JP6177192B2 - 累積損傷度評価システム、再生エネルギー型発電装置、累積損傷度評価方法及び油圧機械の制御方法 - Google Patents
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Description
前記油圧機械は、複数のピストンと、少なくとも一つのシリンダブロックとを備え、
前記シリンダブロックは、前記複数のピストンとともに複数の油圧室を形成し前記複数のピストンの往復運動をそれぞれ案内する複数のシリンダと、前記複数の油圧室の圧力をそれぞれ切り替えるための複数の高圧弁及び複数の低圧弁とを含み、
当該システムは、評価期間全体における各々の前記油圧室の稼働率を示す稼働率情報を取得するよう構成された稼働率情報取得部と、前記稼働率情報取得部によって取得された稼働率情報に基づいて前記評価期間全体における前記シリンダブロックの各評価点の全累積損傷度を評価するよう構成された全累積損傷度評価部とを備える。
そこで、上記(1)に記載の累積損傷度評価システムでは、評価期間全体における各々の油圧室の稼働率を示す稼働率情報を稼働率情報取得部によって取得し、該稼働率情報に基づいて評価期間全体におけるシリンダブロックの各評価点の全累積損傷度を全累積損傷度評価部によって評価している。これにより、評価期間全体における各油圧室の稼働状態を適切に考慮して該評価期間全体におけるシリンダブロックの各評価点の全累積損傷度を評価することができる。
前記シリンダブロック内における前記複数の油圧室の稼働パターンに従って、前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方を制御するよう構成された制御部を更に備え、
前記制御部は、前記評価期間全体における前記シリンダブロックの少なくとも一つの評価点の全累積損傷度が閾値を超えた場合に、前記全累積損傷度が閾値を超えた評価点への応力集中を回避可能な前記稼働パターンを決定するように構成される。
前記制御部は、前記評価期間全体における前記シリンダブロックの少なくとも一つの評価点の全累積損傷度の増大速度が閾値を超えた場合に、警告のための報知信号を生成するよう構成される。
全油圧室の数をn、前記ピストンが下死点から上死点を経て再び下死点に戻るサイクルの間、前記高圧弁を閉じて低圧弁を開いたままの状態を維持する油圧室の数をxとすると、前記制御部は、nに対するn−xの割合を表すF(x)を単位期間毎に調節することによって、前記油圧機械の押しのけ容積を制御するよう構成され、
当該システムは、前記単位期間における前記割合F(x)毎の前記各評価点の累積損傷度DFF(x)を算出する累積損傷度算出部を更に備え、
前記稼働率情報取得部は、前記評価期間全体における前記割合F(x)の発生頻度fF(x)を含む前記稼働率情報を取得するように構成され、
前記全累積損傷度評価部は、以下の式に基づいて前記評価期間全体における前記シリンダブロックの各評価点の全累積損傷度DFtotalを評価するよう構成される。
前記割合F(x)毎に前記単位期間における前記シリンダブロックの各評価点の応力平均値及び応力振幅の発生頻度を算出するよう構成された応力情報算出部を更に含み、
前記累積損傷度算出部は、前記応力情報算出部の算出結果と前記シリンダブロックの各評価点の材料に応じた疲労強度線図とに基づいて、前記累積損傷度DFF(x)を算出するよう構成される。
前記応力情報算出部は、前記シリンダブロックの各評価点における前記割合F(x)毎の応力の前記単位期間内の時系列変化を示す情報から、前記シリンダブロックの各評価点における前記割合F(x)毎の前記単位期間の応力平均値及び応力振幅の発生頻度を算出するよう構成される。
前記シリンダブロックに作用する複数の荷重の前記単位期間内の時系列変化を前記割合F(x)毎に取得するよう構成された荷重取得部と、
前記複数の荷重の各単位荷重について解析された前記シリンダブロックの各評価点に生じる応力と、前記荷重取得部によって前記割合F(x)毎に取得した前記複数の荷重の時系列変化とに基づいて、前記シリンダブロックの各評価点における前記割合F(x)毎の応力の前記単位期間内の時系列変化を示す情報を算出するように構成された応力経時変化算出部と、
をさらに備える。
前記複数の荷重の時系列変化を前記割合F(x)毎に計測するための計測装置と、前記複数の荷重の時系列変化を前記割合F(x)毎に記憶した記憶装置との少なくとも一方をさらに備え、
