(57)【要約】      （修正有）【課題】風車翼の異常を精度良く検知し得る風車翼の損傷検知方法及び風車を提供する。【解決手段】少なくとも１枚の風車翼２を備える風車ロータにおける風車翼の損傷検知方法であって、風車翼の振動２０Ａを示す振動データ、又は風車翼の内部の音２１を示す音響データを取得するデータ取得１８ステップと、データ取得ステップで取得した振動データ又は音響データの経時変化に基づいて、風車翼の損傷を検出する検出ステップと、を備え、検出ステップにおいて、データ取得ステップで取得した振動データ、又は音響データのうち、風速が風速規定範囲内であるときに取得した振動データ、又は音響データのみを用いて風車翼の損傷を検出することを特徴とする風車翼の損傷検知方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１枚の風車翼を備える風車ロータにおける前記風車翼の損傷検知方法であって、
前記風車翼の振動を示す振動データ又は前記風車翼の内部の音を示す音響データを取得するデータ取得ステップと、
前記データ取得ステップで取得した前記振動データ又は前記音響データの経時変化に基づいて、前記風車翼の損傷を検出する検出ステップと、を備え、
前記検出ステップにおいて、前記データ取得ステップで取得した前記振動データ又は前記音響データのうち、風速が所定の範囲内であるときに取得した振動データのみ又は音響データのみを用いて前記風車翼の損傷を検出することを特徴とする風車翼の損傷検知方法。
【請求項２】
前記風車ロータは複数の風車翼を備え、
前記データ取得ステップでは、前記複数の風車翼の各々について振動データ又は音響データを取得し、
前記複数の風車翼のうち１枚の検出対象風車翼の振動データ又は音響データと、他の風車翼のうち１枚以上の比較対象風車翼の振動データ又は音響データを反映した基準値との差分を算出する差分算出ステップをさらに備え、
前記検出ステップでは、前記差分算出ステップで算出される前記差分の経時変化に基づいて、前記検出対象風車翼の損傷を検出する請求項１に記載の風車翼の損傷検知方法。
【請求項３】
前記データ取得ステップでは、前記風車翼の内壁面に取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて前記振動データ又は前記音響データを取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の風車翼の損傷検知方法。
【請求項４】
前記データ取得ステップでは、前記風車翼の前縁部又は後縁部に取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて前記振動データ又は前記音響データを取得することを特徴とする請求項３に記載の風車翼の損傷検知方法。
【請求項５】
前記データ取得ステップでは、前記風車翼の背側又は腹側に取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて前記振動データ又は前記音響データを取得することを特徴とする請求項３に記載の風車翼の損傷検知方法。
【請求項６】
前記データ取得ステップでは、前記風車翼の内部において前記風車翼の翼長方向に沿って設けられるシアウェブに取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて前記振動データ又は前記音響データを取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の風車翼の損傷検知方法。
【請求項７】
前記データ取得ステップでは、前記風車翼の翼根部に取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて前記振動データ又は前記音響データを取得することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の風車翼の損傷検知方法。
【請求項８】
前記データ取得ステップでは、前記風車翼の翼先端部に取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて前記振動データ又は前記音響データを取得することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の風車翼の損傷検知方法。
【請求項９】
前記検出ステップでは、さらに、風車翼のピーク振動数の経時変化により故障モードを判別することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の風車翼の損傷検知方法。
【請求項１０】
少なくとも１枚の風車翼を備える風車ロータと、
前記風車翼の振動又は前記風車翼の内部の音を検出するための振動センサ又は音響センサと、
前記風車翼の損傷を検知するための損傷検知部と、を備え、
前記損傷検知部は、前記振動センサ又は前記音響センサの検出結果から取得される振動データ又は音響データのうち、風速が風速規定範囲内であるときに取得した振動データ又は音響データの経時変化に基づいて、前記風車翼の損傷を検出するように構成された風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、風車翼の損傷検知方法及び風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
