WO2015046129A1 - 監視システムおよび監視方法 - Google Patents

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博志 池田
隆 長谷場
彰利 竹内
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Ntn株式会社
博志 池田
隆 長谷場
彰利 竹内
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a monitoring system and a monitoring method, and more particularly to a monitoring system for a wind power generator including a monitoring device and a monitoring method using the monitoring system for a wind power generator.
  • an operation monitoring device SCADA: Supervision Control And Data Acquisition
  • CMS Condition Monitoring System
  • SCADA collects operating information such as wind turbine rotation speed, wind speed or power generation
  • CMS monitors deterioration and damage status of equipment such as wind turbine blades, main bearings, gearboxes or generators.
  • equipment state monitoring for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-17128 (hereinafter referred to as Patent Document 1) proposes a state monitoring method for machine equipment such as railway vehicle equipment.
  • CMS state monitoring system
  • the operating conditions are constantly changing, for example, the rotation speed of the main shaft changes depending on the wind speed, and the nacelle rotates depending on the wind direction. For this reason, such a change in operating conditions may act as noise in monitoring the state of the device, and as a result, there is a problem that it is difficult to diagnose the device with high accuracy.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a monitoring system with a further reduced cost and a monitoring method using the monitoring system.
  • the monitoring system is a monitoring system that monitors the state of the equipment of the wind turbine generator.
  • the monitoring system is arranged inside the housing that holds the device inside, and a detection unit that acquires sound information, and data that collects the sound information acquired by the detection unit and transfers the collected sound information to a server on the Internet
  • a comparison analysis unit (comparison diagnostic unit) that stores sound information transferred by the collection unit and the data collection unit in a server on the Internet and compares and analyzes the reference value (threshold value) based on the sound information
  • a monitoring terminal for displaying and monitoring the result of comparison and analysis (diagnosis result) by the comparative analysis unit.
  • sound information due to the operation of the device arranged inside the casing of the wind turbine generator can be acquired by the detection unit.
  • the acquired sound information is collected by the data collection unit and transferred to a server on the Internet.
  • the transferred sound information is stored in the server, compared with a reference value (threshold value), and diagnosed.
  • the diagnosis result is displayed and monitored by a monitoring terminal provided outside the wind turbine generator.
  • a monitoring terminal provided outside the wind turbine generator.
  • the wind turbine generator is opposite to the main shaft, the main shaft rotating by the wind power, the speed increasing device connected to the main shaft, the main bearing supporting the main shaft disposed adjacent to the speed increasing device, and the main bearing.
  • a generator connected to the gearbox on the side.
  • the detection unit may include a first detection unit disposed between the main bearing and the speed increaser, and a second detection unit disposed between the speed increaser and the generator.
  • the detection unit is a movable type having directivity and capable of changing a direction having high directivity with respect to the device, and may include a sound collection unit that acquires sound information.
  • the rated output of the wind turbine generator may be larger than 500 kW.
  • the monitoring system can be suitably used for monitoring the equipment of the wind turbine generator having a large rated output.
  • the monitoring method is a monitoring method for monitoring the state of the equipment of the wind turbine generator.
  • the monitoring method includes a step of determining a reference operating condition that is a reference operating condition in the wind turbine generator, and a detector disposed inside the casing that holds the device in the reference operating condition. Obtaining sound information based on the operation of the device at normal times and determining a reference value of the sound information, and acquiring other sound information based on the operation of the device by the detection unit during operation of the wind turbine generator And when the operating condition of the wind turbine generator is the reference operating condition, the step of diagnosing the state of the device by comparing the other sound information with the reference value.
  • the reference operating condition of the wind turbine generator is determined, and the reference value of the sound information due to the operation of the device is determined in the reference operating condition, and the operating condition of the wind turbine generator is the reference operation
  • the sound information acquired in the case of the condition is compared with the reference value.
  • movement of an apparatus can be compared in the state which made the driving
  • the monitoring system according to the present invention can provide a monitoring system with further cost reduction. Moreover, according to the monitoring method according to this invention, the state of the apparatus of a wind power generator can be diagnosed more accurately.
  • FIG. 3 is a flowchart schematically showing a monitoring method according to the first embodiment. It is the schematic which shows the structure of a part of monitoring system for wind power generators concerning Embodiment 2.
  • FIG. 3 is a flowchart schematically showing a monitoring method according to the first embodiment. It is the schematic which shows the structure of a part of monitoring system for wind power generators concerning Embodiment 2.
  • a wind power generator 10 includes a blade 20, a nacelle 30 (housing), a support column 40, a main shaft 50, a speed increaser 60, a generator 70, Main bearing 80 is mainly provided.
  • a camera 93 are mainly arranged inside the nacelle 30.
  • the microphones 90 and 91 can acquire acoustic data (sound information) based on the operation of the equipment of the wind turbine generator 10. Further, the camera 93 can acquire the image data of the device arranged inside the nacelle 30.
  • Microphones 90 and 91 and data collection device 92 constitute a wind turbine generator monitoring system according to the present embodiment, which will be described later.
