JP6554724B2 - Vibration test equipment, vibration test method - Google Patents
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Description
本発明は、振動試験装置、及び振動試験方法に関する。 The present invention relates to a vibration test apparatus and a vibration test method.
構造物の制振特性を評価することを目的として、これまでに種々の試験装置、及び試験方法が提唱されている。その一例として、評価対象の構造物の一部を、運動方程式によって記述される数値モデルとして計算機上に表現して特性を評価する装置、及び試験方法が知られている。 Various test apparatuses and test methods have been proposed so far for the purpose of evaluating the damping characteristics of structures. As an example, an apparatus and a test method for evaluating characteristics by expressing a part of a structure to be evaluated on a computer as a numerical model described by an equation of motion are known.
このような技術の具体例として、例えば特許文献１に記載された耐震実験システムが挙げられる。このシステムでは、評価対象として主モデル、及び補助モデルからなる全体モデルが想定されている。これら主モデル、補助モデルのうち、補助モデルが数値モデルに置き換えられた状態で耐震実験が行われる。より詳細には、このシステムは、加速度計を備えた振動台と、構造物の一部として振動台上に設けられた主モデルと、主モデルに接続されたアクチュエータと、主モデルとアクチュエータとの接続部に配置された荷重計と、加速度計、及び荷重計からの出力信号に基づいて演算を行い、アクチュエータに制御信号を送出する制御装置と、を備えている。制御装置には、主モデルに連なって配置される構造物の他の部分を模した数値モデル（補助モデル）が構成されている。主モデルを加振することで加速度計から得られる加速度信号と、荷重計から得られる荷重信号とが、制御装置内で補助モデルに対して入力される。その後、補助モデルから得られる地震応答値がアクチュエータの挙動として反映される。これにより、補助モデルが実際に存在する状態における主モデルの耐震特性を模擬的に得ることができ、全体モデルとしての特性を評価することができる。
As a specific example of such a technique, for example, an earthquake resistance test system described in
ところで、風力発電に用いられる風車等の構造物は、一般的な地上建築物と異なり、構造の一部（ブレード）が回転駆動される。このような風車では、風によるブレードへの荷重や、ブレードの回転運動によるジャイロ効果に基づく力が発生している。これらの力に加えて地震波による影響を評価する場合、上述の耐震実験システムでは十分に高い精度を得ることが難しい。このため、上記ブレード等の回転体を有する構造物の振動を評価するための技術が求められている。 By the way, a structure such as a windmill used for wind power generation is rotationally driven in a part (blade) of a structure unlike a general ground building. In such a windmill, the load based on the wind by the wind and the force based on the gyro effect by the rotational motion of the blade are generated. When evaluating the influence of seismic waves in addition to these forces, it is difficult to obtain sufficiently high accuracy with the above-mentioned seismic test system. For this reason, a technique for evaluating the vibration of a structure having a rotating body such as the blade is required.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、回転体を有する構造物の応答振動を十分な精度で検出、評価することが可能な振動試験装置、及び振動試験方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a vibration test apparatus and a vibration test method capable of detecting and evaluating response vibration of a structure having a rotating body with sufficient accuracy. For the purpose.
本発明の第一の態様に係る振動試験装置は、回転軸回りに回転駆動される回転体、及び該回転体を支持する支持部を有する構造物の振動を模擬する振動試験装置であって、入力される第１制御信号に基づいて前記回転体を３次元６自由度のもとで加振する第１加振装置と、前記支持部と前記第１加振装置との接続部に設けられて、前記支持部と前記第１加振装置との変位差により生じる荷重を検出する荷重計と、前記構造物をモデル化した構造物数値モデルを有し、入力される前記構造物数値モデルへの地震波の値、前記回転体に付加される外力の値、及び前記荷重計によって検出された荷重の値に基づいて、前記構造物数値モデルの応答振動を演算して、前記回転体の回転に伴うジャイロモーメントを含むトルクに基づく前記構造物の振動を前記第１加振装置が模擬するための前記第１制御信号を生成し出力する第１加振制御部と、を備え、前記回転軸の延びる方向をＸ軸とし、該Ｘ軸に水平面内で直交する方向をＹ軸とし、前記Ｘ軸、及び前記Ｙ軸に直交する方向をＺ軸としたとき、前記ジャイロモーメントは、前記Ｚ軸回りのモーメントである。 A vibration test apparatus according to a first aspect of the present invention is a vibration test apparatus that simulates vibrations of a rotating body that is driven to rotate about a rotation axis, and a structure having a support portion that supports the rotating body, A first vibration device that vibrates the rotating body with three-dimensional six degrees of freedom based on an input first control signal, and a connection portion between the support portion and the first vibration device. A load meter for detecting a load caused by a displacement difference between the support portion and the first vibration exciter, and a structure numerical model that models the structure. Based on the value of the seismic wave, the value of the external force applied to the rotating body, and the value of the load detected by the load meter, the response vibration of the structural numerical model is calculated, and the rotating body is rotated. vibration of the structure based on the torque including a gyro moment with And a first vibration control unit for generating and outputting said first control signal for said first vibration device to simulate the direction of extension of the rotational axis as the X axis, in a horizontal plane in the X-axis The gyro moment is a moment around the Z axis, where the direction perpendicular to the Y axis is the X axis and the direction orthogonal to the Y axis is the Z axis .
