KR20160016752A - 광섬유를 적용한 모니터링 장치를 통하여 회전 요소의 변형을 모니터링하는 방법, 및 그러한 장치를 구비한 풍력 터빈 - Google Patents

광섬유를 적용한 모니터링 장치를 통하여 회전 요소의 변형을 모니터링하는 방법, 및 그러한 장치를 구비한 풍력 터빈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회전 운동되는 부재의 노화(ageing)을 모니터링하는 분야, 더욱 자세하게는, 회전 부재의 주변 표면이 받을 수 있는 변형을 모니터링하는 분야에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 다음을 포함한다: 적어도 하나의 부분이 부재의 표면의 2개 지점 사이에 있는 광섬유의 제1 단부에서 광신호를 방출하는 단계(71); 상기 광섬유의 제2 단부에서 수신된 광신호의 특징을 측정하는 단계(72), 상기 특징은 단부 사이의 광섬유의 길이의 함수로서 생성됨, 및 상기 광신호의 특징을 참조 신호와 비교하는 단계(73).

Description

광섬유를 적용한 모니터링 장치를 통하여 회전 요소의 변형을 모니터링하는 방법, 및 그러한 장치를 구비한 풍력 터빈{METHOD FOR MONITORING DEFORMATION OF A ROTATING ELEMENT VIA A MONITORING DEVICE EMPLOYING OPTICAL FIBRE, AND WIND TURBINE EQUIPPED WITH SUCH A DEVICE}
본 발명은 회전 운동되는 부재(part)의 노화(ageing)을 모니터링하는 분야에 관한 것이다. 본 발명은 특히 풍력 터빈(wind turbine)의 회전 요소들을 모니터링하는 것에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 본 발명은 회전 운동을 거칠 수 있는 부재의 표면의 변형을, 센서로 작용하는 광섬유를 포함하는 측정 장치에 의하여 모니터링하는 방법에 관한 것이다.
토목공학 고정 구조물의 전체 변형, 즉 구조물의 적어도 2개의 비교적 떨어져 있는 지점 사이에서의 변형을 측정하는 것에 의해 건물, 터널 또는 다리와 같은 토목공학의 고정 구조물을 모니터링하는 것은 공지되어 있다. 이것은 구조물의 2개 지점 사이에 연신된 광섬유를 설치하여 그 광섬유를 통하여 전송된 광신호에서 변동을 분석하는 것에 의해 특히 가능하게 된다. 예를 들어, 문헌 EP 0 649 000 A1호는 2개의 지지 플레이트(plates) 및 상기 지지 플레이트 각각에 체결되고 또 그들 사이에서 연장되어 아크(arcs)를 형성하는 광섬유를 포함하는, 건물을 모니터링하기 위한 시스템을 개시한다. 상기 광섬유를 통과하는 광신호의 진폭 측정은 상기 아크의 굴곡에서 변화를 결정하는 것을 가능하게 하므로, 상기 2개의 지지 플레이트의 상대적 배치도 결정할 수 있게 해준다.
기계에서, 일부 부재들, 특히 움직이는 부재들은 파괴되기 쉬운 우려가 있다. 그러나, 대부분의 경우, 이들 부재들은 있을 수 있는 다양한 손상에 대하여 적절하게 배치된 광섬유를 구비하는 것이 불가능하다. 예를 들어, 풍력 터빈의 로터 블레이드의 변형은 로터 블레이드 위에 센서를 설치하는 것에 의해서 모니터링될 수 없다. 프로펠러, 피스톤, 및 더욱 일반적으로 가동 부재에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 그러한 센서들이 모니터링될 부재 위에 설치될 수 있는 경우에서도, 상기 부재의 이동은 몇 가지 어려움을 제공한다. 첫째, 관성력 또는 원심력에 의해, 또는 센서를 구비한 부재의 각도 위치의 함수로 다양한 중력에 의해(해당되는 경우) 센서의 측정이 방해될 수 있다.
둘째, 회전 부재 상에 센서를 설치하는 것은 비대칭을 유발하여 상기 부재 그자체 또는 메카니즘, 예를 들어 기계적 베어링의 다른 부재의 노화를 가속할 수 있다. 결국, 상기 측정을 전기 도체를 통하여 모니터링 스테이션과 같은 외부 장치로 전송할 수 없다. 이러한 측정 전송 문제는, 부재의 상태를 모니터링하는데 다수의 센서가 필요할 때 더욱 어려워진다.