前記荷重取得部は、前記計測装置又は前記記憶装置から前記複数の荷重の時系列変化を前記割合F(x)毎に取得するよう構成される。
前記複数の荷重は、少なくとも、高圧弁の前後差圧に起因する荷重及び低圧弁の前後差圧に起因する荷重を含む。
前記シリンダブロックの各評価点は、少なくとも前記高圧弁の各部位、前記低圧弁の各部位、及び前記シリンダの各部位を含む。
前記評価期間は、現在から次回のメンテナンスまでの期間を含む。
再生エネルギー(renewable energy)によって駆動される回転シャフトと、
前記回転シャフトによって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、
前記油圧モータに連結された発電機と、
上記(1)〜(11)の何れか1項に記載の累積損傷度評価システムと、
を備え、
前記累積損傷度評価システムは、前記油圧ポンプ又は前記油圧モータの累積損傷度評価システムである。
前記油圧機械は、複数のピストンと、少なくとも一つのシリンダブロックと、を備え、
前記シリンダブロックは、前記複数のピストンとともに複数の油圧室を形成し前記複数のピストンの往復運動をそれぞれ案内する複数のシリンダと、前記複数の油圧室の圧力をそれぞれ切り替えるための複数の高圧弁及び複数の低圧弁とを含み、
前記評価方法は、
評価期間における各シリンダの稼働率を示す稼働率情報を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得された稼働率情報に基づいて前記評価期間における前記シリンダブロックの各評価点における累積損傷度を評価する評価ステップと、
を含む。
そこで、上記(14)に記載の累積損傷度評価方法では、評価期間全体における各々の油圧室の稼働率を示す稼働率情報を取得し、該稼働率情報に基づいて評価期間全体におけるシリンダブロックの各評価点の全累積損傷度を評価している。これにより、評価期間全体における各油圧室の稼働状態を適切に考慮して該評価期間全体におけるシリンダブロックの各評価点の全累積損傷度を評価することができる。
前記油圧機械は、複数のピストンと、少なくとも一つのシリンダブロックと、コントローラとを備え、
前記シリンダブロックは、前記複数のピストンとともに複数の油圧室を形成し前記複数のピストンの往復運動をそれぞれ案内する複数のシリンダと、前記複数の油圧室の圧力をそれぞれ切り替えるための複数の高圧弁及び複数の低圧弁とを備え、
前記制御方法は、
評価期間における前記各油圧室の稼働率を示す稼働率情報を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得された稼働率情報に基づいて前記評価期間における前記シリンダブロックの各評価点の累積損傷度を評価する評価ステップと、
前記評価ステップで評価された前記評価期間における前記シリンダブロックの少なくとも一つ評価点の累積損傷度が閾値を超えた場合に、閾値を超えた評価点への応力集中を回避する制御を行う制御ステップと、
を含む。
この点、上記(15)に記載の油圧機械の制御方法では、評価期間全体における各々の油圧室の稼働率を示す稼働率情報を取得し、該稼働率情報に基づいて評価期間全体におけるシリンダブロックの各評価点の全累積損傷度を評価している。これにより、評価期間全体における各油圧室の稼働状態を適切に考慮して該評価期間全体におけるシリンダブロックの各評価点の全累積損傷度を評価することができる。さらに、シリンダブロック内での応力集中を回避することにより、シリンダブロックの破損を効果的に抑制し、シリンダブロック全体の長寿命化やメンテナンス頻度の削減等を実現することができる。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」「一致」等の相対的な配置関係を表す表現は、厳密にそのような相対的配置関係を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、方形や円形等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での方形や円形等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図4に示す累積損傷度評価システム100は、評価期間全体における各々の油圧室30(図2及び図3参照)の稼働率を示す稼働率情報を取得するよう構成された稼働率情報取得部48と、稼働率情報取得部48によって取得された稼働率情報に基づいて評価期間全体におけるシリンダブロック24(図2及び図3参照)の各評価点の全累積損傷度を評価するよう構成された全累積損傷度評価部50とを備える。