この構成によれば、第１加振制御部が、構造物数値モデルへの地震波の値、回転体に付加される外力の値、及び荷重計によって検出された荷重の値に基づいて構造物数値モデルの応答振動を演算し、支持部を含む構造物の地震応答を第１加振装置が模擬するための制御信号を生成・出力する。この制御信号に基づいて第１加振装置が構造物を加振することで、実際の構造物で生じる振動を構造物数値モデルによって模擬することができる。 According to this configuration, the first vibration control unit is configured to calculate the structure numerical value based on the value of the seismic wave applied to the structure numerical model, the value of the external force applied to the rotating body, and the value of the load detected by the load meter. The response vibration of the model is calculated, and a control signal for the first vibration device to simulate the earthquake response of the structure including the support is generated and output. Based on this control signal, the first vibration device vibrates the structure, so that vibration generated in the actual structure can be simulated by the structure numerical model.
さらに、本発明の第二の態様に係る振動試験方法は、上記第一の態様に係る振動試験装置を用いた振動試験方法であって、前記回転体を回転駆動するステップと、回転駆動された前記回転体に対して、前記外力、前記地震波の入力を、予め定められた時間だけ継続して付加するステップと、前記外力、前記地震波、及び前記接続部における前記荷重に基づいて、前記構造物数値モデルの応答振動を演算するステップと、前記構造物数値モデルの前記応答振動に基づいて前記構造物を加振するステップと、を含む。 Furthermore, the vibration test method according to the second aspect of the present invention is a vibration test method using the vibration test apparatus according to the first aspect, wherein the rotation body is rotated and driven. Based on the external force, the seismic wave, and the load at the connecting portion, the step of continuously adding the external force and the input of the seismic wave to the rotating body for a predetermined time, and the structure Calculating a response vibration of the numerical model; and exciting the structure based on the response vibration of the structural numerical model.
この方法によれば、構造物数値モデルへの地震波の値、回転体に付加される外力の値、及び荷重計によって検出された荷重の値に基づいて構造物数値モデルの応答振動を演算することで、支持部を含む構造物の地震応答を第１加振装置が模擬するための制御信号を生成し出力する。この制御信号に基づいて第１加振装置が構造物を加振することで、実際の構造物で生じる振動を構造物数値モデルによって模擬することができる。 According to this method, the response vibration of the structure numerical model is calculated based on the value of the seismic wave to the structure numerical model, the value of the external force applied to the rotating body, and the value of the load detected by the load meter. Then, a control signal for the first vibration device to simulate the earthquake response of the structure including the support portion is generated and output. Based on this control signal, the first vibration device vibrates the structure, so that vibration generated in the actual structure can be simulated by the structure numerical model.
また、本発明の第三の態様に係る振動試験装置は、回転軸回りに回転駆動される回転体、及び該回転体を支持する支持部を有する構造物の振動を模擬する振動試験装置であって、入力される第１制御信号に基づいて前記回転体を３次元６自由度のもとで加振する第１加振装置と、入力される第２制御信号に基づいて前記支持部を加振する第２加振装置と、前記構造物と前記第１加振装置との接続部、及び前記第２加振装置との接続部に設けられて、前記回転体と前記第１加振装置との変位差、及び前記支持部と前記第２加振装置との変位差により生じる荷重を検出する荷重計と、前記構造物をモデル化した構造物数値モデルを有し、入力される前記構造物数値モデルへの地震波の値、前記回転体に対する外力の値、及び前記荷重計によって検出された荷重の値に基づいて、前記構造物数値モデルにおける前記回転体の応答振動を演算して、前記回転体の回転に伴うジャイロモーメントを含むトルクに基づく前記回転体の振動を前記第１加振装置が模擬するための前記第１制御信号を生成し出力する第１加振制御部と、前記構造物数値モデルへの地震波の値、前記回転体に対する外力の値、及び前記荷重計によって検出された荷重の値に基づいて、前記構造物数値モデルにおける前記支持部の応答振動を演算して、前記支持部の振動を前記第２加振装置が模擬するための前記第２制御信号を生成し出力する第２加振制御部と、を備え、前記回転軸の延びる方向をＸ軸とし、該Ｘ軸に水平面内で直交する方向をＹ軸とし、前記Ｘ軸、及び前記Ｙ軸に直交する方向をＺ軸としたとき、前記ジャイロモーメントは、前記Ｚ軸回りのモーメントである。 The vibration test apparatus according to the third aspect of the present invention is a vibration test apparatus that simulates the vibration of a rotating body that is driven to rotate about a rotating shaft and a support portion that supports the rotating body. A first vibration device that vibrates the rotating body with three-dimensional six degrees of freedom based on the input first control signal, and the support portion based on the input second control signal. The rotating body and the first vibration device are provided at a second vibration device to vibrate, a connection portion between the structure and the first vibration device, and a connection portion between the second vibration device and the second vibration device. And a load meter for detecting a load caused by a displacement difference between the support portion and the second vibration device, and a structure numerical model that models the structure, and the input structure Seismic wave value to the object numerical model, external force value to the rotating body, and the load meter Based on the value of the load, and calculates the response vibration of the rotating body in the structure numerical model, the vibration of the rotation member based on torque including gyro moment caused by the rotation of the rotating body of the first pressure Detected by a first vibration control unit that generates and outputs the first control signal to be simulated by a vibration device, a value of an earthquake wave to the structure numerical model, a value of an external force with respect to the rotating body, and the load meter The response vibration of the support portion in the structure numerical model is calculated based on the load value thus generated, and the second control signal for the second vibration device to simulate the vibration of the support portion is generated. And a second vibration control unit for outputting , wherein the direction in which the rotation axis extends is defined as the X axis, the direction perpendicular to the X axis in the horizontal plane is defined as the Y axis, and is orthogonal to the X axis and the Y axis. When the direction to do is the Z axis, Catcher Enviro moment is the moment of the Z axis.
