KR101158618B1 - 풍력 발전 장치 및 그 건전성 진단 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 유압 공급 장치에 있어서의 인터로크 기구(안전 장치)로서, 유압 공급 회로에 설치된 어큐뮬레이터의 건전성 및 피치 작동의 건전성을 진단하고, 위급 시에 어큐뮬레이터의 가스압에 의해, 피치 폐쇄 작동이 정상적으로 기능하도록 하여, 위급 시에 적절한 대응을 할 수 없는 상태에 빠지는 리스크를 저감시켜 신뢰성을 향상시키는 것이다. 유압 공급 장치(40)를 구성하는 유압 회로에 설치되어, 유압 펌프(41)에서 발생한 유압을 축적하는 가스실을 가진 어큐뮬레이터(49)와, 상기 가스실의 가스압의 건전성을 판정하는 가스압 판정 수단(81)과, 가스압 판정 수단에 의해 가스압이 건전하다고 판정된 경우에, 어큐뮬레이터에 축적된 유압에 의해 피치 동작이 건전하게 행해지는지를 판정하는 피치 동작 판정 수단(83)과, 일정 기간마다, 만약 수동으로 개시 스위치가 온으로 되었을 때에, 소정의 개시 조건을 판정하여 상기 가스압 판정 수단(81)을 개시해야 하는지를 판정하는 판정 개시 수단(85)을 구비한 것이다.

Description

풍력 발전 장치 및 그 건전성 진단 방법{WIND TURBINE GENERATOR AND SOUNDNESS DIAGNOSIS METHOD THEREOF}

본 발명은 풍력 발전 장치가 정상적으로 기능하지 않는 리스크를 최대한 저감시키기 위해 행하는 건전성 진단 방법 및 그 진단이 행해지는 풍력 발전 장치에 관한 것으로, 특히, 위급 시에 제어 유압을 백업하는 어큐뮬레이터 내압이나 날개의 피치 동작의 건전성에 대한 진단 방법 및 그 진단이 행해지는 풍력 발전 장치에 관한 것이다.

최근, 청정 에너지를 이용한 발전 장치로서 풍력 발전 장치의 개발이 행해지고 있다. 이 풍력 발전 장치는 증속기를 통해 발전기가 접속된 회전축의 단부에 복수의 프로펠러(날개)를 설치하고, 상기 복수의 날개에 풍력을 작용시켜 상기 회전력에 의해 발전기를 구동하여 발전시키는 것이다.

이 풍력 발전 장치의 유압 공급 장치에는 문제 시의 백업, 즉 인터로크 기구(안전 장치)로서, 유압 공급 회로에 어큐뮬레이터를 설치하는 것이 알려져 있다.

예를 들어, 일본 특허 출원 공개 소63-192968호 공보에는, 도 10에 도시한 바와 같이, 유압 펌프(01)에 의해 오일 탱크(02) 내의 오일이 승압되어, 유압 조정 밸브(03)에 의해 규정의 유압으로 조정되고, 조정된 오일은 역지 밸브(05)를 통해 항상 어큐뮬레이터(07)에 축압되도록 되어 있다. 또한, 전자기 절환 밸브(09)를 통해 위급 정지 유압 실린더(011)로 보내지도록 되어 있다. 그리고, 정전 시에는, 전자기 절환 밸브(09)에 의해 유압 회로가 자동적으로 절환되어 어큐뮬레이터(07)에 축압되어 있는 오일이 위급 정지압 실린더(011)에 더해져, 피스톤은 도면의 좌측으로 이동하여 날개(013)의 날개각을 풍차의 정지측으로 이동시키도록 되어 있다.

일본 특허 출원 공개 소63-192968호 공보

그러나, 특허 문헌 1과 같이 어큐뮬레이터를 설치해도, 만일, 어큐뮬레이터를 구성하는 가스 봉입실의 격벽이 파손되어 가스 누설이 발생한 경우에는, 위급 시에 있어서의 날개각의 제어를 할 수 없게 될 리스크가 있다.

예를 들어, 바람이 강할 때의 정전 시에 있어서, 로터의 과회전을 피하기 위해 날개를 페더링시킬 필요가 있지만, 이 경우에, 유압원의 유압 펌프는 다운되어 작동할 수 없으므로, 어큐뮬레이터의 가스압을 사용하여 날개를 페더링시킬 필요가 있다. 이와 같은 경우에, 어큐뮬레이터 내의 가스압이 저하되어 있으면, 위급 시의 대응을 할 수 없고, 또한 가스압은 정상으로 남아 있어도, 일정 시간 내에 날개를 폐쇄할 수 없는 기계적 고착이 있는 경우에는, 위급 시의 대응이 충분히 얻어지지 않는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이들 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 유압 공급 장치에 있어서의 인터로크 기구(안전 장치)로서, 유압 공급 회로에 설치된 어큐뮬레이터의 건전성 및 피치 작동의 건전성을 진단하여, 위급 시에 어큐뮬레이터의 가스압에 의해, 피치 폐쇄 작동이 정상적으로 기능하도록 하여, 위급 시에 적절한 대응을 할 수 없는 상태에 빠지는 리스크를 저감시켜 신뢰성을 향상시키는 풍력 발전 장치 및 상기 건전성의 진단 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해, 제1 발명의 풍력 발전 장치는, 날개 피치 제어 수단을 구성하는 유압 액추에이터와, 상기 유압 액추에이터에 대해 작동유를 공급하는 유압 공급 장치와, 상기 유압 공급 장치를 구성하는 유압 회로에 설치되어, 유압 펌프에서 발생한 유압을 축적하는 가스실을 가진 어큐뮬레이터를 구비한 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 어큐뮬레이터의 가스실의 가스압의 건전성을 판정하는 가스압 판정 수단과, 상기 가스압 판정 수단에 의해 가스압이 건전하다고 판정한 경우에, 상기 어큐뮬레이터에 축적된 가압 작동유에 의한 상기 피치 제어 수단의 피치 동작의 건전성을 판정하는 피치 동작 판정 수단과, 일정 기간마다, 혹은 개시 스위치가 온으로 되었을 때에, 개시 조건을 판정하여 상기 가스압 판정 수단을 개시해야 하는지를 판정하는 판정 개시 수단을 갖는 건전성 진단 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 제1 발명에 따르면, 일정 기간마다 자동적으로, 혹은 개시 스위치가 온으로 되었을 때에, 개시 조건을 판정하여 상기 가스압 판정 수단을 개시하고, 이 가스압 판정 수단에 의해, 가스압이 정상인 경우에는, 또한 피치 동작 판정 수단에 의해 날개의 피치 동작이 정상적으로 작동하는지를 판정하므로, 어큐뮬레이터 내의 가스압의 저하 및 날개의 기계적 고착의 발생을 진단할 수 있다.

