにブレード2と無人航空機5間の距離8に対して補正を行ってもよい。このとき、主に問題となるのはタワー3の変形や傾斜によるナセル4の水平方向の位置の変化であり、具体的にはブレードと無人航空機5間の距離8の変化量から、ナセル4の水平方向の位置の変化量を差し引いて補正を行えば、ブレード2の付け根であるナセル4の位置を基準として評価が可能である。
しかし、例えばレーザ距離計のような距離計測手段を無人航空機5に搭載しても、図1に記載するようなブレード2、無人航空機5、ナセル4の位置関係では、ナセル4の水平方向の位置変化を計測することは難しい。そこで、例えば無人航空機5にカメラを搭載してナセル4の画像認識処理を行い、ナセル4の空間位置変化の計測を行うことが望ましい。もし、ナセル4上になんらかの画像認識用のマーキングを行うことが可能であれば、より高精度にナセル4の位置変化を抽出することが可能になる。また、風車装置に搭載されたタワー傾斜計やナセル上のGPS装置によって計測されたデータとの同期を行うことができれば、これらのデータを基にしてナセル4位置の補正を行ってもよい。但し、この場合は、風車装置に搭載されたデータ計測系へ接続が必要となるため、ブレード変形計測システムとしての汎用性は低下する可能性がある。
図1において100は、計算機101とモニタ102と入力手段103等で構成された風車ブレード変形評価システム100であって、無人航空機5によりもたらされた風速の時刻歴データ9と距離の時刻歴データ10を入力している。なお他の入力としては、上記した無人航空機5とナセル4間の位置計測情報を含んでいてもよい。
風車ブレード変形評価システム100内の計算機101では、上記のようにして計測された風速の時刻歴データ9と、距離の時刻歴データ10を同期させて処理し、必要に応じて補正を行い、その結果としての相関関係の評価を行い、適宜モニタ102に表示する。
図2は、風車ブレード変形評価システム100における信号処理の説明をするための図である。例えば無人航空機5によりもたらされた風速の時刻歴データ9と距離の時刻歴データ10は、個々にはグラフG1に示すような時間変化をしている。なおこの場合の距離の時刻歴データ10は、ブレード2の所定点と無人航空機5の間の距離についての時刻歴データ10であり、風速の時刻歴データ9はこのときに無人航空機5がホバリングしている当該位置における風速の時刻歴データ9である。計算機101では、風速の時刻歴データ9と距離の時刻歴データ10について、時刻tを特定してその時刻における値を保持している。そのうえで、グラフG2に示すように、風速9を縦軸、距離10を横軸にとった座標平面を考え、各時刻tにおける風速9と距離10のデータを複数点プロットしていく。複数点について、回帰直線11、傾き12を求めるものとする。
このとき、風速9はブレード2に作用する風荷重に比例し、距離10はブレードの変形量に比例するため、風速と距離の比例関係を表す傾き12はブレード2の剛性を表す。傾き12は、例えば最小2乗法によって風速と距離の関係を記述する回帰直線11を求め、その傾きを採用する方式としてもよい。
なおこの場合の距離は、ブレード2の所定点と無人航空機5の間の絶対距離であってもよく、また図6を用いて後述するように無風時の位置から計測時の位置を差し引いたたわみ量を採用してもよい。計測した距離はたわみ量を含む距離であることによる。
前述したとおり、ブレード2の剛性はその損傷度に依存して変化するため、実施例1のハードウェア構成と信号処理によれば、物理法則に則ってブレードの剛性を評価することが可能である。また前述したようにブレード2の剛性は、その損傷度によって変化するため、本システムを用いた計測を定期的に実施してブレード剛性の変化を定期的にチェックすることにより、ブレードの損傷度を評価することができる。また、損傷度評価への適用のみにとどまらず、ブレードの風車装置への取り付け直後に本システムによって剛性計測を行い、設計値と比較することにより、風車装置の完成検査にも応用することができる。
なお、より高精度な剛性評価を行うためには、ブレード2の回転は停止させた状態で計測されたデータを用いることが望ましい。ただし、ブレード2が回転している状態であっても計測にあたって十分な安全性が確保でき、かつ計測精度も保つことができる場合には回転状態で計測を行ってもよい。この場合、図2中に示した距離の時刻歴データ10は、ブレード2が無人航空機5に搭載された距離計6の計測方向前方を通過したときのみに取得できるため、データとしては断続的な時刻歴データとなるため、剛性評価に必要なデータを収集する時間は増加する可能性がある。
一方で、無人航空機5を定位置にホバリングさせた状態でも、ブレード2が回転しているため、風車装置に搭載された全てのブレードを同時に評価することが可能である。このとき、距離8の時刻歴データ10は、ブレードが3本搭載された風車装置の場合には、図3に示すがごとく。ブレードA→ブレードB→ブレードC→ブレードAといった順次繰り返しの計測データとなる。ブレードが通過していないタイミングでは、ブレード2と無人航空機5間の距離8は無限大となるため、通過時と非通過時のデータを区別することは容易であり、この時刻歴データをそれぞれのブレードについてのデータとして分解し、個々のブレードについて剛性を評価することも同時に容易である。
