(57)【要約】【課題】  ブレードの変形などの内的要因に起因するブレードの狂いを、運転させた状態で発見する技術を提供する。【解決手段】  回転ブレード診断装置(10)は、風力発電装置(20)のブレード(25)の回転中に、高速度にて前記ブレード(25)の回転移動軌跡(27)を撮影する撮影手段(11)と、  その撮影手段(11)によって当該ブレード(25)の回転移動軌跡(27)を撮影して予め蓄積している移動軌跡データベース(14)と、  その移動軌跡データベース(14)に蓄積された回転移動軌跡(27)のデータと、前記撮影手段(11)によって撮影された回転移動軌跡(27)を検証する検証手段(36)と、  その検証手段(36)による検証結果を出力する検証結果出力手段(37)と、を備える。【選択図】  図１
2010229824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置のブレードの回転中に、高速度にて前記ブレードの回転移動軌跡を撮影する撮影手段と、
その撮影手段によって撮影した前記ブレードの回転移動軌跡を予め蓄積している移動軌跡データベースと、
その移動軌跡データベースに蓄積された回転移動軌跡のデータと、前記撮影手段によって撮影された回転移動軌跡とを検証する検証手段と、
その検証手段による検証結果を出力する検証結果出力手段と、を備えた回転ブレード診断装置。
【請求項２】
前記風力発電装置には、ブレードの角度を調整するブレード調整機構を備えるとともに、
前記検証結果出力手段が出力した検証結果に基づいて、前記ブレード調整機構に調整用の信号を出力するブレード調整用信号出力手段を備えた請求項１に記載の回転ブレード診断装置。
【請求項３】
前記撮影手段は、前記風力発電装置のブレードを、風の方向に対して９０度をなす方向から高速度にて撮影する横カメラであり、
前記移動軌跡データベースは、その横カメラによって撮影されたブレード横画像を予め蓄積しているブレード横画像データベースであり、
前記検証手段は、前記ブレード横画像データベースに蓄積されたブレード横画像と前記横カメラによって撮影されたブレード横画像とを検証することとした請求項１または請求項２のいずれかに記載の回転ブレード診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電装置におけるブレードの変形などの内的要因に起因するブレードの狂いを、運転させた状態で発見する回転ブレード診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置は、地上に立設したタワーにナセルが固定され、そのナセルに対してハブを介して回転自在に設けたロータに複数、例えば３枚のブレードが固定されている。各ブレードは互いに独立して角度変更可能となっており、３枚のブレードは、発電効率を高めた角度に調整されている。また、回転停止ポジションを含めたブレードの角度変更を制御するブレード角度制御装置が設けられている。
【０００３】
風力発電装置を実際に運転する際に、ブレードに狂いがあると、発電効率の減少となり、さらに本来は生じない騒音や振動などが発生し、ブレードの破損に至ることもある。
そのブレードの狂いは、着氷などの外的要因による変化や、風圧などの外力に伴う変形などの内的要因となってしまった変化が原因となる。
【０００４】
それらの変化に対して風力タービンの運転を適合させることができるようにする、という目的で開発された技術には、特許文献１（風力タービン運転方法）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５２８３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、着氷しても運転を停止せずに発電を続けるための技術である。すなわち、着氷という外的要因に起因するブレードの狂いに対応できる。しかし、ブレードの変形などの内的要因に起因するブレードの狂いについては、対応できないものであった。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、ブレードの変形などの内的要因に起因するブレードの狂いを、運転させた状態で発見する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（第一の発明）