그 결과, 위급 동작 시, 예를 들어 바람이 강할 때의 정전 시에 있어서, 로터의 과회전을 피하기 위해 날개를 페더링시킬 필요가 있는 경우에, 즉 유압원의 유압 펌프는 다운되어 작동할 수 없으므로, 어큐뮬레이터의 가스압을 사용하여 날개를 페더링시키는 경우에, 어큐뮬레이터 내의 가스압에 의해, 날개 피치를 정상적으로 페더링시킬 수 있어, 위급 시의 작동의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 제1 발명에 있어서, 상기 가스압 판정 수단은 상기 유압 펌프의 정지 후의 소정의 유압까지의 유압 저하 시간으로부터 가스압의 건전성을 판정하면 된다.

유압 펌프를 정지한 후 소정의 유압까지의 유압 저하 시간이 임계치 시간보다 짧으면, 유압 저하의 비율이 크다고 판정하고, 어큐뮬레이터의 가스실 내의 가스압이 빠져 있어 축압 기능이 정상이 아니라고 판정한다.

또한, 상기 가스압 판정 수단은 상기 유압 펌프의 정지 후의 소정 시간 경과 후의 유압 압력으로부터 가스압의 건전성을 판정하면 된다.

이 경우에는, 예를 들어, 유압 펌프를 정지한 후, 120초 후에 어큐뮬레이터 근방의 오일 통로에 설치한 유압 센서로부터의 검출 유압이, 임계치 압력보다 저하되어 있으면, 유압 저하의 비율이 크다고 판정하고, 어큐뮬레이터의 가스실 내의 가스압이 빠져 있어 축압 기능이 정상이 아니라고 판정한다. 이와 같이, 가스압을 직접 계측하지 않고 유압의 저하 상태에 기초하여 판정함으로써, 건전성 진단 장치를 복잡화하지 않고 가스압의 상태를 진단할 수 있다.

또한, 상기 가스압 판정 수단에 의한 가스압의 건전성의 판정 시에는, 너셀의 요 선회를 제동하는 요 브레이크, 로터의 회전축을 제동하는 주축 브레이크 및 피치 제어 수단의 피치 구동 실린더에 유압 공급을 차단한 상태에서 행해지면 된다.

이와 같이, 브레이크 장치 및 피치 구동 실린더로의 유압 공급을 차단하여, 일정 조건 하에서 작동유 탱크로의 환류에 수반하는 유압 저하 상태를 계측할 수 있으므로, 어큐뮬레이터 내의 가스압의 방출에 의한 축압 기능의 저하를 보다 정확하게 진단할 수 있다.

또한, 제1 발명에 있어서, 상기 피치 동작 판정 수단은 상기 유압 펌프의 정지 후에 날개의 완전 개방 상태로부터 상기 어큐뮬레이터의 축압에 의해 완전 폐쇄 상태로 폐쇄 동작시켰을 때의 동작 시간으로부터 피치 동작의 건전성을 판정하면 된다.

예를 들어, 날개가 완전 개방 상태에 있을 때에 유압 펌프를 정지하고, 그로부터, 예를 들어 10초 후에, 날개의 폐쇄 방향으로의 피치 각도의 변화량이, 임계치 각도 이상에 도달하고 있지 않은 경우에는, 날개의 피치 동작에 이상이 있다고 판정한다. 또한, 이 피치 동작 판정 수단은 상기 가스압 판정 수단에 의해 어큐뮬레이터의 가스실 내의 가스압이 정상이라고 판정한 경우에만 행해지므로, 날개의 피치 동작의 건전성, 즉 기계적인 고착만을 정확하게 판정할 수 있다.

또한, 상기 피치 동작 판정 수단에 의한 피치 동작의 건전성의 판정은, 풍향에 대해 날개 회전면을 대략 평행으로 하고, 또한 너셀의 요 선회를 제동하는 요 브레이크를 온으로 하고, 로터의 회전축을 제동하는 주축 브레이크를 온으로 한 상태에서 행하면 된다.

이와 같이, 풍향으로부터 날개를 비켜나가게 하기 위해 너셀을 풍향에 대해 날개 회전면을 대략 평행하게 하고, 또한 요 브레이크 및 주축 브레이크를 온으로 함으로써, 날개의 피치 동작에 대한 바람의 영향 및 로터의 회전의 영향을 최대한 피한 상태로 함으로써, 정확한 피치 동작의 건전성을 판정할 수 있다.

