JP6971049B2 - Condition monitoring system and wind power generator equipped with it - Google Patents
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Description
本開示は、軸受や歯車等の回転体の振動計測装置、それを備える状態監視システム、及びそのような状態監視システムを備える風力発電装置に関する。 The present disclosure relates to a vibration measuring device for a rotating body such as a bearing or a gear, a condition monitoring system including the vibration measuring device, and a wind power generation device including such a condition monitoring system.
特開２０１３−１８５５０７号公報（特許文献１）は、風力発電装置の主軸や増速機等の状態を監視する状態監視システム（ＣＭＳ：Condition Monitoring System）を開示する。この状態監視システムは、複数の振動センサと、モニタ装置と、データサーバとを含んで構成される。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-185507 (Patent Document 1) discloses a condition monitoring system (CMS) for monitoring the state of a spindle of a wind power generator, a speed increaser, or the like. This condition monitoring system includes a plurality of vibration sensors, a monitoring device, and a data server.
複数の振動センサは、ナセル内の主軸受や増速機、発電機等の各機器に固設され、各機器の振動を計測する。モニタ装置は、ナセル内に設けられ、有線ケーブルで接続された各振動センサから検出値を受ける。そして、モニタ装置は、有線又は無線によってデータサーバへ測定データを送信する。データサーバは、モニタ装置から受信した測定データに基づいて、風力発電装置の異常診断を実行する（特許文献１参照）。 A plurality of vibration sensors are fixedly attached to each device such as a main bearing, a speed increaser, and a generator in the nacelle, and measure the vibration of each device. The monitoring device is installed in the nacelle and receives a detected value from each vibration sensor connected by a wired cable. Then, the monitoring device transmits the measurement data to the data server by wire or wirelessly. The data server executes an abnormality diagnosis of the wind power generation device based on the measurement data received from the monitor device (see Patent Document 1).
また、特開２０１５−１８３６２８号公報（特許文献２）は、上記のような状態監視システムにおいて、振動センサを含む無線計測ユニットが主軸受の回転輪（たとえば外輪）に取付けられる構成を開示する。すなわち、この状態監視システムでは、主軸受の固定輪（たとえば内輪）に振動センサの適切な取付場所がない場合等に、無線計測ユニットが回転輪に取付けられる。無線計測ユニットは、ナセル内に設けられるデータ収集装置と無線通信するように構成され、無線計測ユニットにより測定されたデータが無線によりデータ収集装置へ送信される（特許文献２参照）。 Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-183628 (Patent Document 2) discloses a configuration in which a wireless measurement unit including a vibration sensor is attached to a rotating wheel (for example, an outer ring) of a main bearing in a condition monitoring system as described above. That is, in this condition monitoring system, the wireless measurement unit is mounted on the rotating wheel when the fixed wheel (for example, the inner ring) of the main bearing does not have an appropriate mounting place for the vibration sensor. The wireless measurement unit is configured to wirelessly communicate with a data collection device provided in the nacelle, and the data measured by the wireless measurement unit is wirelessly transmitted to the data collection device (see Patent Document 2).
回転体の回転位置（基準位置に対する回転角等）を検出することができれば、検出された振動データから振動の発生位置（回転位置）を特定して異常の原因をより詳細に分析することが可能である。 If the rotation position of the rotating body (rotation angle with respect to the reference position, etc.) can be detected, it is possible to identify the vibration generation position (rotation position) from the detected vibration data and analyze the cause of the abnormality in more detail. Is.