この構成によれば、第１加振装置による回転体の振動を模擬することができることに加えて、第２加振装置によって支持部を含む構造体の全体を加振した場合における構造物の振動を構造物数値モデルによって模擬することができる。 According to this configuration, in addition to being able to simulate the vibration of the rotating body by the first vibration device, the vibration of the structure when the entire structure including the support portion is vibrated by the second vibration device. Can be simulated by a numerical structure model.
さらに、本発明の第四の態様に係る振動試験方法は、上記第三の態様に係る振動試験装置を用いた振動試験方法であって、前記回転体を回転駆動するステップと、回転駆動された前記回転体に対して、前記外力、前記地震波の入力を、予め定められた時間だけ継続して付加するステップと、前記外力、前記地震波、及び前記接続部における前記荷重に基づいて、前記構造物数値モデルの応答振動を演算するステップと、前記構造物数値モデルの前記応答振動に基づいて、前記第１加振装置によって前記構造物の前記回転体を加振するステップと、前記構造物数値モデルの前記応答振動に基づいて、前記第２加振装置によって前記構造物の前記支持部を加振するステップと、を含む。 Furthermore, the vibration test method according to the fourth aspect of the present invention is a vibration test method using the vibration test apparatus according to the third aspect, wherein the rotation body is driven to rotate, and is rotated. Based on the external force, the seismic wave, and the load at the connecting portion, the step of continuously adding the external force and the input of the seismic wave to the rotating body for a predetermined time, and the structure Calculating a response vibration of a numerical model; exciting the rotating body of the structure by the first vibration device based on the response vibration of the structure numerical model; and the structure numerical model Oscillating the support portion of the structure by the second vibration device based on the response vibration.
この方法によれば、第１加振装置による回転体の振動を模擬することができることに加えて、第２加振装置によって支持部を含む構造物の全体を加振した場合における構造物の振動を構造物数値モデルによって模擬することができる。 According to this method, in addition to being able to simulate the vibration of the rotating body by the first vibration device, the vibration of the structure when the entire structure including the support portion is vibrated by the second vibration device. Can be simulated by a numerical structure model.
本発明によれば、回転体を有する構造物の応答振動を十分な精度で検出、評価することができる振動試験装置、及び振動試験方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vibration test apparatus and vibration test method which can detect and evaluate the response vibration of the structure which has a rotary body with sufficient precision can be provided.
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る振動試験装置１００は、一例として図１、図２に示す風力発電装置１における振動を再現・評価するための装置である。図１に示すように、風力発電装置１は、地表面から略垂直方向に延びる支持部１１と、支持部１１の上端部に設けられた発電装置本体１２と、発電装置本体１２によって軸線Ｏ回りに回転可能に支持されるロータ部１３と、を備えている。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The
支持部１１は地表面から上方に向かうにしたがって次第に先細りとなるように形成された柱状の構造物である。支持部１１は、例えばコンクリートや鋼板等によって構成されている。支持部１１の内部には、後述の発電装置本体１２によって発電された電力を回収するためのケーブル等が収容される。
The
