JP2024509484A - ピッチベアリング状態の監視 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、角回転中のピッチベアリングの内側リングと外側リングとの間の距離の変動を測定することによる風力タービンピッチベアリングの状態監視に関する。【解決手段】例示的な実施形態は、風力タービンのピッチベアリング（１００）の状態を監視する方法を含み、ピッチベアリングは、風力タービンのブレードに取り付けられた第１のリング（１０２）と、風力タービンのハブに取り付けられた第２のリング（１０３）とを備え、方法は、第１のリング（１０３）と第２のリング（１０３）との間の距離を測定するために、ピッチベアリング（１００）に変位センサ（１０５）を取り付けることと、第１のリング（１０２）を第２のリング（１０３）に対して角度範囲にわたって回転させることと、第１のリング（１０２）を第２のリング（１０３）に対して角度範囲にわたって回転させながら、第１のリング（１０２）の第２のリング（１０３）に対する角度位置（２０４）と、変位センサ（１０５）によって測定された距離（２０５ａ、２０５ｂ）とを記録することとを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、角回転中のピッチベアリングの内側リングと外側リングとの間の距離の変動を測定することによる風力タービンピッチベアリングの状態監視に関する。

風力タービンのピッチベアリングは、動作中に高い負荷を受ける。ピッチベアリングの故障を予測することは、変動する条件下での動作の固有の変動性のために問題がある。ピッチベアリングの典型的な使用は、９０度までの最大回転範囲を含むが、ピッチベアリングが動作している時間の大部分にわたって、回転量は、はるかに小さく、例えば、数度のみであり得る。例えば風力タービンの負荷を最適化するために風速に応答して、小さな繰り返しの予測不可能な変動は、典型的には、最終的には亀裂、極端な場合には壊滅的な故障をもたらす可能性がある激しい摩耗をもたらす。したがって、風力タービンの動作寿命にわたってピッチベアリングの状態を定期的に監視できることが重要である。これは、典型的には、例えば欧州特許第２９３７５６４号Ｂ１明細書に開示されているように、定期的な目視検査、過度の摩耗または亀裂の兆候のチェック、および定期的な潤滑剤のリフレッシュによって行われてもよい。最終的にはひび割れにつながる可能性のある過剰な荷重は、場合によっては、例えば欧州特許第３３４４８８４号Ｂ１明細書に開示されているように、ベアリング圧縮ストラップを設置することによって防止または低減することができる。しかしながら、これは、ピッチベアリングの内部部品、すなわちピッチベアリング構造のベアリングおよびレースの摩耗を防止または低減しない。

ピッチング運動中のピッチベアリングの振動量の測定は、例えば欧州特許出願公開第３５１１５６２号Ａ１明細書に開示されているように、ピッチベアリングの状態を判定するために使用されてもよい。しかしながら、振動またはアコースティック・エミッションの測定は、ベアリングおよびリング自体から生じる振動源以外の振動源によって複雑になる可能性がある。したがって、既存の振動測定技術を回避するか、または場合によっては増強することができる、風力タービンピッチベアリングの状態を監視する方法を提供することが有利である。

本発明の第１の態様によれば、風力タービンのピッチベアリングの状態を監視する方法が提供され、ピッチベアリングは、風力タービンのブレードに取り付けられた第１のリングと、風力タービンのハブに取り付けられた第２のリングとを備え、前記方法は、
前記第１のリングと前記第２のリングとの間の距離を測定するために、前記ピッチベアリングに変位センサを取り付けることと、
前記第１のリングを前記第２のリングに対して角度範囲にわたって回転させることと、
前記第２のリングに対する前記第１のリングの角度位置と、前記角度範囲にわたって前記第２のリングに対して前記第１のリングを回転させながら前記変位センサによって測定された距離とを記録すること
とを含む。

典型的な風力タービンピッチベアリングでは、第１のリングは外側リングであり、第２のリングは内側リングである。代替的な例では、内側リングはブレードに接続され、外側リングはハブに接続されてもよい。

変位センサは、ピッチベアリングの回転軸に平行な距離を測定するように取り付けられてもよい。測定された実際の距離は、測定された距離の測定可能な成分が回転軸に平行であるならば、正確に平行である必要はない。測定された距離は、リングが互いに対してどれだけ均一に回転するかの測定を可能にする。なぜなら、不均一性は軸方向の変位をもたらす傾向があるからである。場合によっては、例えば、リングのうちの１つの均一な平面がアクセス可能ではないか、または利用可能ではなく、代わりに、リングの湾曲面のみが、それに対して測定するために利用可能であり得る場合、回転軸に直交する変位を測定するために変位センサを搭載することが有利または好ましくあり得る。