上記の特許文献１に記載に状態監視システムでは、振動センサは、ナセル内の固定物（主軸受や増速機、発電機等のケース上面等）に固設されるので、回転軸の回転位置を検出可能なセンサを別途設けない限り、振動の発生位置を特定することは難しい。また、上記の特許文献２は、振動センサを含む無線計測ユニットが主軸受の回転輪に取付けられる構成を開示しているが、振動の発生位置の特定については特に検討されていない。
In the condition monitoring system described in Patent Document 1 above, since the vibration sensor is fixed to a fixed object (main bearing, speed increaser, case upper surface of a generator, etc.) in the nacelle, the rotation position of the rotating shaft It is difficult to specify the position where vibration occurs unless a sensor capable of detecting the vibration is separately provided. Further,
また、回転軸とともに回転する回転板等に周方向に穴を設けて近接センサや光電センサ等を用いて回転を検出する手法が公知であるが、これらの手法では、回転速度は検出し得るけれども、回転位置（位相）を検出することは難しい。さらに、これらの手法は、回転速度を検出するために、近接センサや光電センサ等を別途設ける必要がある。 Further, a method of detecting rotation by providing a hole in the circumferential direction in a rotating plate or the like rotating with a rotating shaft and using a proximity sensor or a photoelectric sensor is known, but the rotation speed can be detected by these methods. , It is difficult to detect the rotation position (phase). Further, in these methods, it is necessary to separately provide a proximity sensor, a photoelectric sensor, or the like in order to detect the rotation speed.
本開示は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、振動センサにより検出される振動データから回転体の回転位置（基準位置に対する回転角等）や回転速度を検出可能な振動計測装置を提供することである。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object thereof is to be able to detect the rotation position (rotation angle with respect to the reference position, etc.) and rotation speed of the rotating body from the vibration data detected by the vibration sensor. It is to provide a vibration measuring device.
また、本開示の別の目的は、振動センサにより測定される振動データから回転体の回転位置（基準位置に対する回転角等）や回転速度を検出可能な状態監視システム、及びそれを備える風力発電装置を提供することである。 Another object of the present disclosure is a state monitoring system capable of detecting the rotation position (rotation angle with respect to the reference position, etc.) and rotation speed of the rotating body from the vibration data measured by the vibration sensor, and a wind power generation device including the same. Is to provide.
本開示の振動計測装置は、回転軸方向が鉛直方向ではない状態で回転軸周りを回転する回転体の振動計測装置であって、振動検出部と、制御装置とを備える。振動検出部は、上記回転体に固設され、加速度を検知することによって検出される振動データを無線で出力するように構成される。制御装置は、振動検出部が重力の影響を受けることにより上記回転体の回転周期で変動する振動データの変動成分に基づいて、上記回転体の回転位相情報及び回転速度の少なくとも一方を取得する。 The vibration measuring device of the present disclosure is a vibration measuring device for a rotating body that rotates around a rotating axis in a state where the rotation axis direction is not the vertical direction, and includes a vibration detecting unit and a control device. The vibration detection unit is fixed to the rotating body and is configured to wirelessly output vibration data detected by detecting acceleration. The control device acquires at least one of the rotation phase information and the rotation speed of the rotating body based on the fluctuation component of the vibration data which fluctuates in the rotation cycle of the rotating body due to the influence of gravity on the vibration detecting unit.
振動計測装置は、ローパスフィルタをさらに備えてもよい。ローパスフィルタは、振動データから上記変動成分を抽出するように構成される。そして、制御装置は、ローパスフィルタの出力信号を用いて、回転位相情報及び回転速度の少なくとも一方を取得してもよい。 The vibration measuring device may further include a low-pass filter. The low-pass filter is configured to extract the fluctuation component from the vibration data. Then, the control device may acquire at least one of the rotation phase information and the rotation speed by using the output signal of the low-pass filter.
上記回転体は、軸受によって回転軸が支持される回転構造体であってもよい。
また、上記回転体は、回転構造体の回転軸を支持する軸受の回転輪であってもよい。
The rotating body may be a rotating structure in which a rotating shaft is supported by a bearing.
Further, the rotating body may be a rotating wheel of a bearing that supports the rotating shaft of the rotating structure.
また、本開示の状態監視システムは、上述の振動計測装置と、監視装置とを備える。監視装置は、振動計測装置の振動検出部によって検出される振動データと、振動計測装置の制御装置によって取得される上記回転体の回転位相情報及び回転速度の少なくとも一方とを用いて、上記回転体の状態を監視する。 Further, the condition monitoring system of the present disclosure includes the above-mentioned vibration measuring device and the monitoring device. The monitoring device uses the vibration data detected by the vibration detection unit of the vibration measuring device and at least one of the rotation phase information and the rotation speed of the rotating body acquired by the control device of the vibration measuring device. Monitor the status of.