본 발명의 목적은 특히 회전 요소의 작동과 노화에 가능한한 가장 적은 영향을 갖고 또 그자체가 회전 운동에 의해 영향을 받지 않는 회전 요소의 변형을 모니터닝하기 위한 방법을 제시하는 것에 의해 상술한 결점의 전부 또는 일부를 해결하는 것이다. 이를 위하여, 본 발명은 균열과 같은 결함이 시작되고, 구조물에서 반복적 응력 결함을 증가시켜 변형되게 하는 가동 부재에 따른 특성을 기본으로 한다. 실제로, 어떤 균열에 앞서 부재에서 응력의 불균일성 또는 재료의 불균일성이 앞선다. 이러한 불균일성은 부재의 변형의 불균일성과 함께 진행한다. 상기 부재가 회전 운동할 때, 변형의 불균일성은 전체 부재에 걸쳐 생겨서 분포되는 동적 응력의 불균일성을 반드시 초래한다. 특히, 상기 부재는 응력이 시간에 걸쳐 상이하게 분포되는 동안 압축-압축해제 주기를 국소적으로 거친다. 부재의 주기적 변형은 센서의 설치의 상대적 용이성을 위해, 또 결함이 있는 경우에 응력 변화를 거치는 부위의 수용력을 위해 전략적 부위에서 선택된 구조물의 부위에서 검출될 수 있다. 따라서, 풍력 터빈의 로터 블레이드의 경우, 로터 블레이드의 베이스 주변의 전부 또는 일부에 배열된 단일 센서는 로터 블레이드가 국소적으로 및 로터 블레이드의 다른 지점에서 받은 손상에 반응할 것이다. 더욱 자세하게는, 본 발명의 목적은 회전 운동을 거칠 수 있는 부재의 표면 상에서 생길 수 있는 변형을 모니터링하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다:
적어도 하나의 부분이 부재의 표면의 2개 지점 사이에서 연신되는 광섬유의 제1 단부에서 광신호를 방출하는 단계;
상기 광섬유의 제2 단부에서 수신된 광신호의 특징을 측정하는 단계로 이때, 상기 특징은 단부 사이의 광섬유의 길이의 함수로서 생성됨, 및
상기 광신호의 특징을 참조 신호와 비교하는 단계.
상기 광섬유의 부분은 그의 전체 길이에 걸쳐 부재와 접촉하여 존재할 수 있도록 바람직하게는 부재의 표면의 볼록부를 따른다.
상기 부재는 예를 들어 풍력 터빈의 회전 요소 또는 터빈의 회전 요소이다. 상기 부재는 특히 기계적 베어링의 링(ring)일 수 있다.
특별한 실시양태에 따르면, 복수의 광섬유가 사용되며, 각 광섬유는 부재의 표면의 2개 지점 사이에서 연신된 부분을 포함한다. 이 실시양태에서, 각 광섬유에 있어서,
광신호가 제1 단부에서 방출되고;
제2 단부에 수신된 광신호의 특징을 측정하고; 및
상기 광신호의 특징을 참조 신호와 비교한다.
상기 광학 신호들은 상기 결과들이 입증되도록 하기 위하여 바람직하게는 각 광섬유에서 동시에 방출된다.
제1 실시양태에서, 2개의 광섬유가 사용되며, 제1 광섬유의 연신 부분은 대칭축이 부재의 회전 운동 축인 축 대칭에 따라 제2 광섬유의 연신 부분에 대하여 배열된다.
제2 실시양태에서, 상기 표면은 회전 표면이며, 그의 회전 축은 부재의 회전 운동 축과 통합된다. 상기 광섬유들의 연신 부분들은 회전 표면의 원주를 커버하도록 회전축을 따라 각도적으로 분포될 수 있다.
상기 방법은 또한 각 측정된 특징, 또는 측정된 특징과 참조 신호 사이의 각 비교 결과, 또는 상기 요소의 일부를, 무선 링크 수단에 의해 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전송 단계는 특히 무선 링크 수단의 전기 소모를 제한하도록 비정상적인 경우에서만 실행될 수 있다. 실제로, 부재의 회전 운동으로 인하여, 이들 수단들은 부재 상에 장착된 전지에 의해 일반적으로 공급받는다. 전기 소모의 제한은 전지의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 부재의 이동에 의해 구동된 발전 장치에 대해 전지를 재충전하게 할 수 있다.
