TW201905330A

TW201905330A - 風力發電機之潤滑油之監視系統及方法

Info

Publication number: TW201905330A
Application number: TW107118103A
Authority: TW
Inventors: 小島恭子
Original assignee: 日商日立製作所股份有限公司
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2019-02-01
Also published as: JP6919986B2; JP2019011716A; WO2019003518A1; TWI689661B

Abstract

本發明之課題係藉由適當之潤滑油診斷，而使潤滑油之更換週期最佳化。本發明提供一種供給至風力發電機之機械驅動部之潤滑油之監視系統。該系統具備輸入裝置、處理裝置、記憶裝置及輸出裝置。記憶裝置記憶按時間排列地存儲有潤滑油之添加劑濃度之添加劑濃度資料，處理裝置基於添加劑濃度資料，推測添加劑之濃度成為特定臨限值之時間。

Description

風力發電機之潤滑油之監視系統及方法

本發明係關於風力發電機，尤其係關於可對應於在機艙內等使用之潤滑油之維持管理之技術。

近年來，為了防止地球暖化，利用自然能源之發電系統受到注目，其中關於風力發電機亦廣泛普及。於風力發電機中，為了減低構成要素間之機械摩擦係數而使用潤滑油等。為了維持潤滑油提供潤滑之充分性質，而提出各種技術。例如，於專利文獻1中，揭示有如下者：針對來自風力渦輪機之潤滑油決定初期理想剩餘壽命，基於來自風力渦輪機之潤滑油之溫度測定值而決定潤滑油之溫度基礎之剩餘壽命，基於潤滑油之污染樣本計算潤滑油之污染係數，基於污染係數、初期理想剩餘壽命及溫度基礎之剩餘壽命，決定潤滑油更新之理想剩餘壽命，基於所更新之理想剩餘壽命及壽命損失係數，決定潤滑油之實際剩餘壽命，藉此監視來自風力渦輪機之潤滑油。又，作為使用感測器評估油等對象物之特性之方法，於專利文獻2中揭示有測定LCR共振器之共振阻抗頻譜應答，且於專利文獻3中揭示藉由檢測顏色成分而進行測定。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2016-044681號公報 [專利文獻2]日本專利特開2016-126007號公報 [專利文獻3]WO2010/150526號公報

[發明所欲解決之問題] 圖1係顯示本發明之對象裝置之一例，即風力發電機之概略整體構成圖。於圖1中，以虛線表示配置於機艙3內之各機器。如圖1所示，風力發電機1具備：承受風而旋轉之葉片5、支持葉片5之輪轂4、機艙3、及於水平面內可旋動地支持機艙3之塔2。於機艙3內，具備：主軸31，其連接於輪轂4，與輪轂4一起旋轉；縮緊盤32，其連結於主軸31；增速機33，其經由縮緊盤32將連接於主軸31之旋轉速度進行增速；及發電機34，其經由聯軸節38以經增速機33增速後之旋轉速度使轉子旋轉而發電運轉。將葉片5之旋轉能量傳達至發電機34之部位稱為動力傳達部，於本實施例中，主軸31、縮緊盤32、增速機及聯軸節38包含於動力傳達部。並且，將增速機33及發電機34保持於主框架35上。又，於主框架35上，設置有1個或複數個貯存供動力傳達部之潤滑用的潤滑油之油槽37。又，於機艙3內，於機艙隔板30更於上風側配置有散熱器36。於風力發電機中，對多數旋轉零件使用潤滑油。例如，於圖1中，對主軸31、增速機33、發電機34、未圖示之轉向、俯仰等之軸承供給潤滑油。機翼之俯仰控制係根據風速改變機翼之角度，並控制輸出者，轉向控制則是根據風向擺頭者。必須對如此之可動部分供給潤滑油。潤滑油減低旋轉部分之摩擦，防止零件之磨耗或破損，或能量損失。然而，若因潤滑油之歷時劣化而產生潤滑性能降低，則摩擦係數增加，風力發電機之故障風險增大。若風力發電機故障，則由於發生故障零件更換之成本、停電中之發電收入減少等大量之成本損失，而期望有利用剩餘壽命預測、預兆檢測之早期零件準備、停電期間縮短等對策。尤其，重要零件即增速機於潤滑油之性能降低時，故障成本增加，因此用以儘可能於早期推測潤滑油之剩餘壽命或更換時間之技術較為重要。設想風力發電機之潤滑油作為監視對象之情形時，例如根據黏度之特性評估中，由於風車增速機之潤滑油係使用化學性非常穩定之合成油，黏度幾乎未變化，故不適於作為剩餘壽命推測之指標。又，於表示因氧化之劣化的總酸值測定中，由於風車增速機之潤滑油係使用對於氧化非常穩定之合成油，總酸值幾乎未變化，因此不適於作為剩餘壽命推測之指標。因此，本發明人等為了於早期推測潤滑油剩餘壽命，而認識到對於風力發電機之潤滑油定期分析之性能評估方法有研討課題。因此，本發明之課題在於藉由適當之潤滑油診斷，而使潤滑油之更換週期最佳化。 [解決問題之技術手段] 本發明之一態樣係供給至風力發電機之機械驅動部的潤滑油之監視系統。該系統具備輸入裝置、處理裝置、記憶裝置及輸出裝置。記憶裝置記憶按時間排列地存儲有潤滑油之添加劑的濃度之添加劑濃度資料，處理裝置基於添加劑濃度資料，推測添加劑濃度成為特定臨限值之時間。本發明之另一態樣係使用具備處理裝置、記憶裝置、輸入裝置及輸出裝置之伺服器之風力發電機的潤滑油之監視方法。該方法執行如下步驟：自風力發電機採集潤滑油之樣本之第1步驟；測定樣本所含之添加劑濃度之第2步驟；將所測定之添加劑濃度按時間排列地存儲於記憶裝置，作為添加劑濃度資料之第3步驟；及藉由處理裝置處理添加劑濃度資料，而推測添加劑之濃度成為特定臨限值之時間之第4步驟。添加劑之具體例例如為抗氧化劑與極壓添加劑。添加劑之濃度分析之具體一例例如為使用液體色譜法之分析。 [發明之效果] 藉由適當之潤滑油診斷，可使潤滑油之更換週期最佳化。