本願における第一の発明は、  風力発電装置(20)のブレード(25)の回転中に、風上から高速度にて前記ブレード(25)の回転移動軌跡(27)を撮影する撮影手段(11)と、  その撮影手段(11)によって撮影した前記ブレード(25)の回転移動軌跡(27)を予め蓄積している移動軌跡データベース(14)と、  その移動軌跡データベース(14)に蓄積された回転移動軌跡(27)のデータと、  前記撮影手段(11)によって撮影された回転移動軌跡(27)とを検証する検証手段(36)と、  その検証手段(36)による検証結果を出力する検証結果出力手段(37)とを備えた回転ブレード診断装置(10)に係る。
【０００９】
（用語説明）
「回転移動軌跡(27)」とは、ブレード(25)が回転すると、光の当たり状態によりブレード(25)の表面に陰影が生じることや、ブレード(25)の表面の傷、塗装の斑（ムラ）、付着物などを原因として、回転移動の軌跡に同心円上の模様が生じるものである。
【００１０】
（作用）
撮影手段(11)により、ブレード(25)の回転移動軌跡(27)が撮影され、その回転移動軌跡(27)の画像データは、検証手段(36)によって、予め蓄積した移動軌跡データベース(14)の回転移動軌跡(27)のデータと比較され、異常があるか否か検証される。その結果は検証結果出力手段(37)により出力されることで、ブレード(25)の変形などの内的要因に起因するブレード(25)の狂いを、運転させた状態で発見することを可能とする。
移動軌跡データベース(14)に予め蓄積された回転移動軌跡(27)は、例えば、風上からの撮影により得られたデータである。風上からブレード(25)の回転移動軌跡(27)が撮影された場合は、予め蓄積された風上からの撮影による回転移動軌跡(27)を検証の基準データとして比較がなされる。風の方向に対して所定の角度をなす方向からブレード(25)の回転移動軌跡(27)が撮影された場合は、予め蓄積された風上からの撮影による回転移動軌跡(27)に、その角度分の補正をすることにより、その所定の角度における基準データを作成して、撮影された回転移動軌跡(27)が検証される。
【００１１】
（第一の発明のバリエーション１）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、  前記風力発電装置(20)に、ブレード(25)の角度を調整するブレード調整機構を備え、  前記検証結果出力手段(37)が出力した検証結果に基づいて、前記ブレード調整機構に調整用の信号を出力するブレード調整用信号出力手段(38)を備えることもできる。
【００１２】
（作用）
検証結果出力手段(37)が、例えば現状の回転移動軌跡(27)に異常があると出力した場合、ブレード調整用信号出力手段(38)が、各ブレード(25)の角度を調整する指令をブレード調整機構に与えるので、自動的に正常な運転に調整される。その結果、内的要因に起因するブレード(25)の狂いによる発電効率の減少を防止することができる。
【００１３】
（第一の発明のバリエーション２）
第一の発明は、以下のようなバリエーションを提供することもできる。
すなわち、  前記撮影手段は、前記風力発電装置(20)のブレード(25)を、風の方向に対して９０度をなす方向から高速度にて撮影する横カメラ(12)であり、前記移動軌跡データベース(14)は、その横カメラ(12)によって撮影されたブレード横画像を予め蓄積しているブレード横画像データベース(15)であり、  前記検証手段(36)は、前記ブレード横画像データベース(15)に蓄積されたブレード横画像と前記横カメラ(12)によって撮影されたブレード横画像とを検証することとしてもよい。
【００１４】
（作用）
横カメラ(12)により、風の方向に対して９０度をなす方向からブレード横画像が撮影され、そのブレード横画像のデータは、検証手段(36)によって、予め蓄積したブレード横画像データベース(15)のブレード横画像のデータと比較され、異常があるか否か検証される。その結果、ブレード(25)の変形などの内的要因に起因するブレード(25)の狂いを、運転させた状態で発見することを可能とする。
風の方向に対して９０度をなす方向からブレード(25)の回転移動軌跡(27)を撮影する場合は、予め蓄積した風上からの撮影による回転移動軌跡(27)に補正をして基準データとして用いることが困難なため、ブレード横画像データベース(15)のブレード横画像のデータを基準データとする必要がある。
なお、横カメラ(12)のほかに、ブレード(25)の回転移動軌跡(27)を撮影するカメラ(11)をさらに設け、横カメラ(12)と、そのさらに設けたカメラ(11)によって撮影された回転移動軌跡(27)により、ブレード(25)の異常有無の検証がなされてもよい。複数のカメラで検証することにより、単独のカメラでの検証よりも検証精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１から請求項３に記載の発明によれば、ブレードの変形などの内的要因に起因するブレードの狂いを、運転させた状態で発見する回転ブレード診断装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第一の実施形態の回転ブレード診断装置を示す概略的な側面図である。