制御装置は、振動データの上記変動成分を用いて上記回転体の回転位相情報及び回転速度を検出してもよい。状態監視システムは、振動データから上記変動成分を除去するように構成されたハイパスフィルタをさらに備えてもよい。そして、監視装置は、ハイパスフィルタの出力信号を用いて振動データの周波数分析を実行し、周波数分析の結果及び検出された回転速度、並びに回転位相情報を用いて、回転体の状態を監視してもよい。 The control device may detect the rotation phase information and the rotation speed of the rotating body by using the fluctuation component of the vibration data. The condition monitoring system may further include a high pass filter configured to remove the fluctuation component from the vibration data. Then, the monitoring device performs frequency analysis of the vibration data using the output signal of the high-pass filter, and monitors the state of the rotating body using the result of the frequency analysis, the detected rotation speed, and the rotation phase information. May be good.
また、本開示の風力発電装置は、上述の状態監視システムを備える。 Further, the wind power generation device of the present disclosure includes the above-mentioned condition monitoring system.
本開示の振動計測装置においては、振動検出部が回転体に固設され、振動検出部が重力の影響を受けることにより上記回転体の回転周期で変動する振動データの変動成分に基づいて、上記回転体の回転位相情報及び回転速度の少なくとも一方が取得される。回転体の回転位相情報を取得することにより、たとえば、回転体のどの回転位置（位相）で振動が増大しているかを検出することができる。また、振動データの変動成分に基づいて回転体の回転速度を取得することにより、回転速度を検出するためのセンサを別途設けることなく回転速度を検出することができる。したがって、本開示によれば、振動センサにより検出される振動データから回転体の回転位置（基準位置に対する回転角等）や回転速度を検出可能な振動計測装置、並びにそれを備える状態監視システム及び風力発電装置を提供することができる。 In the vibration measuring device of the present disclosure, the vibration detection unit is fixed to the rotating body, and the vibration detecting unit is affected by gravity, and the vibration data varies with the rotation cycle of the rotating body. At least one of the rotation phase information and the rotation speed of the rotating body is acquired. By acquiring the rotation phase information of the rotating body, for example, it is possible to detect at which rotation position (phase) of the rotating body the vibration is increasing. Further, by acquiring the rotation speed of the rotating body based on the fluctuation component of the vibration data, the rotation speed can be detected without separately providing a sensor for detecting the rotation speed. Therefore, according to the present disclosure, a vibration measuring device capable of detecting the rotation position (rotation angle with respect to the reference position, etc.) and rotation speed of the rotating body from the vibration data detected by the vibration sensor, a state monitoring system provided with the vibration measuring device, and a wind force are provided. A power generation device can be provided.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.