제2 발명의 풍력 발전 장치의 건전성 진단 방법은 날개 피치 제어 수단을 구성하는 유압 액추에이터에 대해 작동유를 공급하는 유압 공급 장치를 구비한 풍력 발전 장치의 건전성 진단 방법에 있어서, 일정 기간마다, 혹은 개시 스위치가 온으로 되었을 때에, 건전성 진단의 개시 조건을 판정하여 진단을 개시해야 하는지를 판정하는 판정 개시 스텝과, 판정 개시 스텝에 의해, 진단이 개시되면, 우선 상기 유압 공급 장치를 구성하는 유압 회로에 설치되어, 유압 펌프에서 발생한 압유를 축적하는 가스실을 가진 어큐뮬레이터의 가스실의 가스압의 건전성을 판정하는 가스압 판정 스텝과, 상기 가스압 판정 스텝에 의해, 가스압이 건전하다고 판정된 경우에는, 계속해서 상기 어큐뮬레이터에 축적된 가압 작동유에 의한 상기 피치 제어 수단의 피치 동작의 건전성을 판정하는 피치 동작 판정 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 제2 발명에 따르면, 일정 기간마다 자동적으로, 혹은 개시 스위치가 온으로 되었을 때에, 개시 조건을 판정하여 상기 가스압 판정 수단을 개시하고, 이 가스압 판정 수단에 의해, 가스압이 정상인 경우에는, 피치 동작 판정 수단에 의해 날개의 피치 동작이 정상적으로 작동하는지를 더 판정하므로, 상기 제1 발명과 마찬가지로, 위급 동작 시, 예를 들어 바람이 강할 때의 정전 시에 있어서, 로터의 과회전을 피하기 위해 날개를 페더링시킬 필요가 있는 경우에, 즉 유압원의 유압 펌프는 다운되어 작동할 수 없으므로, 어큐뮬레이터의 가스압을 사용하여 날개를 페더링시키는 경우에, 어큐뮬레이터 내의 가스압에 의해, 날개 피치를 정상적으로 페더링시킬 수 있어, 위급 시의 작동의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 제2 발명에 있어서, 상기 가스압 판정 스텝은 너셀의 요 선회를 제동하는 요 브레이크, 로터의 회전축을 제동하는 주축 브레이크 및 피치 제어 수단의 피치 구동 실린더에 유압 공급을 차단하고, 그 후, 상기 유압 펌프를 정지하여, 소정의 유압까지의 유압 저하 시간으로부터 가스압의 건전성을 판정하면 좋다.

상기 유압 펌프를 정지하여 소정의 유압까지의 유압 저하 시간으로부터 가스압의 건전성을 판정하므로, 어큐뮬레이터의 가스압이 빠져 있는 것을 정확하게 진단할 수 있다.

또한, 브레이크 장치 및 피치 구동 실린더로의 유압 공급을 차단하여, 일정 조건 하에서 작동유 탱크로의 환류에 수반하는 유압 저하 상태를 계측할 수 있으므로, 어큐뮬레이터 내의 가스압의 빠짐에 의한 축압 기능의 저하를 보다 정확하게 진단할 수 있다.

또한, 제2 발명에 있어서, 상기 가스압 판정 스텝은 너셀의 요 선회를 제동하는 요 브레이크, 로터의 회전축을 제동하는 주축 브레이크 및 피치 제어 수단의 피치 구동 실린더에 유압 공급을 차단하고, 그 후, 상기 유압 펌프를 정지하여, 소정 시간 경과 후의 유압 압력으로부터 가스압의 건전성을 판정하면 된다.

이 경우에는, 예를 들어 유압 펌프를 정지한 후, 120초 후에 어큐뮬레이터 근방의 오일 통로에 설치한 유압 센서로부터의 검출 유압이, 임계치 압력보다 저하되어 있으면, 유압 저하의 비율이 크다고 판정하고, 어큐뮬레이터의 가스실 내의 가스압이 빠져 있어 축압 기능이 정상이 아니라고 판정한다. 이와 같이, 가스압을 직접 계측하지 않고 유압의 저하 상태에 기초하여 판정함으로써, 건전성 진단 장치를 복잡화되지 않고 가스압의 상태를 진단할 수 있다.

또한, 제2 발명에 있어서, 상기 피치 동작 판정 스텝은 풍향에 대해 날개 회전면을 대략 평행으로 하고, 너셀의 요 선회를 제동하는 요 브레이크를 온으로 하고, 로터의 회전축을 제동하는 주축 브레이크를 온으로 하고, 그 후, 유압 펌프의 작동 유압에 의해 날개를 완전 개방까지 개방하고, 유압 펌프의 정지 후에 날개의 완전 개방 상태로부터 상기 어큐뮬레이터의 축압에 의해 완전 폐쇄 상태로 폐쇄 동작시켰을 때의 동작 시간으로부터 피치 동작의 건전성을 판정하면 된다.

풍향으로부터 날개를 비켜나게 하기 위해 풍향에 대해 날개 회전면을 대략 평행으로 하고, 너셀의 요 선회를 제동하는 요 브레이크를 온으로 하고, 로터의 회전축을 제동하는 주축 브레이크를 온으로 하고, 그 후, 유압 펌프의 작동 유압에 의해 날개를 완전 개방까지 개방하고, 유압 펌프를 정지하여 날개의 동작 시간으로부터 피치 동작의 건전성을 판정하므로, 날개의 피치 동작에 대한 바람의 영향 및 로터의 회전의 영향을 최대한 피한 상태로 함으로써, 정확한 피치 동작의 건전성, 즉 기계적인 고착만을 정확하게 판정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 유압 공급 장치에 있어서의 인터로크 기구(안전 장치)로서, 유압 공급 회로에 설치된 어큐뮬레이터의 건전성 및 피치 작동의 건전성을 진단하여, 위급 시에 어큐뮬레이터의 가스압에 의해, 피치 폐쇄 작동이 정상적으로 기능하도록 하여, 위급 시에 적절한 대응을 할 수 없는 상태에 빠지는 리스크를 저감시켜 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 풍력 발전 장치의 전체 구성예를 도시하는 도면.
도 2는 너셀 내의 드라이브 트레인 및 발전기를 도시하는 횡면도.
도 3은 유압 공급 장치의 전체 구성 설명도.
도 4는 도 3의 X부의 확대 설명도.
도 5는 제어 장치의 전체 구성 블록도.
도 6은 건전성 진단 장치의 제어 흐름도.
도 7은 어큐뮬레이터 가스압 판정 수순의 설명도.
도 8은 피치 동작 판정 수순의 설명도.
도 9는 피치 동작 판정에 있어서의 판정 임계치의 설명도.
도 10은 종래 기술의 설명도.

이하, 첨부 도면에 따라서 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 단, 본 실시 형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특정적인 기재가 없는 한 본 발명의 범위를 이것으로 한정하는 취지가 아니라, 단순한 설명예에 지나지 않는다.

이하에서는, 우선 풍력 발전 장치의 일례에 대해 설명한 후, 본 발명에 관한 건전성 진단 장치에 대해 상세하게 서술한다.