風車翼の損傷を初期段階に検知する方法として、風車翼に取り付けた振動センサを用いて取得した情報を用いて損傷検知を行う方法が知られている。
例えば、特許文献１には、風車の各風車翼に振動を検出する振動センサを取付け、これら振動センサから得られる振動パターンを比較判定する判定手段とを備える風車翼破損検知装置が記載されている。この風車翼破損検知装置では、振動センサで検出された振動信号（強度信号）はスペクトラムアナライザにより周波数成分に変換され、さらに、周波数領域（例えば０〜１０ＭＨｚ）を分割した区間ごとのピーク値を用いてパターン化される。判定手段は、このようにパターン化された振動波形と、予めデータベースに取り込んでおいた正常時の波形パターンとを比較する。そして、例えば、取得した振動波形から正常時波形を差分した値が所定の割合だけ（例えば２０％以上）変動があれば異常と判定するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４９７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の風車翼破損検知装置では、風車翼から直接振動を検知するので、高感度で風車翼の振動を検出できるため、風車翼に異常が生じた際に初期段階で検知することができる。
一方、風車翼に加わる荷重は風速に依存するから、該荷重に影響を受ける風車翼の振動も風速の影響を受ける。このため、上記風車翼破損検知装置で風車翼の振動を検出できたとしても、検出した振動に基づく風車翼の異常検知において、風速の影響を考慮せずに風車翼の異常を精度良く検知することは難しい。
【０００５】
本発明の少なくとも一実施形態の目的は、風車翼の異常を精度良く検知し得る風車翼の損傷検知方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼の損傷検知方法は、
少なくとも１枚の風車翼を備える風車ロータにおける前記風車翼の損傷検知方法であって、
前記風車翼の振動を示す振動データ又は前記風車翼の内部の音響データを取得するデータ取得ステップと、
前記データ取得ステップで取得した前記振動データ又は前記音響データの経時変化に基づいて、前記風車翼の損傷を検出する検出ステップと、を備え、
前記検出ステップにおいて、前記データ取得ステップで取得した前記振動データ又は前記音響データのうち、風速が風速規定範囲内であるときに取得した振動データのみ又は音響データのみを用いて前記風車翼の損傷を検出する。
【０００７】
風車翼に加わる荷重は風速に依存するから、データ取得ステップで取得する振動データ又は音響データは、データ取得時の風速に応じて値がばらつく。上記風車翼の損傷検知方法によれば、風速が風速規定範囲内であるときに取得した振動データのみ又は音響データのみを用いて風車翼の損傷を検出するので、風速に対する振動データ又は音響データのばらつきの影響を低減することができ、風車翼の損傷検知を的確に行うことができる。
また、上記風車翼の損傷検出方法に必要な振動データ又は音響データは風車の運転中においても取得可能であるため、風車翼の損傷検知を目的として風車の運転を停止する必要がない。よって、風車の稼働率の低下を招くことなく、風車翼の損傷検知を行うことができる。
【０００８】
幾つかの実施形態では、
前記風車ロータは複数の風車翼を備え、
前記データ取得ステップでは、前記複数の風車翼の各々について振動データ又は音響データを取得し、
前記複数の風車翼のうち１枚の検出対象風車翼の振動データ又は音響データと、他の風車翼のうち１枚以上の比較対象風車翼の振動データ又は音響データを反映した基準値との差分を算出する差分算出ステップをさらに備え、
前記検出ステップでは、前記差分算出ステップで算出される前記差分の経時変化に基づいて、前記検出対象風車翼の損傷を検出する。
この場合、複数の風車翼のうち１枚の検出対象風車翼の振動データ又は音響データと、他の風車翼のうち１枚以上の比較対象風車翼の振動データ又は音響データを反映した基準値との差分を風車翼の損傷の検知に用いるので、風速の変化等の運転状態による損傷検知に対する影響を排除することができる。このため、風車翼の損傷をより的確に検知することが可能となる。
【０００９】
幾つかの実施形態では、前記データ取得ステップでは、前記風車翼の内壁面に取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて前記振動データ又は前記音響データを取得する。
この場合、風車翼の損傷検知において、風車翼の内壁面に取り付けられた振動センサ又は音響センサを用いるので、翼外皮に発生するクラックや、翼外皮等における接着剤剥離等、風車翼に発生する損傷を検出することができる。
【００１０】
幾つかの実施形態では、前記データ取得ステップでは、前記風車翼の前縁部又は後縁部に取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて前記振動データ又は前記音響データを取得する。
背側の翼外皮と腹側の翼外皮とを接着剤で貼り合わせることによって作製された風車翼では、経年劣化等により接着剤剥離が発生し、口開きの状態となってしまうことがある。上記実施形態では、風車翼の損傷検知において、風車翼の前縁部又は後縁部に取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて取得した振動データ又は音響データを用いるので、風車翼の前縁又は後縁における口開きを検知しやすい。