以下，針對本發明之實施形態，使用圖式進行詳細說明。但，本發明並非限定於以下所示實施形態之記載內容而解釋。本領域技術人員容易理解於不脫離本發明之思想至主旨之範圍內，可變更其具體構成。於以下說明之發明構成中，有時對同一部分或具有同樣功能之部分於不同圖式間共通地使用同一符號，並省略重複說明。具有同一或同樣功能之要素有複數個之情形時，有對同一符號標註不同下標而說明之情形。但無需區別複數個要素之情形時，有省略下標而說明之情形。本說明書等之「第1」、「第2」、「第3」等記號係用以識別構成要素而標註者，未必限定數量、順序或其內容。又，用以識別構成要素之編號係每個上下文所使用，一個上下文所使用之編號，在其他上下文中未必表示同一構成。又，某編號所識別出之構成要素並不妨礙兼具以其他編號所識別出之構成要素之功能。有為了容易理解發明，而圖式等所示之各構成之位置、大小、形狀、範圍等不表示實際之位置、大小、形狀、範圍等之情形。因此，本發明未必限定於圖式等所揭示之位置、大小、形狀、範圍等。首先，針對實施例中作為監視對象之潤滑油進行說明。作為用以評估潤滑油特性之監視對象之參數，考慮黏度、總酸值測定、成分元素分析等各種者。但，如上述，由於風力發電機之潤滑油之黏度或總酸值幾乎未變化，故僅以此不適於作為剩餘壽命推測之指標。又，亦考慮測定潤滑油所含有之微粒子粉或水分之方法，但於潤滑油中檢測出該等含有物之時點，有已產生磨耗或漏泄之可能性，而期望更早期檢測出預兆。但，於潤滑油中包含用以維持潤滑性能之各種添加劑。例如，潤滑條件嚴苛，接觸部分之壓力較高之情形，或於滑動速度較小，油之黏度過低之情形時，摩擦面間的潤滑油之膜變薄，發生摩擦阻力變大之磨耗。將該狀態稱為邊界潤滑，極端之情況下產生燒結。如此之邊界潤滑油之狀態下發揮減少摩擦或磨耗之作用者為油性劑、抗磨耗劑、極壓添加劑(極壓劑)，亦有將該等總稱為耐荷重添加劑之情形。又，作為其他添加劑，例如亦有如抗氧化劑或消泡劑者。油性劑吸附於金屬表面而作成吸附膜，該吸附膜妨礙處於邊界潤滑狀態之金屬與金屬之直接接觸，發揮減少摩擦、磨耗之作用。作為油性劑，使用對金屬表面吸附力較大之高級脂肪酸、高級乙醇及胺、酯、金屬皂等。對較油性劑於嚴格之荷重條件下更具有防止磨耗效果者為抗磨耗劑，一般多使用磷酸酯、亞磷酸酯、硫代磷酸塩。抗磨耗劑使用於渦輪機油、耐磨耗液壓油等，但尤其二烷基二硫代磷酸鋅(ZnDTP：Zinc Dialkyldithiophosphate，亦稱為ZDDP)亦具有抗氧化性能。於邊界潤滑狀態最嚴格之條件之高荷重狀態之接觸面中，摩擦面溫度變得非常高，利用油性劑之吸附膜脫附而失去效果，但極壓添加劑係包含硫、氯、磷等之化學性活性物質，因此與金屬面反應，製造包含硫、氯、磷等之化合物，成為切斷力較小之被膜，而防止磨耗、燒結、熔合。作為極壓添加劑，一般為包含硫、氯、磷等之物質，除了硫化油脂、硫化酯、硫化物、氯化烴等以外，亦使用環烷酸鉛，或同一分子內包含硫、磷、氯中之二者以上之元素之化合物。作為具體之極壓添加劑，有硫化鯨蠟油、硫化脂肪酯、二苄基二硫化物、烷基多硫化物、烯烴多硫化物、黃原酸硫化物、氯化石蠟、三氯硬脂酸甲酯、環烷酸鉛、烷基硫代磷酸胺、氯代烷基黃原酸酯、三苯基硫代磷酸酯(TPPT：Triphenyl Phosphorothionate)等。抗氧化劑係用以防止因基油之氧化而劣化所使用。抗氧化劑有3種。自由基抑制劑(Free Radical Inhibitor)，其抑制氧化初期之游離基(radical)產生，使烴之氧化連鎖反應停止；過氧化物分解劑(Peroxide Decomposer)，其發揮將產生之過氧化物分解，變成穩定之非游離基化合物之作用；及金屬鈍化劑(Metal Deactivator)，其製造強韌之吸附膜(惰性防腐蝕膜)。