記録するステップは、風力タービンの主ロータが静止している間、すなわち風力タービンが動作していない間に実行されてもよい。そのような記録の間、風力タービンの（典型的には）３つのブレードのうちの１つは、その長手方向軸を垂直に整列させ得る。場合によっては、記録するステップは、主ロータが回転している間、すなわち風力タービンが動作している間に実行されてもよい。風力タービンロータが静止している間に記録するステップを実行することにより、風力タービンロータの回転から生じるあらゆる荷重変動が変位測定を妨害することが回避される。主ロータが回転している間に記録するステップを実行することは、場合によっては、例えば、稼働中に風力タービンの１つまたはそれ以上のピッチベアリングのより継続的な監視を提供するために有用であり得る。風力タービンロータの指向もまた、そのような記録中に記録されてもよく、それにより、経時的なブレードの位置が知られ、変動する負荷を考慮に入れることが可能になる。主ロータの向きは、風力タービンのコントローラから入手可能であってもよく、または、例えば、主ロータ上の光学エンコーダまたは方位センサを使用することによって測定されてもよい。

記録された角度位置は、以下の測定から導出され得る。
重力ベクトル
経過時間および回転速度、または
第１のリングに対する第２のリングの検出された位置

重力ベクトルから角度位置を測定することは、例えば、回転しているリング、すなわちブレードに取り付けられたリングに加速度計または方位センサを取り付けることによって行われてもよい。測定された向きは、次いで、水平に対するブレードの既知の向きに基づいて決定され得る。測定されるピッチベアリングの回転軸は、例えば、水平に指向されてもよく、角度範囲は、垂直と水平との間の重力ベクトルの変化によって、すなわち、風力タービンピッチベアリングの典型的な全通常動作範囲を表す９０度範囲にわたって測定されてもよい。

開始位置および終了位置が既知であり、回転速度が均一であることができるので、経過時間および回転速度を測定することは、代替的に、角度位置を決定するために使用されることができる。

角度位置の代替的な測定は、例えばピッチベアリング上のエンコーダから、第１のリングに対する第２のリングの位置を検出することによって提供されてもよい。位置は、場合によっては、ピッチベアリング上のボルトの通過を検出することによって決定されてもよく、ボルトは、規則的に離間した間隔で配置される傾向がある。

本方法は、角度範囲にわたる測定距離の変動を決定することと、変動に基づいてピッチベアリングの状態を推定することとを含むことができる。

本発明の第２の態様によれば、風力タービンのピッチベアリングの状態を判定する方法が提供され、ピッチベアリングは、風力タービンのハブに取り付けられた第１のリングと、風力タービンのブレードに取り付けられた第２のリングと、回転軸とを備え、前記方法は、
前記第２のリングに対する前記第１のリングの角度位置、および前記角度範囲にわたる前記第１のリングと前記第２のリングとの間の距離の記録を提供することと、
前記角度範囲にわたる前記距離の変動を判定することと、
前記変動に基づいて前記ピッチベアリングの状態を推定すること
とを含む。

第１または第２の態様のいずれかによれば、ピッチベアリングの状態を推定することは、測定された距離の変動を以下の１つまたはそれ以上と比較することを含むことができる。
前記ピッチベアリングの測定された距離の以前に記憶された変動
前記ピッチベアリングの距離のモデル化された変動
同じタイプの１つまたはそれ以上の他のピッチベアリングについての測定された距離の記録された変動

測定距離の以前に記憶された変動は、例えば、現場で、すなわち風力タービン上で同じベアリングに対して実施された１つまたはそれ以上の以前の測定であってもよく、または設置前に実施された測定であってもよい。これにより、以前に記憶された変動は、測定値を比較するためのベースラインを提供し、経時的な変化を検出することを可能にする。

ピッチベアリングの距離のモデル化された変動は、以前に記憶された測定値の代わりに、またはそれとともに、比較のために使用され得る。モデル化された変動は、ピッチベアリングに関連する様々なパラメータ、例えば、構成要素のサイズおよび剛性、並びに内側リングと外側リングとの間のクリアランスから、ピッチベアリングのその場での回転から生じる既知の負荷と共に判定することができる。