  • the nacelle 30 is disposed above (that is, at a high place) the support column 40 installed on the ground (not shown).
  • the nacelle 30 is rotatable around the axis of the support column 40.
  • the blade 20 is connected to one end of a main shaft 50 protruding outside the nacelle 30.
  • the main shaft 50 is disposed in the nacelle 30 and is rotatable by the wind force received by the blade 20.
  • the speed increaser 60 is connected to the main shaft 50 at the other end opposite to the one end to which the blade 20 is connected.
  • the speed increaser 60 increases the rotation of the main shaft 50 and outputs the increased rotation of the main shaft 50 to the generator 70 via the output shaft 61.
  • the speed increaser 60 is constituted by a gear speed increasing mechanism including, for example, a planetary gear, an intermediate shaft, a high speed shaft, or the like.
  • the generator 70 is connected to the speed increaser 60 on the side opposite to the main bearing 80.
  • the generator 70 is connected to the speed increaser 60 via the output shaft 61, and generates power by the rotation output from the speed increaser 60.
  • the generator 70 is, for example, an induction generator.
  • the main bearing 80 is disposed adjacent to the speed increaser 60 and supports the main shaft 50 so as to be rotatable around the shaft.
  • the main bearing 80 is a rolling bearing such as a self-aligning roller bearing, a tapered roller bearing, a cylindrical roller bearing, or a ball bearing. These bearings may be single-row or double-row.
  • the rated output of the wind power generator 10 is not particularly limited, but is larger than, for example, 500 kW.
  • the operation of the wind turbine generator according to this embodiment will be described.
  • the main shaft 50 connected to the blade 20 rotates while being supported by the main bearing 80.
  • the rotation of the main shaft 50 is transmitted to the speed increaser 60 to be increased in speed and converted into rotation of the output shaft 61.
  • the rotation of the output shaft 61 is transmitted to the generator 70, and an electromotive force is generated in the generator 70 by electromagnetic induction. In this way, the wind power generator operates.
  • the wind turbine generator monitoring system includes damage to equipment (main shaft 50, speed increaser 60, generator 70, and main bearing 80) of wind turbine generator 10. This is a device for monitoring the deterioration state.
  • the monitoring system for wind power generators stores microphone information 90 and 91 and a data collection device 92 (FIG. 1) arranged inside the nacelle 30 and sound information transferred from the data collection device 92, and a reference value (threshold value). ) And a monitoring terminal 100 (monitoring terminal) connected to the server 101 and displaying and monitoring a diagnosis result by the server 101. Yes.
  • microphones 90 and 91 are for acquiring acoustic data based on the operation of the above-described device of wind power generator 10.
  • the microphone 90 (first detection unit) is disposed between the main bearing 80 and the speed increaser 60 so as to face the outer peripheral surface of the main shaft 50.
  • the microphone 90 is disposed between the main shaft 50, the speed increaser 60, and the main bearing 80.
  • the microphone 90 can acquire acoustic data mainly due to the rotation operations of the main shaft 50, the main bearing 80 and the speed increaser 60 by the above arrangement.
  • the microphone 91 (second detection unit) is disposed between the speed increaser 60 and the generator 70.
  • the microphone 91 can acquire acoustic data mainly due to the operation of the speed increaser 60 and the generator 70 by the above arrangement.
  • the microphones 90 and 91 may be omnidirectional (omnidirectional) or directional. In the present embodiment, the case where the number of microphones is two has been described. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of microphones (detection units) may be installed. In addition, each of the plurality of microphones is preferably arranged so as to be close to the blade 20, the main bearing 80, the speed increaser 60, and the generator 70 while maintaining a distance in the nacelle 30.
  • the acoustic data acquired by the microphones 90 and 91 is a time-series signal of sound pressure, an effective value of sound pressure, or the like.
  • the data collection device 92 is for collecting acoustic data acquired by the microphones 90 and 91 and transferring the data to the server 101 on the Internet 102.
  • the data collection device 92 is connected to each of the microphones 90 and 91 via cables 94 and 95. Thereby, the acoustic data acquired by the microphones 90 and 91 can be input to the data collection device 92.
  • the data collection device 92 can also input signals based on operating conditions such as the rotation speed of the main shaft 50, the speed increaser 60, and the generator 70, the amount of power generated by the generator 70, the yaw rotation speed of the nacelle 30, and the wind speed. .
  • the data collection device 92 transfers data to the server 101 on the Internet 102, and the monitoring terminal 100 (FIG. 2) is connected to the server 101 on the Internet 102.
  • the monitoring terminal 100 displays and monitors the result of the server 101 analyzing the acoustic data obtained by the operation of the equipment of the wind turbine generator 10 acquired by the microphones 90 and 91. Is.
  • the monitoring terminal 100 is connected to a server 101 on the Internet 102.
  • acoustic data acquired by the microphones 90 and 91 and collected by the data collection device 92 can be input to the monitoring terminal 100 arranged outside the nacelle 30.