특별한 실시양태에 따르면, 상기 방출, 측정 및 비교 단계는 부재가 적어도 1회 완전히 회전하는 동안 부재의 변형을 모니터닝하도록 하기 위하여 소정 기간 동안 연속적으로 실시된다.
본 발명의 주제는 회전 운동을 거칠 수 있는 부재, 및 상기 부재의 변형을 모니터링하기 위한 장치를 포함하는 풍력 터빈을 제공한다. 상기 모니터링 장치는 다음을 포함한다:
적어도 1개 부분이 부재의 표면의 2개 지점 사이에서 연신되어 있는 광섬유;
상기 광섬유의 제1 단부에서 광신호를 방출할 수 있는 광원;
상기 광섬유의 제2 단부에서 수신된 광신호의 특징을 측정할 수 있는 검출기, 이때 상기 특징은 단부들 사이에서 광섬유의 길이의 함수로 생성됨; 및
상기 광신호의 특징을 참조 신호와 비교할 수 있는 처리 모듈(processing module).
본 밤령은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 기재를 읽는다면 더욱 잘 이해될 것이고 다른 이점도 명확해질 것이다;
도 1은 발전 장치로서 사용된 풍력 터빈의 일례를 도시한 것으로, 그의 부재는 본 발명에 따른 방법에 의해 모니터링될 수 있다;
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 방법을 실시할 수 있는 변형 모니터링 장치가 위에 설치될 수 있는 볼 베어링의 일례를 도시한다;
도 4, 도 5 및 도 6은 도 2 및 도 3 중의 볼 베어링 상에 모니터링 장치를 설치한 상이한 예를 도시한다;
도 7은 본 발명에 따른 회전 요소를 모니터링하는 방법의 단계의 예를 도시한다;
도 8은 모니터링 장치에 의해 이용된 광신호들의 예를 2개의 그래프로 도시한다.
본 발명은 적어도 2개의 지점에서 모니터링될 부재에 단단히 체결된 광섬유에서 광신호의 전파 특성을 이용하는 모니터링 장치를 기본으로 한다. 광섬유의 종방향으로의 연신은 횡방향에서 수축을 포함하고 있어, 광섬유를 통과하는 광신호의 진폭의 감쇠 효과에 영향을 주는 것으로 잘 알려져 있다. 브레이디드(braided) 또는 트위스티드(twisted) 광섬유는 또한 공지되어 있고, 국소적 굴곡 변화에 의해 나타나는 길이 변화도 또한 광섬유를 통한 전송 후 수신된 신호의 진폭을 변조시키는 효과를 갖는다. 따라서, 광신호의 진폭을 측정하는 것은, 참조 진폭과의 비교에 의해, 광섬유가 체결된 2개 지점 사이에서 모니터링된 부재가 거쳐온 길이의 변화를 매우 정확하게 결정할 수 있게 한다. 특허 출원 EP 0 264 622 A1호는 그러한 모니터링 장치의 일례를 개시한다. 상기 장치는 광섬유, 및 상기 광섬유의 일 단부에서 광신호를 방출하여 광섬유의 다른 단부에서 수신된 광신호의 진폭을 측정할 수 있는 측정 장치를 포함한다.