金屬鈍化劑之作用係不使鐵或銅因潤滑油氧化而產生之過氧化物之金屬腐蝕性而溶解。作為具體之抗氧化劑，有苯酚衍生物(2,6-二-第三-丁基對甲酚(BHT)、2，6-二-第三-丁基對苯酚(DBP)、4,4'-亞甲基雙(2,6-二烷基苯酚)等)、胺衍生物(2,6-二烷基-α-二甲胺基對甲酚、4,4'-四甲基二胺基二苯甲烷、辛基化苯基萘胺、二辛基-二苯基胺、二壬基二苯基胺、吩噻嗪、2,2,4-三甲基二羥基喹啉等)、金屬二硫代磷酸酯、烷基硫化物等、1,4-二氧基聯蒽醌(別名：醌茜)、1,2-二氧基聯蒽醌(別名：茜素)、苯并三唑、烷基苯并三唑等。為了維持期望之潤滑性能，上述添加劑必須相對於潤滑油含有特定比例(濃度)。於上述專利文獻1中，對潤滑油中之鐵粒子數、含水量、介電常數、及/或國際標準化機構(ISO)粒子程度中之至少一者進行取得及分析，計算污染係數。但，係測定粒子或水等雜質或物理特性者，並非直接測量潤滑油本身之成分，尤其是潤滑油之添加劑濃度等之變化。因此，本發明人等對於藉由監測潤滑油所含之添加劑狀態，尤其是濃度推移而進行預兆診斷之方法進行比較研討。圖2係顯示藉由作為成分分析方法之一所知之ICP(Inductively Coupled Plasma：感應耦合電漿)元素分析，進行潤滑油中之極壓添加劑之成分即磷濃度測定之結果。橫軸為經過時間(月數)，縱軸為磷濃度(ppm)。其結果，經過時間與磷濃度之間未見到有意義之關係。此暗示元素分析精度對於用以預兆診斷之精度可能不充分。根據圖2所示之測定結果，一度減少之磷濃度再次增加，但不認為是極壓添加劑之濃度自然增加。作為成為此測定結果之原因，認為係於ICP元素分析中亦包含極壓添加劑之分解生成物即磷酸予以測定之故。又，於ICP元素分析中，由於試料被電漿化，而導致一起分析液體成分(潤滑油、添加劑、添加劑之分解物等)與固體成分(磨耗粉等)，認為不適於潤滑油中之添加劑之成分定量。圖3係顯示藉由LC(Liquid Chromatography：液體色譜法)測定(檢測器為UV檢測器)所得之伴隨風車運轉之潤滑油中之磷系極壓添加劑之消耗情況結果之圖。於該例中，磷系極壓添加劑具體為TPPT。橫軸為經過時間(月數)，縱軸為TPPT濃度(相對於新油之相對值)。其結果，經過時間與磷濃度之間見到有意義之關係，濃度隨著經過月數而線性降低。於LC測定中，根據色譜法之原理將液體狀之樣本進行成分分離。其次，利用UV檢測器、折射率檢測器、質譜儀進行此處經分離之成分檢測。LC測定適於進行有機化合物之定性、定量。尤其若檢測器使用質譜儀，則可高精度且高感度地僅定量潤滑油中之添加劑。根據以上研討，可知為了經時監測潤滑油中添加劑之濃度變化，維持管理添加劑之功能，如LC測定般之可直接測定潤滑油中添加劑濃度之測定方法適用。又可知，此時若潤滑油中之添加劑濃度低於特定臨限值，則潤滑油之性能變得不充分，與裝置之故障有關。除了LC測定以外，作為可正確地直接測定潤滑油中添加劑濃度之方法，有傅立葉變換紅外光譜法(FT-IR)、核磁共振(NMR)等。以下，對本實施例之具體構成進行說明。 [實施例1] (1.系統整體構成) 藉由圖4，說明進行潤滑油中添加劑之濃度診斷之系統。於圖4中，為說明而擷取圖1之風力發電機1之機艙3部分而表示。於機艙3內部，有主軸31、增速機33、發電機34、及未圖示之轉向、俯仰等軸承，自油槽37對該等供給潤滑油。如圖4所示，風力發電機1通常複數個設置於同一基地內，將其總稱為場區200a等。於各個風力發電機1，於潤滑油之供給系統設置各種感測器(未圖示)，將反映潤滑油狀態之感測器信號集中於機艙3內之伺服器210。又，將自各風力發電機1之伺服器210所得之感測器信號發送至每個場區200所配置之集中伺服器220。將來自集中伺服器220之資料經由網路230發送至中央伺服器240。