  • the monitoring terminal 100 is also connected to the data collection device 92 in the same manner as the microphones 90 and 91, and image data is stored in the server 101 on the Internet 102 so that the monitoring terminal 100 can check the data.
  • the devices (the main shaft 50, the speed increaser 60, the generator 70, and the main bearing 80) arranged inside the nacelle 30 of the wind power generator 10 are used.
  • Acoustic data based on the operation can be acquired by the microphones 90 and 91 and can be input to the data collecting device 92. These data are stored in the server 101 on the Internet 102, compared with a threshold value, and diagnosed. These diagnostic results can be displayed and monitored on the monitoring terminal 100. Thereby, based on the acoustic data acquired by the microphones 90 and 91, the damage and the deterioration state of the said apparatus can be diagnosed on the ground.
  • the operation information of the device can be acquired in a wider range than the vibration sensor. Therefore, the number of sensors to be arranged inside the nacelle 30 can be reduced, and as a result, the cost of the monitoring system can be further reduced. In addition, the number of processes required for sensor mounting and wiring can be reduced. Furthermore, when using a vibration sensor, it is necessary to remove the paint on the surface of the device to be monitored to secure a flat surface for mounting the vibration sensor, and to perform screw hole processing. This can be avoided by substituting 90 and 91. Thus, the monitoring system for wind power generators according to the present embodiment is a monitoring system with further cost reduction.
  • the wind turbine generator monitoring system includes a microphone 90 disposed between the main bearing 80 and the speed increaser 60, and a microphone 91 disposed between the speed increaser 60 and the power generator 70. Also good. With the above arrangement, acoustic data based on the operation of the equipment of the wind turbine generator 10 can be acquired by a smaller number of sensors. As a result, the cost of the monitoring system can be further reduced.
  • the monitoring method according to the present embodiment is a method for monitoring the damage or deterioration state of the equipment (the main shaft 50, the speed increaser 60, the generator 70, and the main bearing 80) of the wind power generator 10. It implements using the monitoring system for wind power generators concerning this Embodiment.
  • observation mode operation is performed as step (S10).
  • an operating condition that is, a reference operating condition serving as a reference in monitoring of the equipment of the wind turbine generator 10 is determined.
  • this step (S10) first, a signal based on operating conditions such as the rotational speed of the main shaft 50, the speed increaser 60 and the generator 70, the amount of power generated by the generator 70, the yaw rotational speed of the nacelle 30 and the wind speed is displayed. (Not shown) or from a sensor to the data collection device 92 of the monitoring system. An operation condition in which the rotation speed, the power generation amount, the yaw rotation speed, and the wind speed are within predetermined ranges is determined as the reference operation condition. This reference operating condition may be satisfied, for example, when the wind power generator 10 generates a rated output. Such information is stored on the server 101 on the Internet 102.
  • the learning mode operation is performed as a step (S20).
  • step (S20) referring to FIG. 1, the above-mentioned devices (spindle 50, speed increaser 60, generator 70 and main bearing 80) during normal operation are detected by microphones 90 and 91 arranged inside nacelle 30. ) Is acquired.
  • This acoustic data is acquired only when the operating condition of the wind turbine generator 10 matches the reference operating condition determined in (S10) above. Thereby, the reference value (threshold value) of the acoustic data is determined under the above-mentioned reference operating condition.
  • Such information is stored in the server 101 on the Internet 102 and the reference value (threshold value) is determined by the server 101.
  • the operation mode operation is performed as a step (S30).
  • the above-mentioned devices main shaft 50, speed increaser 60, Acoustic data from the operation of the generator 70 and the main bearing 80
  • the acoustic data input from the data collection device 92 is stored in the server 101 on the Internet 102, compared with the reference value (threshold value) and diagnosed by the server 101, and displayed and monitored on the monitoring terminal 100.
  • the acquired acoustic data is compared with the reference value determined in (S20) only when the operating condition of the wind power generator 10 matches the reference operating condition determined in (S10).
  • the acquired acoustic data exceeds the reference value (threshold value) (for example, the acquired effective value or frequency spectrum value exceeds the effective value or frequency spectrum value serving as the reference value). Then, an alarm is transmitted from the server 101 on the Internet 102 to the monitoring terminal 100 (in the case of “YES” in FIG. 3).
  • the acquired acoustic data does not exceed the reference value (for example, if the acquired effective value or frequency spectrum does not exceed the effective value or frequency spectrum value to be the reference value)
  • wind power generation Monitoring of the device of the device 10 is continued (in the case of “NO” in FIG. 3). In this way, the state of the equipment of the wind turbine generator 10 is diagnosed.
  • the reference operating condition of the wind turbine generator 10 is determined (S10), and the reference value (threshold value) of the acoustic data due to the operation of the device is set in the reference operating condition. Determination is made (S20), and the acoustic data acquired when the operation condition of the wind turbine generator 10 is the reference operation condition is compared with the reference value. Thereby, the acoustic data by the operation
  • the state of the device can be diagnosed with higher accuracy. Therefore, according to the monitoring method according to the present embodiment, the state of the equipment of the wind turbine generator 10 can be diagnosed with higher accuracy.