同じタイプの他のピッチベアリングについて記録された変動は、例えば、同じ風力タービン上の、および／または別の風力タービン上の他のピッチベアリングに関連し得る。例えば、共通の風力タービン設備上の多数の風力タービンにわたる複数のピッチベアリングの状態を決定するとき、全てが同じタイプである場合、特に、以前の記録が利用可能でない場合、変動の有用な尺度は、任意の特定の外れ値、すなわち、測定された距離の変動の極端にある変動を有するピッチベアリングを識別することであり、その結果、これらをより詳細に調査することができる。

角度範囲にわたる測定された距離の変動を判定することは、以下の１つまたはそれ以上から品質値を判定することを含むことができる。
前記角度範囲にわたる前記測定された変位のピーク・ツー・ピーク（peak to peak）値
前記角度範囲にわたる前記測定された変位のＲＭＳ値
前記角度範囲にわたる前記測定された変位の平均値からの偏差の測定値
前記角度範囲にわたる前記測定された変位の尖度値

これらの品質値の各々は、変位が角度範囲にわたってどの程度変化するかの尺度を提供する。一般に、ピーク間またはＲＭＳ値が高いほど、状態が悪いことを示す傾向がある。しかしながら、これらの測定は、場合によっては、角度範囲にわたる極端な変動の増加を識別することができないことがあり、その場合、平均値からの偏差の測定が有用であり得る。この尺度は、例えば尖度、すなわち角度範囲にわたる変位の分布の形状の尺度であってもよい。尖度は、それによって、分布が、大きい孤立したピークを有する変位において明らかであり得る、外れ値を有するかどうかを判定することができる。

品質値は、所定の閾値と比較されてもよく、品質値が高いほど、より悪い状態を示す。品質値が閾値を超える場合、通知出力が提供され得る。これは、例えば、多数のピッチベアリングにわたって取られた複数の測定値を分析するときに有用であり、特定のピッチベアリングをさらなる分析、調査、修理または交換のために識別することを可能にする。

本方法は、イベントによってトリガされると実行され得る。イベントは、時間ベースのもの、またはピッチベアリングのピッチング動作の検出であり得る。

ピッチベアリングのピッチング動作は、第２のリングに対する第１のリングの回転を検出するように構成された回転センサによって検出されてもよい。

第３の態様によれば、風力タービンのピッチベアリングの状態を判定する方法が提供され、ピッチベアリングは、風力タービンのブレードに取り付けられた第１のリングと、風力タービンのハブに取り付けられた第２のリングとを備え、前記方法は、
変位センサを用いて、前記ピッチベアリングの回転軸に平行な軸方向における前記第１のリングの変位を監視することと、
トリガイベントの検出時に、記録された変位を提供するために設定期間にわたって前記変位を記録することと、
前記記録された変位から経時的な変位の変動を判定することと、
前記変動に基づいて前記ピッチベアリングの状態を推定すること
とを含む。

トリガイベントは、時間ベースのイベント、第１のリングの回転の測定値、および変位センサによる事前設定された閾値外の変位の測定値のうちの１つまたはそれ以上であってもよい。

記録のための設定期間は、設定期間、サンプル数、または第１のリングの回転の尺度によって定義されてもよい。

第１および第２の態様の他の特徴は、第３の態様にも適用され得る。

本発明の第４の態様によれば、第２または第３の態様による方法をコンピュータに実行させるための命令を含むコンピュータプログラムが提供される。コンピュータプログラムは、不揮発性記憶媒体に記憶されてもよい。

本発明は、添付の図面を参照して、例として以下にさらに詳細に説明される。

図１は、ピッチベアリングの状態を監視するための測定装置の概略平面図である。 図２は、共通の風力タービン上の異なるピッチベアリングの回転中の経時的なピッチ角、変位、および振動の一連の測定値である。 図３は、共通の風力タービン上の異なるピッチベアリングの回転中の経時的なピッチ角、変位、および振動の一連の測定値である。 図４は、共通の風力タービン上の異なるピッチベアリングの回転中の経時的なピッチ角、変位、および振動の一連の測定値である。 図５は、風力タービンのピッチベアリングの状態を監視し、判定する例示的な方法を示す概略的なフロー図である。 図６は、例示的な風力タービンの概略正面図である。 図７は、風力タービンピッチベアリングを監視するために取り付けられた変位センサおよび回転センサの例示的な配置の写真である。