도 1은 발전 장치로 사용된 풍력 터빈의 일례를 도식적으로 도시한다. 풍력 터빈(10)은 타워(12)에 의해 지지된 나셀(nacelle)(11), 실질적으로 수평축(X)을 따라 나셀(11)에 피봇 연결된(pivotably linked) 허브(hub)(13), 및 상기 허브(13)에 의해 지지된 로터 블레이드들(14)을 포함한다. 상기 나셀(11)은 실질적으로 수직축(Y)을 따라 타워(12)에 피봇 연결되어, 상기 축(X)의 방향이 풍향에 평행한 방향으로 가도록 한다. 또한, 각 로터 블레이드(14)는 축(Z1, Z2 또는 Z3)을 따라서 허브(13)에 피봇 연결되어 각 로터 블레이드의 배향이 풍속의 함수로 되게 한다. 상기 축들(Z1, Z2 및 Z3)은 축(X)에 수직하고, 또 축(X)의 일개 지점에서 수렴된다. 바람직하게는, 이들은 축(X) 근처에서 균일하게 분포, 즉 이들 사이에 120도 각도로 분포된다. 통상, 나셀(11)은 알터네이터(alternator)(도시되지 않음)를 포함하며, 그의 샤프트는 회전시 허브(13)에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 구동된다. 나셀(11)은 또한 허브(13)에 대하여 이들 각각의 축(Z1, Z2 또는 Z3)을 따라서 로터 블레이드들(14)의 회전을 구동할 수 있는 구동 수단(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3은 변형 모니터링 장치가 설치될 수 있는 볼 베어링의 일례를 도시한다. 도 2는 볼 베어링을 단면도로 도시하고 또 도 3은 상기 베어링을 부분적 단면도로 도시한다. 볼 베어링(20)은 허브(13)와 로터 블레이드들(14) 중의 하나 사이에 피봇 연결을 제공한다. 예로서, 축(Z1)을 따른 피봇 연결을 참조할 수 있다. 베어링(20)은 외부 링(21), 제1 열의 볼(22), 제2 열의 볼(23), 및 내부 링(24)을 포함한다. 상기 베어링(20)의 외경은 예를 들어 2 미터(직경) 치수이다. 일개의 실시양태에서, 상기 허브(13)는 내부 링(24)에 단단하게 체결되며, 또 상기 로터 블레이드(14)는 외부 링(21)에 단단하게 체결된다. 이 실시양태에서, 허브(13)를 내부 링(24)에 체결하는 것은 내부 링(24)의 원주에 균일하게 분포된 체결 요소 세트에 의해 실시된다. 각 체결 요소는 예를 들어 하나의 스터드(stud) 및 2개의 너트(nuts)를 포함한다. 상기 내부 링(24)은 축(Z1)과 평행하게 생성된 한 세트의 부착홀들(241)을 포함한다; 상기 허브(13)는 유사하게 부착홀들(241)의 하나와 대향하는 위치를 가질 수 있는 한 세트의 부착홀들을 포함한다. 각 스터드는 내부 링(24)의 부착홀(241) 및 허브(13)의 부착홀을 통과한다. 너트는 스터드의 각 단부 상에 나사체결되어 허브(13)를 내부 링(24)에 단단하게 고정한다. 유사하게, 로터 블레이드(14)를 외부 링(21)에 체결하는 것은 스터드들과 너트들에 의해 실시될 수 있다. 상기 외부 링(21)은 예를 들어 축(Z1)에 대하여 평행한 부착홀들(211)을 포함할 수 있다. 물론, 다른 적합한 체결 수단들을 사용하여 상기 로터 블레이드(14)를 상기 외부 링(21)에 또 상기 허브(13)를 상기 내부 링(24)에 단단하게 체결할 수 있다. 상기 베어링(20)은 예를 들어 앵귤러 콘택트(angular contact) 베어링이어서 로터 블레이드(14)가 거치는 특히 중력 및 원심력으로 인하여 축(Z1)을 따라 축 응력을 견딘다. 도 2 및 도 3에 도시된 베어링(20)은 또한 외부 링(21)의 주변 표면(213) 상에 형성된 톱니 비트(bit)(212)를 포함한다. 상기 톱니 비트(212)는 로터 블레이드(14)를 예를 들어 풍속의 함수로서 배향하도록 구동되는 도시되지 않은 피니언(pinion)과 체결할 수 있다.
