JP2018040807A - 風力タービンブレードの地上ベースの検査のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願人は、2012年12月30日に出願された“METHOD AND APPARATUS FOR THE REMOTE NONDESTRUCTIVE EVALUATION OF AN OBJECT(物体の遠隔非破壊評価方法および装置)”というタイトルの米国特許非仮出願第13/731,085号明細書、2013年3月15日に出願された“MEHTOD AND APPARATUS FOR MONITORING WIND TURBINE BLADE DURING OPERATION(稼働中の風力タービンブレードをモニタする方法および装置)”というタイトルの同第13/837,145号明細書および2013年3月15日に出願された“NONDESTRUCTIVE ACOUSTIC DOPPLER TESTING OF WIND TURBINES BLADES FROM THE GROUND DURING OPERATION(稼働中の風力タービンブレードの地上からの非破壊音響ドップラー検査)”というタイトルの同第13/840,470号明細書に関する開示全体を参照によって、本願明細書に完全に記載されているかのように本願明細書に組み込むものとする。
本発明は、回転中の風力タービン発電機の風力タービンブレードを地上から検査するための方法および装置について記載している。本発明は、風力タービンブレードの表面にある、伝播性の潜在的欠陥、現存の損傷および欠損した接着剤結合部の遠隔検出に対して有用性を有している。このことは、表面の下の欠陥が大きくなりすぎないうちに現場での修理のために検出できるようにし、それにより、風力タービンブレードを現場で修理するコストは、一般的には、ブレードを交換するコストの10%であることから、著しい経済的効果がもたらされる。
風力タービンブレードは、その大きなサイズ、大きな表面積および複雑な形状により、製造または修理の施設内でさえ、非破壊的に検査することは難しい。目視検査では、一般的には、ガラス繊維材料から製造されている風力タービンブレードの外側面の下の欠陥は識別することができない。アクティブサーモグラフィ検査法は、表面近くの欠陥に対しては有効であるが、材料の厚さおよび表面放射率の変動により、誤検出や検出漏れを生じる可能性がある。斜角超音波法は非常に遅く、厚い炭素繊維のスパーキャップに対処できない可能性がある。その結果、ブレードは通常塔(タワー)に設置され、潜在的な製造欠陥に関してかなりの可能性を伴った状態で運転が開始される。さらに、複合ブレードは極度の温度変動にさらされる。ブレード内に封じ込められた水は、内部損傷を引き起こす可能性のある凍結融解サイクルを経る可能性がある。ブレードが回転する際の重力の周期的な力およびブレードに作用する風からの変動する力が、疲労損傷または経時的な潜在的欠陥の伝播を引き起こす可能性があり、同時に、製造プロセスのミスが、ブレードの初期故障につながる可能性もある。欠陥は、クラックや損傷が表面に出てきて視覚的に検出することができるまでは、風力タービンブレードの表面下で成長する可能性があり、また、該損傷はタワー上で修復可能ではない可能性がある。
本願明細書に開示されている本発明の実施形態は、陸上および洋上の両方の風力発電機に適しており、そして、通常の動作中に伝播性の欠陥または損傷を検出可能な風力タービンブレードの非破壊検査のためのシステムおよび方法について記載している。検査は、風力発電機タワーへのアクセスを何ら要することなく、または、発電の中断を何ら伴うことなく地上または海面から行われる。大きな発電所規模の風力タービンは一般的に発電機を駆動するのに必要な回転トルクを生成するための複合翼型ブレードを用いるHAWT構造から成る。現在の発電所規模の風力タービンブレードは長さが9mから50m以上までの範囲にわたり、かなり大きなブレードが洋上風力発電機用にデザインされている。この発明の出願は、エポキシマトリックス中の繊維ガラスおよび炭素繊維等の熱弾性複合材料で製造されたすべての長さのブレードに関して良好な結果を実現することができる。