(전체 구성)

도 1은 풍력 발전 장치의 전체 구성예를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 풍력 발전 장치(1)는 주로, 기초(B) 상에 세워 설치된 지주(2)와, 지주(2)의 상단부에 설치된 너셀(4)과, 너셀(4)에 설치된 로터 헤드(6)와, 로터 헤드(6)에 설치된 복수매의 회전 날개(8)로 구성되어 있다.

지주(2)는, 도 1에 도시한 바와 같이 기초(B)로부터 상방(도 1의 상방)으로 연장되는 기둥 형상이고, 예를 들어 1개의 기둥 형상 부재로 구성해도 좋고, 복수의 유닛을 상하 방향으로 연결하여 기둥 형상으로 구성해도 좋다. 지주(2)가 복수의 유닛으로 구성되어 있는 경우에는, 최상부에 설치된 유닛 상에 너셀(4)이 설치된다.

너셀(4)은 로터 헤드(6)를 지지하는 동시에, 그 내부에 드라이브 트레인(10)이나 발전기(18)를 수납하고 있다.

도 2는 너셀(4)의 내부의 드라이브 트레인(10) 및 발전기(18)의 상세를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 드라이브 트레인(10)은 로터 헤드(6)의 로터 허브(6A)에 연결된 주축(12)과, 주축(12)에 연결된 증속기(14)와, 증속기(14)를 발전기(18)에 연결하는 커플링(16)을 갖는다.

주축(12)은 회전 날개(8) 및 로터 헤드(6)와 함께 회전하도록, 로터 허브(6A)에 연결되는 동시에, 주베어링(11)에 의해 회전 가능하게 케이싱측에 고정되어 있다. 또한, 주베어링(11)의 상부에는 그리스를 급지하기 위한 그리스 보급구(도시하지 않음)가 형성되어 있다.

증속기(14)는 주축(12)과 커플링(16) 사이에 배치되어, 주축(12)을 통해 로터 헤드(6)측으로부터 입력된 회전을 증속하여, 커플링(16)에 출력하도록 되어 있다. 증속기(14)는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 유성 증속 기구 및 평기어 증속 기구(모두 도시하지 않음)를 조합한 것을 사용할 수 있다. 이 증속기(14)에 의해, 예를 들어 주축(12)을 통해 로터 헤드(6)측으로부터 입력된 20rpm 정도의 회전이 1800rpm 정도까지 증속된 후, 커플링(16)을 통해 발전기(18)로 전달된다.

커플링(16)은 증속기(14)의 최종 출력축과 발전기(18)의 입력축을 연결하는 커플링이다. 예를 들어, 증속기(14)의 최종 출력축과 발전기(18)의 입력축의 미스 얼라인먼트를 흡수하는 가요성축 조인트를 사용할 수 있다.

또한 커플링(16)에는 브레이크 디스크(19A) 및 브레이크 패드(19B)로 이루어지는 주축 브레이크 장치(19)가 설치되어 있다. 이 주축 브레이크 장치(19)는 브레이크 디스크(19A)의 표리면에 브레이크 패드(19B)를 대고 압박하여 끼움 지지함으로써 커플링(16)을 제동한다. 주축 브레이크 장치(19)는, 예를 들어 브레이크 패드(19B)가 도시하지 않은 스프링에 의해 브레이크 디스크(19A)측으로 항상 가압되는 동시에, 통상 운전 시에 있어서 유압의 힘으로 브레이크 패드(19B)를 스프링의 가압력에 저항하여 브레이크 디스크(19A)로부터 이격되도록 구성해도 좋다.

또한, 풍력 발전 장치(1)의 브레이크 동작은, 통상 후술하는 피치 제어에 의한 제동이 메인이고, 주축 브레이크 장치(19)는 보조적인 것이다. 즉, 강풍 시의 안전 대책이나 메인터넌스 시에 회전축을 정지시키는 경우, 우선은 피치 제어에 의해 회전 날개(8)를 페더링시켜, 회전축의 회전을 억제한 후, 주축 브레이크 장치(19)에 의해 회전을 완전히 정지시키도록 되어 있다.

또한, 너셀(4)의 하부에는 너셀(4)을 요 방향으로 선회시키는 너셀 선회 기구(20)가 설치되어 있다. 너셀 선회 기구(20)는, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이 요 모터(22)와, 요 모터(22)의 구동에 의해 회전하는 피니언(24)과, 피니언(24)과 맞물리는 내기어(26)로 구성해도 좋다. 이에 의해, 요 모터(22)를 구동하면, 피니언(24)이 회전하고, 너셀(4)이 요 선회한다. 또한, 너셀 선회 기구(20)에는 브레이크 디스크 및 브레이크 슈로 이루어지는 요 브레이크 장치(29)(도 3 참조)가 설치되어 있어, 너셀(4)의 요 선회를 제동하도록 되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 로터 헤드(6)는 대략 수평한 축선 주위로 회전 가능하게 너셀(4)에 고정되는 동시에, 회전 날개(8)가 설치된 로터 허브(6A)와, 이 로터 허브(6A)를 덮는 헤드부 캡슐(6B)을 포함하여 구성된다.

또한, 로터 허브(6A)에는, 도 2에 도시한 바와 같이 회전 날개(8)를 축선 주위(도 2의 화살표 방향)로 회전시켜 회전 날개(8)의 피치각을 변경하는 피치 제어 수단(30)이 설치되어 있다. 이 피치 제어 수단(30)은, 도 3에 도시한 바와 같이 피치 구동 실린더(33)로의 유압의 공급과 배출에 의해 제어되고, 피치 구동 실린더(33)의 움직임이 링크 기구(35)에 의해 서로 연결되어 있어, 각 회전 날개(8)의 피치각 제어를 연동하여 행하도록 되어 있다.