【００１１】
幾つかの実施形態では、前記データ取得ステップでは、前記風車翼の背側又は腹側に取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて前記振動データ又は前記音響データを取得する。
風車翼の翼長方向に沿って設けられるシアウェブと風車翼の内壁とが接着剤で張り合わされている場合、経年劣化等により接着剤剥離が生じる場合がある。上記実施形態では、風車翼の損傷検知において、風車翼の背側又は腹側に取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて取得した振動データ又は音響データを用いるので、風車翼の背側又は腹側において発生する、シアウェブと風車翼の内壁との接着剤剥離や、風車翼の背側又は腹側におけるクラックの発生および進展を検知しやすい。
【００１２】
幾つかの実施形態では、前記データ取得ステップでは、前記風車翼のシアウェブに取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて前記振動データ又は前記音響データを取得する。
この場合、風車翼の損傷検知において、風車翼のシアウェブに取り付けられた振動センサ又は音響センサを用いるので、シアウェブと風車翼の内壁との接着材剥離を検知しやすい。
【００１３】
幾つかの実施形態では、前記データ取得ステップでは、前記風車翼の翼根部に取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて前記振動データ又は前記音響データを取得する。
翼根部において発生したクラック等が進展してしまうと、風車翼の折損等重大事故につながる可能性がある。上記実施形態では、風車翼の損傷検知において、風車翼の翼根部に取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて取得した振動データ又は音響データを用いるので、風車翼の折損等につながる可能性のある翼根部の損傷を効果的に検知することができる。
【００１４】
幾つかの実施形態では、前記データ取得ステップでは、前記風車翼の翼先端部に取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて前記振動データ又は前記音響データを取得する。
風車において、風車翼の翼先端部とは反対の翼根部の側（ロータヘッド側）には、風車翼が取り付けられるハブや、ハブに接続される機器が存在し、風車の運転中、これらの動作による振動や音が発生している。このため、風車翼のロータヘッド側に振動センサや音響センサを設けると、損傷に起因する振動又は音響以外の振動や音によるノイズがセンサに拾われやすくなる。上記実施形態では、風車翼の損傷検知において、風車翼の翼先端部に取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて取得した振動データ又は音響データを用いるので、損傷に起因する振動又は音以外の振動や音によるノイズの影響が低減された状態で風車翼の損傷を検知することができる。
また、上記実施形態では、風車翼の損傷検知において、風車翼の翼先端部に取り付けられた振動センサまたは音響センサを用いて取得した振動データ又は音響データを用いるので、翼先端部において発生する風車翼外皮の接着剤剥離による口開きを検知しやすい。
【００１５】
幾つかの実施形態では、前記検出ステップにおいて、さらに、風車翼のピーク振動数の経時変化により故障モードを判別する。
このように、振動データに基づいて、風車翼の損傷を検知するとともに、故障モードを判別することで、より詳細な損傷検知が可能となる。
【００１６】
本発明の少なくとも一実施形態に係る風車は、
少なくとも１枚の風車翼を備える風車ロータと、
前記風車翼の振動又は前記風車翼の内部の音を検出するための振動センサ又は音響センサと、
前記風車翼の損傷を検知するための損傷検知部と、を備え、
前記損傷検知部は、前記振動センサ又は前記音響センサの検出結果から取得される振動データ又は音響データのうち、風速が風速規定範囲内であるときに取得した振動データ又は音響データの経時変化に基づいて、前記風車翼の損傷を検出するように構成される。
【００１７】
上記風車によれば、風速が風速規定範囲内であるときに取得した振動データ又は音響データのみを用いて風車翼の損傷を検出するので、風速に対する振動データ又は音響データのばらつきの影響を低減することができ、風車翼の損傷検知を的確に行うことができる。
また、上記風車によれば、上記風車翼の損傷検出方法に必要な振動データ又は音響データは風車の運転中においても取得可能であるため、風車翼の損傷検知を目的として風車の運転を停止する必要がない。よって、風車の稼働率の低下を招くことなく、風車翼の損傷検知を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、風車翼の損傷を精度良く検知し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係る風車の全体構成を示す概略図であり、図１（Ａ）は風車を側面から見た図であり、図１（Ｂ）は風車を正面から見た図である。