図１は、本開示の実施の形態に従う状態監視システムが適用される風力発電装置の構成を概略的に示した図である。図１を参照して、風力発電装置１０は、主軸２０と、ブレード３０と、増速機４０と、発電機５０とを備える。また、風力発電装置１０は、主軸用軸受（以下、単に「軸受」と称する。）６０と、振動検出部７０と、データ処理装置８０とをさらに備える。増速機４０、発電機５０、軸受６０、振動検出部７０及びデータ処理装置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。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a wind power generation device to which a condition monitoring system according to an embodiment of the present disclosure is applied. With reference to FIG. 1, the wind power generator 10 includes a
主軸２０は、ナセル９０内に進入して増速機４０の入力軸に接続され、軸受６０によって回転自在に支持される。主軸２０は、風力を受けたブレード３０により発生する回転トルクを増速機４０の入力軸へ伝達する。ブレード３０は、主軸２０の先端に設けられ、風力を回転トルクに変換して主軸２０に伝達する。
The
増速機４０は、主軸２０と発電機５０との間に設けられ、主軸２０の回転速度を増速して発電機５０へ出力する。一例として、増速機４０は、遊星ギヤや中間軸、高速軸等を含む歯車増速機構によって構成される。発電機５０は、増速機４０の出力軸に接続され、増速機４０から受ける回転トルクによって発電する。発電機５０は、たとえば、誘導発電機によって構成される。
The
軸受６０は、ナセル９０内において固設され、主軸２０を回転自在に支持する。軸受６０は、たとえば転がり軸受によって構成され、具体的には、自動調芯ころ軸受や円すいころ軸受、円筒ころ軸受、玉軸受等によって構成される。なお、これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。
The
振動検出部７０は、主軸２０に固設され、主軸２０の回転とともに主軸２０の軸周りを回転する。振動検出部７０は、たとえば、軸受６０の内部に生じた損傷による振動や、主軸２０及びそれに接続される各種部材の振動等（ブレード３０の振動やシール部のこすれ等）を検出することができる。この実施の形態では、振動検出部７０によって軸受６０の振動も可能な限り検知するために、振動検出部７０は、軸受６０にできる限り近い位置に設けられている。
The
この振動検出部７０は、加速度を検知することによって振動を検出可能であり、重力加速度も検出可能に構成される。振動検出部７０は、検出された振動データを無線によってデータ処理装置８０へ送信する。このため、振動検出部７０は、振動センサと、振動センサにより検出される振動データをデータ処理装置８０へ送信するためのアンテナ（図示せず）とを備えている。
The
データ処理装置８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理プログラム等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、各種信号を入出力するための入出力ポート等を含む（いずれも図示せず）。データ処理装置８０は、振動検出部７０により検出された振動データを振動検出部７０から無線によって受信する。そのため、データ処理装置８０は、振動検出部７０から送信される振動データを受信するためのアンテナ（図示せず）を備えている。そして、データ処理装置８０は、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って所定のデータ処理（後述）を実行する。なお、データ処理装置８０により実行される処理については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
The
この実施の形態に従う状態監視システムでは、振動検出部７０（振動センサ）が回転体の主軸２０に固設される。振動検出部７０を回転体に設置したのは、振動検出部７０の検出データを用いて主軸２０の回転位相（回転角）や回転速度を検出するためである。すなわち、振動検出部７０の検出データを用いて主軸２０の回転位相を検出することができれば、上述のように、振動の発生位置（位相）を特定して異常の原因をより詳細に分析することが可能である。しかしながら、振動センサが固定物（たとえば軸受６０のケース上面等）に設置される場合においては、主軸２０の回転位置を検出可能なセンサを別途設けない限り、振動の発生位置（位相）を特定することは難しい。また、振動検出部７０の検出データを用いて主軸２０の回転速度を検出することができれば、回転速度を検出するためのセンサ（近接センサや光電センサ等）を別途設ける必要がなくなる。
In the condition monitoring system according to this embodiment, the vibration detection unit 70 (vibration sensor) is fixedly attached to the
そこで、この実施の形態に従う状態監視システムでは、上述のように振動検出部７０が回転体の主軸２０に固設される。そして、データ処理装置８０は、振動検出部７０が重力の影響を受けることにより主軸２０の回転周期で変動する検出データの変動成分に基づいて、主軸２０の回転位相情報及び回転速度を取得する。回転位相情報とは、たとえば、所定の基準位置に対する主軸２０の回転位相（回転角）である。回転速度については、データ処理装置８０は、上記の変動成分に基づいて主軸２０の回転周期を検出し、その検出された回転周期から主軸２０の回転速度を検出する。これにより、たとえば、主軸２０のどの回転位置（位相）で振動が増大しているかを検出することができる。また、主軸２０の回転速度を検出するためのセンサ（近接センサや光電センサ等）を別途設けることなく回転速度を検出することができる。以下、この点について詳しく説明する。
