JP2017122635A - Abnormality diagnosis device of wind power generation facility - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電設備の異常診断装置に関する。 The present invention relates to an abnormality diagnosis apparatus for wind power generation facilities.
風力発電設備は、５０ｍ以上あるタワーの上端部に回動可能にナセルが設置され、このナセルに設けられた主軸の一端側に風を受けるブレードが設置され、主軸の他端側には増速機や、発電機が設置されている。
風力発電設備には、上記のように主軸、増速機及び発電機といった回転機器を有しており、これらの機器の異常を診断する方法として、振動センサを用いた診断方法が提案されている。
In the wind power generation facility, a nacelle is rotatably installed at the upper end of a tower of 50 m or more, a blade for receiving wind is installed at one end of the main shaft provided in the nacelle, and a speed increase is provided at the other end of the main shaft. Machines and generators are installed.
The wind power generation equipment has rotating devices such as a main shaft, a speed increaser, and a generator as described above, and a diagnosis method using a vibration sensor has been proposed as a method for diagnosing abnormalities in these devices. .
例えば、特許文献１には「転がり軸受の異常診断装置、風力発電装置及び異常診断システム」という発明が提案されている。
特許文献１のものは、「転がり軸受の振動波形を測定するための振動センサと、前記転がり軸受の異常を診断するための処理部とを備え、前記処理部は、前記振動センサを用いて測定された前記振動波形の実効値を算出する第１の演算部と、前記振動センサを用いて測定された前記振動波形にエンベロープ処理を行なうことによって前記振動波形のエンベロープ波形を生成するエンベロープ処理部と、前記エンベロープ処理部によって生成された前記エンベロープ波形の交流成分の実効値を算出する第２の演算部と、前記第１の演算部によって算出された前記振動波形の実効値および前記第２の演算部によって算出された前記エンベロープ波形の交流成分の実効値に基づいて前記転がり軸受の異常を診断する診断部とを含む、転がり軸受の異常診断装置。」（請求項１参照）である。
For example, Patent Document 1 proposes an invention called “rolling bearing abnormality diagnosis device, wind power generation device, and abnormality diagnosis system”.
The thing of patent document 1 is equipped with the "vibration sensor for measuring the vibration waveform of a rolling bearing, and the process part for diagnosing the abnormality of the said rolling bearing, and the said process part is measured using the said vibration sensor. A first calculation unit that calculates an effective value of the vibration waveform that has been measured, and an envelope processing unit that generates an envelope waveform of the vibration waveform by performing envelope processing on the vibration waveform measured using the vibration sensor; A second calculation unit that calculates an effective value of an alternating current component of the envelope waveform generated by the envelope processing unit, an effective value of the vibration waveform calculated by the first calculation unit, and the second calculation And a diagnostic unit for diagnosing abnormality of the rolling bearing based on an effective value of the alternating current component of the envelope waveform calculated by the unit. Diagnostic device. A "(see claim 1).
また、特許文献２には、「状態監視システム」という発明が提案されており、これは「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、前記機器に設けられるセンサを含むモニタ装置と、前記モニタ装置が前記機器の異常を診断するために使用するしきい値を設定し、前記しきい値に基づいて前記機器の異常を診断する監視側制御装置と、前記機器の状態を監視する監視用端末装置とを備え、前記モニタ装置は、前記診断前の第１の期間に計測したしきい値設定用データを前記監視側制御装置へ送信し、前記監視側制御装置は、前記しきい値設定用データに基づき、前記しきい値を生成し、前記モニタ装置は、前記第１の期間経過後の第２の期間に、測定したデータを前記監視側制御装置に送信し、前記監視側制御装置は、前記データと前記データに対応する前記しきい値とに基づいて前記機器が異常か否かを診断し、前記監視用端末装置に診断の結果を送信する、状態監視システム。」というものである。 Patent Document 2 proposes an invention called “state monitoring system”, which is “a state monitoring system for diagnosing an abnormality of a device provided in a wind turbine generator, and a sensor provided in the device. A monitoring device including: a monitoring device that sets a threshold used by the monitoring device to diagnose an abnormality of the device, and diagnoses the abnormality of the device based on the threshold; and the device A monitoring terminal device for monitoring the state of the monitor, wherein the monitoring device transmits threshold setting data measured in the first period before the diagnosis to the monitoring control device, and the monitoring control device Generates the threshold value based on the threshold setting data, and the monitoring device transmits the measured data to the monitoring side control device in a second period after the first period has elapsed. The monitoring side system A state monitoring system in which the device diagnoses whether or not the device is abnormal based on the data and the threshold value corresponding to the data, and transmits the result of the diagnosis to the monitoring terminal device. It is.