なお、上記ではブレード2上の1か所のみを計測対象としていることを前提としているが、無人航空機5の位置をブレード2の長手方向に沿って移動させて複数点で計測を行えば、各々のブレードについて剛性分布を算出することが可能である。これを定期的に繰り返してブレードの剛性分布変化をモニタし、例えば計測点のうちある点よりブレード先端側の点で剛性が低下している状態が検出された場合には、その計測点近傍でなんらかの損傷が発生したと判断することができ、補修必要個所を早期に発見することが可能となる。
次に、実施例1の場合における風車ブレード変形計測装置および風車ブレード変形評価システムによる一連の処理の全体手順を説明する。図4は、実施例1の一連の処理の全体手順を示したフロー図である。ここでは、風車ブレード変形計測装置である無人航空機5における機能と手順、風車ブレード変形評価システムである計算機101における機能と手順が区別されて記載されている。
この表記によれば、風車ブレード変形計測装置である無人航空機5による距離と風速の情報を得る具体手順が明記されている。まず距離の情報を得ることに関して、レーザ変位計(ブロックB51)を備えて、ブロックB52の処理としてブレード上の任意点と無人航空機5間の距離を求める。他方において、ブロックB53に示すように、無人航空機5の空間上の絶対位置を、GPSなどを用いて求めておく。風車ブレード変形評価システム100内では、ブレード上の任意点と無人航空機5間の距離と、無人航空機5の絶対位置とから、無人航空機5の揺動量を補正している。静止状態であれば問題はないが、風の影響で無人航空機5が一定位置に定まることができずに、揺動を繰り返しているのであれば、計測したブレード上の任意点と無人航空機5間の距離に揺動を考慮して、距離とすることになる。
風速の情報を得ることに関して、図4には2種類の手法が記載されている。その一つはブロックB54に示した無人航空機5の制御情報に着目したものであり、風車ブレード変形評価システム100内で、ブロックB63のように無人航空機5の制御量から風速を逆算する。風速の情報を得る他の手法は、風速計を設置(ブロックB55)して、風速を入手(ブロックB56)することである。
風車ブレード変形評価システム100内のブロックB62では、揺動量を補正した距離の情報からブレードの各点におけるたわみ量を求めている。たわみ量は図5に示された概念であり、例えばブレード2の根元位置を基準として、本来あるべき(製造直後あるいは据え付け直後)ブレード2の形状、そり13に対して、測定し補正したブレード2の形状、そりが14のようなものであれば、差分15がたわみということが言える。なお13は、シミュレーションによる変形量分布であり、14は計測による変形量分布ということができる。なお先に説明したように図2の関係を求めるうえで、絶対距離を用いるか、たわみ量とするのかはいずれであってもよい。
風車ブレード変形評価システム100内のブロックB64では、風速が求められている。ブレード高さ方向における変形量を示す図5において、風速分布は7として例示されており、ブレード2の高さ方向位置に沿って計測された値を示しているが、実施例1の場合には特定高さ位置における風速が利用される。
風車ブレード変形評価システム100内のブロックB65では、図2のグラフG2に示した求めた風速とたわみ量の関係からブレードの剛性を算出し、ブロックB66では、ブレード剛性を評価する。この評価は、設計時の剛性の数値を基準値とする比較であり、さらに経時変化量を加味した基準値との比較である。
実施例2について、図6、図7を用いて説明する。図6は本発明の実施例2に係る風車ブレード変形計測装置のハードウェア構成図、図7は実施例2の一連の処理の全体手順を示したフロー図を表している。
実施例1においては、単独の無人航空機5を用いてブレード2の所定点における風速およびブレード変形量の評価を行っていた。また実施例1の応用により、前述したように無人航空機5の位置を図1中においてブレード2の長手方向に沿って計測を繰り返せば、ブレード2の剛性分布を取得することが可能である。しかし、ブレード2上の任意の点の変形量は、点に負荷される風荷重によってのみ決定されるものではなく、厳密にはブレードの長手方向の詳細な風速分布7を考慮しなければならない。
この点を鑑み、より高精度なブレード剛性評価を行うためには、図6の実施例2に示すがごとく、複数機の無人航空機5A、5B、5C、5Dをブレード2の長手方向、すなわちブレード回転面の径方向にホバリングさせ、同時に距離計測と風速計測を実施する構成とすることが有効である。
この場合、距離計測は同時に複数点で実施するため、それぞれの無人航空機5A、5B、5C、5Dのホバリング位置を変更しながらの計測を行う必要はない。また、風速計測はブレード2の長手方向に渡る複数点で同時に実施され、全ての計測点における風速値を反映した風荷重値を考慮することができる。複数機の無人航空機5A、5B、5C、5Dを同時に用いる必要が生じるため、計測系としてはより複雑となり、各々の無人航空機5A、5B、5C、5Dの飛行経路が干渉しないように設定を行う必要があるものの、50mを超えるようなブレードを想定した場合には、1ヶ所で計測された風速を代表値として評価を実施するには限界があるため、実施例2の構成は特に大型の風車装置においては有効な構成である。