亦向中央伺服器240發送來自其他場區200b或200c之資料。又，中央伺服器240可經由集中伺服器220或伺服器210，對各風力發電機1發送指示。 (2.感測器配置) 圖5係配置於潤滑油之供給系統之感測器之模式圖。將潤滑油自潤滑油供給裝置301供給至軸承零件302。潤滑油供給裝置301連接於油槽37，接受潤滑油之供給。軸承零件302一般為例如增速機33等之產生機械接觸之部位，並未特別限制。感測器304係為了檢測潤滑油之狀態，而配置於潤滑油之流路等。感測器測定潤滑油之各種參數。例如作為物理量，有溫度、油壓等。該等例如如專利文獻1～專利文獻3所揭示，可使用眾所周知之感測器測定。基於該等參數之時間變化，而可評估潤滑油之狀態。例如，感測器亦可測定潤滑油所含之污染粒子相關之資訊，例如粒子濃度。粒子為源自零件磨耗者之可能性較大，可檢測出潤滑油之劣化或裝置之異常。如已述，該等感測器所檢測出之異常可能為已開始之異常，但由於感測器之資訊可即時取得，故於監視上有用。利用感測器資料之診斷中，基於1種或複數種感測器資料進行診斷。於圖5之例中，將供給至軸承零件302之潤滑油之一部分導入至測定部303。於測定部303配置感測器304，檢測潤滑油之各種特性。測定部303例如配置於潤滑油路徑之末端附近。潤滑油因使用而品質劣化，無法發揮初始功能。因此，必須根據品質之劣化狀況，進行更換等維護。為獲知此維護時序，可於遠方監視設置於所在地之感測器304可收集到之資料，對於維護管理之效率上較為有用。將感測器304所收集到之資料例如匯集於機艙3內之伺服器210，其後經由於場區200內集中資料之集中伺服器220，發送至集中複數個場區之資料的中央伺服器240。但，對於如LC測定或FT-IR測定、NMR測定般之需要用以測定之設備之分析中，必須適當收集潤滑油之樣本，藉由另外設置之設備進行分析。LC測定、FT-IR測定、NMR測定所測定之結果亦作為資料另外存儲於中央伺服器240，進行資料之集中。又，作為集中之資料，不僅包含潤滑油之相關資料，亦包含表示風力發電機之運轉狀況之資料。例如風力輸出值(愈大則潤滑油之劣化速度愈大)、實際運轉時間(愈長則潤滑油之劣化速度愈大)、機械溫度(愈高則潤滑油之劣化速度愈大)、軸之旋轉速度(愈快則潤滑油之劣化速度愈大)。該等可自設置於風力發電機之各處之眾所周知之構成之感測器或裝置之控制信號而收集。 (3.潤滑油之診斷流程)。圖6係顯示本發明之潤滑油診斷處理之流程圖。圖6所示之處理係於圖2之伺服器210、集中伺服器220、中央伺服器240之任一者之控制下進行。以下例中，係設為中央伺服器240所進行者。但，如之後說明，藉由另外專用之測定裝置(液體色譜儀等)或作業員進行潤滑油樣本收集(S607)、添加劑濃度測定(S608)、潤滑油更換(S603)等處理，伺服器係使用於輸出該指示，或輸入必要資訊。除此以外之計算或控制等功能，可藉由處理器執行存儲於伺服器之記憶裝置之軟體，而與其他硬體協作而實現所決定之處理。另，與以軟體構成之功能同等之功能亦可藉FPGA (Field Programmable Gate Array：場可程式化閘陣列)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：特殊應用積體電路)等硬體實現。中央伺服器240進行控制之情形時，由於當下具備複數個風力發電機1，故以下處理亦可設為對每個風力發電機進行者。該處理係基本重複之處理，開始時序係以計時器等設定，例如每日0點開始處理(S601)。又，中央伺服器240亦可根據操作員之指示於任意時序進行。於處理S602中，中央伺服器240檢查潤滑油之更換時期。更換時期之初始值例如可以潤滑油於設計溫度下動作為前提，藉由使用阿列紐斯(Arrhenius)反應速度而可物性計算，可於初期設定剩餘壽命。