【図２】図１に示す風車の風車翼の全体構造の概要を示す図である。
【図３】図２に示す風車翼のＡ−Ａ断面図の一例である。
【図４】図２に示す風車翼のＢ−Ｂ断面図の一例である。
【図５】一実施形態に係るデータ取得ステップで取得される振動データを示すグラフの一例である。
【図６】一実施形態に係るデータ取得ステップで取得される振動データを示すグラフの一例である。
【図７】一実施形態に係るデータ取得ステップで取得される振動データを示すグラフの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２１】
まず、本発明において損傷検知の対象とする風車翼を備える風車の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る風車１の全体構成を示す概略図であり、図１（Ａ）は風車１を側面から見た図であり、図１（Ｂ）は風車１を正面から見た図である。図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、風車１は、少なくとも１枚の風車翼２と、風車翼２が取り付けられるハブ４とを備える風車ロータ６と、ナセル８と、ナセル８を支持するタワー１０とを含む。なお、図１に示す風車１では、３枚の風車翼２がハブ４に取り付けられている。この風車１では、風が風車翼２に当たると、風車翼２及びハブ４を含む風車ロータ６が、風車ロータ６の回転軸の周りを回転する。
また、図１に示す風車１は、風車翼２の損傷を検知するための損傷検知部３０を備える。
【００２２】
風車１は風力発電装置であってもよい。この場合、ナセル８には、発電機及び風車ロータ６の回転を発電機に伝達するための動力伝達機構が収容され、風車１は、風車ロータ６から動力伝達機構により発電機に伝達された回転エネルギーが、発電機によって電気エネルギーに変換されるように構成されていてもよい。
【００２３】
風車翼２には、風車翼２の振動を検出するための振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は風車翼２の内部の音を検出するための音響センサ２１を備える。図１には、一例として、風車翼２の各々の翼根部１２に振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）が取り付けられた風車１を示す。風車翼２には、振動センサ２０又は音響センサ２１の何れか一方を取り付けてもよいし、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）と音響センサ２１の両方を取り付けてもよい。
なお、図１に示す風車１において、翼根部１２とは、風車翼２のハブ４側の端部を構成している構造部分のことである。翼根部１２は、円筒形の形状に形成されており、風車翼２からハブ４へ伝達される曲げモーメントを負担する。
【００２４】
振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）は、計測対象物の振動を検出することができるものであり、その検出結果からは、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）を取り付けた計測対象物の振動の振動数や振動レベル（振幅）等の振動データを取得することができる。振動センサ２０としては、例えば加速度計を用いることができる。
音響センサ２１は、計測地点における音を検出することができるものであり、その検出結果からは、計測地点における音の周波数や音量等の音響データを取得することができる。音響センサ２１としては、例えばマイクロフォンを用いることができる。
【００２５】
風車翼２に取り付けられた振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１により検出された振動や音響の信号は、信号ケーブル１６を経由してナセル８の中に収容されたデータ記録部１８に入力される。なお、データ記録部１８は、ハブ４の中に収容されていてもよい。
データ記録部１８に入力された振動又は音響の信号は、タワー１０内部に配線された信号ケーブル１７を経由して損傷検知部３０に入力され、損傷検知部３０において風車翼２の損傷を検出する。ここで、「損傷」とは、風車翼の折損に至る事象のことであり、例えば風車翼の外皮におけるクラックの発生及び進展や、接着材剥離の発生及び進展等、風車翼の折損の要因となる事象が発生していることをいう。
なお、損傷検知部３０は、図１に示すように、ナセル８やタワー１０の外部に配置されていてもよいし、ナセル８やタワー１０の内部に配置されていてもよい。また、損傷検知部３０は、風車に関する情報（例えば、風速や、風車ロータの回転数等の諸々の情報）を風車から離れた遠隔地で一括して収集、監視及び管理する遠隔監視システム（例えばＳＣＡＤＡ）の一部であってもよい。
なお、損傷検知部３０による風車翼の損傷の検出については、後述する。
【００２６】
次に、図２〜４を用いて、風車翼２の構成及び風車翼２における振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１の取付位置について説明する。図２は、図１に示す風車１の風車翼２の全体構造の概要を示す図である。図３及び図４は、それぞれ、図２に示す風車翼の断面図の一例であって、図３は図２のＡ−Ａ断面図の一例であり、図４は図２のＢ−Ｂ断面図の一例である。