(유압 공급 장치)

다음에, 풍력 발전 장치(1)의 유압 공급 장치(40)에 대해 설명한다. 도 3에 있어서, 유압 펌프(41)에 의해, 작동유 탱크(43) 내의 작동유가 송출되도록 되어 있다. 이 유압 펌프(41)는 모터(45)에 의해 구동되어, 레귤레이터 밸브(47)에 의해 정압화되고, 정압화된 압유는 어큐뮬레이터(49)에 축적되는 동시에 송출된다. 어큐뮬레이터(49)는, 내부에는 소정 압력의 가스(예를 들어, 질소 가스)가 봉입된 가스실(51)과, 작동유를 저류하는 유실(53)이 구획되고, 유실(53) 내의 압력 변동에 수반하여, 가스실(51)이 확장 수축하도록 되어 있다. 또한, 이 어큐뮬레이터(49)의 X부분의 확대도를 도 4에 도시한다.

어큐뮬레이터(49)는 정전 등의 위급 시에 유압 펌프(41)가 정전으로 정지되면, 어큐뮬레이터(49) 내의 가스실(51)의 가스압에 의해, 응급 조치로서 유압 장치에 일시적으로 작동유를 송출시키도록 되어 있고, 위급 시의 백업으로서 유압 펌프(41)의 하류측 근방에 위치되어 있다.

유압 펌프(41)에 의해 송출된 작동유는 분기부(P1, P2, P3)에서 각각 분기되어 각 공급 배관(55, 57, 59)으로 보내지도록 되어 있다.

공급 배관(55)은 주축 브레이크 장치(19)를 구성하는 브레이크부(61)에 접속되어 있고, 공급 배관(55)으로부터 브레이크부(61)에 유압이 공급되고, 브레이크 디스크(19A)의 표리면에 브레이크 패드(19B)를 대고 압박하여 끼움 지지함으로써, 커플링(16)을 제동하도록 되어 있다.

또한, 공급 배관(55)의 도중에는 주축 브레이크 제어 밸브(63)가 설치되어 있고, 이 주축 브레이크 제어 밸브(63)에 의해 브레이크부(61)로의 유압의 공급 및 해제가 행해지도록 되어 있다.

또한, 유압 해제 시에 복귀되는 작동유는 주축 브레이크 제어 밸브(63)에 접속된 복귀 배관을 통해 작동유 탱크(43) 내로 복귀되도록 되어 있다.

피치 구동 실린더(33)에는 한 쌍의 오일 공급 배관(65a)과, 오일 복귀 배관(65b)이 각각 접속되어 있고, 이들 오일 공급 배관(65a)과, 오일 복귀 배관(65b)이 피치 제어 밸브(67)에 접속되어 있다. 그리고, 피치 제어 밸브(67)가 구동되어, 공급 배관(69)으로부터의 작동유가, 오일 공급 배관(65a)과, 오일 복귀 배관(65b) 중 어느 하나에 선택적으로 공급됨으로써, 피치 구동 실린더(33)가 구동되어, 회전 날개(8)의 피치각이 바뀌도록 되어 있다.

또한, 공급 배관(57)은 도중에 분기되어 요 브레이크 장치(29)에 각각 접속되어 있고, 그 도중에 설치된 요 브레이크 제어 밸브(71)에 의해 요 브레이크 장치(29)로의 작동유의 공급 제어가 행해져, 요 브레이크 장치(29)에 있어서의 제동의 작동 및 해제가 행해지도록 되어 있다. 또한, 요 브레이크 장치(29)의 해제 시에 복귀되는 작동유는 복귀 배관을 통해 작동유 탱크(43)로 복귀되도록 되어 있다.

또한, 정전 등으로 유압 펌프(41)의 작동이 정지한 경우에 작동하는 위급 제어 밸브(73)[제1 위급 밸브(73a), 제2 위급 밸브(73b)]가 설치되어 있다. 예를 들어, 바람이 강할 때의 정전 시에 있어서, 로터의 과회전을 피하기 위해 회전 날개(8)를 페더링시킬 필요가 있지만, 이 경우에, 유압원의 유압 펌프(41)는 다운되어 작동할 수 없으므로, 어큐뮬레이터(49)의 가스압을 사용하여 회전 날개(8)를 페더링시킬 필요가 있다.

이와 같은 경우에, 도 3의 제1 위급 밸브(73a) 및 제2 위급 밸브(73b)는 모두 비통전 시에 연통하도록 설정되고, 또한 피치 제어 밸브(67)는 비통전 시에 중립 위치에 보유 지지되도록 설정되므로, 어큐뮬레이터(49) 내의 가스실(51)의 가스압을 사용하여, 제1 위급 밸브(73a), 제2 위급 밸브(73b)를 통해, 피치 구동 실린더(33)의 유실(33a)에 작동유가 공급되는 동시에 유실(33b)로부터 작동유가 배출되어, 회전 날개(8)가 페더링 방향으로 회전하도록 되어 있다.

(제어 장치)

도 5에 도시한 바와 같이, 풍력 발전 장치(1)에는 제어 장치(75)가 설치되고, 이 제어 장치(75)에는 주축 브레이크 제어 밸브(63), 피치 제어 밸브(67), 요 브레이크 제어 밸브(71), 위급 제어 밸브[73(73a, 73b)]를 각각 제어하는 제어 밸브 제어 장치(77)와, 어큐뮬레이터(49)의 가스실(51)의 가스압 상태 및 회전 날개(8)의 피치 동작의 건전성을 진단하는 건전성 진단 장치(79)가 설치되어 있다.

건전성 진단 장치(79)는 어큐뮬레이터(49)의 가스실(51)의 가스압의 건전성을 판정하는 가스압 판정 수단(81)과, 가스압 판정 수단(81)에 의해 가스압이 건전하다고 판정했을 때에, 어큐뮬레이터(49)에 축적된 가압 작동유에 의해 피치 구동 실린더(33)가 정상적으로 피치 동작을 행하는지 여부의 건전성을 판정하는 피치 동작 판정 수단(83)이 설치되고, 또한 상기 가스압 판정 수단(81)의 판정을 개시하기 위해 판정 개시 수단(85)이 설치되어 있다. 이 판정 개시 수단(85)에서는 일정 기간마다(예를 들어, 24시간마다) 자동적으로, 혹은 작업자의 개시 스위치(86)의 온 조작 시에, 상기 가스압 판정 수단(81)의 판정을 개시하는 판정 개시 플래그가 성립되도록 되어 있다.