關於如此之計算方法，例如於專利文獻1中有說明。該更換時期可基於實測資料，之後於處理S610進行更新。為潤滑油之更換時期之情形時，於處理S603進行潤滑油更換。潤滑油更換通常為作業員之作業，中央伺服器240進行用以對作業員指示應進行更換之時期與對象之顯示或通知。非潤滑油之更換時期之情形時，於處理S604中，中央伺服器240進行感測器資料之診斷。作為感測器資料，可使用溫度、油壓、及所含粒子之濃度等。該等測定技術或診斷技術例如於專利文獻1～專利文獻3等有記載，基本為眾所周知，故省略說明。將感測器304所收集到之資料發送至中央伺服器240，例如中央伺服器藉由將自感測器所得之參數與預先規定之臨限值進行比較，而評估潤滑油之特性。若於處理S605中診斷結果有異常，則於處理S603中進行潤滑油更換。若無異常，則於處理S606中，中央伺服器240檢查是否為潤滑油之樣本收集時序。潤滑油之樣本收集通常係伴隨作業員之作業，因此頻繁進行並不經濟。但，如利用LC、FT-IR、NMR等之添加劑濃度測定，處理需要特定設備之情形時，需要收集樣本。樣本收集時序例如設定為每月一次或每年一次。為樣本收集時序之情形時，中央伺服器240進行用以對作業員指示應收集樣本之時期與對象之顯示或通知。於處理S607中，作業員收集樣本，且為了進行添加劑濃度測定，而送至具備液體色譜儀裝置、FT-IR裝置、NMR裝置等之設備。如眾所周知，液體色譜儀法係可以一個裝置進行將化合物以液體色譜儀進行分離，以UV吸收檢測器、折射率檢測器、質譜儀等定量分析經分離之物質之過程者。裝置及分析方法本身為眾所周知之技術，因而省略說明。重要之處係根據LC之測定，而可正確地掌握添加於潤滑油之添加劑濃度。對於FT-IR、NMR亦為眾所周知之方法，因而省略說明。重要之處係根據FT-IR、NMR之測定，而可正確地掌握添加於潤滑油中之添加劑濃度。於處理S609中，對中央伺服器240輸入添加劑濃度測定資料，按時間排列地保存該資料。測定資料可自液體色譜儀、FT-IR、NMR裝置等之添加劑測定裝置或連接於其之伺服器直接輸入，亦可操作員另外輸入。重要之處係該資料包含樣本收集時間之資訊。圖7係顯示按時間排列地保存之添加劑濃度測定結果之概念之圖。橫軸表示時間(月)，縱軸表示將新品時之添加劑濃度設為100時之相對濃度。例如，將每月添加劑之濃度設為定點觀測者，繪製直至經過3個月之濃度資料700。亦如圖3所說明，於經過時間與添加劑濃度之間確認到有意義關係，例如濃度隨著時間而線性較少。因此，可自按時間排列地保存之添加劑濃度測定結果，計算添加劑之消耗速度。此處，若添加劑濃度成為新品之大致一半，則潤滑油之性能低於容許範圍。如此之臨限值可實驗性求得。本例中，於處理S610中，將臨限值設為50，推測自按時間排列地保存之添加劑濃度測定結果推測出之濃度變成50之時點，作為更換時期。作為推測方法，亦可採用眾所周知之各種方法。若為獲得如圖3之實測值之情形，則可使用以濃度單調地減少為前提，外插資料之眾所周知之方法。又，濃度進而複雜地推移之情形時，可使用如函數擬合(曲線擬合)之眾所周知之方法。處理S610之更換時期推測結果可作為潤滑油診斷結果表示(處理S611)。圖7、10、11係顯示處理S610之結果之顯示例。於圖7之例中，添加劑為TPPT，約5個月後濃度成為50，故只要將其之前(例如半個月前)設定為新的更換時期即可。於處理S612中，1個週期之處理結束，於下一週期之處理S602中，根據新的更換時期進行判定處理。於圖10之例中，添加劑為ZnDTP，約10個月後濃度成為50，故只要將其之前(例如1個月前)設定為新的更換時期即可。於處理S612中，1個週期之處理結束，於下一週期之處理S602中，根據新的更換時期進行判定處理。於圖11之例中，添加劑為BHT，BHT之臨限值為30。