JP5574363B2 - 軸受の異常検出装置および異常検出方法 - Google Patents
軸受の異常検出装置および異常検出方法Info
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Description
好ましくは、周波数分析部は、振動信号の位相差スペクトルが位相反転することに基づいて、固有振動数を検出する。
好ましくは、固有振動数を検出するステップは、振動信号の位相差スペクトルが位相反転することに基づいて、固有振動数を検出する。
図1は、本実施の形態の軸受の異常検出装置が使用される一例である風力発電装置を説明するための図である。
図2を参照して、風力発電装置10は、主軸22と、ブレード30と、増速機40と、発電機50と、主軸用軸受60と、データ処理装置80とを備える。増速機40、発電機50、主軸用軸受60およびデータ処理装置80は、ナセル90に格納され、ナセル90は、タワー100によって支持される。
図3を参照してブレード用軸受120は、外輪122と、内輪124と、内輪の転走面と外輪の転走面との間に与圧をもって挟持された転動体126と、保持器128と、グリース等の潤滑剤をシールするシール部材130,132とを含む。
図4を参照して、揺動運動するブレード用軸受120は、低速で回動するため、損傷モードは摩耗によるものと予想される。そのため、摩耗の大きさを検知することが求められている。
図6、図7を参照して、周波数分析部164は、振動センサ160で検出された信号のノイズ成分がHPF162で除去されたのちに、高速フーリエ変換によりフーリエスペクトルを求める。フーリエスペクトルにおいては、固有振動数はピーク値で示される。その際、固有振動数の箇所では、スペクトルの位相が反転するため、位相差スペクトルは0をクロスする。好ましくは、周波数分析部164はこの位相反転に基づいて固有振動数を検出する。周波数分析部164は、たとえば、竣工時の軸受がまだ摩耗していない状態で固有振動数を記憶部166に記録する。そして、この値を固有振動数の初期値として用いる。変化率算出部172は、固有振動数の初期値を記憶部から読出し、新たに周波数分析部164で検出された固有振動数と比較し、固有振動数の初期値からの変化率(たとえば%で表示される)を求める。この変化率は固有振動数とともに送信部174からデータ処理部300に無線などの方法により送信される。
なお、図6で示した各機能ブロックは、デジタル信号処理を用いソフトウエアによって実現することも可能である。
図9は、「羽面垂直方向のブレードの傾き」変形モードを示す図である。
図8、図10を参照して、羽面接線方向のブレードの傾き変形モードの場合は、強い拘束での固有値(固有振動数)は3.22Hz、弱い拘束での固有値は2.66Hzであり、固有値変化率は17%であった。
図8、図11を参照して、羽面垂直方向の曲げ一次変形モードの場合は、強い拘束での固有値(固有振動数)は9.50Hz、弱い拘束での固有値は8.44Hzであり、固有値変化率は7.0%であった。
図8、図12を参照して、羽面接線方向の曲げ一次変形モードの場合は、強い拘束での固有値(固有振動数)は16.2Hz、弱い拘束での固有値は15.1Hzであり、固有値変化率は6.8%であった。
図8、図13を参照して、羽面垂直方向の曲げ二次変形モードの場合は、強い拘束での固有値(固有振動数)は21.4Hz、弱い拘束での固有値は20.4Hzであり、固有値変化率は4.7%であった。
図8、図14を参照して、伸縮変形モードの場合は、強い拘束での固有値(固有振動数)は33.7Hz、弱い拘束での固有値は24.0Hzであり、固有値変化率は29%であった。
ナセル90(図1)は、高所に設置されるので、上述した異常診断装置は、その装置自体のメンテナンス性を考慮すると、本来的にはナセル90から離れた場所に設置するのが望ましい。しかしながら、振動センサ160を用いて測定されるブレード用軸受120の振動波形そのものを遠隔地へ転送することは、転送速度の高い送信手段が必要であり、コスト増を招く。また、上述のようにナセル90が高所に設置されていることを考慮すると、ナセル90から外部への通信手段には、無線通信を用いることが望ましい。