図１は、ピッチベアリング１００の状態を監視するように構成されたレコーダ１０１に接続されたピッチベアリング１００の一部を示す。ピッチベアリング１００は、外側リング１０２と内側リング１０３とを備える。内側リング１０３は、風力タービンのハブ（図示せず、図６参照）に接続されてもよく、外側リング１０２は、ブレード（図示せず、図６参照）に接続されてもよい。ブレードは、内側リングの周りで外側リング１０２を回転させることによって、角度範囲にわたってピッチ調整することができる。規則的に離間した一連のボルト１０４が、内側リング１０３をハブに固定することができる。内側リング１０３は、代替的に、ブレードに接続され、ハブに接続された外側リング１０２に対して回転されてもよい。

レコーダ１０１は、例えば、様々なセンサ測定値を受信するように構成されたインタフェースを備える汎用コンピュータであってもよく、または測定データを受信して記憶し、このデータを分析のために外部コンピュータに周期的に提供するように構成された専用レコーダであってもよい。測定データの記録およびデータの分析は、同じレコーダ１０１によって実行されてもよく、または、例えば、記録されたデータを遠隔コンピュータに送信または転送することによって、別個に実行されてもよい。

記録装置１０１は、変位センサ１０５に接続され、変位センサ２１０は、外側リング１０２に取り付けられ、内側リング１０３の平面までの距離を検出するように配置される。図１に示す変位センサ１０５は、内側リング１０３の周りに円形経路を画定する点線１０８によって示される内側リング１０３の一部までの距離を検出するように位置決めされる。

内側リング１０３の角度位置を記録するために、レコーダ１０１は、角度位置センサ１０６および／または加速度計若しくは方位センサ１０７に接続されてもよい。角度位置センサ１０６は、例えば、外側リング１０２に固定され、ボルト１０４の各々が通過するときにそれらを検出するように配置されたデジタル近接センサとすることができ、それによって内側リングの角度位置を決定することができる。加速度計または方位センサ１０７は、代替的にまたは追加的に、内側リング１０３の向きを検出することによって使用されてもよく、これは角度位置を決定するためにも使用され得る。加速度計１０７、または別の加速度計もしくは音響センサは、代替的に、ピッチベアリング１００の回転中の振動を測定するために使用されてもよい。記録装置１０１は、代替的に、風力タービンのコントローラからの信号として提供され得る、内側リング１０３の角度位置を示すエンコーダ信号を受信するように接続されてもよい。時間の関数としての変位センサ１０５からの信号と、時間の関数としてのピッチベアリングの角度位置の指標を提供する１つまたはそれ以上の他の信号とを記録することによって、記録された測定値を使用して、内側リング１０３と外側リング１０２との間の相対的な角度位置の関数としての変位の測定値を判定することができる。振動またはアコースティック・エミッション信号もまた、時間の関数として記録され得る。

測定例では、風力タービンの３つのピッチベアリングのそれぞれに、図１に示すものと同様の配置で、各ピッチベアリングの内側リングの平面までの距離を測定するための変位センサを取り付けた。また、各ピッチベアリングの内側リングに振動を測定するための加速度計も取り付けた。全てのデータソースは、ピッチング動作中に同期してサンプリングされた。２つの誘導変位センサが各ピッチベアリングに取り付けられ、センサは約１８０度離れて配置された。１００ｍＶ／ｇの感度を有する２つの加速度計を、やはり１８０度離して、各ベアリングの内側リングに取り付けた。さらなる加速度計が、内側リングに対する外側リングの回転を駆動するように配置されたピッチ駆動部に取り付けられた。また、内側リング上のボルトの通過を検出するために、誘導近接センサが取り付けられた。ロータは、３つのブレードのうちの１つがその長手方向軸を垂直に指向された状態でロックされ（図６参照）、一方、垂直に対して約６０度に指向された他の２つのブレードのうちの１つに対して測定が実行された。各測定について、それぞれのブレードは、変位および振動信号が記録されている間、約０度から約９０度まで、およびその逆も、フルピッチスイープを実行するように命令された。再現性をチェックするために、異なるピッチング速度で数回のランを行った。

図２、図３、および図４は、風力タービンの３つのピッチベアリングの各々で行われた一連の例示的な測定を示す。図２を参照すると、第１のプロット２０１は、時間の関数としてピッチ角（度）の尺度を示す。第２のプロット２０２は、時間の関数としての変位の測定値（ｍｍ単位）を示す。第３のプロット２０３は、時間の関数としての振動の尺度（ｍ／ｓ^２）を示す。変位２０５ａ、２０５ｂの２つの測定値が出力され、第１の変位トレース２０５ａは、第２のトレース２０５ｂの反対側で測定される（トレース２０５ａは風上側で測定され、２０６ａは風下側で測定される）。この場合、ピーク間変位２０７ａは約１．５ｍｍであり、全体的なトレースは、角度範囲にわたって複数のピークを示す。振動トレース２０６はまた、特に、前方ピッチ角運動時の約５０～７０度および逆運動の終わりに向かって、複数のピークを示し、約０．３Ｈｚで離間された一連の鋭い衝撃を示す。２つのベアリング振動トレースを別のピッチ駆動振動トレースと比較すると、ピッチ駆動の場合よりも約２０ｍｓ前にピッチベアリングからピークが観察されたので、これはピッチ駆動の場合よりもベアリングの故障を示すことが明らかになった。