【００２７】
図２及び図３に示すように、風車翼２は、中空状に形成された翼本体３と、翼本体３の内部において、風車翼２の翼長方向に延在する２本のシアウェブ３６とを備える。風車翼２は、風車翼２の一方の端部である翼根６２においてボルト等を用いてハブ４に取り付けられる（図１参照）。なお、風車翼２の翼根６２と反対側の端部は翼先端６４である。
図３に示すように、翼本体３は、背側２２の外表面を構成する背側外皮３２と、腹側２４の外表面を構成する腹側外皮３４とを含み、背側外皮３２と腹側外皮３４とは、風車翼２の前縁２６及び後縁２８において、接着材３８を介して貼り合わされている。また、図３及び図４に示すように、シアウェブ３６と風車翼２の内壁面５とは、風車翼２の背側２２及び腹側２４において、接着剤３９を介して貼り合わされている。なお、本明細書において、腹側外皮及び背側外皮をまとめて「外皮」又は「翼外皮」と称することもある。
【００２８】
風車翼２には、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１が取り付けられる。風圧など外部の影響を受けずに風車翼２の振動又は風車翼２の内部の音を検出するため、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１は風車翼２の内部に取り付けられる。
図３及び図４に示すように、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）は、接着剤４２を用いて風車翼２の内部に固定され、例えば風車翼２の内壁面５（すなわち翼本体３の内壁面）や、シアウェブ３６の表面に固定される。
また、図４に示すように、音響センサ２１は、風車翼２からの固体音等が音響センサ２１に伝わらないように、クッション材４４を介して風車翼２の内壁面５にテープ等を用いて固定される。例えば、風車翼２の内壁面５に、風車翼２からの固体音等を吸収するための十分な厚さを有するクッション材４４を敷き、その上に音響センサ２１を載せて、音響センサ２１をクッション材４４とともに風車翼２の内壁面５にテープで数か所貼り付けて固定する。クッション材４４は、風車翼２から伝播する固体振動や固体音を吸収するものであり、例えばスポンジ等で形成される。
【００２９】
図４に示すように、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１は、信号ケーブル１６により、データ記録部１８に含まれるデータロガー５４に接続される。そして、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１で検出した振動又は音の信号は、信号ケーブル１６を介してデータロガー５４に入力され、記録される。データロガー５４に記録された振動又は音の信号から、振動数や振動レベル等の振動データ又は周波数や音量等の音響データを取得することができ、これらの振動データや音響データは、風車翼２の損傷の検出に用いられる。データロガー５４は、信号ケーブル１７により損傷検知部３０に接続されていてもよい（図１参照）。
なお、図４に示すように、風車翼２の翼根部１２には隔壁板４６が設けられており、この隔壁板４６には開閉可能なマンホール４８が設けられている。信号ケーブル１７は、マンホール４８に設けられた開口部４９を通って振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１とデータロガー５４とを接続してもよい。
【００３０】
振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１は、増幅器５２を経由してデータロガー５４に接続されてもよい。この場合、増幅器５２により、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１で検出した振動又は音の信号が増幅され、増幅された信号がデータロガー５４に入力される。なお、図４には、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）が増幅器５２を経由してデータロガー５４に接続される例が示される。
【００３１】
一実施形態では、図３及び図４に示すように、風車翼２の内壁面５に取り付けられた振動センサ２０Ａを用いて、振動データを取得する。
この場合、風車翼２の内壁面５に取り付けられた振動センサ２０Ａを用いることで、背側外皮３２又は腹側外皮３４に発生するクラックや、背側外皮３２と腹側外皮３４との間における接着剤３８の剥離、背側外皮３２又は腹側外皮３４とシアウェブ３６との間における接着剤３９の剥離等、風車翼２に発生する損傷を検出することができる。
【００３２】
図３に示す例では、振動センサ２０Ａは、風車翼２の前縁部２７及び後縁部２９に取り付けられる。なお、風車翼２の前縁部２７又は後縁部２９とは、それぞれ、風車翼２のうち、前縁２６と後縁２８を結ぶコード方向において、前縁２６又は後縁２８から２５％程度の範囲の部分のことである。
この場合、風車翼２の前縁２６又は後縁２８における口開き（すなわち背側外皮３２と腹側外皮３４との間における接着剤３８の剥離）を検知しやすい。