외부 링(21)의 주변 표면(213) 상에서 변형 발생을 모니터링하기 위하여, 변형 모니터링 장치(30)가 설치될 수 있다. 물론 상기 모니터링 장치(30)는 외부 링(21)에 의해 받은 손상으로 인한 변형뿐만 아니라 그에 연결된 부재에 의해 생긴 변형을 검출할 수 있도록 해야 한다. 상기 모니터링 장치(30)는 광섬유(31), 상기 광섬유(31)의 제1 단부에서 광신호를 방출할 수 있는 광원(32), 및 상기 광섬유(31)의 제2 단부에서 수신된 광신호의 특징을 측정할 수 있는 검출기(33)를 포함한다. 측정된 특징은 그의 단부 사이에서 광섬유(31)의 길이의 함수로서 생긴다. 이는 예를 들어 광신호의 진폭, 또는 광섬유(31)의 2개의 단부 사이에서 광신호가 이동하는 기간일 수 있다. 상기 광원(32) 및 상기 검출기(33)는 하나의 동일한 모듈로 함께 그룹지워질 수 있음에 유념해야 한다. 또한, 상기 광섬유(31)의 물리적 단부들 중의 하나는 광신호를 반사할 수 있는 반사기(reflector)에 결합될 수 있다. 상기 광섬유(31)의 제2 물리적 단부는 상기 광신호를 방출하고 수신하기 위해 사용된다. 주변 표면(213)의 변형을 모니터링할 수 있도록 만들기 위하여, 상기 광섬유(31)는 주변 표면(213)의 2개 지점 사이에서 연신된 적어도 하나의 부분을 포함해야 한다. 통상, 상기 부분은 주변 표면(213)을 따른다. 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 광섬유(31)는 상기 부분이 예비-응력 긴장처리(pre-stress tension)되도록 설치된다. 따라서, 주변 표면(213)의 변형이 광섬유(31)가 체결되어 가까워지는 2개 지점을 포함하는 경우에서도 상기 부분은 길이에서 변화를 거치며, 이 경우에서, 수축된다. 특별한 실시양태에 따르면, 상기 광섬유(31)는 그의 전체 길이에 걸쳐, 즉 광원(32)에 연결된 단부와 검출기(33)에 연결된 단부 사이에서 예비응력처리된다.
도 4는 베어링(20) 상에 변형 모니터링 장치(30)를 설치하는 제1 예를 도시한다. 이 실시양태에서, 광원(32) 및 검출기(33)는 단일 모듈에 포함되고, 또 상기 광섬유(31)는 주변 표면(213)의 전체 둘레에 걸쳐 존재한다. 바람직하게는, 상기 광섬유(31)는 전체 길이에 걸쳐 예비응력처리된다.
도 5는 베어링(20) 상에 변형 모니터링 장치(50)를 설치하는 제2 예를 도시한다. 이 실시양태에서, 상기 장치(50)는 2개의 광원(32A 및 32B), 2개의 검출기(33A 및 33B), 및 2개의 광섬유(31A 및 31B)를 포함한다. 상기 광섬유(31A)는 상기 광원(32A)과 검출기(33A) 사이에서 주변 표면(213)의 둘레의 제1 절반에 걸쳐 존재하고, 또 상기 광섬유(31B)는 상기 광원(32B)과 검출기(33B) 사이에서 주변 표면(213)의 둘레의 제2 절반에 걸쳐 존재한다. 각 광섬유(31A, 31B, 31C)는 바람직하게는 그의 전체 길이에 걸쳐 예비응력처리된다.
도 6은 베어링(20) 상에 변형 모니터링 장치(60)를 설치하는 제3 예를 도시한다. 이 실시양태에서, 상기 장치(60)는 3개의 광원(32A, 32B 및 32C), 3개의 검출기(33A, 33B 및 33C), 및 3개의 광섬유 (31A, 31B 및 31C)를 포함한다. 상기 광섬유(31A)는 상기 광원(32A)과 검출기(33A) 사이에 존재하며; 상기 광섬유(31B)는 상기 광원(32B)과 검출기(33B) 사이에 존재한다; 또 상기 광섬유(31C)는 상기 광원(32C)과 검출기(33C) 사이에 존재한다. 상기 광원들(32A, 32B 및 32C), 및 상기 검출기들(33A, 33B 및 33C)은 주변 표면(213) 상에 배열되어서 광섬유들(31A, 31B 및 31C)이 주변 표면(213)의 전체 둘레를 전반적으로 커버한다. 유리하게는, 각 광섬유는 상기 주변 표면(213)의 둘레의 실질적으로 1/3을 커버한다. 