風力発電設備に生じる故障箇所や態様を列挙すると、主軸ベアリング損傷（フレーキング、摩耗、割損等）、増速機低速側ベアリング損傷、増速機高速側ギヤ歯欠損（歯面摩耗、歯欠損等）、遊星歯車軸受割損、遊星歯車スプライン軸歯面損傷、発電機軸受破損、電食、ヨー軸受損傷、ブレードピッチボルト折損、ナセルフレーム亀裂、ブレード破損（ブレードのアンバランス）、主軸と増速機、増速機と発電機間の芯狂いによる異常振動などがあり、極めて多様である。 The failure locations and modes that occur in wind power generation facilities are listed. Spindle bearing damage (flaking, wear, breakage, etc.), speed reducer low speed side bearing damage, speed increaser high speed side gear tooth loss (tooth surface wear, tooth loss) Etc.), planetary gear bearing breakage, planetary gear spline shaft tooth damage, generator bearing damage, electrical corrosion, yaw bearing damage, blade pitch bolt breakage, nacelle frame crack, blade breakage (blade imbalance), main shaft and increase There are abnormal vibrations due to misalignment between speed gears, gearboxes and generators, and so on.
このような多様な故障が生じる主な原因としては、主軸・増速機・発電機まで通り芯（以下、単に「通り芯」という）が狂っている状態で運転されていることが考えられる。
そして、通り芯が狂う原因としては、ナセルに設置される主軸、増速機、発電機の基礎には防振ゴム等が用いられ変形や撓みが大きいという点が挙げられる。
このような防振措置がとられるのは、ナセル内設置の発電機、増速機からの振動が伝搬し、ナセルカバーやタワーから放射され、外部に騒音を発するのを防止するためである。
The main cause of such various failures may be that the main shaft, the speed increaser, and the generator are operating in a state in which the core (hereinafter simply referred to as “the core”) is out of order.
And as a cause which goes out of way, the point which a vibration-proof rubber etc. are used for the main shaft, speed gear, and the base of a generator installed in a nacelle, and a deformation | transformation and a bending are large is mentioned.
Such anti-vibration measures are taken in order to prevent vibrations from the generator and speed increaser installed in the nacelle from propagating, radiating from the nacelle cover and tower, and emitting noise to the outside.
また、風力発電設備は主軸側の低速回転系（10〜30rpm程度）と増速機側の高速回転系（数千rpm）の複合設備であり、増速比が高く、そのため発電時においては主軸等に大きな荷重が作用し、基礎部に対しても大きな応力が作用する。
さらに、風速によってブレードの回転数が異なり、突風・強風により、衝撃荷重が作用することもある。
また、主軸はブレードが所定の回転数になったら増速機に連結する（カットインする）構造になっているため、カットインする際には衝撃が発生する。
In addition, the wind power generation facility is a complex facility consisting of a low-speed rotation system (about 10-30 rpm) on the main shaft side and a high-speed rotation system (several thousand rpm) on the gearbox side, and has a high speed increase ratio. A large load acts on the base portion, and a large stress acts on the foundation.
Furthermore, the rotation speed of the blade varies depending on the wind speed, and an impact load may act due to a gust or strong wind.
Further, since the main shaft is structured to be connected (cut in) to the gear box when the blade reaches a predetermined number of revolutions, an impact occurs when cutting in.
以上、要するに主軸、増速機、発電機が柔構造の基礎に設置され、かつ衝撃が生じやすい環境化にあることが、通り芯を狂わせる原因となっており、そして通り芯の狂いが風力発電設備に生ずる種々の故障の原因となっている。
このような点から、風力発電設備の異常診断については、通り芯の狂いをできるだけ早期に発見することが重要である。
In short, the fact that the main shaft, speed increaser, and generator are installed on the foundation of the flexible structure and are in an environment where shock is likely to occur is the cause of distorting the wick, and the wick misalignment is wind power generation. It is a cause of various failures that occur in equipment.
From this point of view, it is important for wind turbine generators to diagnose abnormalities in the core as early as possible.
この点、特許文献１の技術は、主軸の転がり軸受の異常診断に限定した発明であり、通り芯の狂いを早期に発見することはできない。
また、特許文献２の技術は、複数の箇所にセンサを設置してモニタリングしているが、各センサからの情報を個別に用いたものであり、通り芯の診断を適切に行うことはできない。
In this regard, the technique of Patent Document 1 is an invention that is limited to the abnormality diagnosis of the rolling bearing of the main shaft, and it is not possible to detect a misalignment of the core at an early stage.
Moreover, although the technique of patent document 2 is installing and monitoring a sensor in several places, the information from each sensor is used separately, and a core cannot be diagnosed appropriately.