【００３３】
図４に示す例では、振動センサ２０Ａは、風車翼２の背側２２及び腹側２４に取り付けられる。
この場合、風車翼２の背側２２又は腹側２４において発生する、シアウェブ３６と風車翼の内壁面５との接着剤３９の剥離や、風車翼２の背側２２又は腹側２４におけるクラックの発生および進展を検知しやすい。
なお、風車１の運転中、風車翼２は、腹側２４が正面（風上側）を向いて風を受けるようになっており、風車翼２の腹側２４に常時風による静圧が加わるため、風車翼２には背側２２と腹側２４を結ぶ方向（フラップ方向）の曲げ荷重が加わりやすい。このため、風車翼２においては、背側２２又は腹側２４においてクラックが入りやすい。図４に示す例では、このような背側２２又は腹側２４におけるクラックを検知しやすいため、風車翼２の損傷検知を効果的に行うことができる。
【００３４】
また、図３に示す例では、振動センサ２０Ｂが風車翼２のシアウェブ３６に取り付けられる。
この場合、シアウェブ３６に関わる風車翼２の損傷を検知しやすく、例えば、シアウェブ３６と風車翼２の内壁面５における接着材３９の剥離を検知しやすい。
【００３５】
音響センサ２１についても、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）と同様に、風車翼２の内壁面５やシアウェブ３６に取り付けることができる。また、音響センサ２１を風車翼２の内壁面５に取り付ける場合には、風車翼２の前縁部２７若しくは後縁部２９、又は背側２２若しくは腹側２４に取り付けてもよい。
図４に示す例では、音響センサ２１は、風車翼２の内壁面５のうち、背側２２に取り付けられる。
【００３６】
幾つかの実施形態においては、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１は、風車翼２の翼根部１２（図２参照）に取り付けてもよい。この際、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１は、風車翼２の翼根部１２において、前縁部２７若しくは後縁部、又は背側２２若しくは腹側２４に取り付けてもよい。
翼根部１２において発生したクラック等が進展してしまうと、風車翼２の折損等重大事故につながる可能性がある。振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１を翼根部１２に取り付ける上記実施形態では、風車翼２の折損等につながる翼根部１２の損傷を効果的に検知することができる。
【００３７】
幾つかの実施形態においては、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１は、風車翼２の翼先端部１４（図２参照）に取り付けてもよい。この際、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１は、風車翼２の翼先端部１４において、前縁部２７若しくは後縁部２９、又は背側２２若しくは腹側２４に取り付けてもよい。なお、風車翼２の翼先端部１４とは、風車翼２のうち、翼根６２と翼先端６４を結ぶ翼長方向において、翼先端６４から２５％程度の範囲の部分のことである。
風車１において、風車翼２の翼先端部１４とは反対の翼根部１２の側（ロータヘッド側）には、風車翼２が取り付けられるハブ４や、ハブ４に接続される機器が存在し、風車１の運転中、これらのハブ４や機器の動作による振動や音が発生している。このため、風車翼２のロータヘッド側に振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）や音響センサ２１を設けると、損傷に起因しない振動や音によるノイズがセンサに拾われやすくなる。上記実施形態では、風車翼２の損傷検知において、風車翼２の翼先端部１４に取り付けられた振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）または音響センサ２１を用いて取得した振動データ又は音響データを用いるので、損傷に起因する振動又は音以外の振動や音によるノイズの影響が低減された状態で風車翼２の損傷を検知することができる。
また、上記実施形態では、風車翼２の損傷検知において、風車翼２の前縁部２７又は後縁部２９に取り付けられた振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）または音響センサ２１を用いて取得した振動データ又は音響データを用いるので、翼先端部１４において発生する背側外皮３２と腹側外皮３４の接着剤剥離による口開きを検知しやすい。
【００３８】
振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１の取付位置は、以上に説明した位置に限定されず、風車翼２において、振動又は音によって検出する対象の損傷（クラック、接着剤剥離等）が発生しやすい位置に取り付けてもよい。例えば、シアウェブ３６の端部の接着部に剥離が発生しやすい。また、翼先端部１４付近の前縁には落雷やエロ―ジョンによる口開きが発生しやすく、翼先端部１４付近の後縁には、落雷による口開きが発生しやすい。また、翼外皮全般に落雷や、過大荷重によるクラックが発生する可能性がある。このような検出対象の損傷が発生しやすい位置に振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１を取り付けてもよい。