Therefore, in the condition monitoring system according to this embodiment, the
図２は、振動検出部７０が設置された様子を示した図である。この図２では、主軸２０の回転軸に垂直な断面が示されている。なお、図中、Ｚ軸は、鉛直方向に延びる軸である。図２を参照して、振動検出部７０は、主軸２０の外周面に固設され、主軸２０の回転とともに主軸２０の軸周りを回転する。
FIG. 2 is a diagram showing a state in which the
振動検出部７０（振動センサ）は、設置面に対して垂直方向（主軸２０の径方向）の振動（加速度）を検出する。振動検出部７０は、加速度を検知することによって振動を検出するものであり、重力加速度も検出する。すなわち、振動検出部７０の検出値は重力の影響を受け、振動検出部７０の検出値に対する重力の影響は、主軸２０の回転位置（位相）によって異なる。具体的には、振動検出部７０が主軸２０の最下点に位置しているときの、振動検出部７０の検出値に対する重力の影響をｇとすると、振動検出部７０が主軸２０の最下点から角度θずれた位置にあるときの、検出値に対する重力の影響はｇ×ｃｏｓθである。
The vibration detection unit 70 (vibration sensor) detects vibration (acceleration) in the direction perpendicular to the installation surface (in the radial direction of the spindle 20). The
このように、振動検出部７０の検出値は、重力の影響を受けることにより主軸２０の回転周期で変動する。そこで、データ処理装置８０（図１）は、振動検出部７０により検出される振動データにフィルタ処理を施すことによって、主軸２０の回転周期で変動する成分を振動データから抽出し、その抽出されたデータに基づいて主軸２０の回転位相情報を取得する。
In this way, the detected value of the
また、この実施の形態では、データ処理装置８０は、振動検出部７０により検出される振動データの周波数分析を行なう。振動データの周波数分析を行なうことによって、たとえば軸受６０内のどの部位（外輪軌道面か転動体か等）において異常が生じているのかを診断することができる。周波数分析に基づく異常診断には、回転体（主軸２０）の回転速度が必要であるところ、この実施の形態では、データ処理装置８０は、主軸２０の回転周期で変動する上記変動成分のデータに基づいて、主軸２０の回転速度を検出する。これにより、回転速度センサを別途設けることなく、振動検出部７０が設置される回転体（主軸２０）の回転速度を取得し、その取得された回転速度を用いて、周波数分析に基づく異常診断を行なうことができる。
Further, in this embodiment, the
図３は、図１に示したデータ処理装置８０の構成を示す機能ブロック図である。図３を参照して、データ処理装置８０は、受信部１１０と、ローパスフィルタ（以下「ＬＰＦ（Low Pass Filter）」と称する。）１２０と、位相情報取得部１３０と、回転速度検出部１４０と、ハイパスフィルタ（以下「ＨＰＦ（High Pass Filter）」と称する。）１５０と、周波数分析部１６０と、状態監視部１７０とを含む。
FIG. 3 is a functional block diagram showing the configuration of the
受信部１１０は、振動検出部７０において検出される振動データを振動検出部７０から無線により受信する。ＬＰＦ１２０は、受信部１１０により受信された振動データを受信部１１０から受ける。そして、ＬＰＦ１２０は、その受けた振動データについて、所定の周波数よりも低い信号成分を通過させ、高周波成分を遮断する。このＬＰＦ１２０は、振動検出部７０において検出された振動データから主軸２０の回転周期で変動する成分を抽出するために設けられる。
The receiving
図４は、受信部１１０により受信された振動データの一例を示した図である。すなわち、この図４に示される振動波形は、ＬＰＦ１２０を通過する前のものである。図５は、図４に示した振動データがＬＰＦ１２０を通過した後のデータを示した図である。図４，５において、横軸は時間を示し、縦軸は、振動の大きさを表わす振動加速度を示す。
FIG. 4 is a diagram showing an example of vibration data received by the receiving
図４を参照して、ＬＰＦ１２０を通過する前の振動データは、高周波の振動波形に、振動検出部７０が設置される主軸２０の回転周期で変動する低周波の振動波形が重畳したものとなっている。
With reference to FIG. 4, the vibration data before passing through the
図５を参照して、受信部１１０により受信された振動データがＬＰＦ１２０を通過すると、主軸２０の回転周期で変動する成分が抽出される。波形の極大点（時刻ｔ１等）は、振動検出部７０が主軸２０の最下点（θ＝０）に位置している時点に対応する。また、波形の極小点（時刻ｔ２等）は、振動検出部７０が主軸２０の最上点（θ＝π）に位置している時点に対応する。このように、ＬＰＦ１２０の通過後の波形から、振動検出部７０の回転位置（位相）を検出することができ、その検出結果から、振動検出部７０が設置される主軸２０の位相情報（回転角）を取得することができる。
With reference to FIG. 5, when the vibration data received by the receiving