각 광섬유(31A, 31B, 31C)는 로터 블레이드(14)에 대하여 중심에 있을 수 있다. 더욱 일반적으로, 상기 변형 모니터링 장치는 임의 개수의 어셈블리(assemblies)를 포함할 수 있고, 상기 각 어셈블리는 광섬유, 광원 및 검출기를 포함한다. 입수할 수 있는 몇 개의 어셈블리를 갖는 이점은 더 많은 국소화된 변형 모니터링을 허용하는 것이다. 또한, 상기 광섬유들은 모니터링되는 표면의 둘레에 적어도 부분적으로 중첩될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 변형을 모니터링하는 방법 단계의 일례를 도시한다. 상기 방법은 도 4의 모니터링 장치의 실시하는 예와 관련하여 여기서 설명된다. 제1 단계(71)에서, 상기 광원(32)은 상기 광섬유(31)의 제1 단부에서 광신호, 예를 들어 펄스를 방출한다. 제2 단계(72)에서, 상기 검출기(33)는 광섬유(31)의 다른 단부에서 상기 광신호를 수신하고 또 상기 광신호의 특징을 측정한다. 앞에 나타낸 바와 같이, 상기 특징은 광신호의 진폭, 또는 상기 광원(32)과 상기 검출기(33) 사이에서 광신호의 전송 기간일 수 있다. 상기 광신호는 단일 주파수일 수 있고, 한 주파수 밴드로 퍼지거나, 또는 몇 개의 단일 주파수 신호로 구성될 수 있다. 또한, 상기 광섬유(31)는 단일 모드(single-mode) 또는 멀티모드(multimode) 섬유일 수 있다. 따라서, 상기 검출기(33)에 의해 측정된 특징은 실제로 특징의 조합의 결과일 수 있다. 단계(73)에서, 상기 광신호의 특징을 참조 신호와 비교한다. 상기 비교는 검출기(33)에 통합되거나 또는 통합되지 않은 처리 모듈에 의해 실시된다. 상기 참조 신호는 진폭 값, 예를 들어 모니터링되는 부재가 결함이 없는 것으로 간주될 때 초기 상 동안 및/또는 부재가 회전 운동에 처리되지 않을 때 대기(idle) 상 동안 측정된 광신호의 진폭 값일 수 있다. 상기 참조 신호는 예를 들어 상기 초기 상 및/또는 대기 상 동안 측정된 참조 기간일 수 있다. 또한, 상기 광원(32)에 의해 방출된 광신호는 펄스일 필요는 없지만, 연속 신호일 수 있고, 이 경우에서 참조 신호는 연속적일 수 있다. 광신호가 지속되는 기간은 예를 들어 모니터링되는 상기 부재가 상기 기간 동안 1개의 완전한 회전을 실시하도록 결정된다. 따라서 모니터링되는 부재의 비대칭에 반영된 피로 현상은 검출기(33)에 의해 수신된 광신호의 불연속성으로 인하여 관측될 수 있다. 상기 광신호는 소정 빈도로 또는 오퍼레이터의 요청에 따라 방출되고 수신될 수 있다. 모니터링 빈도는 특히 모니터링되는 부재의 중요도 및/또는 모니터링되는 부재상에서 실시된 이전의 측정, 또는 모니터링되는 부재에 기계적으로 연결된 다른 부재에 따라서 달라질 수 있다. 1개 및 동일 부재의 변형을 모니터링하기 위하여 몇 개의 광섬유가 사용되면, 상이한 광신호들이 각각 서로 독립적으로 방출될 수 있거나, 또는 동조 방식으로 방출될 수 있다. 신호의 동조화는 측정 결과의 상호관련을 가능하게 하는 이점을 갖는다. 본 발명에 따른 모니터링 방법은 또한 광신호와 참조 신호 사이의 각 비교 결과를 외부 장치, 예를 들어 모니터링 스테이션으로 전송하는 단계(74)를 또한 포함할 수 있다. 다르게는, 단계(74) 동안 전송된 데이터는 검출기 또는 검출기들(33)에 의해 수신된 광신호들일 수 있고, 상기 비교는 외부 장치에 의해 실시된다. 특별한 실시양태에 따르면, 상기 풍력 터빈은 검출기(33)로부터 또는 비교를 실시하는 처리 모듈로부터 생긴 데이터를 바람직하게는 무선 링크를 통하여 수집하는 중심 유닛을 포함한다. 바람직하게는, 상기 중심 유닛은 모든 검출기로부터 및/또는 논의되는 풍력 터빈의 모든 처리 모듈로부터 생긴 데이터를 수집한다. 풍력 발전지역(wind farm)의 전체에 대한 공통 모니터링 스테이션은 유선 또는 무선 링크를 통하여 상이한 중심 유닛에 의해 수집된 데이터 전부를 수집할 수 있다.