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、風力発電設備において種々の故障の原因となる通り芯の狂いを的確に診断できる風力発電設備の異常診断装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an abnormality diagnosis device for a wind power generation facility capable of accurately diagnosing misalignment that causes various failures in the wind power generation facility. Yes.
発明者は上述した風力発電設備の特殊性に鑑みて、その異常診断、特に通り芯狂いの有無を正確に行うには通常の一般回転機械等の診断手法だけでは不十分であり、特定の解析手法であるリサージュ解析と実稼動解析を複合させて判定することで正確な診断ができることを見い出して本願発明を完成したものであり、具体的には以下の構成を備えてなるものである。 In view of the particularity of the wind power generation equipment described above, the inventor has not been able to use a normal general rotating machine or the like alone to accurately diagnose the abnormality, particularly the presence or absence of misalignment. The present invention has been completed by finding out that an accurate diagnosis can be made by combining Lissajous analysis and actual operation analysis, which are methods, and specifically comprises the following configuration.
（１）本発明に係る風力発電設備の異常診断装置は、風力によって回転するブレードと、該ブレードに連結された主軸を回転可能に支持する主軸受、前記主軸に連結されて主軸の回転を増速する増速機、該増速機の出力軸に接続される発電機を備えた風力発電設備に設けられて機器の異常を診断する風力発電設備の異常診断装置であって、
診断対象となる機器の振動に関するデータを収集するデータ収集装置と、該データ収集装置で収集されたデータに基づいて機器の異常の有無を診断する診断装置とを備え、
前記データ収集装置は、前記主軸受と、前記増速機の入側と、該増速機の出側と、前記発電機の入側の４箇所において、それぞれ直交位置に設置された少なくとも８個の振動センサと、これら振動センサの計測値を同時にサンプリングするサンプリング処理回路とを有し、
前記診断装置は、前記データ収集装置で収集された情報に基づいて、リサージュ解析及び実稼動解析を行う解析手段と、該解析手段の解析結果に基づいて通り芯のずれの有無を判定する判定手段とを有することを特徴とするものである。
(1) A wind turbine generator abnormality diagnosis apparatus according to the present invention includes a blade that is rotated by wind power, a main bearing that rotatably supports a main shaft connected to the blade, and a main shaft that is connected to the main shaft to increase the rotation of the main shaft. An abnormality diagnosis device for a wind power generation facility that is provided in a wind power generation facility provided with a generator connected to an output shaft of the speed increaser and that is connected to an output shaft of the speed increaser,
A data collection device that collects data relating to vibrations of the device to be diagnosed, and a diagnosis device that diagnoses whether there is an abnormality in the device based on the data collected by the data collection device;
The data collection device includes at least 8 pieces installed at orthogonal positions in four locations, the main bearing, the input side of the speed increaser, the output side of the speed increaser, and the input side of the generator. And a sampling processing circuit for simultaneously sampling the measurement values of these vibration sensors,
The diagnostic device includes an analysis unit that performs a Lissajous analysis and an actual operation analysis based on information collected by the data collection device, and a determination unit that determines the presence or absence of misalignment based on the analysis result of the analysis unit It is characterized by having.
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、判定手段は、実稼動解析の結果から通り芯狂いの可能性の有無を判定し、通り芯狂いの可能性があると判定した場合、リサージュ解析の結果から軸の振れ回りの大きさが予め定めた閾値を越えている場合に通り芯狂いがあると判定することを特徴とするものである。 (2) Further, in the above-described item (1), when the determination unit determines whether or not there is a possibility of misalignment from the result of the actual operation analysis, and determines that there is a possibility of misalignment, From the result of the Lissajous analysis, when the magnitude of the shaft runout exceeds a predetermined threshold, it is determined that there is a misalignment.
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記収集装置は、サンプリングしたデータを外部に送信するデータ送信手段及び通信制御手段を有し、前記診断装置は、前記収集装置から送信されたデータを受信する通信制御手段を有し、
風力発電設備のナセル内に設置された前記収集装置の収集したデータに基づいて、前記風力発電設備の外部で異常診断をできるようにしたことを特徴とするものである。
(3) Further, in the above (1) or (2), the collection device includes a data transmission unit and a communication control unit for transmitting sampled data to the outside, and the diagnosis device includes the collection unit. Having communication control means for receiving data transmitted from the device;
An abnormality diagnosis can be performed outside the wind power generation facility based on data collected by the collection device installed in the nacelle of the wind power generation facility.