この支持部１１の上端部、すなわち地表面から離間する側の端部には発電装置本体１２が設けられている。図２に示すように、発電装置本体１２は、中空箱状のナセル１４と、ナセル１４の内部空間に収容された発電機１５と、発電機１５の回転軸に接続された油圧トランスミッション１６と、油圧トランスミッション１６に接続された主軸１７と、を有している。
A power generator
主軸１７は地表面に対しておおむね平行に延びている。この主軸１７の先端部には、上記のロータ部１３が取り付けられている。ロータ部１３は、主軸１７と接続されるハブ１８と、このハブ１８から放射状に延びる複数のブレード１９と、を有している。ブレード１９の設けられる数は設計や仕様に応じて適宜に決定される。ブレード１９は、ハブ１８の径方向から見て翼型の断面形状を呈している。また、ブレード１９のピッチ（すなわち、ハブ１８の径方向から見た場合のブレード１９の翼弦の傾き）は、不図示のピッチ可変装置によって変更可能であってもよい。
The
以上のように構成されたブレード１９は、風を受けることで主軸１７の軸線Ｏ回りに回転する。この回転エネルギーは、油圧トランスミッション１６を介して発電機１５に伝達される。油圧トランスミッション１６は、主軸１７の回転エネルギーを油圧エネルギーに変換する油圧ポンプ１６１と、この油圧ポンプ１６１によって生じた油圧エネルギーによって駆動される油圧モータ１６２と、油圧ポンプ１６１と油圧モータ１６２とを接続する低圧油圧ライン１６３、及び高圧油圧ライン１６４と、を備えている。
The
油圧モータ１６２の回転数は、不図示のデジタル制御装置によって制御されて発電機１５に伝達される。すなわち、本実施形態に係る風力発電装置１では、発電機１５から取り出される電流の周波数が一定の値で維持されるため、従来用いられている周波数変換装置等が不要となる。
The rotational speed of the
一方で、後述の振動試験装置１００、及び振動試験方法は、従来知られるギアによる減速・伝達を行う方式の装置に対しても適用することができる。
On the other hand, the
以上のように構成された風力発電装置１は、通常運用時にはロータ部１３の回転運動や、風力による負荷を受ける。さらに、地震の発生時には、上記の負荷に加えて、地震波Ｗ２による振動負荷が風力発電装置１に加わる。特に、ロータ部１３が軸線Ｏ回りに回転運動していることから、ジャイロ効果に基づくモーメントが発電装置本体１２に加わる。
The
以下、図１に戻って、上記のジャイロ効果に基づくモーメントについて説明する。図１に示すように、軸線Ｏの延びる方向をＸ軸とし、水平面内でＸ軸と交差する方向をＹ軸とし、これらＸ軸，Ｙ軸に直交する方向をＺ軸とする。いま、ロータ部１３の回転運動中に、例えばＹ軸回りのトルクが風力や地震によって発生した場合、ジャイロ効果に基づくジャイロモーメントにより、Ｚ軸回りにもトルクが発生する。
Hereinafter, returning to FIG. 1, the moment based on the gyro effect will be described. As shown in FIG. 1, the direction in which the axis O extends is taken as the X axis, the direction intersecting the X axis in the horizontal plane is taken as the Y axis, and the direction perpendicular to these X and Y axes is taken as the Z axis. Now, during the rotational movement of the
特に、風力や地震によって、上記のＹ軸回りのトルクが断続的に付加された場合、風力発電装置１は複雑な応答振動を呈する。本実施形態に係る振動試験装置１００は、このような回転体としてのロータ部１３を有する構造物の応答振動を試験・評価するために用いられる。
In particular, when the torque about the Y axis is intermittently applied due to wind or earthquake, the
より具体的には図３に示すように、振動試験装置１００は、上記の風力発電装置１を模擬した部分モデル２と、外部から入力される制御信号（第１制御信号Ｓ１）に基づいて部分モデル２を加振する第１加振装置３と、部分モデル２と第１加振装置３との接続部４に設けられた荷重計５と、第１加振装置３に入力される上記の第１制御信号Ｓ１を生成する第１加振制御部６と、を備えている。
More specifically, as shown in FIG. 3, the
加振制御部には、試験対象となる構造物としての上記風力発電装置１を数値モデル化した構造物数値モデルＭ（後述）が運動方程式として格納されている。振動試験に際しては、この構造物数値モデルＭに対して外部から、風力による振動（風振動）、及び地震波Ｗ２の少なくとも一方が与えられる。
In the vibration control unit, a numerical structure model M (described later) obtained by numerically modeling the
第１加振制御部６は、これら風振動や地震波Ｗ２等の外部入力に基づいて、構造物数値モデルＭの応答振動を算出する。この応答振動は、第１加振装置３を駆動させるための第１制御信号Ｓ１に反映される。すなわち、この第１加振装置３によって加振された部分モデル２の挙動（振動特性）は、構造物数値モデルＭの応答振動が反映されたものとなる。
The first
上記各要素の詳細な構成について以下で説明する。
図３に示すように、部分モデル２は、上記のロータ部１３に相当するロータ部モデルＭＲと、このロータ部モデルＭＲの回転軸を支持する軸受部Ｂと、ロータ部モデルＭＲの回転運動によって駆動される発電機モデルＭＧと、これらロータ部モデルＭＲ、及び発電機モデルＭＧを接続するとともに、回転軸の回転運動を減速・伝達するトランスミッションモデルＭＴと、を備えている。さらに、この部分モデル２はステージ３１によって床面から離間した位置で支持されている。
The detailed configuration of each element will be described below.