Claims (17)
- 風力タービンブレードを現場で遠隔で検査する方法であって、
熱画像データを生成するために、日没後に前記ブレードが周囲空気に対して実質的に熱平衡に達しているときに、熱画像カメラによって風力タービンブレードの一部を撮像すること、および
前記熱画像データを分析して、前記風力タービンブレード内の欠陥の内部または周りの摩擦熱を示す可能性がある異常な熱パターンを識別すること、
を含む方法。 - 前記風力タービンブレードの一部を撮像するステップは、前記タービンが回転して、受ける周期的負荷が重力および風荷重の変動によるものである間に実施される、請求項1に記載の風力タービンブレードを遠隔で検査する方法。
- 前記風力タービンブレードの一部を撮像するステップは、前記ブレードが前記熱画像カメラの視野を通過する際に、1つ以上のブレードの画像の連続シーケンスを取得することを含む、請求項2に記載の1つのタービンブレードまたは複数のタービンブレードを遠隔で検査する方法。
- 前記画像を記録し、ビデオピーク記憶プログラムを用いて連続するブレード画像の選択から成る複合画像を生成し、熱放射のソースの動きを追跡して前記ブレード上の実際の熱放射領域と関係のない熱的効果を区別するステップをさらに含む、請求項3に記載の1つの風力タービンブレードまたは複数の風力タービンブレードを遠隔で検査する方法。
- 各ブレードの単一の画像または連続する一連の画像は前記ブレードが前記熱カメラの視野を通過する際に記録され、前記熱放射は、ブレードの動きおよびそれにより生じる画像劣化効果を補償するためにアクチュエータによって駆動される可動ミラーから成る画像非回転化装置によって前記カメラの開口に向けられる、請求項4に記載の1つの風力タービンブレードまたは複数の風力タービンブレードを遠隔で検査する方法。
- 前記ミラーは、周波数、波形および振幅用の手動制御部を備えたファンクションジェネレータを用いる電気アクチュエータによって駆動される、請求項5に記載の1つの風力タービンブレードまたは複数の風力タービンブレードを遠隔で検査する方法。
- 前記ブレードが前記熱カメラの視野を通過する際に各ブレードの単一の画像または連続する一連の画像が記録され、前記熱放射はブレードの動きを補償するようにミラーを動かす複数のアクチュエータによって多軸駆動される可動ミラーから成る画像非回転化装置によって前記カメラの開口に向けられており、前記電気アクチュエータは周波数、波形および振幅用の手動制御部を用いて2つのファンクションジェネレータからの2つの独立した波形によって駆動される、請求項4に記載の1つの風力タービンブレードまたは複数の風力タービンブレードを遠隔で検査する方法。
- 前記波形は、ランプ関数または鋸歯関数である、請求項7に記載の1つの風力タービンブレードまたは複数の風力タービンブレードを遠隔で検査する方法。
- 前記ブレードが前記熱カメラの視野を通過する際に各ブレードの単一の画像または連続する一連の画像が記録され、前記熱放射は多軸駆動される可動ミラーとマイクロプロセッサまたはコンピュータが生成した波形を用いる複数のアクチュエータとから成る画像非回転化装置によって前記カメラの開口に向けられている、請求項4に記載の1つの風力タービンブレードまたは複数の風力タービンブレードを遠隔で検査する方法。
- 前記ブレードが前記熱カメラの視野を通過する際に各ブレードの単一の画像または連続する一連の画像が記録され、前記熱放射はブレードの動きを補償するようにミラーを動かす多軸アクチュエータによって駆動される可動ミラーから成る画像非回転化装置によって前記カメラの開口に向けられており、前記ミラーは前記ブレードの位置を検出して、ブレードの撮影を開始し、それによって回転による前記ブレードの熱画像の劣化を低減するように外部トリガ装置とともに、マイクロプロセッサまたはコンピュータが生成した波形を用いる電気アクチュエータによって動かされる、請求項4に記載の1つの風力タービンブレードまたは複数の風力タービンブレードを遠隔で検査する方法。