実施例1の構成では、無人航空機5の位置における風速のみで風荷重が決定されるという仮定に基づいているため、そのまま風速を風荷重として読み替えてブレードの剛性を求めても差し支えはない。
しかし、実施例2における風荷重は各無人航空機5A、5B、5C、5Dによって計測された風速分布によって決定されるため、これを十分に活用した評価を行うためには、まずは計測された風荷重分布を外力としたブレードの変形シミュレーションを行い、図5に示すがごとくシミュレーションによる変形量分布13と、計測された変形量分布14の比較を行うことが有効である。シミュレーション値と計測値の差分を評価指標とすれば、風荷重分布を考慮しながら、ブレードのいずれの場所で損傷が生じているかをより高精度に検出することが可能となる。
実施例2の場合における風車ブレード変形計測装置および風車ブレード変形評価システムによる一連の処理の全体手順を説明する。図7は、実施例2の一連の処理の全体手順を示したフロー図である。実施例1では、1台の無人航空機5がブレード2の高さ方向の所定点における計測、あるいは高さ方向の複数点で順次計測することを前提としていたが、実施例2では、複数の無人航空機5A、5B、5C、5Dがブレード2の高さ方向に同時期に配列されて計測を行った結果からの解析である。
このため、実施例2の処理フローは、基本的に図4のそれと同じものであるが、複数の無人航空機5A、5B、5C、5Dが計測した結果を用いている点、これらの結果をブレードの高さ方向の情報として配列した点でのみ相違している。
実施例3について、図8、図9を用いて説明する。図8は本発明の実施例3に係る風車ブレード変形計測装置のハードウェア構成図、図9は実施例3の一連の処理の全体手順を示したフロー図を表している。実施例3では、ステレオカメラを用いた点において他の実施例と相違している。
実施例1および実施例2では、無人航空機5とブレード間の距離計測に基づいてブレードの変形を評価した。この場合、無人航空機5に搭載すべき計測手段はレーザ距離計などの比較的小型のもので対応可能であり、搭載質量を低減できることが可能であるため、より長時間の連続計測が可能となる。
しかし、無人航空機5の動力源に余裕がある場合、あるいは電動駆動の無人航空機5で有線電力供給が可能な場合には、より大型のセンサを搭載できる。レーザ距離計では、距離を計測するにすぎず、直接的にブレードの変形量を図ることはできず、実施例1、実施例2で述べたように無人航空機5の自己位置やタワー変形の補正が必要となる。これに対し、直接ブレード表面の変形量分布や、変形によって変化する物理量分布を計測可能な装置を無人航空機5に搭載することが可能であれば、少なくともブレード表面近傍で生じた損傷などを計測値の補正を行わずに実施することが可能になる。
実施例3では例えば一例として、ステレオカメラと画像相関法を組み合わせたひずみ可視化装置の搭載が挙げられる。図8に示すように、ブレード2の表面には予め画像相関法でひずみを検出するためのパターニング16を施した計測領域を設定しておき、ステレオカメラ15を搭載した無人航空機5で実施例1記載と同様の方法で風速計測を行いながら、ステレオカメラによるひずみ分布計測を実施する。
この方法によれば、ブレード2の変形状態はひずみ分布という絶対量で計測されるため、無人航空機5の位置ずれ補正などは不要となる。このひずみ量と風速計測によって得られた風荷重の関係から、ブレード表面近傍におけるブレード構成部材の弾性係数分布を得ることが可能となる。
ブレード構成部材が損傷すれば、弾性係数は低下するため、実施例1に記載した内容と同様の概念で損傷度を評価することが可能となる。ステレオカメラ以外にも、変形分布を可視化する方法として、熱弾性効果による温度変化を赤外線カメラによって捉える方法や、ブレードに応力発光塗料を塗布しておき、輝度分布を可視化する方法などが考えられるが、本発明ではいずれの手法を採用してもよい。
実施例3の場合における風車ブレード変形計測装置および風車ブレード変形評価システムによる一連の処理の全体手順を説明する。図9は、実施例3の一連の処理の全体手順を示したフロー図である。
他の実施例1、2では、ブレード2のたわみに着目しているが、実施例3ではゆがみに着目したために、風速側の処理に変更はない。ブロックB71では、無人航空機5にステレオカメラ15を搭載(ブロックB71)し、ブロックB72においてブレード2の表面のパターニング16を施した計測領域について、時刻歴連続画像を入手する。
風車ブレード変形評価システム100内のブロックB73では、求めた時刻歴連続画像に相関法を実行してひずみ分布を計算する。これは同一場所についての入手時刻が相違する2つの画像の差分を求めることでひずみとしたものである。ブロックB74では、ブレード任意位置に置けるひずみの分布を算出する。ブロックB75では、求めた風速とひずみ分布の関係からブレードの剛性を算出している。
なお上記した本発明の説明において、上位概念としての「変形」は、「ひずみ」と「たわみ」を含む概念であるが、「ひずみ」と「たわみ」は区別して使用されることがある。「たわみ」とは、ブレードが風力で反り返ることを意味し、「ひずみ」とはブレードの面上のゆがみを意味するものとして限定的に使用されることがある。区別する必要がないときには、単に変形としている。