As shown in FIG. 3, the
第１加振装置３は、上記のステージ３１に対して接続されるパラレルリンク型加力装置である。より具体的には、第１加振装置３は複数のアクチュエータを有している。これら複数のアクチュエータの挙動は、第１制御信号Ｓ１によって制御される。さらに、複数のアクチュエータの端部は、いずれも上記ステージ３１におけるロータ部モデルＭＲが設けられた位置に偏って接続されている。これにより、第１加振装置３は、主としてロータ部モデルＭＲを３次元６自由度のもとで運動（振動）させることができる。
The
荷重計５は、ステージ３１とロータ部モデルＭＲとが接続される接続部４（すなわち、上記の軸受部Ｂとステージ３１とが接続される位置）における両者の変位差によって発生する荷重を計測するための装置である。接続部４では、第１加振装置３による加振によって生じる部分モデル２の慣性力と、部分モデル２が第１加振装置３に及ぼす反作用力が荷重として発生する。荷重計５は、この荷重を計測し、後述の第１加振制御部６に入力する。
The
第１加振制御部６は、上述のアクチュエータに対して、第１制御信号Ｓ１を出力することで、第１加振装置３の動作を制御する装置である。図３に示すように、第１加振制御部６は、試験対象の構造物をモデル化した構造物数値モデルＭが格納されるモデル格納部６１と、モデル格納部６１に対する信号の入出力を行うとともに、この入出力に基づいて第１加振装置３へ第１制御信号Ｓ１を生成・出翼する制御部本体６２と、を有している。
The first
モデル格納部６１には、上記の風力発電装置１を運動方程式として表現した構造物数値モデルＭが格納されている。制御部本体６２は、この構造物数値モデルＭの応答振動を演算する演算部６３と、この応答振動に基づいて第１加振装置３に対する第１制御信号Ｓ１を生成する信号生成部６４と、を有している。構造物数値モデルＭは、視覚的には、複数の格子点を各々つなぐことでメッシュモデルとして表現される。
The
モデル格納部６１に記憶された構造物数値モデルＭには、上述の荷重計５によって計測された接続部４における荷重と、風力による振動を模した風力波Ｗ１、又は地震動を模した地震波Ｗ２とが入力される。すなわち、これらの値は、構造物に対して外部から与えられる力の成分として、構造物数値モデルＭを表現する運動方程式に代入される。
The structure numerical model M stored in the
演算部６３では、このような荷重、風力波Ｗ１、及び地震波Ｗ２が入力された場合における構造物の応答（応答振動）を、構造物数値モデルＭの運動方程式を用いた数値解析によって算出する。具体的には、これら運動方程式に基づく時刻歴応答解析が用いられる。すなわち、質量・ばね・減衰の各特性を有するモデルとして構造物を運動方程式によってモデル化した上で、時間とともに変化する風力波Ｗ１、及び地震波Ｗ２を与え、これに対する応答振動として、構造物の特定の位置における応答加速度、速度、変位を導出する。なお、ここで言う構造物における特定の位置とは、上述したメッシュモデル上で適宜選択された任意の格子点を指す。
The
演算部６３によって導出された応答振動は、制御部本体６２の信号生成部６４に送出される。信号生成部６４では、この応答振動に基づいてＡ／Ｄ変換等を行うとともに、第１加振装置３とステージ３１（部分モデル２）との接続部４における変位を演算する。これにより、信号生成部６４は、第１加振装置３の挙動を制御するための第１制御信号Ｓ１を生成する。
The response vibration derived by the
この第１制御信号Ｓ１は、第１加振装置３における上述の各アクチュエータに入力される。各アクチュエータは、この第１制御信号Ｓ１によってそれぞれ駆動される。アクチュエータが駆動することで、第１加振装置３（ステージ３１）上の部分モデル２が加振される。
The first control signal S <b> 1 is input to each of the above-described actuators in the
続いて、上述の振動試験装置１００を用いた振動試験方法について説明する。図４に示すように、本実施形態に係る振動試験方法は、回転体（部分モデル２）を回転駆動する（主軸１７を回転する）ステップと、回転体に対して、外力（風力波Ｗ１、地震波Ｗ２）を予め定められた時間だけ継続して付加するステップと、外力、地震波Ｗ２、及び接続部４における荷重に基づいて、構造物数値モデルＭの応答振動を演算するステップと、構造物数値モデルＭの応答振動に基づいて部分モデル２を加振するステップと、を含む。
Next, a vibration test method using the
上記の各ステップについて、以下で詳述する。まず、部分モデル２上のロータ部モデルＭＲを回転駆動する。ロータ部モデルＭＲが回転することにより、部分モデル２には上述のようなジャイロ効果に基づくトルクが継続的に発生した状態となる。
Each of the above steps will be described in detail below. First, the rotor part model MR on the
次いで、上記の状態で、風による振動（風力波Ｗ１）、及び地震波Ｗ２の少なくとも一方を、構造物数値モデルＭに対して入力する。すなわち、構造物数値モデルＭは、実際の風力発電装置１が通常運用される状態を模擬する。さらに、地震波Ｗ２も入力した場合には、風力発電装置１の運用中に地震が発生した状態を模擬することができる。
Next, in the above state, at least one of wind vibration (wind wave W1) and seismic wave W2 is input to the structural numerical model M. That is, the structure numerical model M simulates a state in which the actual
続いて、上記のように運用中の風力発電装置１の挙動を構造物数値モデルＭによって再現した状態で、上述した第１加振制御部６の演算部６３が、構造物数値モデルＭの応答振動を演算する。次に、信号生成部６４が、上記の応答振動に基づいて第１制御信号Ｓ１を生成し、第１加振装置３にこれを送出する。
Subsequently, in a state where the behavior of the
第１加振装置３は、第１制御信号Ｓ１に基づいて、３次元６自由度の下で部分モデル２を加振する。この時の振動は、上記の構造物数値モデルＭの応答振動を模したものとなる。このように部分モデル２が加振されることによって、ステージ３１と部分モデル２の接続部４では荷重が発生する。この荷重は、上記の荷重計５によって検出された後、第１加振制御部６の構造物数値モデルＭに対して外力成分として入力される。
The
以上の状態で、振動試験装置１００の運転を継続する。振動試験装置１００が運転される時間は、風速印加時間として予め定められていることが望ましい。風速印加時間が経過した時点で、振動試験装置１００の運転を終了する。この時点における構造物数値モデルＭの応答振動を、最終的な試験結果として評価する。以上により、本実施形態に係る振動試験方法の全ステップが完了する。
In the above state, the operation of the