또한, 건전성 진단 장치(79)에는 가스압 판정 수단(81) 및 피치 동작 판정 수단(83)을 위해 피치각 검출 센서(87)로부터의 신호, 어큐뮬레이터(49)와 분기부(P1) 사이의 오일 통로에 설치된 유압 센서(88)로부터의 검출 신호가 입력된다. 또한, 로터 회전 센서(89)로부터의 회전수 신호, 풍속계(90)로부터의 풍속 신호가 입력된다.

또한, 건전성 진단 장치(79)에는 진단 결과에서 이상이라고 판정한 경우에 주의를 환기하기 위해 통지 수단(91)이 구비되어 있다.

다음에, 이상과 같이 구성된 제어 장치(75) 및 유압 공급 장치(40)를 기초로, 건전성 진단 장치(79)에 있어서의 제어를 도 6의 흐름도를 참조하여 설명한다.

도 6에 도시하는 흐름도는 건전성 진단 장치(79)의 전체의 플로우를 도시하는 것이다. 우선, 개시하면 스텝 S2에서, 어큐뮬레이터(49)의 가스실(51) 내의 가스압의 진단을 개시하기 위한 어큐뮬레이터 가스압 판정 플래그가 성립되어 있는지 여부를 판정한다.

이 어큐뮬레이터 가스압 판정 플래그는, 도 7에 도시한 바와 같이 24시간마다 자동으로 성립하는 경우(S11)와, 혹은 작업자의 개시 스위치(86)의 온 조작 신호를 기초로 수동으로 성립하는 경우(S12) 중 어느 것에 의해도 좋다.

그리고, 어큐뮬레이터 가스압 판정 플래그가 성립되었을 때에(S13), 스텝 S3에서 진단 개시 조건이 성립되어 있는지 판정한다. 이 진단 개시 조건은, 도 7에 도시한 바와 같이, 예를 들어 풍력 발전 장치(1)가 기동 금지 중일 것(S14), 주축 브레이크 장치(19)가 오프일 것(S15), 요 브레이크가 오프인 것(S16), 날개 피치가 실제 각도에서 정지하고 있을 것(S17), 풍속이 3.5m/s 이하에서 발전 대기 중인 것(S18) 등이다. 그리고, 이들 조건이 모두 만족되어 있는 경우에는 진단 개시 조건이 성립되어 있다고 판정하여 스텝 S4에서 어큐뮬레이터 가스압 판정을 실행한다.

이 어큐뮬레이터(49)의 가스압 판정은 유압 펌프(41)를 정지하고(S19), 어큐뮬레이터의 가스압을 판정한다(S20). 이 어큐뮬레이터 가스압의 판정은, 예를 들어 유압 펌프(41)를 정지한 후, 120초 후에, 어큐뮬레이터(49) 근방의 오일 통로에 설치한 유압 센서(88)로부터의 검출치가, 임계치 압력보다 저하되어 있으면, 작동유 탱크(43)로의 환류에 수반하는 유압 저하의 비율이 크다고 판정하고, 어큐뮬레이터(49)의 가스실(51) 내의 가스압이 빠져 있어 축압 기능이 정상이 아니라고 판정하여 이상을 통지한다(S21).

또한, 판정 시에, 압력 기준으로서, 유압 센서(88)의 검출치가, 유압 펌프(41)를 정지한 후 소정 압력으로 저하될 때까지의 시간이 임계치 시간보다 긴 경우에는 정상이라고 판정하도록 해도 좋다.

이와 같이, 가스압을 직접 계측하지 않고 유압의 저하 시간에 기초하여 판정함으로써, 건전성 진단 장치를 복잡화하지 않고 어큐뮬레이터(49) 내의 가스실(51)의 가스압의 건전성을 진단할 수 있다.

구체적인 유압 회로는, 도 3에 있어서, 피치 제어 밸브(67)를 A포트로 절환하는 동시에, 제1 위급 밸브(73a)를 작동 상태로 하여 C포트로 절환하고, 제2 위급 밸브(73b)를 비작동 상태로 하여 E포트에 위치시켜 작동유 탱크(43)로 복귀되는 환류 회로를 형성한다. 그리고, 유압 펌프(41)의 정지에 수반하여, 어큐뮬레이터(49) 내에 축압된 작동유가, 피치 제어 밸브(67)의 A포트를 통과하고, 제2 위급 밸브(73b)의 E포트를 통과하여 작동 탱크로 환류되도록 흐르는 회로를 형성하므로, 어큐뮬레이터(49) 내의 압력 및 오일 통로 내의 유압은 저하되어 간다.

이 유압의 저하 상태를 오일 통로에 설치한 유압 센서(88)로 검출한다. 어큐뮬레이터(49)의 가스실(51)이 확장되는 과정에서는, 유압 센서(88)의 검출치는 완만하게 저하되지만, 가스실(51)이 완전히 팽창되면 급격하게 저하되는 경향을 나타낸다. 또한, 가스실(51)이 파손되어 가스압이 빠진 경우에는, 가스실(51)의 팽창 작용이 불충분하므로 유압 센서(88)의 검출치에 조기 저하가 보인다. 따라서, 오일 통로의 유압 저하를 검출하여 가스실(51) 내의 가스압의 상태를 진단할 수 있다.

또한, 어큐뮬레이터(49)의 가스압 판정 시에는 유압 펌프(41)의 정지 시의 유압을 통상 운전 시의 유압보다 높게 하여 정지하면 된다. 즉, 높은 유압에 의한 방법이, 유압 펌프(41)의 정지 후, 예를 들어 120초 후의 유압 저하 상태를 정확하게 판정할 수 있게 되므로, 어큐뮬레이터(49)의 축압 능력의 열화를 고정밀도로 판정할 수 있다. 예를 들어, 통상의 운전 시에 있어서는 3㎫의 제어 유압을 가하고 있는 것을, 가스압 판정 시에 5㎫의 제어 유압으로 하여 유압 펌프(41)를 구동하고 그 후 운전을 정지하고, 유압 센서(88)에 의한 유압의 저하 상황으로부터 판정한다.