本発明に係る風力発電設備の異常診断装置は、診断対象となる機器の振動に関するデータを収集するデータ収集装置と、該データ収集装置で収集されたデータに基づいて機器の異常の有無を診断する診断装置とを備え、前記データ収集装置は、前記主軸受と、前記増速機の入側と、該増速機の出側と、前記発電機の入側の４箇所において、それぞれ直交位置に設置された少なくとも８個の振動センサと、これら振動センサの計測値を同時にサンプリングするサンプリング処理回路を有し、前記診断装置は、前記データ収集装置で収集された情報に基づいて、リサージュ解析及び実稼動解析を行う解析手段と、該解析手段の解析結果に基づいて通り芯のずれの有無を判定する判定手段とを有することにより、診断対象となる機器類が特殊な設置環境にある風力発電設備において、最も重要となる通り芯狂いの有無を正確に判定することができる。 A wind turbine generator abnormality diagnosis device according to the present invention is a data collection device that collects data related to vibration of a device to be diagnosed, and diagnoses the presence or absence of device abnormality based on the data collected by the data collection device. A diagnostic device, wherein the data collection device is orthogonal to each other at four locations: the main bearing, the input side of the speed increaser, the output side of the speed increaser, and the input side of the generator. And at least eight installed vibration sensors and a sampling processing circuit that simultaneously samples the measurement values of the vibration sensors, and the diagnostic device performs Lissajous analysis and actual analysis based on information collected by the data collection device. By having an analysis means for performing an operation analysis and a determination means for determining the presence / absence of misalignment based on the analysis result of the analysis means, the equipment to be diagnosed is specially installed In wind power installation on the border, the presence or absence of a base line deviation of the most important can be determined accurately.
本実施の形態に係る風力発電設備の異常診断装置１（以下、単に「異常診断装置１」という）は、図１に示すように、風力によって回転するブレード３と、ブレード３に連結された主軸５を回転可能に支持する主軸受６、主軸５に連結されて主軸５の回転を増速する増速機７、増速機７の出力軸に接続される発電機９を備えた風力発電設備１１に設けられて機器の異常を診断するものである。
そして、異常診断装置１は、ナセル内に設置されてデータの収集を行うデータ収集装置１３と、インターネット回線を介してデータ収集装置１３で収集されたデータを受信し、受信したデータに基づいて診断を行う診断装置１５を備えている。
以下、各装置について詳細に説明する。
As shown in FIG. 1, a wind turbine generator abnormality diagnosis apparatus 1 according to the present embodiment (hereinafter simply referred to as “abnormality diagnosis apparatus 1”) includes a blade 3 that is rotated by wind force, and a main shaft that is coupled to the blade 3. Wind turbine generator facility comprising a main bearing 6 that rotatably supports 5, a speed increaser 7 that is connected to the main shaft 5 to speed up the rotation of the main shaft 5, and a generator 9 that is connected to the output shaft of the speed increaser 7 11 is used to diagnose an abnormality of the device.
The abnormality diagnosis device 1 receives the data collected by the data collection device 13 installed in the nacelle and collecting data and the data collection device 13 via the Internet line, and diagnoses based on the received data A diagnostic device 15 is provided.
Hereinafter, each device will be described in detail.
＜データ収集装置＞
データ収集装置１３は、主軸受６と、増速機７の入側と、増速機７の出側と、発電機９の入側の４箇所に設置された振動センサ１７を有している。４箇所のそれぞれにおいては、水平方向（Ｈ方向）と垂直方向（Ｖ方向）の２箇所に振動センサ１７が設けられているので、振動センサ１７は合計８個設けられている（図１参照）。
<Data collection device>
The data collection device 13 has vibration sensors 17 installed at four locations on the main bearing 6, the input side of the speed increaser 7, the output side of the speed increaser 7, and the input side of the generator 9. . In each of the four locations, the vibration sensors 17 are provided at two locations in the horizontal direction (H direction) and the vertical direction (V direction), so a total of eight vibration sensors 17 are provided (see FIG. 1). .
また、データ収集装置１３は、図１に示すように、８個の振動センサ１７から出力される信号を入力して各振動センサ１７ごとに振動波形データを取り込むアナログ回路１９、アナログ回路１９で取り込まれたアナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路２１と、Ａ／Ｄ変換回路２１によってデジタル変換されたデータを予め設定されたサンプリング条件に基づいてサンプリングするサンプリング処理回路２３と、サンプリング処理回路２３でサンプリングされたデータを記憶する記憶手段２５と、記憶手段２５に蓄積されたデータを読み出して送信するデータ送信手段２７と、通信回線（例えば、インターネット回線）を介して接続された診断装置１５との通信を行うための通信制御手段２９を備えている。
アナログ回路１９は、積分回路、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタなどを備えて構成される。
Further, as shown in FIG. 1, the data collection device 13 receives signals output from the eight vibration sensors 17 and takes in the vibration waveform data for each vibration sensor 17, and the analog circuit 19 takes in the vibration waveform data. An A / D conversion circuit 21 for converting the analog data into digital data, a sampling processing circuit 23 for sampling the data digitally converted by the A / D conversion circuit 21 based on a preset sampling condition, and a sampling process A storage unit 25 for storing data sampled by the circuit 23, a data transmission unit 27 for reading out and transmitting data stored in the storage unit 25, and a diagnostic apparatus connected via a communication line (for example, an Internet line) The communication control means 29 for performing communication with 15 is provided.
