JP6243940B2 - 風力発電システムの異常予兆診断システム - Google Patents
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Description
特許文献1には、風力発電装置に設けられた機器の異常を診断する状態監視システムであって、状態監視システムは、機器に設けられるセンサを含むモニタ装置と、モニタ装置が機器の異常を診断するために使用する閾値を設定し、閾値に基づいて機器の異常を診断する監視側制御装置と、機器の状態を監視する監視用端末とを備えることが記載されている。
本発明を実施するための実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、第1実施形態に係る風力発電システムの風力発電装置10(風車)であり、(a)は風車外観図であり、(b)は診断装置100を含むナセル3内部の拡大図である。本実施形態では、ダイレクトドライブ型風力発電装置(直接駆動型風力発電装置)を例に説明する。風力発電装置10は、ハブ1に装着されたブレード2と、ナセル3(筐体)と、ナセル3を支持するタワー4(支柱)を含んで構成されている。ナセル3の内部には、タワー4の支持部19に支持された中空である固定側の主軸11(第1の主軸)、主軸11の外周には、発電機5が配置されている。
図5は、周波数分析の例を示す図であり、(a)は正常データの場合、(b)は主軸ベアリングに損傷がある場合である。図5(a)の正常データの場合、センサ50からの検出信号を周波数分析すると、振幅に特異点を有する周波数成分はない。しかしながら、図5(b)の主軸ベアリング13,14に損傷がある場合、損傷箇所からの発生した検出信号を周波数分析すると、振幅に高調波成分を含んでいることがわかる。
外輪損傷 :fout=Z/2・fr・(1−d/D・cosα) ・・・(1)
内輪損傷 :fin =Z/2・fr・(1+d/D・cosα) ・・・(2)
転動体損傷:fb =D/d・fr・(1−(d/D・cosα)2) ・・・(3)
ここで、fr:回転周波数(Hz)
D :ピッチ円直径(mm)
d :転動体直径(mm)
Z :転動体個数(個)
α :接触角(deg)
第1実施形態では、センサ50を固定側の主軸11の内面に配置したが、これに限定されるわけではない。第2実施形態では、センサ50を回転側の主軸11aの内面に配置した場合について説明する。
2 ブレード
3 ナセル
4 タワー
5 発電機
6 ステータ
7 発電機ロータ
8 ロータプレート
9 ステータケーシング
10 風力発電装置
11,11a 主軸(第1の主軸)
12,12a 主軸(第2の主軸)
13 主軸ベアリング(主軸受、第1の主軸ベアリング)
14 主軸ベアリング(主軸受、第2の主軸ベアリング)
15,15a 第3の主軸ベアリング
16 突出部
19 ステータケーシング
20 処理部
21 センサデータ取得部
22 正常データ作成部
23 異常度算出部(制御部)
24 異常度判定部(診断部)
30 記憶部
31 正常データ(教師データ)
32 異常度
33 判定結果
41 入力部
42 表示部
43 通信部
50 センサ(センサ部)
51 増幅器
100 診断装置
Claims (11)
- 固定側主軸と、軸方向に所定の長さを有する主軸ベアリングと、前記主軸ベアリングにより前記固定側主軸に支持される回転側主軸とを備え、前記主軸ベアリングは、前記固定側主軸及び前記回転側主軸と嵌合された外輪部及び内輪部と、前記外輪部と前記内輪部との間に設置される回転体部を有する風力発電装置を有する風力発電システムの異常予兆診断システムであって、
前記固定側主軸及び前記回転側主軸のうち、径方向内側の主軸の中空部に設置されるセンサ部と、
前記センサ部の出力に基づき作られる教師データを保持した記憶部と、
前記教師データの作成時点よりも後に取得される前記センサ部の出力に基づき評価データを作る制御部と、
前記教師データと前記評価データとを比較して前記主軸ベアリングの異常予兆を診断する診断部と、を有し、
前記センサ部は、前記径方向内側の主軸の内壁に検知面を接触させ、かつ前記外輪部の外壁の軸方向の長さの中心点で形成される仮想平面上に設置される
ことを特徴とする風力発電システムの異常予兆診断システム。 - 前記固定側主軸が前記径方向内側の主軸である場合に、
前記センサ部は、前記固定側主軸の内壁に設置される
ことを特徴とする請求項1に記載の風力発電システムの異常予兆診断システム。 - 前記センサ部は、
前記主軸ベアリングの外輪外壁の軸方向の複数の第1の中心点を結ぶ外周部と、該第1の中心点の鉛直方向にある前記主軸ベアリングの第2の中心点を結ぶ仮想平面上に前記センサ部の中心点を配して前記径方向内側の主軸の内壁に前記センサ部の検知面を接触して前記主軸ベアリングの外輪外壁側を向くように設置される
ことを特徴とする請求項1記載の風力発電システムの異常予兆診断システム。 - 前記センサ部は、前記主軸ベアリングの動作状態信号を検知する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の風力発電システムの異常予兆診断システム。 - 前記主軸ベアリングは、軸方向に複数の主軸ベアリングで構成されており、
前記センサ部は、前記仮想平面上に、それぞれ配置されている
ことを特徴とする請求項3に記載の風力発電システムの異常予兆診断システム。 - 前記センサ部は、音響センサ、振動センサ、AEセンサのうち少なくともいずれかのセンサである
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の風力発電システムの異常予兆診断システム。 - 前記診断部は、前記風力発電システムが正常に稼働している際に、前記センサ部から取得した前記動作状態信号を、前記教師データとして記憶部に記憶する
ことを特徴とする請求項4に記載の風力発電システムの異常予兆診断システム。 - 前記診断部は、前記教師データと前記評価データとに基づき異常度を算出し、該異常度が所定値を超えた場合、前記主軸ベアリングが異常であると診断する
ことを特徴とする請求項7に記載の風力発電システムの異常予兆診断システム。 - 前記診断部は、前記教師データをフーリエ変換した周波数特性と前記評価データをフーリエ変換した周波数特性とを比較して、前記主軸ベアリングが異常であるか否かを診断する
ことを特徴とする請求項7に記載の風力発電システムの異常予兆診断システム。 - 前記診断部は、前記教師データをフーリエ変換した周波数特性と前記評価データをフーリエ変換した周波数特性とに基づく異常度を、表示部に表示する
ことを特徴とする請求項7に記載の風力発電システムの異常予兆診断システム。 - 前記診断部は、前記教師データをフーリエ変換した周波数特性と前記評価データをフーリエ変換した周波数特性とに基づく異常度を、時間軸に対する変動値として表示部に表示する
ことを特徴とする請求項7に記載の風力発電システムの異常予兆診断システム。
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