診断を、遠隔地に設けられる軸受状態診断サーバ330において実施するので、メンテナンス負荷およびコストを低減することができる。
図7に示すように、好ましくは、周波数分析部は、振動信号の位相差スペクトルが位相反転することに基づいて、固有振動数を検出する。
Claims (12)
- 被支持体を支持体に回動可能に支持する軸受の異常検出装置であって、
振動センサと、
前記振動センサで検出された振動信号の周波数を分析して固有振動数を検出する周波数分析部と、
前記周波数分析部によって検出された固有振動数を記憶する記憶部と、
前記検出された固有振動数の変化に基づいて、前記軸受の異常を検出する異常検出部とを備え、
前記被支持体は、風力発電装置のブレードであり、
前記軸受は、前記ブレードの角度が変更可能なように前記ブレードを支持するための軸受であり、
前記周波数分析部は、前記ブレードの風受け面が風向に対して平行になっているときに前記固有振動数を判定するために前記振動信号の周波数の分析を行なう、軸受の異常検出装置。 - 前記異常検出部は、前記軸受の異常に加えて、前記検出された固有振動数の変化に基づいて前記ブレードの損傷についても判定を行なう、請求項1に記載の軸受の異常検出装置。
- 前記異常検出部は、
前記被支持体および前記支持体から離れた場所に設けられ、前記周波数分析部によって検出された固有振動数の初期状態からの変化率を受信するデータ処理部を含む、請求項1または2に記載の軸受の異常検出装置。 - 前記異常検出部は、
前記記憶部に記憶された初期固有振動数に対する前記周波数分析部によって検出された固有振動数の変化率を算出する変化率算出部と、
前記変化率算出部から前記データ処理部に至る送信経路上に設けられ、前記変化率を無線を用いて送信する送信部とを含む、請求項3に記載の軸受の異常検出装置。 - 前記振動センサは、加速度センサを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の軸受の異常検出装置。
- 前記周波数分析部は、前記振動信号の位相差スペクトルが位相反転することに基づいて、前記固有振動数を検出する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の軸受の異常検出装置。
- 被支持体を支持体に回動可能に支持する軸受の異常検出方法であって、
振動センサで検出された振動信号の周波数を分析して固有振動数を検出するステップと、
前記検出された固有振動数を記憶するステップと、
前記検出された固有振動数の変化に基づいて、前記軸受の異常を検出するステップとを備え、
前記被支持体は、風力発電装置のブレードであり、
前記軸受は、前記ブレードの角度が変更可能なように前記ブレードを支持するための軸受であり、
前記固有振動数を検出するステップは、前記ブレードの風受け面が風向に対して平行になっているときに前記固有振動数を判定するために前記振動信号の周波数の分析を行なう、軸受の異常検出方法。 - 前記異常を検出するステップは、前記軸受の異常に加えて、前記検出された固有振動数の変化に基づいて前記ブレードの損傷についても判定を行なう、請求項7に記載の軸受の異常検出方法。
- 前記異常を検出するステップは、
前記被支持体および前記支持体から離れた場所において、前記検出された固有振動数の初期状態からの変化率を受信するステップを含む、請求項7または8に記載の軸受の異常検出方法。 - 前記異常を検出するステップは、
記憶された初期固有振動数に対する前記検出された固有振動数の変化率を算出するステップと、
前記変化率を算出するステップから前記変化率を受信するステップに至る送信経路上において、前記変化率を無線を用いて送信するステップとを含む、請求項9に記載の軸受の異常検出方法。 - 前記振動センサは、加速度センサを含む、請求項7〜10のいずれか1項に記載の軸受の異常検出方法。
- 前記固有振動数を検出するステップは、前記振動信号の位相差スペクトルが位相反転することに基づいて、前記固有振動数を検出する、請求項7〜11のいずれか1項に記載の軸受の異常検出方法。
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