The analog circuit 19 includes an integration circuit, a high pass filter, a low pass filter, and the like.
＜診断装置＞
診断装置１５は、図１に示すように、インターネット回線を介して送信されるデータを受信する通信制御手段２９と、記憶されている解析プログラム（リサージュ解析プログラム３１、実稼動解析プログラム３３）を読み出して、データ収集装置１３から送信されたデータに基づいてリサージュ解析及び実稼動解析を行う解析手段３５と、解析手段３５の解析結果に基づいて通り芯のずれの有無を判定する判定手段３６とを備えている。
なお、診断装置１５がリサージュ解析プログラム３１、実稼動解析プログラム３３以外の解析プログラムを有している場合を排除するものではない。
<Diagnostic device>
As shown in FIG. 1, the diagnostic device 15 reads out the communication control means 29 for receiving data transmitted via the Internet line and the stored analysis programs (the Lissajous analysis program 31 and the actual operation analysis program 33). Analysis means 35 for performing Lissajous analysis and actual operation analysis based on the data transmitted from the data collection device 13, and determination means 36 for determining the presence / absence of a core deviation based on the analysis result of the analysis means 35. I have.
The case where the diagnostic device 15 has an analysis program other than the Lissajous analysis program 31 and the actual operation analysis program 33 is not excluded.
以下、解析手段３５と判定手段３６について詳細に説明する。 Hereinafter, the analysis unit 35 and the determination unit 36 will be described in detail.
＜解析手段＞
解析手段３５が行うリサージュ解析と実稼動解析の有効性等について説明する。
《リサージュ解析》
前述したように、風力発電設備１１の増速機７の基礎には防振ゴム等の柔基礎が用いられ変形や撓みが大きい。このため、ブレード３のアンバランス、主軸受６の摩耗、増速機７の内部異常、カップリングのミスアライメントがあれば主軸５及び増速機７の出力軸の振れ回りとなって現われる。
この振れ回りを状態監視し傾向管理することは、風力発電設備１１のように低速回転系（10〜30rpm程度）と高速回転系（数千rpm）が連結される系全体の異常検知に有効である。
また、リサージュ解析はブレード３のバランシング及びカップリングのアライメント修正にも有効である。振れ回り量及び中心点のズレ量にも着目すべきである。
<Analysis means>
The effectiveness of the Lissajous analysis and the actual operation analysis performed by the analysis unit 35 will be described.
<Lissajous analysis>
As described above, a flexible foundation such as an anti-vibration rubber is used for the base of the speed increaser 7 of the wind power generation facility 11, and deformation and deflection are large. For this reason, if there is an unbalance of the blade 3, wear of the main bearing 6, internal abnormality of the speed increaser 7, or misalignment of the coupling, the main shaft 5 and the output shaft of the speed increaser 7 are swung.
State monitoring and trend management of this whirling is effective in detecting abnormalities in the entire system in which a low-speed rotating system (about 10 to 30 rpm) and a high-speed rotating system (several thousand rpm) are connected as in the wind power generation facility 11. is there.
The Lissajous analysis is also effective for balancing the blade 3 and correcting the coupling alignment. Attention should also be paid to the amount of deflection and the amount of deviation of the center point.
図２、図３は増速機７の入力軸と出力軸の上下左右方向の振れ回り変位を計測してリサージュ解析した結果である。また、図４は、増速機７入力軸と出力軸における上下方向と左右方向の振れ回り変位を計測してリサージュ解析した結果である。
図２に示す例は、通り芯が良好な状態を示しており、水平方向・垂直方向ともにリサージュ波形は中心点回りに小さく振れ回る。
図３は、左右方向で通り芯不良が生じた場合を示しており、リサージュ波形は、中心点から外れ、大きく振れ回る。
図４は、左右方向）及び垂直方向上下方向で通り芯不良となっている場合である。
FIG. 2 and FIG. 3 show the results of Lissajous analysis by measuring the vertical and horizontal swing displacements of the input shaft and output shaft of the speed increaser 7. FIG. 4 shows the result of Lissajous analysis by measuring the vertical and horizontal swing displacements on the input shaft and output shaft of the gearbox 7.
The example shown in FIG. 2 shows a state in which the core is good, and the Lissajous waveform swings small around the center point in both the horizontal direction and the vertical direction.