図３は、風力タービンの第２のピッチベアリングについての対応するプロット３０１、３０２、３０３を示し、ピッチ角３０４、変位３０５ａ、３０５ｂ、および振動３０６のトレースを示す。変位トレース３０５ａ、３０５ｂのピーク・ツー・ピーク測定値は約０．９ｍｍであり、振動トレース３０６は、より少ないスパイクおよびより小さいスパイクを有するより低い振幅の振動を示す。

図４は、風力タービンの第３のピッチベアリングについての対応するプロット４０１、４０２、４０３を示し、ピッチ角４０４、変位４０５ａ、４０５ｂ、および振動４０６のトレースを示す。振動トレースには、いくつかの衝撃が見られ、変位の変化は穏やかである。変位トレース４０５ａの顕著な特徴は、両方向において約２０度の位置で約１．１ｍｍのピークである。全体的なピーク間変位は約１．１ｍｍである。

変位トレースの各々において、一般的な特徴は、トレースが対称であること、すなわち、各ピッチ方向において同様の形状のトレースを示すことである。これは、変位測定が正しく実行されたかどうかを判定するためのチェックとして使用され得る。第１の方向の角度範囲にわたって得られた変位測定値が、第２の反対方向の角度範囲にわたって得られた変位測定値に十分に近い場合、測定値は正しく得られたと判定され得る。誤差尺度は、例えば、第１および第２の方向における変位およびピッチのデータ系列から決定されて、変位測定品質値を提供することができる。これは、例えば、Ｒ^２値の形態であってもよく、変位測定値が厳密に一致する場合、１に近くなる。例えば約０．９未満のより低いＲ^２値は、測定誤差を示す傾向がある。したがって、一般的な態様では、角度位置の関数としての変位の対称性の尺度は、第１および第２の反対方向における角度位置の関数としての変位を比較することによって決定され得る。対称性の尺度は、例えば、第１の反対方向と第２の反対方向との変位間の適合の尺度であってもよい。例えば適合の尺度によって測定される対称性が閾値を下回る場合に、通知が出力されてもよい。閾値は、例えば、Ｒ^２適合度の約０．９であってもよい。

変位トレースから注目すべきさらなる特徴は、ピッチベアリングの著しい劣化が振動分析のみからは明らかでない場合があることである。図４では、例えば、変位トレース４０５ａの上方部分および下方部分の両方に、有意なピークおよびトラフが明らかであるが、振動分析は、有意な問題を示さない。振動分析に関するさらなる問題は、振動のピークが必ずしも角度範囲の特定の部分に対応せず、したがって再現可能でない場合があるが、変位トレースは、その対称性により、高度に再現可能であることが分かることである。したがって、変位分析は、特に経時的に定期的に行われる場合に、ピッチベアリングの劣化のより信頼できる尺度を提供することができる。

図５は、風力タービンのピッチベアリングの状態を監視する例示的な方法を示す概略的なフロー図である。方法は、５０１で開始し、手動で、または、例えば、以前の測定からある期間が経過し、風力タービンが測定を行う準備ができた状態（例えば、風の状態が低いことを必要とし得る）にあるという条件で、５０２でトリガされる。トリガされると、例えば、角度範囲にわたってピッチ回転を実行し、変位および角度データを取得し、任意選択で、振動センサが使用される場合には振動情報も取得することによって、データ取得のプロセスが実行される（ステップ５０３）。データは、ローカルに記録され、風力タービンからローカルにまたは遠隔的にアクセスされてもよい。例えば、定期的にデータ取得を実行し、記録されたデータを遠隔コンピュータに送信する、恒久的に設置された測定装置が使用されてもよい。したがって、測定プロセスは、自動化されてもよく、または風力タービンの動作中に実行されてもよく、記録は、規則的な間隔で送信される。あるいは、永久的に設置されたものであれ、一時的に設置されたものであれ、測定装置を使用してデータを記録し、次いで、そのデータを局所的に分析するか、または分析のために取り出すことができる。