【図２】（ａ）はブレードが正常に回転しているときの回転移動軌跡を示す正面図で、（ｂ）はブレードの回転に異常が生じているときの回転移動軌跡を示す正面図である。
【図３】（ａ）はブレードが正常に回転しているときのブレード横画像の状態を示す側面図で、（ｂ）、（ｃ）はブレードの回転に異常が生じているときのブレード横画像の状態を示す側面である。
【図４】第二の実施形態の回転ブレード診断装置を示す概略的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、図１および図２に基づいて説明する。第一の実施形態に係る回転ブレード診断装置１０は、風力発電装置２０におけるブレード２５の変形などの内的要因に起因するブレード２５の狂いを、風力発電装置２０を停止せずに運転させた状態で発見するための装置である。
【００１８】
その風力発電装置２０は、例えば図１に示されているように、地上に立設したタワー２１と、そのタワー２１に固定されたナセル２２と、そのナセル２２に対してハブ２３を介して回転自在に設けたロータ２４に固定された複数のブレード２５と、回転停止ポジションを含めたブレード２５の角度を調整するブレード調整機構を備え、そのブレード調整機構を介してブレード２５の角度変更を制御するブレード角度制御装置を含む風力発電運転制御装置２６を備えている。なお、ブレード調整機構は、各ブレード２５毎に独立して角度を調整することができる構成である。
【００１９】
また、「回転停止ポジション」とは、ブレード２５が風を受けても回転しないポジションをいい、代表的には、フェザリングポジションまたは回転速度の十分な減速であるが、ブレード２５の回転を停止させるためのブレーキを補助的に用いる場合、ブレーキをメインとしてブレード２５の回転を停止させる場合も含むものである。
【００２０】
また、回転の減速制御手段としては、ブレード２５の全体のピッチ角を変更するピッチ制御機と、揚力を失うようなブレード２５の形状とピッチ角とを選択させるとともに、停止時にはブレード２５の先端が９０度向きを変えてブレーキとするストール制御機とがある。
【００２１】
なお、風力発電装置２０はフェザリングポジション以外にも、強風に応じて回転効率を落とすようなポジションを選択可能に形成されていることが多い。回転を完全に停止してしまうと運転再開に時間がかかるが、十分な減速の場合には運転再開が容易であるので発電ロスを減らすことができるからである。
【００２２】
以上のような風力発電装置２０に対してブレード２５の狂いを診断するための回転ブレード診断装置１０としては、当該風力発電装置２０が運転中、つまりブレード２５が回転中に、高速度にて前記ブレード２５の回転移動軌跡２７を撮影する撮影手段としての例えばカメラ１１を備えている。
【００２３】
カメラ１１はＣ−ＭＯＳセンサを用いたカメラである。そのＣ−ＭＯＳセンサを備えたカメラを用いているのは、ＣＣＤ素子よりも露光時間の制御が容易であり、高速度で回転するブレード２５の画像を捉えるのに適しており、また曇天などにおいても撮影が容易でレーザ光の照射などの設備が不要となるからである。
【００２４】
上記のカメラ１１は、図１に示されているように、画像処理装置１３を経て制御装置３０に接続されている。その画像処理装置１３はカメラ１１で撮像した画像に基づいてブレード２５の回転移動軌跡２７を測定するものである。
【００２５】
「ブレード２５の回転移動軌跡２７」とは、ブレード２５が回転すると、光の当たり状態によりブレード２５の表面に陰影が生じることや、ブレード２５の表面の塗装の剥げ状態や、その他の原因により回転移動軌跡２７の模様が生じるものである。ブレード２５が正常に回転しているときに風上から撮影した回転移動軌跡２７は、図２（ａ）に示されているように、その回転移動軌跡２７がほぼ真円になるが、ブレード２５の回転に異常が生じているときは、図２（ｂ）の矢印で示されているように、その回転移動軌跡２７が真円とは程遠いいびつの円形状になる。
【００２６】
本実施形態では、上記の回転移動軌跡２７は演算してデジタル画像として位置座標に変換する。この演算は制御装置３０で行われる。
【００２７】
制御装置３０には、中央処理装置であるＣＰＵ３１に、種々のデータを入力するための入力装置３２と画像やデータ等を表示するための表示装置３３、並びに各データや、上記のカメラ１１によって撮影したブレード２５の回転移動軌跡２７を予め蓄積した移動軌跡データベース１４を記憶するメモリ３４が接続されている。