모니터링되는 부재가 견딘 운동으로 인하여, 상기 모니터링 장치(30)는 바람직하게는 전지, 예를 들어 리튬 전지에 의해 공급을 받는다. 또한, 상기 데이터 전송은 바람직하게는 무선 링크 수단에 의해 실시된다. 상기 모니터링 장치(30)의 전기 소모를 제한하고 또 전지의 수명을 증가시키기 위하여, 상기 데이터 전송은 비교적 가끔, 예를 들어 하루에 한번씩 실시될 수 있다. 이러한 빈도는 측정 빈도, 즉 광신호가 방출되는 빈도보다는 적을 수 있다. 유리한 실시양태에 따르면, 상기 데이터는 결함이 발견될 때에만 전송된다.
특별한 실시양태에 따르면, 상기 모니터링 장치(30)는 모니터링되는 부재의 운동의 이점을 이용하여 그의 자율성을 증가시킨다. 특히, 상기 모니터링 장치(30)는 부재의 운동에 의해 구동된 발전 장치를 포함할 수 있어 전지를 재충전할 수 있게 한다.
도 8은 모니터링 장치(30)에 의해 이용된 광신호들의 예를 2개의 그래프로 도시한다. 제1 그래프(81)는 참조 광신호의 일례를 도시하고, 또 제2 그래프(82)는 풍력 터빈의 부재에서 결함이 있는 경우에 검출기(33)에 의해 수신된 광 신호의 일례를 도시한다. 각 그래프에서, 신호들의 진폭(A)은 풍력 터빈(10)의 허브(13)의 실질적으로 2회전에 상응하는 기간에 걸친 시간의 함수로 플럿팅한다. 그래프(81)에 도시된 바와 같이, 참조 신호의 진폭은 시간에 따라 실질적으로 일정하다. 결함이 존재하지 않으면, 검출기(33)에 의해 수신된 광신호는 동일하거나 또는 유사할 것이다. 실제로, 정상 상황에서, 즉 마모가 없거나 또는 완전히 일정한 마모가 있는 경우, 측정 신호는 로터 블레이드가 완전히 회전하는 동안 불연속을 나타내지 않는다. 반면에, 그래프(82)는 불규칙의 표시인 광신호의 진폭의 기복, 보통 부재가 거쳐온 응력에서 주기적 변동을 나타내므로, 모니터링된 부재에서 또는 그에 연결된 부재의 하나에서 결함의 시작을 나타낸다. 응력 변동을 모니터링하는 것은 제3차 효과인 균열을 모니터링하는 것과 대조에 의해 부재의 제1차 노화 효과를 모니터링하는 것으로 됨에 주목해야 한다. 따라서 응력 모니터링은 보수 작업을 미리 계획할 수 있어 더욱 논리적 방식으로 풍력 터빈의 보수를 유지할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 모니터링 방법은 풍력 터빈의 허브와 로터 블레이드 사이의 베어링을 참조하여 설명하였다. 이는 풍력 터빈의 다른 베어링, 예를 들어 풍력 터빈의 나셀의 허브와 프레임 사이의 베어링, 및 회전 운동을 거치는 다른 부재, 예를 들어 터빈의 휠(wheel) 또는 펠톤(Pelton) 휠에도 물론 적용될 수 있다. 더욱 일반적으로, 상기 방법은 변형 모니터링이 바람직한 표면을 갖는 회전 요소에 적용될 수 있다. 상기 표면은 둘레 표면일 수 있다. 일례로서, 회전 요소의 회전 운동축과 통합되는 회전축의 회전 표면일 수 있다. 바람직하게는, 회전 요소의 2개 지점 사이에서 연신된 광섬유의 부분은 그의 표면의 볼록부를 따른다.