分析段階では、関連データは、例えば、ピッチベアリングの移動の前後に記録されたデータの過剰部分を除去するために、最初にトリミングされてもよい（ステップ５０４）。トリミング動作は、ピッチ角の変化が頻繁でない場合がある、より長い期間の記録を処理するときに必要である場合がある。データは、ピッチ角が閾値を超えて、例えば１０度を超えて変化する点を判定するために分析されてもよく、この部分はさらなる分析のために使用される。あるいは、記録されたデータの一部または全部を、ピッチ角の関数としての変位を用いて分析してもよい。風力タービンが動作している間、すなわち、主ハブが回転しているときに測定が行われる場合、各ブレードの角度位置および回転速度の関数として予想される変動負荷を考慮することができる。風力タービンハブの角度位置は、例えば、ハブに取り付けられたエンコーダによって決定され、記録されてもよい。

次いで、データは、上述のように、１つまたはそれ以上のメトリックを計算するために分析される（ステップ５０５）。可能なメトリックは、以下のうちの１つまたはそれ以上を含み得る。
・ 変位のピーク・ツー・ピーク値、最大値、またはＲＭＳ測定値
・ 理想化またはモデル化された曲線への適合度
・ 例えばＺスコアまたは他の統計的量を使用して、同じタイプのピッチベアリングの母集団から計算された平均値との比較
・ 測定された変位におけるピークのレベルを定量化するためのメトリック、例えば尖度
・ 例えば、損傷を表す可能性が低い低周波数の一般的な形状から、損傷を示す可能性があるより高い周波数の動きを分離するための、周波数の関数としての変位変動の尺度

変位に基づいてメトリックを計算することに加えて、（例えば、公称速度に関する標準偏差を計算することによって）ピッチ速度の変動を測定し、ピッチ速度をモータ電流および／または油圧と比較するなど、データ取得中の回転速度に基づいて計算を行うこともできる。公称ピッチ速度の著しい変動は、ピッチモータに問題があることを示すことができる。

メトリックの計算後、メトリックと数値モデル、同じベアリングまたは同じタイプの別のベアリングの以前の測定値との比較が行われ得る（ステップ５０６）。例えば、メトリックによって示される品質値によって、損傷（ダメージ）が示される場合（ステップ５０７）、通知が提供されてもよく（ステップ５０８）、そうでなければ、測定スケジュールが継続されてもよい（ステップ５０９）。

振動情報などのさらなる測定データが取得される場合、ステップ５０７に追加のチェックが含まれてもよい。例えば、変位測定値に基づく品質値が、ピッチベアリングが損傷していることを示す閾値を超えている場合、振動データに対する追加のチェックを行って、振動も閾値を超えているかどうかを判定することができる。これらの基準の両方が満たされる場合に通知が提供されてもよい。しかしながら、上述したように、振動測定は、変位測定が過剰な変位を示すときにピッチベアリングが損傷していることを必ずしも示さない場合がある。

通知後、検査、（さらなる損傷を防止するために）風力タービンの定格を下げること、動作を停止すること、または損傷が蓄積しているがまだ重大ではない場合にデータ収集の頻度を変更することなどのさらなるアクションが示されてもよい。

図６は、ハブ６０２に接続された３つのブレード６０１ａ～ｃを有する例示的な風力タービン６００を概略的に示す。ハブ６０２は、タワー６０４の頂部に取り付けられたナセル６０３に取り付けられる。ブレード６０１ａ～ｃによるハブ６０２の回転は、ナセル６０３内の発電機を駆動する。各ブレード６０１ａ～ｃは、図１に示すタイプのピッチベアリングを用いてハブ６０２に取り付けられ、典型的には、ブレードはベアリングの外側リングに接続され、内側リングはハブ６０２に接続される。風力タービン６００は、静的測定を行うときに典型的に使用される向きのブレード６０１ａ～ｃと共に、すなわち、１つのブレード６０１ａが、その長手方向軸が垂直線６０５に平行な状態で下方を向き、他の２つのブレード６０１ｂ、６０１ｃが、その長手方向軸が垂直線６０５に対して約６０度の状態で示されている。

図７は、風力タービンピッチベアリングの内側リング７０３の変位および回転を測定するために取り付けられたセンサの例示的な配置の写真である。変位センサ７０５は、内側リング７０３の軸方向変位を測定するために取り付けられる。回転センサ７０６は、この例では、センサ７０６を通過する特徴の近接度の測定による内側リング上の歯の通過の検出によって、内側リング７０３の回転を検出するように取り付けられる。他の構成では、回転センサは、回転を検出するために、内側リング上のボルト、ナット、またはボルト穴などの特徴を検出するように配置されてもよい。外側リングに対する内側リングの回転を測定するための他の技術を代替的に使用してもよい。