또한, 가스압 판정 수단(81)에 의한 가스압의 건전성의 판정이, 요 선회를 제동하는 요 브레이크 장치(29), 주축 브레이크 장치(19) 및 피치 제어 수단(30)의 피치 구동 실린더(33)로의 유압 공급을 차단한 상태로 행해지므로, 일정 조건 하에서 작동유 탱크(43)로의 환류 오일에 의한 유압 저하 상태를 계측할 수 있으므로, 즉 유압 계측 시의 환류 상태의 조건을 일정하게 하여 가스실(51) 내의 가스압의 빠짐에 의한 축압 기능의 저하를 보다 정확하게 진단할 수 있다.

다음에, 도 6의 흐름도로 복귀하여, 스텝 S5에서 피치 동작 판정 플래그가 온으로 되어 있는지 여부를 판정한다.

구체적으로는, 7일마다 자동적으로, 혹은 작업자의 조작 스위치의 온 조작 신호에 의한 수동에 의해 성립한다. 그리고, 피치 동작 판정 플래그가 성립되었을 때에, 스텝 S6에서 진단의 개시 조건이 성립되어 있는지 판정한다. 진단 개시 조건은, 예를 들어 상기 스텝 S2 내지 S4의 어큐뮬레이터 가스압의 판정이 완료되어 있을 것 및 판정 결과에서는 어큐뮬레이터 가스압이 저하되어 있지 않을 것이다. 이 피치 동작 판정 개시 조건이 성립되어 있는 경우에는, 스텝 S7에서 피치 동작 판정을 실행하고, 스텝 S8에서 복귀되어 동일한 처리를 반복한다.

이상과 같이 스텝 S2 내지 S4가 어큐뮬레이터 가스압 판정 처리(S9)의 흐름이고, 그것에 이어서, 어큐뮬레이터 가스압 판정 처리가 정상인 경우에는 계속해서 스텝 S5 내지 S7의 피치 동작 판정 처리 S10을 행하는 흐름으로 되어 있다.

피치 동작 판정은, 도 8에 도시한 바와 같이, 우선 스텝 S32에서 오프셋 인터럽트 동작을 행한다. 이 오프셋 인터럽트 동작은 너셀(4)의 방향을, 풍향에 대해 대략 90° 요 선회시키는 것, 즉 풍향에 대해 날개 회전면을 대략 평행하게 하는 것이다. 또한, 요 선회를 제동하는 요 브레이크 장치(29)를 온으로 하고, 또한 주축 브레이크 장치(19)를 온으로 하도록 주축 브레이크 제어 밸브(63) 및 요 브레이크 제어 밸브(71)를 제어한다.

이와 같이, 풍향으로부터 회전 날개(8)를 비켜나게 하기 위해 너셀(4)을 풍향에 대해 대략 90° 요 선회시키고, 또한 요 브레이크 장치(29) 및 주축 브레이크 장치(19)를 온으로 함으로써, 회전 날개(8)의 피치 동작에 대한 바람의 영향 및 로터의 회전의 영향을 최대한 피한 상태로 함으로써, 정확한 피치 동작의 판정을 할 수 있도록 하고 있다.

다음에, 스텝 S33에서 유압 펌프(41)의 작동 유압에 의해 회전 날개(8)를 파인(fine) 방향의 최대 각도(완전 개방)까지 회전하도록 피치 동작을 행한다. 이때, 구체적인 유압 회로는, 도 3에 있어서 피치 제어 밸브(67)를 A포트로 절환하고, 제1 위급 밸브(73a)를 작동하여 C포트로 절환하고, 제2 위급 밸브(73b)를 작동하여 F 포트로 절환한다. 그리고, 유압 펌프(41)의 토출 유압에 의해 피치 구동 실린더(33)를 개방 방향으로 이동하여, 완전 개방 상태까지 작동시킨다.

그리고, 스텝 S34에서 유압 펌프(41)를 정지하는 셧다운 동작을 행한다. 이 셧다운 동작은 피치 제어 밸브(67)를 중립 위치로 하고, 피치 제어 밸브(67)로부터 피치 구동 실린더(33)로 흐르는 작동유를 차단하고, 또한 제1 위급 밸브(73a) 및 제2 위급 밸브(73b)를 비작동 상태로 하고, 제1 위급 밸브(73a)를 D포트에 위치시키고, 제2 위급 밸브(73b)를 F포트에 위치시킨다.

유압 펌프(41)의 정지에 수반하여, 어큐뮬레이터(49) 내에 축압된 작동유가, 제1 위급 밸브(73a)의 D포트를 통과하고, 피치 구동 실린더(33)의 유실(33a)에 공급되는 동시에 유실(33b)으로부터 작동유가 배출되어, 회전 날개(8)가 페더링 방향(폐쇄 방향)으로 회전한다. 따라서, 유압 펌프(41)에 의해 완전 개방 상태에 있는 회전 날개(8)가, 어큐뮬레이터(49)의 축압력에 의해 페더링 방향으로 회전된다. 이때의 폐쇄 동작 상태로부터 피치 동작의 건전성을 판정한다.

예를 들어, 도 9와 같이, 회전 날개(8)가 완전 개방 상태에 있을 때에 유압 펌프(41)를 정지하고, 그로부터 예를 들어, 10초 후에 회전 날개(8)의 폐쇄 방향으로의 피치 개방도의 변화량이, 임계치 각도(K) 이상에 도달하고 있는지 여부로 판정한다. 임계치 각도(K)에 도달하고 있지 않은 경우에는, 회전 날개(8)의 피치 동작에 이상이 있다고 판정한다. 이 경우, 라인(L1)과 같은 폐쇄 동작은 정상이고, 라인(L2)과 같은 폐쇄 동작은 이상이라고 판정한다.

또한, 폐쇄 동작 시간으로서 완전 폐쇄로 될 때까지의 시간(t1, t2)이 임계치 시간보다 긴지 짧은지에 의해 판정해도 좋다.