【００２８】
さらに、ＣＰＵ３１には、前記画像処理装置１３で測定した画像データに基づいて、ブレード２５の回転移動軌跡２７をデジタル画像として位置座標に演算して変換する演算装置３５と、その演算装置３５で算出したブレード２５の回転移動軌跡２７を予め蓄積したメモリ３４内の移動軌跡データベース１４の回転移動軌跡２７の基準データと、前記カメラ１１によって撮影された回転移動軌跡２７とを検証する検証手段３６（比較判断装置）が接続されている。なお、基準データには管理値（管理範囲）がある。つまり、検証手段３６は、現状の回転移動軌跡２７のデータが基準データの管理値から外れるか否かを比較判断して、ブレード２５の回転に異常がないかを検証するものである。
基準データには、例えば、風上から撮影したブレード２５の回転移動軌跡２７が用いられる。風の方向に対して所定の角度をなす方向から撮影されたブレード２５の回転移動軌跡２７を検証する場合は、風上から撮影したブレード２５の回転移動軌跡２７に、その所定の角度分の補正を行ったデータを基準データとすればよい。
【００２９】
さらに、ＣＰＵ３１には、その検証手段３６による検証結果を出力する検証結果出力手段３７が接続されている。
【００３０】
さらに、ＣＰＵ３１には、前記検証結果出力手段３７が出力した検証結果に基づいて、前記ブレード調整機構に調整用の信号として出力するブレード調整用信号出力手段３８が接続されている。換言すれば、ブレード調整用信号出力手段３８は、現状の回転移動軌跡２７のデータが基準データとは異なることを検証したときに、各ブレード２５の角度を調整する指令をブレード調整機構に与える指令部である。
【００３１】
上記構成により、カメラ１１により、ブレード２５の回転移動軌跡２７が撮影され、その画像データはデジタル画像として位置座標に演算されて回転移動軌跡２７のデータとなる。その現状の回転移動軌跡２７のデータは、検証手段３６によって、予めメモリ３４に記憶している移動軌跡データベース１４の基準データと比較され、基準データの管理値から外れるか否か、つまり異常があるか検証される。その結果は検証結果出力手段３７により出力されることで、ブレード２５の変形などの内的要因に起因するブレード２５の狂いは、ブレード２５の運転を停止せずに、運転させた状態で発見することを可能にした。
【００３２】
さらには、検証結果出力手段３７により、例えば現状の回転移動軌跡２７が異常であることを出力された場合は、ブレード調整用信号出力手段３８が、各ブレード２５の角度を調整する指令をブレード調整機構に与えるので、単にブレード２５の狂いを発見しただけでなく、自動的に正常な運転に調整される。その結果、内的要因に起因するブレード２５の狂いによる発電効率の減少を防止することが可能となった。
【００３３】
なお、前述した第一の実施形態の回転ブレード診断装置１０は、次に示す機能を有するものとしたり、または、かかる機能を付加することもできる。
【００３４】
図１に示すように、撮影手段には、風力発電装置２０が運転中、風の方向に対して９０度をなす方向から風力発電装置２０のブレード２５を、高速度にて撮影してブレード横画像を得るための横カメラ１２を備えることができる。その横カメラ１２も、前述したカメラ１１と同様にＣ−ＭＯＳセンサを用いたカメラである。その横カメラ１２は、図１に示されているように、画像処理装置１３を経て制御装置３０に接続されている。その画像処理装置１３では横カメラ１２で撮像したブレード横画像に基づいてブレード２５の回転ブレを測定する。
【００３５】
ブレード２５が正常に回転しているときは、図３（ａ）に示すように、そのブレード横画像は「回転ブレ」が生じていないが、ブレード２５の回転に異常が生じているときは、図３（ｂ）、（ｃ）の二点鎖線で示すように、「回転ブレ」が生じる。図３（ｂ）ではナセル２２の箇所で異常が生じた状態を示しており、図３（ｃ）ではブレード２５の箇所で異常が生じた状態を示している。
【００３６】
演算装置３５では、上記の「回転ブレ」の大きさは演算してデジタル画像として位置座標に変換する。また、メモリ３４には、上記の横カメラ１２によって撮影されたブレード横画像を予め蓄積したブレード横画像データベース１５が記憶されている。
【００３７】
前記検証手段３６は、そのブレード横画像データベース１５に蓄積されたブレード横画像の基準データと、前記横カメラ１２によって撮影されたブレード横画像とを検証することができる構成である。なお、基準データには管理値（管理範囲）がある。つまり、検証手段３６は、現状のブレード横画像のデータが基準データの管理値から外れるか否かを比較判断して、ブレード２５の回転に異常がないかを検証することもできる。
【００３８】