約20個月後濃度成為30，故只要將其之前(例如1個月前)設定為新的更換時期即可。於處理S612中，1個週期之處理結束，於下一週期之處理S602中，根據新的更換時期進行判定處理。如上，根據本實施例，藉由使用添加劑濃度測定結果獲知潤滑油中之添加劑之消耗速度，而可於早期檢測潤滑油之壽命。因此，藉由適當之潤滑油更換等維護，而可事先防止風力發電機之異常。於實施例2中，表示使用自感測器所得之資料，進行潤滑油之壽命推測的修正之例。於實施例1中，係以風力發電機1之運轉狀況固定不變為前提。但，實際上風力發電機1之運轉狀況不固定，狀況根據各種原因而變化。例如，作為人為的運轉狀況之變動，有為了維修而使裝置停止之期間、或用以調整發電量之運轉調整。該等變動參數可作為風力發電機1之運轉參數而取得。又，作為起因於自然界之運轉狀況之變動原因，有以風速為首之天氣、溫度、濕度等之風力發電裝置之內外者。該等運轉狀況之變動原因可以各種感測器測定。因此，藉由將該等作為感測器資料反映，而可更正確地判定及預測潤滑油之狀態。如圖4及圖5所說明，可於風力發電機設置各種感測器。將來自感測器304之感測器資料經由伺服器210，發送至集中伺服器220或中央伺服器240。又，風力發電機1之運轉參數可自進行該控制之伺服器210、集中伺服器220或中央伺服器240獲得。再次使用圖6，說明反映運轉狀況之潤滑油之監視方法。基本處理與圖6相同，但感測器資料之診斷處理(S604)中，按時間排列地記憶有感測器資料或運轉參數，於更換時期推測及更新處理(S610)中使用。為簡化說明，於該例中，以向軸承部供給潤滑油之機構為對象，作為表示運轉狀況之運轉參數，使用軸之旋轉數R(rpm)之控制參數。感測器資料或運轉參數並非限定於此，可使用其他各種者。於本實施例中，各種感測器之資料集中至中央伺服器240，於此處進行一併處理，但並非限定於此。於中央伺服器240中，於更換時期推測及更新處理(S610)中，取得處理S609中輸入之添加劑濃度測定結果，及處理S604中記憶之軸的旋轉數R之控制參數。該等資料與時間資料同時按時間排列地存儲於記憶裝置。現，作為簡單例，極壓劑之濃度降低，即極壓劑之消耗與軸之旋轉數R(rpm)關聯。於該前提下，極壓劑之濃度C(t)可掌握為時間t與軸之旋轉數R之函數，故成為 f(t,R)=C(t) 。藉由實驗或模擬，或基於過去之t、R、極壓劑之濃度資料，可將函數f(t,R)模型化。因此，於更換時期推測及更新處理(S610)中，進行C(t)之將來預測之情形時，反映軸之旋轉數R之變化。結果例如顯示於顯示裝置。圖8係顯示基於風力發電機1之過去1年之資料1001，預測將來之值1002而表示之例之圖。1年分之過去資料1003為實測值。將來之資料1004A、1004B為預測值。於圖8(a)中，將來之運轉狀況不變，旋轉數R始終固定。該情形時，極壓劑濃度之預測資料1002與過去1年之資料1001同樣地推移。該情形時，預測於t1之時點極壓劑到達濃度界限。於圖8(b)中，將來之運轉狀況變化，經過1年後之旋轉數R成為過去1年之2倍。此處，若極壓劑之消耗速度與旋轉數R成比例，則極壓劑濃度之預測資料未與過去1年同樣地推移，例如如圖10(b)所示，減少比例變大。該情形時，預測在短於t1之t2之時點極壓劑到達濃度界限。於上述，使用軸之旋轉數R作為旋轉參數，修正添加劑之推測消耗速度，但亦可使用感測器資料。例如，認為極壓劑之濃度降低與潤滑油之溫度T(°C)關聯。於該前提下，極壓劑之濃度C(t)可掌握為時間t及溫度T之函數，故可與軸之旋轉數R之情形同樣地，修正極壓劑之推測消耗速度。如圖8之實施例，藉由於預測資料反映表示風力發電機之運轉狀況之運轉參數或感測器資料，而可更正確地判斷表示極壓劑濃度等之潤滑油品質之參數超過臨限值之時序。