【００３９】
なお、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１については、図３や図４に示すセンサの全てを取り付けなくてもよく、風車翼２の振動や音を検出する必要がある位置にのみ振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１を取り付けてもよい。
また、風車翼２には、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）又は音響センサ２１の何れか一方を取り付けてもよいし、振動センサ２０（２０Ａ，２０Ｂ）と音響センサ２１の両方を取り付けてもよい。
【００４０】
次に、一実施形態に係る風車翼の損傷検知方法について説明する。
図５〜図７は、それぞれ、一実施形態に係るデータ取得ステップで取得される振動データを示すグラフの一例である。
【００４１】
一実施形態に係る風車翼の損傷検知方法は、上述した風車１の風車翼２を損傷検知の対象とし、風車翼２の振動を示す振動データを取得するデータ取得ステップと、データ取得ステップで取得した振動データの経時変化に基づいて、風車翼２の損傷を検出する検出ステップと、を備える。検出ステップでは、データ取得ステップで取得した振動データのうち、風速が風速規定範囲内であるときに取得した振動データのみを用いて風車翼２の損傷を検出する。
【００４２】
まず、データ取得ステップについて説明する。
データ取得ステップでは、例えば翼根部１２に上述の振動センサ２０を取り付けた風車翼２において、振動センサ２０により得られる風車翼２の振動信号から振動データを取得する。
振動センサ２０により取得できる風車翼２の振動データの例として、例えば、振動レベル（振動強度）や、ピーク振動数（固有振動数）が挙げられる。ピーク振動数は、図５に示すような、一定時間計測された振動レベルに対して振動数解析を行って、振動レベルを振動数成分に変換することで得られる。なお、図５において、ピークの振動数ｆＰは風車翼２の固有振動数である。
また、振動を計測する時刻における風速も同時に計測して、図６及び図７に示すような、風速と、風車翼２の振動レベル又はピーク振動数との関係を振動データとして取得することもできる。
なお、図６のグラフは、一定時間計測した振動レベルの平均値又は、一定時間計測した振動のピーク振動数の振動レベルを示すものである。
また、図７のグラフは、一定時間計測した振動のピーク振動数を示すものである。
【００４３】
次に、検出ステップについて説明する。
【００４４】
幾つかの実施形態において、検出ステップでは、風車翼２の振動レベルの大きさが予め定めた閾値を超えた場合に、風車翼２の損傷があると判定する。なお、閾値は、風車翼２が健全な状態で測定された振動レベルから、安全を考慮して決定される。
この際、風車翼に加わる荷重は風速に依存するから、データ取得ステップで取得する振動レベルの大きさ（振動データ）は、振動センサでの振動信号取得時の風速に応じて値がばらつく。
例えば、損傷の要因となるクラックや接着剤剥離が発生した場合、振動レベルは、時間が経過するにつれて増大する傾向となる。このとき、風速が大きい場合には、振動センサ２０で検出される振動信号のばらつきが大きくなり、図６に示されるように、振動信号から取得される振動レベルの大きさ（振動データ）もばらつきが大きくなる。
そこで、取得した振動データのうち、風速が風速規定範囲内（例えば風速１０〜１３ｍ／ｓ）であるときの振動データのみを用いて、該風速規定範囲内で計測された振動レベルの大きさが、所定の範囲（図６中に示すＴｈ１〜Ｔｈ２）外である計測値が検出されたときに、風車翼２において損傷が生じていると判定する。
ここで、閾値範囲外の振動データが、１回だけでなく時間の経過に従って複数回検出されたときに風車翼２において損傷が生じていると判断してもよい。この場合、より精度良く風車翼２の損傷検知を行うことが可能となる。
【００４５】
幾つかの実施形態において、検出ステップでは、風車翼２の振動レベルの大きさの時間に関する変化率が予め定めた閾値を超えた場合に、風車翼２において損傷あると判定する。振動レベルの大きさは、風車翼２の損傷の進行とともに増大すると考えられる。このため、風車翼の振動レベルの大きさの変化率によって風車翼２の損傷の検知が可能であると考えられる。なお、閾値は、風車翼２が健全な状態で測定された振動レベルから、安全を考慮して決定される。
この際、風車翼に加わる荷重は風速に依存するから、データ取得ステップで取得する振動レベルの大きさの変化率（振動データ）は、振動センサでの振動信号取得時の風速に応じて値がばらつく。
そこで、取得した振動データのうち、風速が風速規定範囲内（例えば風速１０〜１３ｍ／ｓ）であるときの振動データのみを用いて、該風速規定範囲内で計測された振動レベルの大きさの変化率が、閾値を超える計測点が発生したときに、風車翼２において損傷が生じていると判定する。
ここで、閾値範囲外の振動データが、１回だけでなく時間の経過に従って複数回検出されたときに風車翼２において損傷が生じていると判断してもよい。このようにすることで、より精度良く風車翼２の損傷検知を行うことが可能となる。
【００４６】