그리고, 회전 날개(8)의 동작이 이상이라고 판정했을 때에는, 피치 동작에 기계적인 고착이 발생하고 있을 가능성이 높으므로, 스텝 S35에서 피치 동작의 이상을 통지하고, 정상인 경우에는 스텝 S36에서 종료한다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 유압 공급 장치(40)에 있어서의 인터로크 기구(안전 장치)로서, 유압 공급 장치(40)의 오일 통로에 설치된 어큐뮬레이터(49)의 건전성 및 피치 작동의 건전성을 진단하여, 위급 시에 어큐뮬레이터(49)의 가스압의 저하 및 피치 동작의 기계적 고착에 의해, 피치 폐쇄 작동이 정상적으로 기능하지 않는 리스크를 저감시킬 수 있다. 따라서, 위급 시에 있어서의 작동의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 유압 공급 장치에 있어서의 인터로크 기구(안전 장치)로서, 유압 공급 회로에 설치된 어큐뮬레이터의 건전성 및 피치 작동의 건전성을 진단하고, 위급 시에 어큐뮬레이터의 가스압에 의해, 피치 폐쇄 작동이 정상적으로 기능하도록 하여, 위급 시에 적절한 대응을 할 수 없는 상태에 빠지는 리스크를 저감시켜 신뢰성을 향상시킬 수 있으므로, 풍력 발전 장치로의 이용에 적합하다.

Claims (10)

1. 날개 피치 제어 수단을 구성하는 유압 액추에이터와,
   상기 유압 액추에이터에 대해 작동유를 공급하는 유압 공급 장치와,
   상기 유압 공급 장치를 구성하는 유압 회로에 설치되어, 유압 펌프에서 발생한 유압을 축적하는 가스실을 가진 어큐뮬레이터를 구비한 풍력 발전 장치에 있어서,
   상기 어큐뮬레이터의 가스실의 가스압의 건전성을 판정하는 가스압 판정 수단과,
   상기 가스압 판정 수단에 의해 가스압이 건전하다고 판정한 경우에, 상기 어큐뮬레이터에 축적된 가압 작동유에 의한 상기 피치 제어 수단의 피치 동작의 건전성을 판정하는 피치 동작 판정 수단과,
   일정 기간마다, 혹은 개시 스위치가 온으로 되었을 때에, 개시 조건을 판정하여 상기 가스압 판정 수단을 개시해야 하는지를 판정하는 판정 개시 수단을 갖는 건전성 진단 장치를 구비한 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가스압 판정 수단은 상기 유압 펌프의 정지 후의 소정의 유압까지의 유압 저하 시간으로부터 가스압의 건전성을 판정하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 가스압 판정 수단은, 상기 유압 펌프의 정지 후의 소정 시간 경과 후의 유압 압력으로부터 가스압의 건전성을 판정하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 가스압 판정 수단에 의한 가스압의 건전성의 판정 시에는, 너셀의 요 선회를 제동하는 요 브레이크, 로터의 회전축을 제동하는 주축 브레이크 및 피치 제어 수단의 피치 구동 실린더에 유압 공급을 차단한 상태에서 행해지는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 피치 동작 판정 수단은, 상기 유압 펌프의 정지 후에 날개의 완전 개방 상태로부터 상기 어큐뮬레이터의 축압에 의해 완전 폐쇄 상태로 폐쇄 동작시켰을 때의 동작 시간으로부터 피치 동작의 건전성을 판정하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 피치 동작 판정 수단에 의한 피치 동작의 건전성의 판정은, 풍향에 대해 날개 회전면을 대략 평행으로 하고, 또한 너셀의 요 선회를 제동하는 요 브레이크를 온으로 하고, 로터의 회전축을 제동하는 주축 브레이크를 온으로 한 상태에서 행하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치.
7. 날개 피치 제어 수단을 구성하는 유압 액추에이터에 대해 작동유를 공급하는 유압 공급 장치를 구비한 풍력 발전 장치의 건전성 진단 방법에 있어서,
   일정 기간마다, 혹은 개시 스위치가 온으로 되었을 때에, 건전성 진단의 개시 조건을 판정하여 진단을 개시해야 하는지를 판정하는 판정 개시 스텝과,
   판정 개시 스텝에 의해, 진단이 개시되면, 우선 상기 유압 공급 장치를 구성하는 유압 회로에 설치되어, 유압 펌프에서 발생한 압유를 축적하는 가스실을 가진 어큐뮬레이터의 가스실의 가스압의 건전성을 판정하는 가스압 판정 스텝과,
   상기 가스압 판정 스텝에 의해, 가스압이 건전하다고 판정된 경우에는, 계속해서 상기 어큐뮬레이터에 축적된 가압 작동유에 의한 상기 피치 제어 수단의 피치 동작의 건전성을 판정하는 피치 동작 판정 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치의 건전성 진단 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 가스압 판정 스텝은 너셀의 요 선회를 제동하는 요 브레이크, 로터의 회전축을 제동하는 주축 브레이크 및 피치 제어 수단의 피치 구동 실린더에 유압 공급을 차단하고, 그 후, 상기 유압 펌프를 정지하여, 소정의 유압까지의 유압 저하 시간으로부터 가스압의 건전성을 판정하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치의 건전성 진단 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 가스압 판정 스텝은 너셀의 요 선회를 제동하는 요 브레이크, 로터의 회전축을 제동하는 주축 브레이크 및 피치 제어 수단의 피치 구동 실린더에 유압 공급을 차단하고, 그 후, 상기 유압 펌프를 정지하여, 소정 시간 경과 후의 유압 압력으로부터 가스압의 건전성을 판정하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치의 건전성 진단 방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 피치 동작 판정 스텝은, 풍향에 대해 날개 회전면을 대략 평행으로 하고, 너셀의 요 선회를 제동하는 요 브레이크를 온으로 하고, 로터의 회전축을 제동하는 주축 브레이크를 온으로 하고, 그 후, 유압 펌프의 작동 유압에 의해 날개를 완전 개방까지 개방하고, 유압 펌프의 정지 후에 날개의 완전 개방 상태로부터 상기 어큐뮬레이터의 축압에 의해 완전 폐쇄 상태로 폐쇄 동작시켰을 때의 동작 시간으로부터 피치 동작의 건전성을 판정하는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 장치의 건전성 진단 방법.

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