さらに、時刻ｔ０〜ｔ３の時間は、主軸２０の回転周期Ｔに対応する。この回転周期Ｔから、主軸２０の回転速度を算出することができる。このように、ＬＰＦ１２０の通過後の波形から、主軸２０の回転速度も検出することができる。
Further, the time t0 to t3 corresponds to the rotation period T of the
再び図３を参照して、位相情報取得部１３０は、ＬＰＦ１２０の出力信号を受け、その受けた信号に基づいて、振動検出部７０が設置される主軸２０の位相情報（回転角）を取得する。具体的には、位相情報取得部１３０は、たとえば図５に示したようにＬＰＦ１２０の出力信号の極大点を検出し、極大点を基準位置（位相角０）として位相情報（回転角）を取得する。或いは、位相情報取得部１３０は、ＬＰＦ１２０の出力信号の極小点を検出し、極小点を基準位置（位相角０）として位相情報（回転角）を取得してもよい。そして、位相情報取得部１３０は、取得した位相情報を状態監視部１７０へ出力する。
With reference to FIG. 3 again, the phase
回転速度検出部１４０は、ＬＰＦ１２０の出力信号に基づいて、振動検出部７０が設置される主軸２０の回転速度を検出する。具体的には、回転速度検出部１４０は、たとえば図５に示したようにＬＰＦ１２０の出力信号から主軸２０の回転周期Ｔを検出し、検出された回転周期Ｔから主軸２０の回転速度を算出する。そして、回転速度検出部１４０は、検出された回転速度を状態監視部１７０へ出力する。
The rotation
ＨＰＦ１５０は、受信部１１０により受信された振動データを受信部１１０から受ける。そして、ＨＰＦ１５０は、その受けた振動データについて、所定の周波数よりも高い信号成分を通過させ、低周波成分を遮断する。このＨＰＦ１５０は、振動検出部７０によって検出された振動データから主軸２０の回転周期で変動する成分を排除して実際の振動成分を抽出するために設けられる。
The
図６は、図４に示した振動データがＨＰＦ１５０を通過した後のデータを示した図である。この図６においても、横軸は時間を示し、縦軸は、振動の大きさを表わす振動加速度を示す。
FIG. 6 is a diagram showing the data after the vibration data shown in FIG. 4 has passed through the
図６を参照して、受信部１１０により受信された振動データがＨＰＦ１５０を通過すると、主軸２０の回転周期で変動する成分が除去され、実際の振動成分が抽出される。この振動成分データを用いて、後述の周波数分析部１６０において振動の周波数分析が行なれ、状態監視部１７０において異常診断が行なわれる。
With reference to FIG. 6, when the vibration data received by the receiving
再び図３を参照して、周波数分析部１６０は、ＨＰＦ１５０の出力信号を受ける。そして、周波数分析部１６０は、ＨＰＦ１５０の出力信号に対して周波数分析を行ない、その周波数分析結果を状態監視部１７０へ出力する。一例として、周波数分析部１６０は、ＨＰＦ１５０の出力信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行ない、予め設定されたしきい値を超えるピーク周波数を状態監視部１７０へ出力する。
With reference to FIG. 3 again, the
状態監視部１７０は、周波数分析部１６０から周波数分析結果を受けるとともに、ＨＰＦ１５０の出力信号を受ける。また、状態監視部１７０は、位相情報取得部１３０において取得された位相情報を位相情報取得部１３０から受けるとともに、回転速度検出部１４０において検出された回転速度を回転速度検出部１４０から受ける。そして、状態監視部１７０は、周波数分析結果及び回転速度に基づいて異常診断を実行する。たとえば、軸受６０の内部において損傷が発生すると、損傷部位（内輪、外輪、転動体）に応じて、軸受内部の幾何学的構造及び回転速度から理論的に決定される特定の周波数に振動のピークが発生する。状態監視部１７０は、たとえば、周波数分析部１６０の周波数分析結果と、回転速度検出部１４０から受ける回転速度とに基づいて、軸受６０の損傷部位を推定する。
The
さらに、状態監視部１７０は、位相情報取得部１３０から受ける位相情報に基づいて、主軸２０のどの回転位置（位相）で異常が生じているかを推定する。たとえば、状態監視部１７０は、振動データと、推定された軸受６０の損傷部位における振動との対応付けを行ない、さらに位相情報との対応付けを行なうことにより損傷部位の発生位置（回転位相）を推定する。これにより、異常の発生位置も推定可能な、より正確な異常診断を実行することができる。
Further, the
なお、特に図示していないが、ＬＰＦ１２０の出力信号に対しても周波数分析を行ない、その周波数分析結果と回転速度検出部１４０により検出される回転速度とを用いて、低周波（主軸２０の回転周波数に近い）の振動の異常診断を行なうようにしてもよい。
Although not shown in particular, frequency analysis is also performed on the output signal of the
また、上記では、状態監視部１７０は、ナセル９０内のデータ処理装置８０に設けられるものとしたが、状態監視部１７０に入力される各種データを無線により地上のサーバへ送信し、サーバ内に状態監視部１７０を設けてもよい。
Further, in the above, the
以上のように、この実施の形態においては、振動検出部７０が回転体の主軸２０に固設され、振動検出部７０が重力の影響を受けることにより主軸２０の回転周期で変動する振動データの変動成分に基づいて、主軸２０の回転位相情報が取得される。したがって、この実施の形態によれば、たとえば、主軸２０のどの回転位置（位相）で振動が増大しているかを検出することができる。