図５に示す方法に関連して上述したように、風力タービンの動作中にピッチベアリングに対して測定を行うことができる。そのような測定は、イベントによってトリガされ得る。イベントは、時間ベースであってもよく、またはピッチング動作などのアクションに依存してもよい。時間ベースのトリガの場合、設定された時間に、または設定された期間の後に、記録が行われ得る（ステップ５０３）。記録は、ベアリングが回転しているかどうかにかかわらず、設定された数のサンプルまたは期間にわたって行われてもよい。記録は、代替的に、ピッチングイベントが発生していることを検出する回転センサ、例えば、１つまたはそれ以上の歯の通過を検出する回転センサ７０６によってトリガされてもよい。データは、変位センサから連続的にサンプリングされ、ピッチング事象を含む期間にわたって記録が行われてもよい。

代替的な実装形態では、回転センサは、存在しなくてもよく、または使用されなくてもよい。その代わりに、変位データは、上記のような時間ベースのイベントまたはアクションベースのイベントによってトリガされたときに記録されてもよく、測定値は、時間の関数としての変位の形態でのみ記録される。ピッチベアリングが損傷を受けたこと、または変位センサの取り付けにエラーが発生したことを示す、所定の範囲外で検出された変位の測定値によって、アクションベースのイベントをトリガすることができる。

本明細書に記載された実施態様のいずれにおいても、変位センサの出力は、センサの状態をチェックするために連続的に監視されてもよい。例えば、測定された変位の平均、中央値、または標準偏差が、所定の期間にわたって所定の量を超えて変化する場合、これは、センサに問題があることを示し得る。次いで、警報用出力がトリガされ、センサがチェックされ、アクションが取られることを可能にし得る。

したがって、一般的な態様では、風力タービンのピッチベアリングの状態を判定する方法であって、ピッチベアリングが、風力タービンのブレードに取り付けられた第１のリングと、風力タービンのハブに取り付けられた第２のリングとを備え、前記方法は、
変位センサを用いて、前記ピッチベアリングの回転軸に平行な軸方向における前記第１のリングの変位を監視することと、
トリガイベントの検出時に、記録された変位を提供するために設定期間にわたって前記変位を記録することと、
前記記録された変位から経時的な変位の変動を判定することと、
前記変位の変動に基づいて前記ピッチベアリングの状態を推定すること
とを含むことができる。

トリガイベントは、例えば、規則的な時間間隔での時間ベースであってもよく、または第１のリングの回転の測定であってもよく、または予め設定された閾値外の変位センサによる変位の測定であってもよい。

記録のための設定期間は、設定期間、サンプルの数、または、例えば、回転センサを通過するいくつかの特徴の通過を検出することによる、第１のリングの角回転の測定値によって定義され得る。

他の実施形態は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内に意図的に含まれる。

Claims (19)