ブレード調整用信号出力手段３８は、現状のブレード横画像のデータが基準データとは異なることを検証したときも、各ブレード２５の角度を調整する指令をブレード調整機構に与える指令部となる。
【００３９】
上記構成により、横カメラ１２により、風の方向に対して９０度をなす方向からブレード横画像が撮影され、その画像データはデジタル画像として位置座標に演算されてブレード横画像のデータとなる。その現状のブレード横画像のデータは、検証手段３６によって、予めメモリ３４に記憶しているブレード横画像データベース１５に蓄積されたブレード横画像の基準データと比較され、基準データの管理値から外れるか否か、つまり、ブレード２５の回転に異常がないか判断される。その結果、ブレード２５の変形などの内的要因に起因するブレード２５の狂いを、ブレード２５の運転を停止せずに、運転させた状態で発見することができる。
横カメラ１２がカメラ１１とともに用いられる場合は、ブレード２５の回転に異常がないか否かの判断精度を上げることができる。
【００４０】
さらには、検証結果出力手段３７により、例えば現状のブレード横画像が異常であることを出力された場合、ブレード調整用信号出力手段３８では、各ブレード２５の角度を調整する指令をブレード調整機構に与えるので、単にブレード２５の狂いを発見しただけでなく、自動的に正常な運転に調整される。その結果、内的要因に起因するブレード２５の狂いによる発電効率の減少を防止することが可能となった。
【００４１】
次に、第二の実施形態の回転ブレード診断装置１０について説明する。この第二の実施形態は、前述した第一の実施形態とほぼ同様であるので、異なる点のみを説明し、同じ部材は図中に同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４２】
図４に基づいて説明する。第一の実施形態と主に異なる点は、前述した第一の実施形態に対して集音装置４１や振幅測定装置４２を付加している点にある。集音装置４１は、ブレード２５の回転音など運転中の音を集音するものである。振幅測定装置４２は、例えば風力発電装置２０のタワー２１の振動の振幅を測定する。
【００４３】
ブレード２５の回転音は、正常運転時と異常運転時では異なっており、異常時はいわゆる異音が発生する。したがって、集音装置４１によりブレード２５の回転音を収録し、この収録音を電気的に制御装置３０にてデジタル化する。メモリ３４にはブレード２５の回転が正常時の正常音を予め蓄積した経験値として正常音データベースを記憶しておく。
検証手段３６では、現状におけるブレード２５の回転音のデータと、正常音データベースの正常音の基準値（管理範囲）とを比較して異音が発生したかを検証する。検証結果出力手段３７では、その検証手段３６による異常時の検証結果を出力することができる。
【００４４】
また、ブレード２５の回転の異常時には、タワー２１が大きく振動することがあるので、その振動の振幅を振幅測定装置４２で測定することで、その異常を発見することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、風力発電装置の製造業、風力発電装置のメンテナンス業において利用可能性を有する。また、各種のプロペラに関する製造業、メンテナンス業においても利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００４６】
１０  回転ブレード診断装置
１１  カメラ（撮影手段）            １２  横カメラ（撮影手段）
１３  画像処理装置                  １４  移動軌跡データベース
１５  ブレード横画像データベース
２０  風力発電装置                  ２１  タワー
２２  ナセル                        ２３  ハブ
２４  ロータ                        ２５  ブレード
２６  風力発電運転制御装置          ２７  回転移動軌跡
３０  制御装置                      ３１  ＣＰＵ
３２  入力装置                      ３３  表示装置
３４  メモリ                        ３５  演算装置
３６  検証手段                      ３７  検証結果出力手段
３８  ブレード調整用信号出力手段
４１  集音装置                      ４２  振幅測定装置
【図１】
2010229824.tif 000003
【図２】
2010229824.tif 000004
【図３】
2010229824.tif 000005
【図４】
2010229824.tif 000006