本発明においては、無人飛行機によりブレードの変形を示す情報と、風速の情報を入手し、これらからブレード剛性を求めたものである。この場合に、ブレードの変形を示す情報とは、無人飛行機に搭載したセンサである距離計が計測した無人飛行機とブレード間の距離であり、さらにはブレードのたわみ量である。またブレードの変形を示す情報とは、無人飛行機に搭載したセンサであるカメラがブレード表面を時系列的に撮影した画像であり、画像の差分情報として得られたひずみである。
1:風車装置
2:ブレード
3:タワー
4:ナセル
5:無人航空機
6:距離計
7:風速分布
8:ブレードと無人航空機間の距離
9:風速の時刻歴データ
10:ブレードと無人航空機間の距離の時刻歴データ
11:回帰直線
12:傾き
13:シミュレーションによる変形量分布
14:計測による変形量分布
15:ステレオカメラ
16:パターニング
2:ブレード
3:タワー
4:ナセル
5:無人航空機
6:距離計
7:風速分布
8:ブレードと無人航空機間の距離
9:風速の時刻歴データ
10:ブレードと無人航空機間の距離の時刻歴データ
11:回帰直線
12:傾き
13:シミュレーションによる変形量分布
14:計測による変形量分布
15:ステレオカメラ
16:パターニング
Claims (12)
- GPSにより位置情報を取得し風車装置の回転翼であるブレード近傍の空中で停止するホバリング動作を行い、搭載したセンサにより前記ブレードの変形の情報を取得するとともに、自己位置における風速の情報を得る無人航空機で構成されたことを特徴とするブレード変形計測装置。
- 請求項1に記載のブレード変形計測装置であって、
前記無人航空機は、独立に制御可能な複数のロータを備えており、前記ブレード近傍の空中で停止するホバリング動作中における前記ロータの制御情報を前記風速の情報とすることを特徴とするブレード変形計測装置。 - 請求項1または請求項2に記載のブレード変形計測装置であって、
前記無人航空機に搭載されたセンサは、前記無人航空機と前記ブレード間の距離を計測する距離計であることを特徴とするブレード変形計測装置。 - 請求項1または請求項2に記載のブレード変形計測装置であって、
前記無人航空機に搭載されたセンサは、前記ブレードの表面に施されたパターニングを含む計測領域を連続的に撮影するカメラであることを特徴とするブレード変形計測装置。 - 請求項3に記載のブレード変形計測装置であって、
前記無人航空機に搭載されたセンサは、前記ブレードの高さ方向にスキャンされて、前記ブレードの複数点における前記無人航空機と前記ブレード間の距離を計測することを特徴とするブレード変形計測装置。 - 請求項3に記載のブレード変形計測装置であって、
前記無人航空機が、前記ブレードの高さ方向に複数台配列されて前記無人航空機の夫々において前記ブレードの変形の情報を取得するとともに、自己位置における風速の情報を得る無人航空機で構成されたことを特徴とするブレード変形計測装置。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のブレード変形計測装置から、前記ブレードの変形の情報と、前記無人航空機の位置における風速の情報を得るブレード変形評価システムであって、
前記ブレードの変形の情報と前記風速の情報の相関に応じて前記ブレードの剛性を評価することを特徴とするブレード変形評価システム。 - 請求項7に記載のブレード変形評価システムであって、
前記無人航空機に搭載されたセンサは、前記無人航空機と前記ブレード間の距離を計測する距離計であり、前記距離は、前記無人航空機の空間的な位置揺動量が差し引かれていることを特徴とするブレード変形評価システム。 - 請求項7に記載のブレード変形評価システムであって、
前記無人航空機に搭載されたセンサは、前記無人航空機と前記ブレード間の距離を計測する距離計であり、前記距離は、前記風車装置のナセルの位置変動量が差し引かれていることを特徴とするブレード変形評価システム。 - 請求項7に記載のブレード変形評価システムであって、
前記無人航空機に搭載されたセンサは、前記ブレードの表面に施されたパターニングを含む計測領域を連続的に撮影するカメラであり、前記ブレード表面のひずみ分布を計測することを特徴とするブレード変形評価システム。 - 請求項10に記載のブレード変形評価システムであって、
前記カメラは、ステレオカメラであることを特徴とするブレード変形評価システム。 - 前記カメラは、赤外線カメラであることを特徴とするブレード変形評価システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015218230A JP2017090145A (ja) | 2015-11-06 | 2015-11-06 | 風車ブレード変形計測装置及び風車ブレード変形評価システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015218230A JP2017090145A (ja) | 2015-11-06 | 2015-11-06 | 風車ブレード変形計測装置及び風車ブレード変形評価システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017090145A true JP2017090145A (ja) | 2017-05-25 |