FIG. 3 shows a case where a core defect has occurred in the left-right direction, and the Lissajous waveform deviates from the center point and swings greatly.
FIG. 4 shows a case where the core is defective in the horizontal direction) and the vertical direction.
《実稼動解析》
実稼動解析は、機械の運転状態における複数の測定点の振動波形を同時採取し、それらの波形を用いて機械の実際の振動の動きをアニメーション表示によって可視化する解析手法である。今現在生じている振動の様子をモニタなどの画面でアニメーション表示するので正常状態と異常状態の差を容易に判断することが可能となる。
《Actual operation analysis》
The actual operation analysis is an analysis method in which vibration waveforms at a plurality of measurement points in the operating state of the machine are collected at the same time, and the actual vibration movement of the machine is visualized by animation display using these waveforms. The state of vibration that is currently occurring is displayed as an animation on a screen such as a monitor, so that the difference between the normal state and the abnormal state can be easily determined.
剛基礎上の場合であればリサージュ解析で一方向の偏りがあれば芯がずれている状態にあると判断可能であり、剛基礎であるために、仮にその部位で芯ずれが生じていたとしても、その影響によって他機器の軸芯まで影響を及ぼすことは少ない。 If it is on a rigid foundation, it can be determined that there is a misalignment if there is a bias in one direction in the Lissajous analysis, and because it is a rigid foundation, there was a misalignment at that part. However, it does not affect the axis of other equipment.
しかしながら、柔基礎上に機器が設置されている風力発電設備１においては、１箇所に芯ずれが発生すると、柔基礎であるがゆえその影響によって他機器の芯にまで影響を及ぼす。つまり芯ずれによる力の作用が他機器へ伝達され、逆位相となって他の機器への芯を狂わすことが生ずる。そのため、リサージュ解析のみでは正確な判断ができず、実稼動解析によって、接続されている機器類全体の位相をチェックすることが重要である。つまり機器間で逆位相（くの字）のような状態が生じていれば通り芯狂いと診断することで正確な診断となる。
このように、リサージュ解析に加えて実稼動解析を行うことは、風力発電設備１において有効である。
However, in the wind power generation facility 1 in which the equipment is installed on the flexible foundation, if the misalignment occurs in one place, the influence is exerted on the core of other equipment due to the influence of the flexible foundation. In other words, the action of the force due to the misalignment is transmitted to the other device, and the lead to the other device may be out of phase with an opposite phase. For this reason, it is not possible to make an accurate judgment only by the Lissajous analysis, and it is important to check the phase of the entire connected equipment by the actual operation analysis. In other words, an accurate diagnosis can be made by diagnosing misalignment as long as a state such as an opposite phase (character shape) occurs between devices.
Thus, performing actual operation analysis in addition to Lissajous analysis is effective in the wind power generation facility 1.
実稼動解析の具体的な処理手順は以下の通りである。
(i)実稼働解析の対象となる設備の振動波形を収集する。
(ii)収集した波形に対して、必要に応じてフィルタ処理を行う。
(iii)実稼働解析を実行する。
(iv)解析結果をアニメーション表示する。
The specific processing procedure for actual operation analysis is as follows.
(i) Collect the vibration waveform of the equipment to be analyzed.
(ii) Filter the collected waveforms as necessary.
(iii) Perform production analysis.
(iv) Animate analysis results.
図６、図７は、図１に示した８個の振動センサ１７のうち、図５に示すａ〜ｄの位置に設置した振動センサ１７のデータに基づいて実稼動解析した結果を示す図であり、図６が垂直方向（Ｖ方向）、図７が水平方向（Ｈ方向）のある瞬間の結果を図示したものである。
図５に示すようにａの発電機とｂの増速機出力軸の間にカップリングがあるが、図６からこの部分で位相が反転しているのがわかる。また、ｂとｃでも位相が反転し、さらにｃとｄ部でも位相が反転している。この結果から主軸受から発電機までの通り芯が出ていないと判断できる。つまり、通り芯が出ていない（通り芯狂いがある）場合には、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４点で順次位相が反転している状態となる。
図７をみると、図６と同様の動きであることを示している。
6 and 7 are diagrams showing results of actual operation analysis based on data of the vibration sensors 17 installed at positions a to d shown in FIG. 5 among the eight vibration sensors 17 shown in FIG. FIG. 6 shows the result of an instant in the vertical direction (V direction) and FIG. 7 in the horizontal direction (H direction).
As shown in FIG. 5, there is a coupling between the generator a and the speed increaser output shaft b, and it can be seen from FIG. 6 that the phase is reversed at this portion. Further, the phase is reversed at b and c, and the phase is also reversed at the c and d portions. From this result, it can be determined that there is no core extending from the main bearing to the generator. That is, when the core is not out (the core is out of alignment), the phase is sequentially reversed at four points a, b, c, and d.