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 부분이 부재(21)의 표면(213)의 2개 지점 사이에서 연신되는 광섬유(31)의 제1 단부에서 광신호를 방출하는 단계(71);
    광섬유(31)의 제2 단부에서 수신된 광신호의 특징을 측정하는 단계(72)로 이때, 특징은 단부들 사이의 광섬유의 길이의 함수로서 생성되며, 및
    광신호의 특징을 참조 신호와 비교하는 단계(73)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전 운동을 거칠 수 있는 부재(21)의 표면(213) 상에서 생길 수 있는 변형을 모니터링하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 광섬유(31)의 부분이 부재(21)의 표면(213)의 볼록부를 따르는, 회전 운동을 거칠 수 있는 부재(21)의 표면(213) 상에서 생길 수 있는 변형을 모니터링하는 방법,
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 부재(21)가 풍력 터빈(10)의 회전 요소인, 회전 운동을 거칠 수 있는 부재(21)의 표면(213) 상에서 생길 수 있는 변형을 모니터링하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 부재 (21)가 터빈의 회전 요소인, 회전 운동을 거칠 수 있는 부재(21)의 표면(213) 상에서 생길 수 있는 변형을 모니터링하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 부재가 기계적 베어링(20)의 링(21)인, 회전 운동을 거칠 수 있는 부재(21)의 표면(213) 상에서 생길 수 있는 변형을 모니터링하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 광섬유들(31A, 31B, 31C)이 사용되며, 각 광섬유는 부재(21)의 표면(213)의 2개 지점 사이에서 연신된 부분을 포함하며, 각 광섬유에 있어서,
    광신호가 제1 단부에서 방출되고;
    제2 단부에 수신된 광신호의 특징을 측정하고; 및
    광신호의 특징을 참조 신호와 비교하는, 회전 운동을 거칠 수 있는 부재(21)의 표면(213) 상에서 생길 수 있는 변형을 모니터링하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 광학 신호들은 각 광섬유(31A, 31B, 31C)에서 동시에 방출되는, 회전 운동을 거칠 수 있는 부재(21)의 표면(213) 상에서 생길 수 있는 변형을 모니터링하는 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 2개의 광섬유들(31A, 31B)이 사용되며, 제1 광섬유(31A)의 연신 부분은 대칭축(Z1)이 부재(21)의 회전 운동 축인 축 대칭에 따라 제2 광섬유(31B)의 연신 부분에 대하여 배열되는, 회전 운동을 거칠 수 있는 부재(21)의 표면(213) 상에서 생길 수 있는 변형을 모니터링하는 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 표면(213)은 회전 표면이며, 회전 축(Z1)은 부재(21)의 회전 운동 축과 통합되며, 광섬유들(31A, 31B, 31C)의 연신 부분들은 회전 표면(213)의 원주를 커버하도록 회전축(Z1)을 따라 각도적으로 분포되는, 회전 운동을 거칠 수 있는 부재(21)의 표면(213) 상에서 생길 수 있는 변형을 모니터링하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 측정된 특징, 또는 측정된 특징과 참조 신호 사이의 각각의 비교 결과, 또는 요소의 일부를, 무선 링크 수단에 의해 전송하는 단계(74)를 또한 포함하는, 회전 운동을 거칠 수 있는 부재(21)의 표면(213) 상에서 생길 수 있는 변형을 모니터링하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 전송 단계(74)는 비정상적인(fault) 경우에서만 실시되는, 회전 운동을 거칠 수 있는 부재(21)의 표면(213) 상에서 생길 수 있는 변형을 모니터링하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 방출 단계(71), 측정 단계(72) 및 비교 단계(73)는 부재(21)가 적어도 1회 완전히 회전하는 동안 부재(21)의 변형을 모니터닝하도록 하기 위하여 소정 기간 동안 연속적으로 실시되는, 회전 운동을 거칠 수 있는 부재(21)의 표면(213) 상에서 생길 수 있는 변형을 모니터링하는 방법.
  13. 회전 운동을 거칠 수 있는 부재(21), 및 부재의 변형을 모니터링하기 위한 장치(30)를 포함하는 풍력 터빈으로서, 모니터링 장치는,
    적어도 1개 부분이 부재(21)의 표면(213)의 2개 지점 사이에서 연신되는 광섬유(31);
    광섬유(31)의 제1 단부에서 광신호를 방출할 수 있는 광원(32);
    광섬유(31)의 제2 단부에서 수신된 광신호의 특징을 측정할 수 있는 검출기(33)로, 이때 특징은 단부들 사이에서 광섬유의 길이의 함수로 생성되며; 및
    광신호의 특징을 참조 신호와 비교할 수 있는 처리 모듈을 포함하는, 풍력 터빈.
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