  • Embodiment 2 which is another embodiment of the present invention will be described.
  • the monitoring system for wind power generators according to the present embodiment has basically the same configuration as that of the first embodiment, is used in the same way, and has the same effects.
  • the wind turbine generator monitoring system according to the present embodiment is different from that of the first embodiment in the configuration of the detection unit.
  • the wind turbine generator monitoring system is the same as that of the first embodiment described above in that the devices of the wind turbine generator 10 (the main shaft 50, the speed increaser 60, This is a device for monitoring the damage and deterioration state of the generator 70 and the main bearing 80).
  • the wind turbine generator monitoring system includes a movable microphone 97 disposed in the nacelle 30 (FIG. 4), a data collection unit that collects acquired sound information and transfers it to a server, and the sound information.
  • a comparison diagnostic unit that stores in a server on the Internet, compares with a reference value (threshold value), and diagnoses, and a monitoring terminal 100 (FIG. 2) that displays and monitors a diagnosis result and is arranged outside the nacelle It is mainly equipped with.
  • the microphone 97 (sound collecting unit) is a microphone having directivity, and can acquire acoustic data (sound information) based on the operation of the above-described device of the wind turbine generator 10.
  • the microphone 97 is movable.
  • the microphone 97 can change the direction with respect to the said apparatus by operating a movable part (broken line in FIG. 4).
  • a movable part broken line in FIG. 4
  • the direction in which the microphone 97 has high directivity can be changed with respect to devices such as the main shaft 50, the speed increaser 60, the generator 70, and the main bearing 80.
  • the wind turbine generator monitoring system includes the movable microphone 97 that has directivity and is capable of changing the direction of high directivity with respect to the device.
  • movement of the apparatus of the wind power generator 10 can be acquired with a still smaller number of sensors.
  • the cost of the monitoring system can be further reduced.
  • the monitoring system and the monitoring method of the present invention can be applied particularly advantageously in the monitoring system using the monitoring system for wind power generators and the monitoring system for wind power generators.

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Abstract