FIG. 7 shows that the movement is the same as in FIG.
なお、図８に示すように、Ｖ方向のデータとＨ方向のデータを組み合わせて、３次元的な動きでアニメーション表示して、実際の挙動を可視化して確認するようにしてもよい。 Note that, as shown in FIG. 8, the data in the V direction and the data in the H direction may be combined to display an animation with a three-dimensional movement, and the actual behavior may be visualized and confirmed.
上記からすれば、通り芯狂いの判断には、実稼動解析のみでも足りそうに思えるが、実稼動解析では、実稼動解析は、各点の相対的な位相の変化を瞬間的に捉えることはできるが、その変化量が許容値内にあるかどうかを正確に判断することは難しい。そこで、軸の振れ回りをリサージュ解析で検出することで、その大きさから通り芯狂いが許容値の範囲内かどうか、またどの軸の振れ回りが原因で通り芯狂いが生じたのかを正確に判定でき、それに対する対処も迅速かつ正確にできる。 Judging from the above, it seems that only the actual operation analysis seems to be sufficient to judge the misalignment, but in the actual operation analysis, the actual analysis does not capture the relative phase change of each point instantaneously. Although it is possible, it is difficult to accurately determine whether the amount of change is within an allowable value. Therefore, by detecting the shaft runout by Lissajous analysis, it is possible to accurately determine whether the runout is within the allowable range from the size and which axis runout caused the runout. It is possible to make a judgment and deal with it quickly and accurately.
＜判定手段＞
判定手段３６は、解析手段３５の解析結果に基づいて通り芯のずれの有無を判定する。より具体的には、解析手段３５の実稼動解析及びリサージュ解析の各結果を数値化し、総合的な判断を行う。
<Determination means>
The determination unit 36 determines whether or not there is a shift of the core based on the analysis result of the analysis unit 35. More specifically, each result of the actual operation analysis and the Lissajous analysis of the analysis means 35 is digitized to make a comprehensive judgment.
リサージュ解析の数値化の一例を図９に基づいて説明する。
図９（ａ）はリサージュ解析の結果であり、この結果から振れ回りの円（楕円）の中心を座標面上に設定し図９（ｂ）、中心の座標点（Ｐ，Ｑ）を設定する（図９）。そして、Ｐ、Ｑの値を軸の振れ回りの大きさの判定に用いる。
なお、軸の振れ回りが円又は楕円であることの確認は、周波数分析を行うことで確認することができ、周波数分析の結果、各部位の卓越周波数成分が軸の回転周波数成分（１次成分）であることで、軸が円又は楕円で振れ回っていると判断することができる。
An example of quantification of the Lissajous analysis will be described with reference to FIG.
FIG. 9A shows the result of the Lissajous analysis. From this result, the center of the swing circle (ellipse) is set on the coordinate plane, and FIG. 9B shows the center coordinate point (P, Q). (FIG. 9). Then, the values of P and Q are used to determine the magnitude of the shaft swing.
In addition, it can be confirmed by performing frequency analysis that the shaft runout is a circle or an ellipse. As a result of the frequency analysis, the dominant frequency component of each part is the rotational frequency component (primary component) of the shaft. ), It can be determined that the axis is swinging around in a circle or ellipse.
判定手段３６による判定は以下のように行う。
まず、実稼動解析の結果からは、連続する測定点の位相が順次反転している場合には、通り芯狂いの可能性があると判定する。例えば、図７の例では、ａ点からｂ点は図中左方向にずれ、ｂ点からｃ点では図中右方向にずれ、ｃ点からｄ点では図中左方向にずれていることから、連続する測定点の位相が順次反転しており、通り芯狂いの可能性があると判定する。
他方、連続する測定点の位相が順次反転していない場合には、通り芯狂いの可能性があるとは判定しない。
The determination by the determination means 36 is performed as follows.
First, based on the result of actual operation analysis, when the phases of successive measurement points are sequentially reversed, it is determined that there is a possibility of misalignment. For example, in the example of FIG. 7, the points a and b are shifted leftward in the figure, the points b and c are shifted rightward in the figure, and the points c and d are shifted leftward in the figure. The phases of successive measurement points are sequentially inverted, and it is determined that there is a possibility of misalignment.
On the other hand, if the phases of successive measurement points are not sequentially reversed, it is not determined that there is a possibility of misalignment.