As described above, in this embodiment, the
また、この実施の形態においては、主軸２０の回転周期で変動する上記変動成分のデータに基づいて、主軸２０の回転速度が検出される。これにより、回転速度センサを別途設けることなく、振動検出部７０が設置される主軸２０の回転速度を取得し、その取得された回転速度を用いて、周波数分析に基づく異常診断を行なうことができる。
Further, in this embodiment, the rotation speed of the
［変形例］
上記の実施の形態においては、振動検出部７０は主軸２０に固設されるものとしたが、振動検出部７０の設置場所はこれに限定されるものではない。たとえば、図７に示されるように、内輪及び外輪がそれぞれ固定輪及び回転輪である軸受６０＃に対して、振動検出部７０は、回転輪である外輪の外周面に固設してもよい。
[Modification example]
In the above embodiment, the
そして、振動検出部７０により検出される振動データをデータ処理装置８０に取込むことによって、振動検出部７０によって振動が計測される機器内に生じた損傷部位を特定するとともに、その発生位置（回転位相）を推定することができる。
Then, by incorporating the vibration data detected by the
図８は、軸受６０＃に損傷２４０が生じた様子を示した図である。図８を参照して、軸受６０＃は、内輪２１０と、外輪２２０と、複数の転動体２３０とを含む。この軸受６０＃においては、内輪２１０が固定輪であり、外輪２２０が回転輪である。振動検出部７０は、外輪２２０の外周面に固設され、外輪２２０の回転とともに軸周りを回転する。
FIG. 8 is a diagram showing how the bearing 60 # is damaged 240. With reference to FIG. 8, the bearing 60 # includes an
図示されるように、たとえば回転輪である外輪２２０の内周面に損傷２４０が発生した場合、周波数分析を行なうことによって損傷が外輪内周面に生じていることを特定し得る。また、損傷２４０が負荷域を通過しているときに振動は大きくなるところ、位相情報取得部１３０（図３）によって取得される位相情報に基づいて、損傷２４０の位置（回転位相）も推定することができる。
As shown, for example, when
このように、この変形例によれば、軸受６０＃についてより詳細な異常診断を実施することができる。
As described above, according to this modification, a more detailed abnormality diagnosis can be performed on the
なお、上記の実施の形態及び変形例においては、振動データに基づいて主軸２０の回転位相情報及び回転速度が取得するものとしたが、本開示は、回転位相情報及び回転速度の双方を取得するものに必ずしも限定されるものではなく、振動データに基づいて回転位相情報及び回転速度のいずれか一方を取得するものであってもよい。
In the above-described embodiment and modification, the rotation phase information and the rotation speed of the
また、上記においては、振動検出部７０は、主軸２０や軸受６０＃に設置されるものとしたが、振動検出部７０は、その他の回転体（歯車やその軸受等）に設置されてもよい。なお、上記のように、振動検出部７０の検出値に重力の影響が現われる必要があることから、振動検出部７０が設置される回転体の回転軸方向は、鉛直方向でないことが必要である。
Further, in the above, the
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is set forth by the claims rather than the description of the embodiments described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
１０ 風力発電装置、２０ 主軸、３０ ブレード、４０ 増速機、５０ 発電機、６０，６０＃ 軸受、７０ 振動検出部、８０ データ処理装置、９０ ナセル、１００ タワー、１１０ 受信部、１２０ ＬＰＦ、１３０ 位置情報取得部、１４０ 回転速度検出部、１５０ ＨＰＦ １６０ 周波数分析部、１７０ 状態監視部、２１０ 内輪、２２０ 外輪、２３０ 転動体、２４０ 損傷。
10 Wind power generator, 20 spindle, 30 blades, 40 speed increaser, 50 generator, 60, 60 # bearing, 70 vibration detector, 80 data processing device, 90 nacelle, 100 tower, 110 receiver, 120 LPF, 130 Position information acquisition unit, 140 rotation speed detection unit, 150
Claims (7)
前記回転体に固設され、加速度を検知することによって検出される振動データを無線で出力するように構成された振動検出部と、
前記振動検出部が重力の影響を受けることにより前記回転体の回転周期で変動する前記振動データの変動成分に基づいて、前記回転体の回転位相情報及び回転速度の少なくとも一方を取得する処理部と、