Family
ID=58770247
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015218230A Pending JP2017090145A (ja) | 2015-11-06 | 2015-11-06 | 風車ブレード変形計測装置及び風車ブレード変形評価システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017090145A (ja) |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108343562A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-07-31 | 长沙理工大学 | 一种风机叶片损伤同步检测装置 |
JP6371895B1 (ja) * | 2017-10-31 | 2018-08-08 | 株式会社WorldLink & Company | 風況の計測方法 |
CN108386323A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-08-10 | 长沙理工大学 | 一种风机叶片损伤同步检测装置及方法 |
JP2019073999A (ja) * | 2017-10-13 | 2019-05-16 | 三菱重工業株式会社 | 飛翔体を用いた風力発電設備の検査システム及び検査方法 |
CN109899244A (zh) * | 2017-12-08 | 2019-06-18 | 北京普华亿能风电技术有限公司 | 一种风力发电机故障判断系统及方法 |
JP2019104372A (ja) * | 2017-12-12 | 2019-06-27 | 株式会社日立プラントコンストラクション | 無人航空機 |
JP2020106333A (ja) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | 株式会社クボタ | 検査方法、検査装置および飛行体 |
EP3739200A1 (en) * | 2019-05-16 | 2020-11-18 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Automatic orientation of wind turbine for vehicle approach |
CN112594144A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-04-02 | 安徽农业大学 | 一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测探伤机构 |
WO2021111533A1 (ja) * | 2019-12-04 | 2021-06-10 | 日本電気株式会社 | 異常判定装置、異常判定方法およびプログラム記憶媒体 |
CN112943562A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-06-11 | 上海电气风电集团股份有限公司 | 风力发电机组的叶片、检测装置及方法 |
CN113007037A (zh) * | 2019-12-20 | 2021-06-22 | 财团法人船舶暨海洋产业研发中心 | 结构监测系统及方法 |
KR102322693B1 (ko) * | 2020-05-14 | 2021-11-08 | 한국에너지기술연구원 | 풍력발전기 블레이드 감시 장치 및 그 방법 |
CN114810514A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-07-29 | 东方电气风电股份有限公司 | 风电机组叶尖净空距离测量方法、装置、设备及存储介质 |
KR102453446B1 (ko) * | 2021-12-01 | 2022-10-17 | (주)니어스랩 | 결함 점검 시스템 및 그 방법 |
WO2022244753A1 (ja) * | 2021-05-17 | 2022-11-24 | 株式会社日立パワーソリューションズ | 構造物表示装置、および、構造物表示方法 |
CN115931875A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-04-07 | 山西天宝集团有限公司 | 一种基于海上风电法兰激光自动检测装置及其方法 |
JP2023538423A (ja) * | 2020-08-20 | 2023-09-07 | トップ セブン ゲーエムベーハー ウント コー カーゲー | 対象物検出のための方法およびシステム |
-
2015
- 2015-11-06 JP JP2015218230A patent/JP2017090145A/ja active Pending