　風力発電装置の機器の状態を監視するための監視システムであって、よりコスト削減された監視システムを提供する。風力発電装置用監視システムは、風力発電装置（１０）の主軸（５０）、増速機（６０）、発電機（７０）および主軸受（８０）を内部に保持するナセル（３０）の当該内部に配置され、音響データを取得するマイク（９０，９１）と、それらのデータを収集し、インターネット（１０２）上のサーバ（１０１）に転送するデータ収集装置（９２）（データ収集部）と、転送されたデータを保存し、比較し、診断を行うサーバ（１０１）（比較診断部）と、診断結果を表示、監視させる監視用端末（１００）（表示監視部）とを備えている。

Description

監視システムおよび監視方法
　本発明は、監視システムおよび監視方法に関するものであり、より特定的には、監視機器を含めた風力発電装置用監視システムおよび風力発電装置用監視システムを用いた監視方法に関するものである。
　風力発電装置では、運転監視装置（ＳＣＡＤＡ：Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｎｄ　Ｄａｔａ　Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）や状態監視システム（ＣＭＳ：Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）により、運転状態や機器の劣化および損傷状態が遠隔地から監視される。ＳＣＡＤＡでは、たとえば風車の回転速度、風速または発電量などの運転情報が収集され、またＣＭＳでは、たとえば風車のブレード、主軸受、増速機または発電機などの機器の劣化および損傷状態が監視される。このような機器の状態監視の例としては、たとえば特開２００５－１７１２８号公報（以下、特許文献１という）において、鉄道車両設備などの機械設備の状態監視方法が提案されている。
特開２００５－１７１２８号公報
　従来の風力発電装置用状態監視システム（ＣＭＳ）では、主に振動センサを用いて機器の劣化および損傷状態が監視される。よって、従来では監視対象である各々の機器に対してセンサを近接して配置する必要がある。そのため、多数のセンサを配置する必要があり、その結果装置コストが増大するという問題がある。
　また、風力発電装置では、風速により主軸の回転速度が変化し、風向きによりナセルが回転するなど、運転条件が常時変化している。そのため、このような運転条件の変化が機器の状態監視においてノイズとして作用する場合があり、その結果高精度な機器の診断が困難になるという問題がある。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、よりコスト削減された監視システムおよび当該監視システムを用いた監視方法を提供することである。
　本発明に従った監視システムは、風力発電装置の機器の状態を監視する監視システムである。上記監視システムは、上記機器を内部に保持する筐体の上記内部に配置され、音情報を取得する検出部と、検出部により取得される音情報を収集し、インターネット上のサーバに転送するデータ収集部と、データ収集部により転送される音情報をインターネット上のサーバに保存し、当該音情報に基づいて基準値（閾値）との比較および分析を行い診断する比較分析部（比較診断部）と、比較分析部による比較および分析の結果（診断結果）を表示し監視する監視端末とを備えている。
　本発明に従った監視システムでは、風力発電装置の筐体の内部に配置される機器の動作による音情報を検出部により取得することができる。そして、取得された音情報をデータ収集部が収集し、インターネット上のサーバに転送する。転送された音情報はサーバに保存され、基準値（閾値）と比較され診断される。診断結果は、風力発電装置の外部に備えられた監視端末により表示、監視される。これにより、検出部により取得される音情報に基づいて筐体から離れた場所より機器の損傷や劣化状態を診断することができる。また、上記検出部によれば、従来の振動センサに比べてより広範囲に上記機器の動作による情報を取得することができる。そのため、筐体の内部に配置すべき検出部の数をより少なくすることが可能になり、その結果監視システムのコストをより削減することができる。したがって、本発明に従った監視システムによれば、よりコスト削減された監視システムを提供することができる。
　上記監視システムにおいて、風力発電装置は、風力により回転する主軸と、主軸に接続された増速機と、増速機に隣接して配置され、主軸を支持する主軸受と、主軸受とは反対側において増速機に接続される発電機とを含んでいてもよい。また、検出部は、主軸受と増速機との間に配置される第１検出部と、増速機と発電機との間に配置される第２検出部とを含んでいてもよい。
　これにより、筐体の内部に配置すべき検出部の数をさらに少なくすることができる。その結果、監視システムのコストをさらに削減することができる。
　上記監視システムにおいて、検出部は、指向性を有し、指向性が高い方向を上記機器に対して変更可能な可動式であり、音情報を取得する集音部を含んでいてもよい。
　これにより、筐体の内部に配置すべき検出部の数を一層少なくすることができる。また、上記機器に対する集音部の方向と取得される音情報とを関連付けることが可能になり、その結果機器の劣化、損傷状態をより確実に診断することができる。
　上記監視システムにおいて、風力発電装置の定格出力が５００ｋＷよりも大きくてもよい。このように、上記監視システムは定格出力が大きい風力発電装置の機器の監視において好適に用いることができる。
　本発明に従った監視方法は、風力発電装置の機器の状態を監視する監視方法である。上記監視方法は、風力発電装置において基準となる運転条件である基準運転条件を決定するステップと、上記基準運転条件において、上記機器を内部に保持する筐体の上記内部に配置される検出部により正常時の上記機器の動作に基づく音情報を取得して、音情報の基準値を決定するステップと、風力発電装置の運転時において検出部により上記機器の動作に基づく他の音情報を取得し、風力発電装置の運転条件が上記基準運転条件である場合に上記他の音情報と上記基準値とを比較して、上記機器の状態を診断するステップとを備えている。