即，可基於過去之極壓劑濃度、過去之運轉參數(或感測器資料)及將來之運轉參數(或預測感測器資料)，更正確地判斷將來之極壓劑濃度。對於表示運轉狀況之參數中，例如如運轉時間或發電目標值之可人為地控制者，可按照運轉排程等，準備將來之資料。因此，藉由將表示運轉狀況之參數使用於表示潤滑油品質之添加劑濃度之預測，而可提高預測制度。又，對於如天氣或溫度般人為無法控制者，可自過去之實績資料預測將來之資料。因此，同樣地藉由將表示運轉狀況之參數使用於表示潤滑油品質之添加劑濃度之預測，而可提高預測制度。圖9係顯示本實施例之中央伺服器240之構成例之方塊圖。具備基本之伺服器構成之處理裝置2401、記憶裝置2402(磁碟裝置或半導體記憶等)、及輸入輸出裝置2403。於輸入輸出裝置2403，包含一般之鍵盤或滑鼠等輸入裝置、圖像顯示裝置或印表機等輸出裝置。又，輸入輸出裝置包含經由網路230與風力發電機1或其伺服器210、集中伺服器220、或液體色譜儀質譜儀等之添加劑定量分析系統900進行資料互換之網路介面。將各種運轉參數資料或感測器資料直接或經由伺服器210或集中伺服器220，自風力發電機1及其感測器304輸入至中央伺服器240。或亦可不經由網路，而經由可攜式記錄媒體輸入至中央伺服器240。將該等資料作為按時間排列之運轉參數資料901，或作為按時間排列之感測器資料902，存儲於記憶裝置2402。於添加劑定量分析系統900中，使用液體色譜儀、傅立葉變換紅外分光光度計、NMR等，自風力發電機1所取得之潤滑油之樣本，測定添加劑之濃度。與運轉參數資料901或感測器資料902同樣地，將經測定之添加劑濃度作為按時間排列地之添加劑濃度資料903，記憶於記憶裝置2402。具體而言，進行定量之添加劑為選自如下中之一種以上之添加劑：如高級脂肪酸、高級醇及胺、酯、金屬皂等油性劑、二烷基二硫代磷酸鋅(ZnDTP：Zinc Dialkyldithiophosphate，亦稱為ZDDP)之抗磨耗劑，環烷酸鉛、硫化棕櫚油、硫化脂肪酯、二苄基二硫化物、烷基多硫化物、烯烴多硫化物、黃原酸硫化物、氯化石蠟、三氯硬脂酸甲酯、環烷酸鉛、烷基硫代磷酸胺、氯代烷基黃原酸酯、三苯基硫代磷酸酯(TPPT：Triphenyl Phosphorothionate)等極壓劑，苯酚衍生物(2,6-二-第三-丁基對甲酚(BHT)、2,6-二-第三-丁基對苯酚(DBP)、4,4'-亞甲基雙(2,6-二烷基苯酚)等)、胺衍生物(2,6-二烷基-α-二甲胺基對甲酚、4,4'-四甲基二胺基二苯甲烷、辛基化苯基萘胺、二辛基-二苯基胺、二壬基-二苯基胺、吩噻嗪2,2,4-三甲基二羥基喹啉等)、金屬二硫代磷酸酯、烷基硫化物等、1,4-二氧基聯蒽醌(別名：醌茜)、1,2-二氧基聯蒽醌(別名：茜素)、苯并三唑、烷基苯并三唑等之抗氧化劑。例如，若將如ZnDTP與BHT之具有不同功能之添加劑進行定量，將其結果使用於診斷，則可進行更正確之診斷。處理裝置2401使用記憶於記憶裝置2402之添加劑濃度資料903，及視需要使用運轉參數資料901及感測器資料902，預測添加劑濃度之消耗速度，並輸出至輸出裝置。如以上，於本實施例中，為進行風力發電機之主軸、發電機、轉向、俯仰等之重要旋轉零件(軸承)所使用之潤滑油之適當監視，而測定添加劑之濃度。又，藉由於潤滑油之自動供給機構所具備之部分設置感測器，而恆定地進行監視。又，藉由監視風力發電機之運轉狀況之參數，而可進行正確之預測診斷。因此，可於早期預測潤滑油之更換時期，縮短風力發電機之停止時間，故維護成本減低，發電量提高。本發明並非限定於上述實施形態，包含各種變化例。例如，可將某實施例之構成之一部分置換成其他實施例之構成，又，可於某實施例之構成中增加其他實施例之構成。又，對於各實施例之構成之一部分，可進行其他實施例之構成之追加、刪除、置換。