Cited By (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019073999A (ja) * | 2017-10-13 | 2019-05-16 | 三菱重工業株式会社 | 飛翔体を用いた風力発電設備の検査システム及び検査方法 |
JP6371895B1 (ja) * | 2017-10-31 | 2018-08-08 | 株式会社WorldLink & Company | 風況の計測方法 |
JP2019082435A (ja) * | 2017-10-31 | 2019-05-30 | 株式会社WorldLink & Company | 風況の計測方法 |
CN109899244A (zh) * | 2017-12-08 | 2019-06-18 | 北京普华亿能风电技术有限公司 | 一种风力发电机故障判断系统及方法 |
JP2019104372A (ja) * | 2017-12-12 | 2019-06-27 | 株式会社日立プラントコンストラクション | 無人航空機 |
CN108343562A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-07-31 | 长沙理工大学 | 一种风机叶片损伤同步检测装置 |
CN108386323A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-08-10 | 长沙理工大学 | 一种风机叶片损伤同步检测装置及方法 |
JP2020106333A (ja) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | 株式会社クボタ | 検査方法、検査装置および飛行体 |
JP7160666B2 (ja) | 2018-12-26 | 2022-10-25 | 株式会社クボタ | 検査方法、検査装置および飛行体 |
EP3739200A1 (en) * | 2019-05-16 | 2020-11-18 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Automatic orientation of wind turbine for vehicle approach |
WO2020229086A1 (en) * | 2019-05-16 | 2020-11-19 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Automatic orientation of wind turbine for vehicle approach |
JPWO2021111533A1 (ja) * | 2019-12-04 | 2021-06-10 | ||
WO2021111533A1 (ja) * | 2019-12-04 | 2021-06-10 | 日本電気株式会社 | 異常判定装置、異常判定方法およびプログラム記憶媒体 |
CN113007037A (zh) * | 2019-12-20 | 2021-06-22 | 财团法人船舶暨海洋产业研发中心 | 结构监测系统及方法 |
JP2021099328A (ja) * | 2019-12-20 | 2021-07-01 | 財團法人船舶▲曁▼▲海▼洋▲産▼▲業▼研發中心 | 構造監視システム及び方法 |
JP7206247B2 (ja) | 2019-12-20 | 2023-01-17 | 財團法人船舶▲曁▼▲海▼洋▲産▼▲業▼研發中心 | 構造監視システム及び方法 |
KR102322693B1 (ko) * | 2020-05-14 | 2021-11-08 | 한국에너지기술연구원 | 풍력발전기 블레이드 감시 장치 및 그 방법 |
JP2023538423A (ja) * | 2020-08-20 | 2023-09-07 | トップ セブン ゲーエムベーハー ウント コー カーゲー | 対象物検出のための方法およびシステム |
CN112594144A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-04-02 | 安徽农业大学 | 一种基于无人机搭载的智能化风电机组桨叶监测探伤机构 |
CN112943562A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-06-11 | 上海电气风电集团股份有限公司 | 风力发电机组的叶片、检测装置及方法 |
CN112943562B (zh) * | 2021-04-12 | 2022-05-31 | 上海电气风电集团股份有限公司 | 风力发电机组的叶片、检测装置及方法 |
WO2022244753A1 (ja) * | 2021-05-17 | 2022-11-24 | 株式会社日立パワーソリューションズ | 構造物表示装置、および、構造物表示方法 |
JP2022176822A (ja) * | 2021-05-17 | 2022-11-30 | 株式会社日立パワーソリューションズ | 構造物表示装置、および、構造物表示方法 |