1. 風力タービンのピッチベアリング（１００）の状態を監視する方法であって、前記ピッチベアリングは、前記風力タービンのブレードに取り付けられた第１のリング（１０３、７０３）と、前記風力タービンのハブに取り付けられた第２のリング（１０２）とを備え、前記方法は、
   前記第１のリング（１０３、７０３）と前記第２のリング（１０２）との間の距離を測定するために、変位センサ（１０５、７０５）を前記ピッチベアリング（１００）に取り付けることと、
   前記第１のリング（１０３）を前記第２のリング（１０２）に対して角度範囲にわたって回転させることと、
   前記角度範囲にわたって前記第２のリング（１０２）に対して前記第１のリング（１０３）を回転させながら、前記第２のリング（１０２）に対する前記第１のリング（１０３、７０３）の角度位置（２０４）と、前記変位センサ（１０５、７０５）によって測定された距離（２０５ａ、２０５ｂ）とを記録すること
   とを含む方法。
2. 前記第１のリング（１０３、７０３）は前記ピッチベアリング（１００）の内側リングであり、前記第２のリング（１０２）は前記ピッチベアリング（１００）の外側リングである請求項１に記載の方法。
3. 前記変位センサ（１０５、７０５）は、前記ピッチベアリング（１００）の回転軸に平行な距離を測定するように取り付けられる請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記記録するステップは、前記風力タービンの主ロータが静止している間に実行される請求項１～３のいずれかに記載の方法。
5. 前記記録された角度位置（２０４）は、
   重力ベクトルと、
   経過時間および回転速度と、または、
   前記第１のリング（１０３）に対する前記第２のリング（１０２）の検出された位置
   の測定値から導出される請求項１～４のいずれかに記載の方法。
6. 前記角度範囲にわたって前記測定された距離（２０５ａ、２０５ｂ）の変動を決定することと、前記変動に基づいて前記ピッチベアリング（１００）の状態を推定することとを含む請求項１～５のいずれかに記載の方法。
7. 風力タービンのピッチベアリング（１００）の状態を判定する方法であって、前記ピッチベアリング（１００）は、前記風力タービンのブレードに取り付けられた第１のリング（１０３、７０３）と、前記風力タービンのハブに取り付けられた第２のリング（１０２）とを備え、前記方法は、
   前記第２のリング（１０２）に対する前記第１のリング（１０３）の角度位置（２０４）と、ある角度範囲にわたる前記第１のリング（１０３）と前記第２のリング（１０２）との間の距離（２０５ａ、２０５ｂ）との記録を提供することと、
   前記角度範囲にわたる前記距離の変動を決定することと、
   前記変動に基づいて前記ピッチベアリング（１００）の状態を推定すること
   とを含む方法。
8. 前記ピッチベアリング（１００）の状態を推定することは、前記測定された距離（２０５ａ、２０５ｂ）の前記変動を、
   前記ピッチベアリング（１００）についての測定距離の以前に記憶された変動と、
   前記ピッチベアリングの距離のモデル化された変動と、
   同じタイプの１つまたはそれ以上の他のピッチベアリングについての測定された距離の記録された変動
   の１つまたはそれ以上と比較することを含む請求項６または請求項７に記載の方法。
9. 前記同じタイプの１つまたはそれ以上の他のピッチベアリングは、同じ風力タービンおよび／または別の風力タービンの一部である請求項８に記載の方法。
10. 前記角度範囲にわたって前記測定された距離（２０５ａ、２０５ｂ）の変動を判定することは、
    前記角度範囲にわたる前記測定された変位（２０５ａ）のピーク・ツー・ピーク（peak to peak）値（２０７ａ）と、
    前記角度範囲にわたる前記測定された変位のＲＭＳ値と、
    前記角度範囲にわたる前記測定された変位の平均値からの偏差の測定値と、
    前記角度範囲にわたる前記測定された変位（２０５ａ）の尖度値
    のうちの１つまたはそれ以上から品質値を判定することを含む請求項６～９のいずれかに記載の方法。
11. 前記ピッチベアリング（１００）の状態を推定することは、前記品質値を所定の閾値と比較することを含む請求項１０に記載の方法。
12. 前記品質値が前記所定の閾値を超える場合に通知出力を提供すること（５０８）を含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記方法は、イベントによってトリガされると実行される請求項７～１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記イベントは、時間ベースのものであるか、または前記ピッチベアリングのピッチング動作の検出である請求項１３に記載の方法。
15. 前記ピッチベアリングのピッチング動作は、前記第２のリング（１０２）に対する前記第１のリング（１０３、７０３）の回転を検出するように構成された回転センサ（１０６、７０６）によって検出される請求項１４に記載の方法。
16. 風力タービンのピッチベアリング（１００）の状態を判定する方法であって、前記ピッチベアリングは、前記風力タービンのブレードに取り付けられた第１のリング（１０３、７０３）と、前記風力タービンのハブに取り付けられた第２のリング（１０２）とを備え、前記方法は、
    変位センサ（１０５、７０５）を用いて、前記ピッチベアリングの回転軸に平行な軸方向における前記第１のリング（１０３、７０３）の変位を監視することと、
    トリガイベントの検出時に、記録された変位を提供するために設定期間にわたって前記変位を記録することと、
    前記記録された変位から経時的な変位の変動を判定することと、
    前記変動に基づいて前記ピッチベアリング（１００）の状態を推定すること
    とを含む方法。
17. 前記トリガイベントは、時間ベースのイベント、前記第１のリングの回転の測定値、および予め設定された閾値外の前記変位センサによる変位の測定値のうちの１つまたはそれ以上である請求項１６に記載の方法。
18. 前記記録のための設定期間は、設定期間、サンプル数、または前記第１のリングの回転の尺度によって定義される請求項１６または請求項１７に記載の方法。
19. 請求項７または請求項１６から１８のいずれかに従属する場合に、請求項７または請求項８～１５のいずれかに記載の方法をコンピュータに実行させるための命令を有するコンピュータプログラム。

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