　本発明に従った監視方法では、まず、風力発電装置の基準運転条件が決定され、上記基準運転条件において上記機器の動作による音情報の基準値が決定され、風力発電装置の運転条件が基準運転条件である場合において取得された音情報が上記基準値と比較される。これにより、風力発電装置の運転条件を一定にした状態で機器の動作による音情報の比較を行うことができる。そのため、上記検出部により広範囲において上記機器の動作による音情報を取得した場合でも、風力発電装置の運転条件の変化が機器の状態の診断においてノイズとして作用することを抑制することができる。その結果、機器の状態をより高精度に診断することができる。したがって、本発明に従った監視方法によれば、風力発電装置の機器の状態をより高精度に診断することができる。
　以上の説明から明らかなように、本発明に従った監視システムによれば、よりコスト削減された監視システムを提供することができる。また、本発明に従った監視方法によれば、風力発電装置の機器の状態をより高精度に診断することができる。
実施の形態１に係る風力発電装置および風力発電装置用監視システムの一部の構成を示す概略図である。 実施の形態１に係る風力発電装置用監視システムの一部の構成を示す概略図である。 実施の形態１に係る監視方法を概略的に示すフローチャートである。 実施の形態２に係る風力発電装置用監視システムの一部の構成を示す概略図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
　（実施の形態１）
　はじめに、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。まず、本実施の形態に係る風力発電装置の構成について説明する。図１を参照して、本実施の形態に係る風力発電装置１０は、ブレード２０と、ナセル３０（筐体）と、支柱４０と、主軸５０と、増速機６０と、発電機７０と、主軸受８０とを主に備えている。
　ナセル３０の内部には、風力発電装置１０の機器（主軸５０、増速機６０、発電機７０および主軸受８０）と、マイク９０，９１（検出部）と、データ収集装置９２（データ収集部）と、カメラ９３とが主に配置されている。マイク９０，９１により、風力発電装置１０の上記機器の動作に基づく音響データ（音情報）を取得可能になっている。また、カメラ９３により、ナセル３０の内部に配置される上記機器の画像データを取得可能になっている。マイク９０，９１およびデータ収集装置９２は、後述する本実施の形態に係る風力発電装置用監視システムを構成する。
　ナセル３０は、地上（図示しない）に設置された支柱４０の上方（すなわち高所）に配置されている。ナセル３０は、支柱４０の軸周りにおいて回転自在となっている。ブレード２０は、ナセル３０の外部に突出した主軸５０の一端に接続されている。主軸５０は、ナセル３０内に配置されており、ブレード２０が受ける風力により回転可能となっている。
　増速機６０は、ブレード２０が接続される上記一端とは反対側の他端において主軸５０に接続されている。増速機６０は、主軸５０の回転を増速し、増速された主軸５０の当該回転を出力軸６１を介して発電機７０へ出力する。増速機６０は、たとえば遊星ギヤまたは中間軸、高速軸などを含む歯車増速機構により構成されている。
　発電機７０は、主軸受８０とは反対側において増速機６０に接続されている。発電機７０は、出力軸６１を介して増速機６０に接続され、増速機６０から出力された回転により発電する。発電機７０は、たとえば誘導発電機である。
　主軸受８０は、増速機６０に隣接して配置されており、主軸５０を軸周りにおいて回転可能に支持する。主軸受８０は、転がり軸受であり、たとえば自動調芯ころ軸受、円すいころ軸受、円筒ころ軸受または玉軸受などである。また、これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。
　風力発電装置１０の定格出力は特に限定されるものではないが、たとえば５００ｋＷよりも大きくなっている。
　次に、本実施の形態に係る風力発電装置の動作について説明する。図１を参照して、まず、風力を受けてブレード２０が回転することにより、ブレード２０に接続された主軸５０が主軸受８０により支持されつつ回転する。主軸５０の当該回転は増速機６０に伝達されて増速され、出力軸６１の回転に変換される。そして、出力軸６１の当該回転は発電機７０に伝達され、電磁誘導作用により発電機７０において起電力が発生する。このようにして、上記風力発電装置は動作する。
　次に、本実施の形態に係る風力発電装置用監視システムの構成について説明する。図１および図２を参照して、本実施の形態に係る風力発電装置用監視システムは、風力発電装置１０の機器（主軸５０、増速機６０、発電機７０および主軸受８０）の損傷および劣化状態を監視するための装置である。
　上記風力発電装置用監視システムは、ナセル３０の内部に配置されるマイク９０，９１およびデータ収集装置９２と（図１）、データ収集装置９２より転送される音情報を保存し、基準値（閾値）と比較して診断するインターネット１０２上のサーバ１０１（比較分析部）と、サーバ１０１と接続され、サーバ１０１による診断結果を表示し監視する監視用端末１００（監視端末）とを主に備えている。
　図１を参照して、マイク９０，９１は、風力発電装置１０の上記機器の動作による音響データを取得するためのものである。図１に示すように、マイク９０(第１検出部）は、主軸受８０と増速機６０との間において主軸５０の外周面に対向するように配置されている。マイク９０は、主軸５０、増速機６０および主軸受８０との間に配置されている。マイク９０は、上記配置により主に主軸５０、主軸受８０および増速機６０の回転動作による音響データを取得可能になっている。
　図１に示すように、マイク９１（第２検出部）は、増速機６０と発電機７０との間に配置されている。マイク９１は、上記配置により主に増速機６０および発電機７０の動作による音響データを取得可能になっている。
　マイク９０，９１は、全指向性（無指向性）を有するものであってもよいし、指向性を有するものであってもよい。また、本実施の形態ではマイクの設置数が２個である場合を説明したがこれに限定されず、複数のマイク（検出部）が設置されていればよい。また、複数のマイクの各々は、ナセル３０の内部においてブレード２０、主軸受８０、増速機６０および発電機７０の各々に対して距離を保持しつつ近接するように配置することが好ましい。また、マイク９０，９１により取得される音響データは、音圧の時系列信号や音圧の実効値などである。