以上説明したように、本実施形態に係る振動試験装置１００、及び振動試験方法によれば、第１加振制御部６が、構造物数値モデルＭへの地震波Ｗ２の値、回転体に付加される外力の値、及び荷重計５によって検出された荷重の値に基づいて構造物数値モデルＭの応答振動を演算することで、支持部１１を含む構造物の地震応答を第１加振装置３が模擬するための制御信号を生成し出力する。この制御信号に基づいて第１加振装置３が構造物を加振することで、実際の構造物で生じる振動を構造物数値モデルＭによって模擬することができる。
As described above, according to the
特に、風力発電装置１のように回転体としてのロータ部１３を有する構造物では、風力、地震波Ｗ２等の付加に伴って、ジャイロ効果によるモーメント等を含む複雑な力学的挙動を呈することが知られている。上記の振動試験装置１００、及び振動試験方法によれば、このような構造物の挙動を十分な確からしさを伴って試験・評価することができる。
In particular, it is known that a structure having the
なお、図３等に示すように、制御部本体６２とモデル格納部６１との間に補償器７を設けてもよい。補償器７は、第１加振装置３と第１加振制御部６との間に設けられることが望ましい。このような補償器７を設けることによって、第１加振装置３と第１加振制御部６との間における伝達特性を改善し、両者の間における応答遅れを低減することができる。すなわち、第１加振装置３は、第１加振制御部６から出力された第１制御信号Ｓ１によって高い応答性を持って駆動されることが可能となる。したがって、回転体を有する構造物の応答振動を十分な精度で検出、評価することができる。
As shown in FIG. 3 and the like, a
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について図５を参照して説明する。なお、上記の第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態に係る振動試験装置２００は、第一実施形態における振動試験装置１００に加えて、第２加振装置３０、及び第２加振制御部６０を備えている。すなわち、第一実施形態においてはステージ３１は床面上に固定されている構成としたが、本実施形態では、このステージ３１は第２加振装置３０によって床面上で支持されている。第２加振装置３０は、第１加振装置３と同等の構成を採っている。第２加振制御部６０の制御部本体６２０は、第１加振装置３と同様に、演算部６３０、及び信号生成部６４０を有している。一方で、第２加振制御部６０は第１加振制御部６におけるモデル格納部６１に相当する構成要素を単独では有していない。すなわち、第１加振制御部６のモデル格納部６１（部分モデル２）に基づいて算出された応答振動は、第１加振制御部６の制御部本体６２、及び第２加振制御部６０の制御部本体６２０に対して同時に入力される。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the structure similar to said 1st embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. As shown in the figure, the
これにより、ステージ３１上に配置された部分モデル２は、第１加振装置３による加振に基づいてロータ部１３の挙動を模擬できることに加えて、第２加振装置３０による加振に基づいて風力発電装置１の支持部１１の挙動をも模擬することができる。
Thereby, the
上記の振動試験装置２００を用いた振動試験方法は、第一実施形態に係る振動試験方法とおおむね同等のステップを経て実行される。図６に示すように、本実施形態に係る振動試験方法は、回転体（部分モデル２）を回転駆動する（主軸１７を回転する）ステップと、回転体に対して、外力（風力波Ｗ１、地震波Ｗ２）を予め定められた時間だけ継続して付加するステップと、外力、地震波Ｗ２、及び接続部４における荷重に基づいて、構造物数値モデルＭの応答振動を演算するステップと、構造物数値モデルＭの応答振動に基づいて部分モデル２を加振するステップと、を含む。
The vibration test method using the
まず、部分モデル２として表現されたロータ部モデルＭＲを回転駆動する。ロータ部モデルＭＲが回転することにより、部分モデル２には上述のようなジャイロ効果に基づくトルクが継続的に発生した状態となる。
First, the rotor part model MR expressed as the
次いで、上記の状態で、風による振動（風力波Ｗ１）、及び地震波Ｗ２の少なくとも一方を、構造物数値モデルＭに対して入力する。すなわち、構造物数値モデルＭは、実際の風力発電装置１が通常運用される状態を模擬する。さらに、地震波Ｗ２も入力した場合には、風力発電装置１の運用中に地震が発生した状態を模擬することができる。
Next, in the above state, at least one of wind vibration (wind wave W1) and seismic wave W2 is input to the structural numerical model M. That is, the structure numerical model M simulates a state in which the actual
続いて、上記のように運用中の風力発電装置１の挙動を構造物数値モデルＭによって再現した状態で、上述した第１加振制御部６の演算部６３、及び第２加振制御部６０の演算部６３０が、構造物数値モデルＭの応答振動をそれぞれ演算する。次に、信号生成部６４、及び信号生成部６４０が、上記の応答振動に基づいて第１制御信号Ｓ１、及び第２制御信号Ｓ２を生成し、第１加振装置３、第２加振装置３０にこれら信号を送出する。
Subsequently, in a state where the behavior of the
第１加振装置３は、第１制御信号Ｓ１に基づいて、３次元６自由度の下で部分モデル２のうちのロータ部１３（回転体に相当する部分）を主として加振する。一方で、第２加振装置３０は、第２制御信号Ｓ２に基づいて部分モデル２のうちのロータ部１３を除く部分（支持部１１に相当する部分）を主として加振する。
Based on the first control signal S1, the
この時の振動は、上記の構造物数値モデルＭの応答振動を模したものとなる。このように部分モデル２が加振されることによって、ステージ３１と部分モデル２の接続部４では荷重が発生する。この荷重は、上記の荷重計５によって検出された後、第１加振制御部６の構造物数値モデルＭに対して外力成分として入力される。
The vibration at this time imitates the response vibration of the structure numerical model M described above. Thus, when the
以上の状態で、振動試験装置１００の運転を継続する。振動試験装置１００が運転される時間は、風速印加時間として予め定められていることが望ましい。風速印加時間が経過した時点で、振動試験装置１００の運転を終了する。この時点における構造物数値モデルＭの応答振動を、最終的な試験結果として評価する。以上により、本実施形態に係る振動試験方法の全ステップが完了する。