実稼動解析結果から通り芯狂いの可能性があると判定されたときに、リサージュ解析結果における各測定点の座標点（Ｐ，Ｑ）の各値が予め設定した閾値を越えているかどうかを確認する。その結果、測定点の一点でも、Ｐ，Ｑの片方でも閾値を越えている場合には、通り芯狂いがあると判定する。
さらに、Ｐ，Ｑのうちの最も大きい値があった測定点を、例えば表示する等することで、どの測定点が通り芯狂いの起点となったかを示すようにしてもよい。
他方、いずれの測定点においても、Ｐ，Ｑのいずれの値も閾値を越えていない場合には、通り芯狂いはない（許容範囲内である）と判定する。
When it is determined from the actual operation analysis result that there is a possibility of misalignment, it is confirmed whether each value of the coordinate point (P, Q) of each measurement point in the Lissajous analysis result exceeds a preset threshold value. To do. As a result, if one of the measurement points or one of P and Q exceeds the threshold value, it is determined that there is a misalignment.
Further, by displaying, for example, the measurement point having the largest value of P and Q, it may be possible to indicate which measurement point has become the starting point of misalignment.
On the other hand, if neither of the values of P and Q exceeds the threshold value at any measurement point, it is determined that there is no misalignment (within an allowable range).
以上のように、本実施の形態の異常診断装置１によれば、診断対象となる機器類が特殊な設置環境にある風力発電設備において、最も重要となる通り芯狂いの有無を正確に判定することができる。 As described above, according to the abnormality diagnosis apparatus 1 of the present embodiment, in the wind power generation facility in which the devices to be diagnosed are in a special installation environment, the presence / absence of misalignment as the most important is accurately determined. be able to.
１ 異常診断装置
３ ブレード
５ 主軸
６ 主軸受
７ 増速機
９ 発電機
１１ 風力発電設備
１３ データ収集装置
１５ 診断装置
１７ 振動センサ
１９ アナログ回路
２１ Ａ／Ｄ変換回路
２３ サンプリング処理回路
２５ 記憶手段
２７ データ送信手段
２９ 通信制御手段
３１ リサージュ解析プログラム
３３ 実稼動解析プログラム
３５ 解析手段
３６ 判定手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Abnormality diagnosis apparatus 3 Blade 5 Main shaft 6 Main bearing 7 Speed increaser 9 Generator 11 Wind power generation equipment 13 Data collection apparatus 15 Diagnosis apparatus 17 Vibration sensor 19 Analog circuit 21 A / D conversion circuit 23 Sampling processing circuit 25 Storage means 27 Data Transmission means 29 Communication control means 31 Lissajous analysis program 33 Actual operation analysis program 35 Analysis means 36 Determination means
Claims (3)
診断対象となる機器の振動に関するデータを収集するデータ収集装置と、該データ収集装置で収集されたデータに基づいて機器の異常の有無を診断する診断装置とを備え、
前記データ収集装置は、前記主軸受と、前記増速機の入側と、該増速機の出側と、前記発電機の入側の４箇所において、それぞれ直交位置に設置された少なくとも８個の振動センサと、これら振動センサの計測値を同時にサンプリングするサンプリング処理回路とを有し、
前記診断装置は、前記データ収集装置で収集された情報に基づいて、リサージュ解析及び実稼動解析を行う解析手段と、該解析手段の解析結果に基づいて通り芯のずれの有無を判定する判定手段とを有することを特徴とする風力発電設備の異常診断装置。 A blade that is rotated by wind power, a main bearing that rotatably supports a main shaft connected to the blade, a speed increasing device that is connected to the main shaft to increase the rotation speed of the main shaft, and is connected to an output shaft of the speed increasing device. An abnormality diagnosis device for a wind power generation facility that is provided in a wind power generation facility equipped with a generator for diagnosing device abnormality,
A data collection device that collects data relating to vibrations of the device to be diagnosed, and a diagnosis device that diagnoses whether there is an abnormality in the device based on the data collected by the data collection device;
The data collection device includes at least 8 pieces installed at orthogonal positions in four locations, the main bearing, the input side of the speed increaser, the output side of the speed increaser, and the input side of the generator. And a sampling processing circuit for simultaneously sampling the measurement values of these vibration sensors,
The diagnostic device includes an analysis unit that performs a Lissajous analysis and an actual operation analysis based on information collected by the data collection device, and a determination unit that determines the presence or absence of misalignment based on the analysis result of the analysis unit An abnormality diagnosis device for wind power generation equipment, characterized by comprising:
風力発電設備のナセル内に設置された前記収集装置の収集したデータに基づいて、前記風力発電設備の外部で異常診断をできるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の風力発電設備の異常診断装置。 The collection device has data transmission means and communication control means for transmitting sampled data to the outside, and the diagnostic device has communication control means for receiving data transmitted from the collection device,
3. The wind power generation according to claim 1, wherein abnormality diagnosis can be performed outside the wind power generation facility based on data collected by the collecting device installed in a nacelle of the wind power generation facility. Equipment abnormality diagnosis device.
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