- 前記ブレードが前記熱カメラの視野を通過する際に各ブレードの単一の画像または連続する一連の画像が記録され、前記熱放射はブレードの動きを補償するための単一のアクチュエータまたは多軸アクチュエータによって駆動される可動ミラーから成る画像非回転化装置によって前記カメラの開口に向けられており、前記アクチュエータは回転中のブレードの画像が前記熱カメラの視野内に入って、ミラー動作およびブレードの撮影を開始することを示す前記熱カメラからの電子トリガ信号を用いて、電子的に生成された波形によって駆動され、それによって前記回転による前記ブレードの熱画像の劣化を低減する、請求項4に記載の1つの風力タービンブレードまたは複数の風力タービンブレードを遠隔で検
査する方法。 - 前記ブレードが前記熱カメラの視野を通過する際に各ブレードの単一の画像または連続する一連の画像が記録され、そのため前記熱カメラは、垂直方向チルトアクチュエータと前記回転の一部の間に前記ブレードの画像を大まかに撮影するための波形発生器および増幅器から成る駆動電子装置とともにヒンジ付きの支持部材に取り付けられ、それによって前記熱カメラ画像上のブレードの動きの劣化の影響を低減する、請求項4に記載の1つの風力タービンブレードまたは複数の風力タービンブレードを遠隔で検査する方法。
- 前記ブレードが前記熱カメラの視野を通過する際に各ブレードの単一の画像または連続する一連の画像が記録され、そのため前記熱カメラは、前記回転中のブレードが前記熱カメラの視野内に入っている画像を示す前記熱カメラからの電子トリガ信号を用いて、角回転の一部の間に前記ブレードの画像を撮影し、垂直方向のカメラ動作を開始するためおよび前記ブレードを近似撮影するための波形発生器および増幅器から成る駆動電子装置を備えた垂直方向チルトアクチュエータとともにヒンジ付き支持部材に取り付けられ、それによって、前記回転による前記ブレードの熱画像の劣化を低減する、請求項4に記載の1つの風力タービンブレードまたは複数の風力タービンブレードを遠隔で検査する方法。
- 前記ブレードが前記熱カメラの視野を通過する際に各ブレードの単一の画像または連続する一連の画像が記録され、そのため前記熱カメラは前記回転中に前記ブレードの画像の一部を撮影するための2つの波形発生器および増幅器から成る駆動電子装置を備えた垂直方向チルトアクチュエータおよび水平方向パンアクチュエータとともにヒンジ付き支持部材に取り付けられ、それによってブレードの動きの熱画像劣化の影響を低減する、請求項4に記載の1つの風力タービンブレードまたは複数の風力タービンブレードを遠隔で検査する方法。
- 前記ブレードが前記熱カメラの視野を通過する際に各ブレードの単一の画像または連続する一連の画像が記録され、そのため前記熱カメラは前記回転中のブレードが前記熱カメラの視野内に入っている画像を示す前記熱カメラからの電子トリガ信号を伴う2つの波形発生器および増幅器から成る駆動電子装置を用いた垂直方向チルトアクチュエータおよび水平方向パンアクチュエータとともにヒンジ付きの支持部材に取り付けられ、その後カメラ運動動作およびブレードの近似撮影を開始し、それによって、前記回転による前記ブレードの熱画像の劣化を低減する、請求項4に記載の1つの風力タービンブレードまたは複数の風力タービンブレードを遠隔で検査する方法。
- 前記ブレードの末端にある前記ブレードのシリアル番号のビデオ画像はビデオカメラおよび適当な光照射源を用いて連続的に記録され、そして、赤外線カメラまたはコンピュータのビデオスクリーン上に欠陥が現れたときに、ビデオカメラによって記録され、オペレータによって手動でトリガされる音信号を用いることにより異常のために前記ブレードを撮像する熱カメラからのビデオフレームと同期され、それによって検出された欠陥とともに前記ブレードのシリアル番号を識別する、請求項4に記載の風力タービンブレードを遠隔で検査する方法。
- 前記ブレードの末端のブレードシリアル番号の照らされた照射像のビデオ画像が記録されて、GPSタイミング信号を用いて異常のために前記ブレードを撮像する熱カメラからのビデオフレームと同期される、請求項4に記載の風力タービンブレードを遠隔で検査する方法。
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