　データ収集装置９２は、マイク９０，９１により取得された音響データを収集し、インターネット１０２上のサーバ１０１にデータを転送するためのものである。データ収集装置９２は、ケーブル９４，９５を介してマイク９０，９１の各々に接続されている。これにより、マイク９０，９１により取得される音響データをデータ収集装置９２に入力可能になっている。
　データ収集装置９２は、主軸５０、増速機６０および発電機７０の回転速度、発電機７０の発電量、ナセル３０のヨー回転速度ならびに風速などの運転条件に基づく信号も入力可能となっている。また、データ収集装置９２は、インターネット１０２上のサーバ１０１にデータを転送し、監視用端末１００（図２）はインターネット１０２上のサーバ１０１に接続されている。
　図１および図２を参照して、監視用端末１００は、マイク９０，９１により取得される風力発電装置１０の上記機器の動作による音響データをサーバ１０１が分析した結果を表示し監視するためのものである。監視用端末１００は、インターネット１０２上のサーバ１０１と接続されている。これにより、マイク９０，９１により取得され、データ収集装置９２により収集される音響データを、ナセル３０の外部に配置される監視用端末１００に対して入力可能となっている。また、監視用端末１００は、マイク９０，９１と同様にデータ収集装置９２とも接続され、インターネット１０２上のサーバ１０１に画像データが保存され、監視用端末１００でデータを確認することができる。
　以上のように、本実施の形態に係る風力発電装置用システムでは、風力発電装置１０のナセル３０の内部に配置される機器（主軸５０、増速機６０、発電機７０および主軸受８０）の動作による音響データをマイク９０，９１により取得し、データ収集装置９２に入力できるようになっている。それらのデータは、インターネット１０２上のサーバ１０１に保存され、閾値と比較、診断される。それらの診断結果は、監視用端末１００で表示し監視することができる。これにより、マイク９０，９１により取得される音響データに基づいて、上記機器の損傷や劣化状態を地上において診断することができる。また、マイク９０，９１によれば、振動センサに比べてより広範囲において上記機器の動作情報を取得することができる。そのため、ナセル３０の内部に配置すべきセンサの数をより少なくすることが可能になり、その結果監視システムのコストをより削減することができる。また、センサの取付や配線に必要な工程数をより少なくすることもできる。さらに、振動センサを用いる場合には、監視対象となる機器表面の塗装を剥がして当該振動センサを取り付けるための平坦面を確保し、ネジ穴加工などをする必要もあるが、当該振動センサをマイク９０，９１により代替することでこれを回避することもできる。このように、本実施の形態に係る風力発電装置用監視システムは、よりコスト削減された監視システムになっている。
　上記風力発電装置用監視システムは、主軸受８０と増速機６０との間に配置されるマイク９０と、増速機６０と発電機７０との間に配置されるマイク９１とを含んでいてもよい。上記配置により、より少ない数のセンサによって風力発電装置１０の機器の動作による音響データを取得することができる。その結果、監視システムのコストをさらに削減することができる。
　次に、本実施の形態に係る監視方法について説明する。上記本実施の形態に係る監視方法は、上記風力発電装置１０の機器（主軸５０、増速機６０、発電機７０および主軸受８０）の損傷や劣化状態を監視するための方法であり、上記本実施の形態に係る風力発電装置用監視システムを用いて実施される。
　図３を参照して、まず、ステップ（Ｓ１０）として観測モード運転が実施される。このステップ（Ｓ１０）では、図１を参照して、風力発電装置１０の上記機器の監視における基準となる運転条件（すなわち基準運転条件）が決定される。
　このステップ（Ｓ１０）では、まず主軸５０、増速機６０および発電機７０の回転速度、発電機７０の発電量、ナセル３０のヨー回転速度ならびに風速などの運転条件に基づく信号が、運転監視装置（図示しない）やセンサから上記監視システムのデータ収集装置９２に入力される。そして、上記回転速度、発電量、ヨー回転速度および風速が所定範囲内である運転条件が基準運転条件として決定される。この基準運転条件は、たとえば風力発電装置１０が定格出力を発生している場合に成立してもよい。それらの情報は、インターネット１０２上のサーバ１０１上に保存される。
　次に、ステップ（Ｓ２０)として学習モード運転が実施される。このステップ（Ｓ２０）では、図１を参照して、ナセル３０の内部に配置されるマイク９０，９１により、正常運転時における上記機器（主軸５０、増速機６０、発電機７０および主軸受８０）の動作による音響データが取得される。この音響データは、風力発電装置１０の運転条件が上記（Ｓ１０）で決定された基準運転条件に合致する場合にのみ取得される。これにより、上記基準運転条件の下において音響データの基準値（閾値）が決定される。それらの情報は、インターネット１０２上のサーバ１０１に保存され、基準値（閾値）の決定はサーバ１０１で行う。
　次に、ステップ（Ｓ３０）として運用モード運転が実施される。このステップ（Ｓ３０）では、図１および図２を参照して、ナセル３０の内部に配置されるマイク９０，９１により、風力発電装置１０の運転時における上記機器（主軸５０、増速機６０、発電機７０および主軸受８０）の動作による音響データが定期的に取得される。そして、データ収集装置９２から入力された音響データがインターネット１０２上のサーバ１０１に保存され、サーバ１０１で基準値（閾値）との比較、診断が行われ、監視用端末１００上で表示、監視される。また、風力発電装置１０の運転条件が上記（Ｓ１０）で決定された基準運転条件に合致する場合においてのみ、取得された音響データと上記（Ｓ２０）で決定された基準値とが比較される。そして、取得された音響データが上記基準値（閾値）を超える場合（たとえば取得された実効値や周波数のスペクトルの値が上記基準値となる実効値や周波数のスペクトルの値を超える場合）には、監視用端末１００上にインターネット１０２上のサーバ１０１から警報が発信される（図３中の「ＹＥＳ」の場合）。一方、取得された音響データが上記基準値を超えない場合（たとえば取得された実効値や周波数のスペクトルが上記基準値となる実効値や周波数のスペクトルの値を超えない場合）には、風力発電装置１０の上記機器の監視が継続される（図３中の「ＮＯ」の場合）。このようにして風力発電装置１０の上記機器の状態が診断される。