また、稼働率情報取得部48は、例えば計測装置62によって実際に計測された稼働率を取得してもよいし、統計的な風況データ等から油圧ポンプ8の出力の発生頻度を予想可能な場合には、その予想に基づく稼働率が記憶された記憶装置から該稼働率を取得してもよい。
ここで、全油圧室30の数をn、ピストン20が下死点から上死点を経て再び下死点に戻るサイクルの間、高圧弁36を閉じて低圧弁38を開いたままの状態を維持する油圧室30の数をxとすると、制御部52は、nに対するn−xの割合を表すF(x)(すなわち、F(x)=(n‐x)/n)を単位期間毎(例えば油圧ポンプ8の回転軸の1回転毎)に調節することによって、油圧ポンプ8の押しのけ容積を制御するよう構成される。
このように、シリンダブロック24内における疲労が既に蓄積された部位への応力集中を回避することにより、シリンダブロック24の破損を効果的に抑制し、シリンダブロック24全体の長寿命化やメンテナンス頻度の削減等を実現することができる。
シリンダブロック24の少なくとも一つの評価点の全累積損傷度の増大速度が閾値を超えた場合、想定外の応力分布の発生を招くような油圧ポンプ8の異常が起きていると推定される。したがって、このような場合に警告のための報知信号を制御部52が生成することにより、警告に応じて油圧ポンプ8の運転停止やメンテナンス等の適切な処置を行うことができる。
図4に示す実施形態では、稼働率情報取得部48は、評価期間全体における割合F(x)の発生頻度fF(x)(図5参照。図5は、例えば単位期間が油圧ポンプ8の回転軸の1回転に相当する期間(1サイクル)であれば、評価期間全体のうち油圧ポンプ8の回転軸の何回転分に相当する期間上記割合F(x)が発生しているかを示すグラフである)を含む稼働率情報を取得するように構成され、全累積損傷度評価部50は、以下の式(数1)に基づいて評価期間全体におけるシリンダブロック24の各評価点の全累積損傷度DFtotalを評価するよう構成される。
このように、全累積損傷度評価部50は、単位期間における割合F(x)毎の各評価点の累積損傷度DFF(x)と、評価期間全体における割合F(x)の発生頻度fF(x)との積の、0≦F(x)≦1の全範囲についての総和である全累積損傷度DFtotalを算出するよう構成される。
したがって、シリンダブロック24の各評価点の材料及び該評価点における応力の時系列変化を考慮した適切な累積損傷度DFF(x)を算出することができる。なお、疲労強度線図は、図6に示すようにある応力振幅σiが何回繰り返されたら損傷するかを表す線図であり、例えば記憶装置64に保存し必要なタイミングで読み出せばよい。
これにより、シリンダブロック24に作用する複数の荷重に起因して生じる応力を考慮した適切な累積損傷度DFF(x)を算出することができる。
なお、図10に示す例では、シリンダブロック本体34の高圧弁取り付け部68及び低圧弁取り付け部70の全累積損傷度DFtotalが大きくなっていることが分かる。これは、高圧弁36の前後差圧及び低圧弁38の前後差圧に起因する荷重によるものである。なお、図10では、例示的にシリンダブロック本体34に対する全累積損傷度DFtotalの評価結果を示しているが、評価対象はこれに限らず、図2及び図3に示すシリンダブロック24全体に対して行ってもよい。評価対象(評価点)は、図2及び図3に示す高圧弁36の各部位、低圧弁38の各部位、及びシリンダ22の各部位や、図10に示すボルト取り付け部72や溝74等を含んでもよい。
2 ブレード
3 ロータ
4 ハブ
6 回転シャフト
8 油圧ポンプ
10 油圧モータ
12 高圧油ライン
14 低圧油ライン
16 発電機
18 ナセル
19 タワー
20 ピストン
22 シリンダ
24 シリンダブロック
26 リングカム
28 ローラ
30 油圧室
32 ポンプシャフト
34 シリンダブロック本体
36 高圧弁
38 低圧弁
40 高圧油流路
42 低圧油流路
44 第1エンドプレート
46 第2エンドプレート
48 稼働率情報取得部
50 全累積損傷度評価部
52 制御部
54 累積損傷度算出部
56 応力情報算出部
58 荷重取得部
58 荷重条件取得部
60 応力経時変化算出部
62 計測装置
64 記憶装置
66 表示部
68 高圧弁取り付け部
70 低圧弁取り付け部