In the above state, the operation of the
以上のような構成によれば、第一実施形態における振動試験装置１００、及び振動試験方法に比して、風力発電装置１の挙動をさらに忠実かつ確からしく模擬することができる。特に、風力発電装置１を部分モデル２によって高縮尺で縮小再現した場合であっても、実際の装置における力学的挙動を微視的に再現することができる。言い換えれば、振動試験装置２００の全体の寸法体格を小さくすることができるため、試験に伴う用地や部材の調達に伴うコスト等を削減することができる。
According to the above configuration, the behavior of the
以上、本発明の各実施形態について図面を参照して説明した。しかしながら、上記各実施形態はあくまで一例に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更等を加えることが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the above embodiments are merely examples, and various modifications and the like can be added without departing from the gist of the present invention.
例えば、第一実施形態と同様に、振動試験装置２００においても、制御部本体６２０とモデル格納部６１との間に補償器７を設けてもよい。補償器７は、第２加振装置３０と第２加振制御部６０との間に設けられることが望ましい。このような補償器７を設けることによって、第２加振装置３０と第２加振制御部６０との間における伝達特性を改善し、両者の間における応答遅れを低減することができる。すなわち、第２加振装置３０は、第２加振制御部６０から出力された第２制御信号Ｓ２によって高い応答性を持って駆動されることが可能となる。
For example, the
１…風力発電装置 ２…部分モデル ３…第１加振装置 ４…接続部 ５…荷重計 ６…第１加振制御部 ７…補償器 １１…支持部 １２…発電装置本体 １３…ロータ部 １４…ナセル １５…発電機 １６…油圧トランスミッション １７…主軸 １８…ハブ １９…ブレード ３０…第２加振装置 ３１…ステージ ６０…第２加振制御部 ６１…モデル格納部 ６２…制御部本体 ６３…演算部 ６４…信号生成部 １００…振動試験装置 １６１…油圧ポンプ １６２…油圧モータ １６３…低圧油圧ライン １６４…高圧油圧ライン ２００…振動試験装置 ６２０…制御部本体 ６３０…演算部 ６４０…信号生成部 Ｂ…軸受部 Ｍ…構造物数値モデル ＭＧ…発電機モデル ＭＲ…ロータ部モデル ＭＴ…トランスミッションモデル Ｏ…軸線 Ｓ１…第１制御信号 Ｓ２…第２制御信号 Ｗ１…風力波 Ｗ２…地震波
DESCRIPTION OF
Claims (4)
入力される第１制御信号に基づいて前記回転体を３次元６自由度のもとで加振する第１加振装置と、
前記支持部と前記第１加振装置との接続部に設けられて、前記支持部と前記第１加振装置との変位差により生じる荷重を検出する荷重計と、
前記構造物をモデル化した構造物数値モデルを有し、入力される前記構造物数値モデルへの地震波の値、前記回転体に付加される外力の値、及び前記荷重計によって検出された荷重の値に基づいて、前記構造物数値モデルの応答振動を演算して、前記回転体の回転に伴うジャイロモーメントを含むトルクに基づく前記構造物の振動を前記第１加振装置が模擬するための前記第１制御信号を生成し出力する第１加振制御部と、
を備え、
前記回転軸の延びる方向をＸ軸とし、該Ｘ軸に水平面内で直交する方向をＹ軸とし、前記Ｘ軸、及び前記Ｙ軸に直交する方向をＺ軸としたとき、前記ジャイロモーメントは、前記Ｚ軸回りのモーメントである振動試験装置。 A vibration test apparatus for simulating vibration of a rotating body that is driven to rotate about a rotation axis and a structure having a support portion that supports the rotating body,
A first vibrating device that vibrates the rotating body with three-dimensional six degrees of freedom based on an input first control signal;
A load meter that is provided at a connection portion between the support portion and the first vibrating device and detects a load caused by a displacement difference between the support portion and the first vibrating device;
A structure numerical model obtained by modeling the structure, the value of the seismic wave to the input structure numerical model, the value of the external force applied to the rotating body, and the load detected by the load meter Based on the value, the response vibration of the structure numerical model is calculated, and the first vibration device for simulating the vibration of the structure based on the torque including the gyro moment accompanying the rotation of the rotating body. A first vibration control unit that generates and outputs a first control signal;
Equipped with a,
When the direction in which the rotation axis extends is the X axis, the direction perpendicular to the X axis in the horizontal plane is the Y axis, and the direction perpendicular to the X axis and the Y axis is the Z axis, the gyro moment is A vibration test apparatus that is a moment about the Z axis .