　以上のように、本実施の形態に係る監視方法では、まず風力発電装置１０の基準運転条件が決定され（Ｓ１０）、上記基準運転条件において上記機器の動作による音響データの基準値（閾値）が決定され（Ｓ２０）、風力発電装置１０の運転条件が基準運転条件である場合において取得された音響データが上記基準値と比較される。これにより、風力発電装置１０の運転条件を一定にした状態で上記機器の動作による音響データの比較を行うことができる。そのため、マイク９０，９１により広範囲において上記機器の動作による音響データを取得した場合でも、風力発電装置１０の運転条件の変化が上記機器の状態の診断においてノイズとして作用することを抑制することができる。その結果、上記機器の状態をより高精度に診断することができる。したがって、本実施の形態に係る監視方法によれば、風力発電装置１０の機器の状態をより高精度に診断することができる。
　（実施の形態２）
　次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。本実施の形態に係る風力発電装置用監視システムは、上記実施の形態１の場合と基本的には同様の構成を備え、同様の使用され、かつ同様の効果を奏する。しかし、本実施の形態に係る風力発電装置用監視システムは、検出部の構成において上記実施の形態１の場合とは異なっている。
　図２および図４を参照して、本実施の形態に係る風力発電装置用監視システムは、上記実施の形態１の場合と同様に、風力発電装置１０の機器（主軸５０、増速機６０、発電機７０および主軸受８０）の損傷や劣化状態を監視するための装置である。上記風力発電装置用監視システムは、ナセル３０の内部に配置される可動式のマイク９７と（図４）、取得した音情報を収集し、サーバに転送するデータ収集部と、それらの音情報をインターネット上のサーバに保存し、基準値（閾値）と比較をし、診断する比較診断部と、診断結果を表示、監視し、ナセル３０の外部に配置される監視用端末１００（図２）とを主に備えている。
　マイク９７（集音部）は、指向性を有するマイクであり、風力発電装置１０の上記機器の動作による音響データ（音情報）を取得可能になっている。
　マイク９７は、可動式である。マイク９７は、可動部を動作させることにより上記機器に対する方向を変更可能になっている（図４中破線）。これにより、マイク９７の指向性が高い方向を主軸５０、増速機６０、発電機７０および主軸受８０などの機器に対して変更可能になっている。
　以上のように、本実施の形態に係る風力発電装置用監視システムは、指向性を有し、指向性が高い方向を上記機器に対して変更可能な可動式のマイク９７を備えている。これにより、さらに少ない数のセンサによって風力発電装置１０の機器の動作による音響データを取得することができる。その結果、監視システムのコストを一層削減することができる。また、上記機器に対するマイク９７の方向と取得される音響データとを関連付けて監視を行うことが可能になり、その結果機器の劣化、損傷状態をより確実に診断することができる。
　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。本発明の範囲は上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、およ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。
　本発明の監視システムおよび監視方法は、風力発電装置用監視システムおよび風力発電装置用監視システムを用いた監視方法において、特に有利に適用され得る。
　１０　風力発電装置、２０　ブレード、３０　ナセル、４０　支柱、５０　主軸、６０　増速機、６１　出力軸、７０　発電機、８０　主軸受、９０，９１，９７　マイク、９２　データ収集装置、９３　カメラ、９４，９５，９６　ケーブル（ＬＡＮケーブル）、１００　監視用端末、１０１　サーバ、１０２　インターネット。

Claims (5)

  1. 　風力発電装置の機器の状態を監視する監視システムであって、
    　前記機器を内部に保持する筐体の前記内部に配置され、音情報を取得する検出部と、
    　前記検出部により取得される前記音情報を収集し、インターネット上のサーバに転送するデータ収集部と、
    　前記データ収集部より転送される前記音情報に基づいて基準値との比較および分析を行う比較分析部と、
    　前記比較分析部による比較および分析の結果を表示し監視する監視端末とを備える、監視システム。
  2. 　前記風力発電装置は、
    　風力により回転する主軸と、
    　前記主軸に接続された増速機と、
    　前記増速機に隣接して配置され、前記主軸を支持する主軸受と、
    　前記主軸受とは反対側において前記増速機に接続される発電機とを含み、
    　前記検出部は、
    　前記主軸受と前記増速機との間に配置される第１検出部と、
    　前記増速機と前記発電機との間に配置される第２検出部とを含む、請求項１に記載の監視システム。
  3. 　前記検出部は、指向性を有し、前記指向性が高い方向を前記機器に対して変更可能な可動式であり、前記音情報を取得する集音部を含む、請求項１に記載の監視システム。
  4. 　前記風力発電装置の定格出力が５００ｋＷよりも大きい、請求項１～３のいずれか１項に記載の監視システム。
  5. 　風力発電装置の機器の状態を監視する監視方法であって、
    　前記風力発電装置において基準となる運転条件である基準運転条件を決定するステップと、
    　前記基準運転条件において、前記機器を内部に保持する筐体の前記内部に配置される検出部により正常時の前記機器の動作に基づく音情報を取得して、前記音情報の基準値を決定するステップと、
    　前記風力発電装置の運転時において前記検出部により前記機器の動作に基づく他の音情報を取得し、前記風力発電装置の運転条件が前記基準運転条件である場合に前記他の音情報と前記基準値とを比較して、前記機器の状態を診断するステップとを備える、監視方法。
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