72 ボルト取り付け部
74 溝
100 累積損傷度評価システム
Claims (15)
- 油圧機械用の累積損傷度評価システムであって、
前記油圧機械は、複数のピストンと、少なくとも一つのシリンダブロックとを備え、
前記シリンダブロックは、前記複数のピストンとともに複数の油圧室を形成し前記複数のピストンの往復運動をそれぞれ案内する複数のシリンダと、前記複数の油圧室の圧力をそれぞれ切り替えるための複数の高圧弁及び複数の低圧弁とを含み、
前記システムは、
評価期間における各々の前記油圧室の稼働率を示す稼働率情報を取得するよう構成された稼働率情報取得部と、
前記稼働率情報取得部によって取得された稼働率情報に基づいて前記評価期間全体における前記シリンダブロックの各評価点における疲労寿命を示す全累積損傷度を評価するよう構成された全累積損傷度評価部とを備える、油圧機械用の累積損傷度評価システム。 - 前記シリンダブロック内における前記複数の油圧室の稼働パターンに従って、前記高圧弁又は前記低圧弁の少なくとも一方を制御するよう構成された制御部を更に備え、
前記制御部は、前記評価期間全体における前記シリンダブロックの少なくとも一つの評価点の全累積損傷度が閾値を超えた場合に、前記全累積損傷度が閾値を超えた評価点への応力集中を回避可能な前記稼働パターンを決定するように構成される請求項1に記載の累積損傷度評価システム。 - 前記評価期間全体における前記シリンダブロックの少なくとも一つの評価点の全累積損傷度の増大速度が閾値を超えた場合に、警告のための報知信号を生成するよう構成される制御部を備える請求項1又は2に記載の累積損傷度評価システム。
- 油圧機械用の累積損傷度評価システムであって、
前記油圧機械は、複数のピストンと、少なくとも一つのシリンダブロックとを備え、
前記シリンダブロックは、前記複数のピストンとともに複数の油圧室を形成し前記複数のピストンの往復運動をそれぞれ案内する複数のシリンダと、前記複数の油圧室の圧力をそれぞれ切り替えるための複数の高圧弁及び複数の低圧弁とを含み、
前記システムは、
評価期間における各々の前記油圧室の稼働率を示す稼働率情報を取得するよう構成された稼働率情報取得部と、
前記稼働率情報取得部によって取得された稼働率情報に基づいて前記評価期間全体における前記シリンダブロックの各評価点の全累積損傷度を評価するよう構成された全累積損傷度評価部と、
全油圧室の数をn、前記ピストンが下死点から上死点を経て再び下死点に戻るサイクルの間、前記高圧弁を閉じて低圧弁を開いたままの状態を維持する油圧室の数をxとすると、nに対するn−xの割合を表すF(x)を単位期間毎に調節することによって、前記油圧機械の押しのけ容積を制御するよう構成された制御部と、
当該システムは、前記単位期間における前記割合F(x)毎の前記各評価点の累積損傷度DFF(x)を算出する累積損傷度算出部と、を備え、
前記稼働率情報取得部は、前記評価期間全体における各々の前記割合F(x)の発生頻度fF(x)を含む前記稼働率情報を取得するように構成され、
前記全累積損傷度評価部は、以下の式に基づいて前記評価期間全体における前記シリンダブロックの各評価点の全累積損傷度DFtotalを評価するよう構成される累積損傷度評価システム。
- 前記割合F(x)毎に前記単位期間における前記シリンダブロックの各評価点の応力平均値及び応力振幅の発生頻度を算出するよう構成された応力情報算出部を更に含み、
前記累積損傷度算出部は、前記応力情報算出部の算出結果と前記シリンダブロックの各評価点の材料に応じた疲労強度線図とに基づいて、前記累積損傷度DFF(x)を算出するよう構成される請求項4に記載の累積損傷度評価システム。 - 前記応力情報算出部は、前記シリンダブロックの各評価点における前記割合F(x)毎の応力の前記単位期間内の時系列変化を示す情報から、前記シリンダブロックの各評価点における前記割合F(x)毎の前記単位期間の応力平均値及び応力振幅の発生頻度を算出するよう構成される請求項5に記載の累積損傷度評価システム。
- 前記シリンダブロックに作用する複数の荷重の前記単位期間内の時系列変化を前記割合F(x)毎に取得するよう構成された荷重取得部と、
前記複数の荷重の各単位荷重について解析された前記シリンダブロックの各評価点に生じる応力と、前記荷重取得部によって前記割合F(x)毎に取得した前記複数の荷重の時系列変化とに基づいて、前記シリンダブロックの各評価点における前記割合F(x)毎の応力の前記単位期間内の時系列変化を示す情報を算出するように構成された応力経時変化算出部と、