前記振動検出部によって検出される振動データと、前記処理部によって取得される前記回転位相情報及び前記回転速度の少なくとも一方とを用いて、前記回転体の状態を監視する監視部とを備える、状態監視システム。 It is a condition monitoring system that monitors the state of the rotating body by measuring the vibration of the rotating body that rotates around the rotating axis when the direction of the rotating axis is not vertical.
A vibration detection unit that is fixed to the rotating body and is configured to wirelessly output vibration data detected by detecting acceleration.
A processing unit that acquires at least one of the rotation phase information and the rotation speed of the rotating body based on the fluctuation component of the vibration data that the vibration detecting unit fluctuates in the rotation cycle of the rotating body due to the influence of gravity. ,
Above using the vibration data detected by the vibration detecting section, and at least one of the rotation phase information and the rotational speed acquired by the processing unit, and a monitoring unit for monitoring the state of the rotating body, the state Monitoring system .
前記監視部は、前記振動検出部によって検出される振動データと、前記処理部によって取得される前記回転速度とを用いて、周波数分析に基づく異常診断を実行する、請求項１に記載の状態監視システム。The condition monitoring according to claim 1, wherein the monitoring unit executes an abnormality diagnosis based on frequency analysis using the vibration data detected by the vibration detection unit and the rotation speed acquired by the processing unit. system.
前記処理部は、前記ローパスフィルタの出力信号を用いて、前記回転位相情報及び前記回転速度の少なくとも一方を取得する、請求項１に記載の状態監視システム。 Further, a low-pass filter configured to extract the fluctuation component from the vibration data is provided.
The condition monitoring system according to claim 1, wherein the processing unit acquires at least one of the rotation phase information and the rotation speed by using the output signal of the low-pass filter.
前記状態監視システムは、前記振動データから前記変動成分を除去するように構成されたハイパスフィルタをさらに備え、
前記監視部は、前記ハイパスフィルタの出力信号を用いて前記振動データの周波数分析を実行し、前記周波数分析の結果及び前記検出された回転速度、並びに前記回転位相情報を用いて、前記回転体の状態を監視する、請求項１に記載の状態監視システム。 The processing unit detects the rotation phase information and the rotation speed by using the fluctuation component of the vibration data.
The condition monitoring system further comprises a high pass filter configured to remove the variable component from the vibration data.
The monitoring unit performs frequency analysis of the vibration data using the output signal of the high-pass filter, and uses the result of the frequency analysis, the detected rotation speed, and the rotation phase information of the rotating body. The state monitoring system according to claim 1 , which monitors the state.
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