KR102453446B1 (ko) * | 2021-12-01 | 2022-10-17 | (주)니어스랩 | 결함 점검 시스템 및 그 방법 |
CN114810514A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-07-29 | 东方电气风电股份有限公司 | 风电机组叶尖净空距离测量方法、装置、设备及存储介质 |
CN115931875A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-04-07 | 山西天宝集团有限公司 | 一种基于海上风电法兰激光自动检测装置及其方法 |
CN115931875B (zh) * | 2022-12-08 | 2023-09-19 | 山西天宝集团有限公司 | 一种基于海上风电法兰激光自动检测装置及其方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2017090145A (ja) | 風車ブレード変形計測装置及び風車ブレード変形評価システム | |
EP3721082B1 (en) | Wind-turbine tower to blade-tip measuring system | |
Ozbek et al. | Feasibility of monitoring large wind turbines using photogrammetry | |
ES2461856T3 (es) | Procedimientos y aparatos para la medición y la evaluación de las cargas de fatiga de una turbina eólica | |
RU2636412C2 (ru) | Система и способ определения перемещений и колебаний подвижных структур | |
KR101476986B1 (ko) | 풍력 터빈용 제어 장치 | |
CN113836762B (zh) | 一种风力机及风电场数字镜像模拟展示系统 | |
EP3465359B1 (en) | System and method for controlling a dynamic system, in particular a wind turbine | |
EP3093486B1 (en) | Computing system, wind power generating system, and method of calculating remaining life or fatigue damage of windmill | |
US20150252789A1 (en) | Method for Detecting Deflection of the Blades of a Wind Turbine | |
CN104838135B (zh) | 用于风力涡轮机传感器校准的系统和方法 | |
EP2615303B1 (en) | Calibration of blade load sensors | |
KR101192940B1 (ko) | 풍차 구조체의 응력 해석 장치 및 응력 해석 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체와 풍력 발전 시스템 | |
US20100143128A1 (en) | Wind turbine yaw bearing determination | |
CN102141004A (zh) | 用于监视和控制风力涡轮叶片偏转的系统和方法 | |
JP2018021491A (ja) | システム及び飛行ルート生成方法 | |
Yang et al. | Application of videometric technique to deformation measurement for large-scale composite wind turbine blade | |
GB2465790A (en) | System to measure load on a wind turbine blade | |
WO2018047564A1 (ja) | 風力発電装置の状態監視装置及びそれを有する状態監視システム並びに風力発電装置の状態監視方法 | |
CN101970866A (zh) | 用于风力涡轮机冗余控制的控制系统和方法 | |
US11313351B2 (en) | Methods and systems of advanced yaw control of a wind turbine | |
CN112682267A (zh) | 用于风力涡轮机的叶片根部的非接触式位移测量的系统 | |
CN106768917A (zh) | 一种风力机叶片现场载荷测试与评估方法 | |
CN108825447B (zh) | 一种风力机监测方法及系统 | |
Najafi et al. | Operational modal analysis on a VAWT in a large wind tunnel using stereo vision technique |