前記回転体を回転駆動するステップと、
回転駆動された前記回転体に対して、前記外力、前記地震波の入力を、予め定められた時間だけ継続して付加するステップと、
前記外力、前記地震波、及び前記接続部における前記荷重に基づいて、前記構造物数値モデルの応答振動を演算するステップと、
前記構造物数値モデルの前記応答振動に基づいて、前記第１加振装置によって前記構造物を加振するステップと、
を含む振動試験方法。 A vibration test method using the vibration test apparatus according to claim 1,
Rotating the rotating body; and
A step of continuously adding the external force and the input of the seismic wave to the rotating body that is rotationally driven for a predetermined time;
Calculating response vibration of the structure numerical model based on the external force, the seismic wave, and the load at the connection;
Exciting the structure by the first vibration device based on the response vibration of the structure numerical model;
A vibration test method including:
入力される第１制御信号に基づいて前記回転体を３次元６自由度のもとで加振する第１加振装置と、
入力される第２制御信号に基づいて前記支持部を加振する第２加振装置と、
前記構造物と前記第１加振装置との接続部、及び前記第２加振装置との接続部に設けられて、前記回転体と前記第１加振装置との変位差、及び前記支持部と前記第２加振装置との変位差により生じる荷重を検出する荷重計と、
前記構造物をモデル化した構造物数値モデルを有し、入力される前記構造物数値モデルへの地震波の値、前記回転体に対する外力の値、及び前記荷重計によって検出された荷重の値に基づいて、前記構造物数値モデルにおける前記回転体の応答振動を演算して、前記回転体の回転に伴うジャイロモーメントを含むトルクに基づく前記回転体の振動を前記第１加振装置が模擬するための前記第１制御信号を生成し出力する第１加振制御部と、
前記構造物数値モデルへの地震波の値、前記回転体に対する外力の値、及び前記荷重計によって検出された荷重の値に基づいて、前記構造物数値モデルにおける前記支持部の応答振動を演算して、前記支持部の振動を前記第２加振装置が模擬するための前記第２制御信号を生成し出力する第２加振制御部と、
を備え、
前記回転軸の延びる方向をＸ軸とし、該Ｘ軸に水平面内で直交する方向をＹ軸とし、前記Ｘ軸、及び前記Ｙ軸に直交する方向をＺ軸としたとき、前記ジャイロモーメントは、前記Ｚ軸回りのモーメントである振動試験装置。 A vibration test apparatus for simulating vibration of a rotating body that is driven to rotate about a rotation axis and a structure having a support portion that supports the rotating body,
A first vibrating device that vibrates the rotating body with three-dimensional six degrees of freedom based on an input first control signal;
A second vibration device that vibrates the support portion based on an input second control signal;
Displacement difference between the rotating body and the first vibration device provided in a connection portion between the structure and the first vibration device and a connection portion between the second vibration device, and the support portion And a load cell for detecting a load caused by a displacement difference between the second vibration device,
It has a structure numerical model that models the structure, and is based on the value of the seismic wave to the input structure numerical model, the value of the external force on the rotating body, and the value of the load detected by the load meter Calculating the response vibration of the rotating body in the structural numerical model, and the first vibrating device for simulating the vibration of the rotating body based on the torque including the gyro moment accompanying the rotation of the rotating body. A first vibration control unit that generates and outputs the first control signal;
Based on the value of the seismic wave to the structure numerical model, the value of the external force on the rotating body, and the value of the load detected by the load meter, the response vibration of the support part in the structure numerical model is calculated. A second vibration control unit that generates and outputs the second control signal for the second vibration device to simulate the vibration of the support unit;
Equipped with a,
When the direction in which the rotation axis extends is the X axis, the direction perpendicular to the X axis in the horizontal plane is the Y axis, and the direction perpendicular to the X axis and the Y axis is the Z axis, the gyro moment is A vibration test apparatus that is a moment about the Z axis .
前記回転体を回転駆動するステップと、
回転駆動された前記回転体に対して、前記外力、前記地震波の入力を、予め定められた時間だけ継続して付加するステップと、
前記外力、前記地震波、及び前記接続部における前記荷重に基づいて、前記構造物数値モデルの応答振動を演算するステップと、
前記構造物数値モデルの前記応答振動に基づいて、前記第１加振装置によって前記構造物の前記回転体を加振するステップと、 前記構造物数値モデルの前記応答振動に基づいて、前記第２加振装置によって前記構造物の前記支持部を加振するステップと、
を含む振動試験方法。 A vibration test method using the vibration test apparatus according to claim 3,
Rotating the rotating body; and
A step of continuously adding the external force and the input of the seismic wave to the rotating body that is rotationally driven for a predetermined time;
Calculating response vibration of the structure numerical model based on the external force, the seismic wave, and the load at the connection;
Based on the response vibration of the structure numerical model, the step of vibrating the rotating body of the structure by the first vibration device; based on the response vibration of the structure numerical model, the second Exciting the support portion of the structure with a vibration device;
A vibration test method including:
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