1‧‧‧風力發電機

2‧‧‧塔2

3‧‧‧機艙

4‧‧‧輪轂

5‧‧‧葉片

30‧‧‧機艙隔板

31‧‧‧主軸

32‧‧‧縮緊盤

33‧‧‧增速機

34‧‧‧發電機

35‧‧‧主框架

36‧‧‧散熱器

37‧‧‧油槽

38‧‧‧聯軸節

200a‧‧‧場區

200b‧‧‧場區

200c‧‧‧場區

210‧‧‧伺服器

220‧‧‧集中伺服器

230‧‧‧網路

240‧‧‧中央伺服器

301‧‧‧潤滑油供給裝置

302‧‧‧軸承零件

303‧‧‧測定部

304‧‧‧感測器

900‧‧‧添加劑定量分析系統

901‧‧‧運轉參數資料

902‧‧‧感測器資料

903‧‧‧添加劑濃度資料

1001‧‧‧資料

1002‧‧‧資料

1003‧‧‧資料

1004A‧‧‧資料

1004B‧‧‧資料

2401‧‧‧處理裝置

2402‧‧‧記憶裝置

2403‧‧‧輸入輸出裝置

S601～S612‧‧‧步驟

t1‧‧‧時點

t2‧‧‧時點

圖1係風力發電機之概略整體構成圖。圖2係顯示利用ICP元素分析之潤滑油中之磷濃度測定結果之圖。圖3係顯示利用LC測定所得之潤滑油中之磷系極壓添加劑濃度測定結果之圖形圖。圖4係具有潤滑油供給系統之風力發電機系統之概略圖。圖5係具備潤滑油用感測器之軸承零件之概念圖。圖6係潤滑油診斷流程圖。圖7係顯示潤滑油剩餘壽命推測之概念之圖。圖8(a)、(b)係顯示其他潤滑油剩餘壽命推測之概念之圖。圖9係顯示實施例之中央伺服器之一例之方塊圖。圖10係顯示潤滑油剩餘壽命推測之概念之圖。圖11係顯示潤滑油剩餘壽命推測之概念之圖。

Claims

一種風力發電機之潤滑油之監視系統，其潤滑油係供給至風力發電機之機械驅動部者，其具備輸入裝置、處理裝置、記憶裝置及輸出裝置，上述記憶裝置記憶按時間排列地存儲有上述潤滑油之添加劑濃度之添加劑濃度資料，上述處理裝置基於上述添加劑濃度資料，推測上述添加劑之濃度成為特定臨限值之時間。
如請求項1之風力發電機之潤滑油之監視系統，其中上述記憶裝置記憶按時間排列地存儲有來自設置於上述風力發電機之感測器之資料的感測器資料，上述處理裝置除上述添加劑濃度資料外，亦使用上述感測器資料，推測上述添加劑之濃度成為特定臨限值之時間。
如請求項1之風力發電機之潤滑油之監視系統，其中上述記憶裝置記憶按時間排列地存儲有上述風力發電機之運轉參數之運轉參數資料，上述處理裝置除上述添加劑濃度資料外，亦使用上述運轉參數資料，推測上述添加劑之濃度成為特定臨限值之時間。
如請求項1之風力發電機之潤滑油之監視系統，其中上述輸出裝置通知或輸出上述添加劑之濃度成為特定臨限值之時間。
如請求項1之風力發電機之潤滑油之監視系統，其中上述輸出裝置以於第1軸表示上述添加劑之濃度，於第2軸表示時間之圖形形式，圖像表示上述添加劑之濃度成為特定臨限值之時間。
如請求項1之風力發電機之潤滑油之監視系統，其中上述添加劑為選自油性劑、抗磨耗劑、極壓添加劑、抗氧化劑及消泡劑之至少一者。
一種風力發電機之潤滑油之監視方法，其係使用具備處理裝置、記憶裝置、輸入裝置及輸出裝置之伺服器者，其執行如下步驟：自上述風力發電機採集上述潤滑油樣本之第1步驟；測定上述樣本所含之添加劑濃度之第2步驟；將所測定之上述添加劑之濃度按時間排列地存儲於上述記憶裝置，作為添加劑濃度資料之第3步驟；及藉由上述處理裝置處理添加劑濃度資料，而推測上述添加劑之濃度成為特定臨限值之時間之第4步驟。
如請求項7之風力發電機之潤滑油之監視方法，其中進而執行第5步驟，該第5步驟自上述輸入裝置接收來自設置於上述風力發電機之感測器之資料，並按時間排列地存儲於上述記憶裝置，作為感測器資料，於上述第4步驟中，基於上述添加劑濃度資料之過去資料、上述感測器資料之過去資料及將來預測資料，預測上述添加劑濃度資料之將來資料。
如請求項7之風力發電機之潤滑油之監視方法，其中進而執行第5步驟，該第5步驟自上述輸入裝置接收上述風力發電機之運轉參數，並按時間排列地存儲於上述記憶裝置，作為運轉參數資料，於上述第4步驟中，基於上述添加劑濃度資料之過去資料、上述運轉參數資料之過去資料及將來預測資料，預測上述添加劑濃度資料之將來資料。
如請求項7之風力發電機之潤滑油之監視方法，其中上述添加劑為選自油性劑、抗磨耗劑、極壓添加劑、抗氧化劑及消泡劑之至少一者。