をさらに備える請求項6に記載の累積損傷度評価システム。 - 前記複数の荷重の時系列変化を前記割合F(x)毎に計測するための計測装置と、前記複数の荷重の時系列変化を前記割合F(x)毎に記憶した記憶装置との少なくとも一方をさらに備え、
前記荷重取得部は、前記計測装置又は前記記憶装置から前記複数の荷重の時系列変化を前記割合F(x)毎に取得するよう構成される請求項7に記載の累積損傷度評価システム。 - 前記複数の荷重は、少なくとも、高圧弁の前後差圧に起因する荷重及び低圧弁の前後差圧に起因する荷重を含む請求項7又は8に記載の累積損傷度評価システム。
- 油圧機械用の累積損傷度評価システムであって、
前記油圧機械は、複数のピストンと、少なくとも一つのシリンダブロックとを備え、
前記シリンダブロックは、前記複数のピストンとともに複数の油圧室を形成し前記複数のピストンの往復運動をそれぞれ案内する複数のシリンダと、前記複数の油圧室の圧力をそれぞれ切り替えるための複数の高圧弁及び複数の低圧弁とを含み、
前記システムは、評価期間における各々の前記油圧室の稼働率を示す稼働率情報を取得するよう構成された稼働率情報取得部と、前記稼働率情報取得部によって取得された稼働率情報に基づいて前記評価期間全体における前記シリンダブロックの各評価点の全累積損傷度を評価するよう構成された全累積損傷度評価部とを備え、
前記シリンダブロックの各評価点は、少なくとも前記高圧弁の各部位、前記低圧弁の各部位、及び前記シリンダの各部位を含む累積損傷度評価システム。 - 前記評価期間は、現在から次回のメンテナンスまでの期間を含む請求項1〜10の何れか1項に記載の累積損傷度評価システム。
- 再生エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、
再生エネルギーによって駆動される回転シャフトと、
前記回転シャフトによって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動される油圧モータと、
前記油圧モータに連結された発電機と、
請求項1に記載の累積損傷度評価システムと、
を備え、
前記累積損傷度評価システムは、前記油圧ポンプ又は前記油圧モータの累積損傷度評価システムである再生エネルギー型発電装置。 - 再生エネルギーは風力エネルギーである請求項12に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 油圧機械の累積損傷度評価方法であって、
前記油圧機械は、複数のピストンと、少なくとも一つのシリンダブロックと、を備え、
前記シリンダブロックは、前記複数のピストンとともに複数の油圧室を形成し前記複数のピストンの往復運動をそれぞれ案内する複数のシリンダと、前記複数の油圧室の圧力をそれぞれ切り替えるための複数の高圧弁及び複数の低圧弁とを含み、
前記評価方法は、
評価期間における各シリンダの稼働率を示す稼働率情報を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得された稼働率情報に基づいて前記評価期間における前記シリンダブロックの各評価点における疲労寿命を示す累積損傷度を評価する評価ステップと、
を含む、油圧機械の累積損傷度評価方法。 - 油圧機械の制御方法であって、
前記油圧機械は、複数のピストンと、少なくとも一つのシリンダブロックと、コントローラとを備え、
前記シリンダブロックは、前記複数のピストンとともに複数の油圧室を形成し前記複数のピストンの往復運動をそれぞれ案内する複数のシリンダと、前記複数の油圧室の圧力をそれぞれ切り替えるための複数の高圧弁及び複数の低圧弁とを備え、
前記制御方法は、
評価期間における前記各油圧室の稼働率を示す稼働率情報を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得された稼働率情報に基づいて前記評価期間における前記シリンダブロックの各評価点における疲労寿命を示す累積損傷度を評価する評価ステップと、
前記評価ステップで評価された前記評価期間における前記シリンダブロックの少なくとも一つの評価点の累積損傷度が閾値を超えた場合に、前記累積損傷度が閾値を超えた評価点への応力集中を回避する制御を行う制御ステップと、
を含む、油圧機械の制御方法。
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