幾つかの実施形態において、検出ステップでは、風車翼２のピーク振動数が、予め定めた閾値範囲を超えた場合に、風車翼２の損傷があると判定する。風車翼２に折損等の要因となるクラックや接着剤剥離等の損傷が発生すると風車翼２のピーク振動数（固有振動数）が変化する。したがって、風車翼２のピーク振動数の変化に基づいて損傷を検知することができる。なお、閾値は、風車翼２が健全な状態で測定されたピーク振動数から、安全を考慮して決定される。
この際、風車翼に加わる荷重は風速に依存するから、データ取得ステップで取得するピーク振動数（振動データ）は、振動センサでの振動信号取得時の風速に応じて値がばらつく場合がある。
そこで、取得した振動データのうち、風速が風速規定範囲内（例えば風速１０〜１３ｍ／ｓ）であるときの振動データのみを用いて、該風速規定範囲内で計測された振動数が、閾値範囲（図７中に示すＴｈ３〜Ｔｈ４）外である計測値が出現したときに、風車翼２において損傷が生じていると判定する。
ここで、閾値範囲外の振動データが、１回だけでなく時間の経過に従って複数回検出されたときに風車翼２において損傷が生じていると判断してもよい。この場合、より精度良く風車翼２の損傷検知を行うことが可能となる。
なお、風車翼２のピーク振動数（固有振動数）は、上述したように、振動センサ２０により得られる風車翼２の振動信号から得ることができ、図５に示すような、一定時間計測された振動レベルに対して振動数解析を行って、振動レベルを振動数成分に変換することで得られる。そして、検出ステップでは、このようにして得られたピーク振動数の経時変化を監視する。
【００４７】
以上、検出ステップにおいて、風車翼２の振動レベルの大きさ、振動レベルの大きさの変化率、又はピーク振動数のうちいずれかの経時変化に基づいて風車翼２の損傷を検出する手順の例について述べたが、一実施形態においては、検出ステップにおいて、風車翼２の振動レベルの大きさ、振動レベルの大きさの変化率、及びピーク振動数のうち、２つ以上の経時変化に基づいて風車翼２の損傷を検出してもよい。例えば、風車翼２の振動レベルの大きさの経時変化及び風車翼２のピーク振動数の経時変化に基づいて、風車翼２の損傷を検出してもよい。このように、損傷検知のための複数の指標を組み合わせて用いることによって、より精度よく検知することができる。
【００４８】
一実施形態では、検出ステップにおいて、さらに、風車翼２のピーク振動数の経時変化により故障モードを判別する。
まず、風車翼２の折損の要因となる故障（損傷）が発生したときのピーク振動数（固有振動数）の変化の傾向と、故障モードとの関係を予め把握しておく。ここで、故障モードとは、故障の種類（クラックや接着剤剥離等）や、故障の大きさや位置のことをいい、故障モード毎に対応する固有振動数が存在する。
そして、振動センサ２０により取得されたピーク振動数（振動データ）が、予め把握された故障モードにおける固有振動数と同程度となったときに、風車翼２において、その故障モードが発生していると判別する。例えば、取得されたピーク振動数（振動データ）と予め把握された故障モードにおける固有振動数とのずれが１割程度以下となったとき（すなわち、取得されたピーク振動数（振動データ）をｆ１、予め把握された故障モードにおける固有振動数をｆ０としたとき、｜ｆ１−ｆ０｜／ｆ０≦０．１程度となったとき）、風車翼２において、その故障モードが発生していると判別してもよい。
このように、振動データに基づいて、風車翼の損傷を検知するとともに、故障モードを判別することで、より詳細な損傷検知が可能となる。
また、上述の故障モードの判別においても、データ取得ステップで取得した振動データのうち、風速が風速規定範囲内（例えば風速１０〜１３ｍ／ｓ）であるときに取得した振動データのみを用いることで、より精度の良い風車翼２の損傷検知が可能となる。
【００４９】
以上、データ取得ステップで振動センサ２０を用いて振動データ（振動レベルや振動数）を取得し、検出ステップで振動データの経時変化に基づいて風車翼２の損傷の可能性を検出する手順を説明した。このように振動データを用いて風車翼２の損傷の可能性を検出する場合と同様に、データ取得ステップでは音響センサ２１を用いて音響データ（音量や周波数）を取得し、検出ステップでは音響データの経時変化に基づいて風車翼２の損傷を検出することが可能である。
【００５０】
一実施形態に係る風車翼の損傷検知方法は、上述した複数の風車翼２を備える風車１の風車翼２を損傷検知の対象とし、風車翼２の各々についての振動を示す振動データを取得するデータ取得ステップと、差分算出ステップと、検出ステップと、を備える。
なお、以下には振動データを用いて風車翼の損傷を検知する場合について説明するが、同様に、音響データを用いて損傷を検知することも可能である。
【００５１】
データ取得ステップでは、上述したデータ取得ステップと同様に、例えば翼根部１２に振動センサ２０を取り付けた風車翼２において、振動センサ２０により得られる風車翼２の振動信号から、振動数及び振動レベルを含む振動データを取得する。
【００５２】
差分算出ステップでは、複数の風車翼２のうち１枚の検出対象風車翼の振動データと、他の風車翼２のうち１枚以上の比較対象風車翼の振動データを反映した基準値との差分を算出する。
上記風車翼２の振動データとしては、例えば、風車翼２の振動レベルの大きさを用いることができる。この場合、上記基準値としては、例えば、他の風車翼２のうち１枚の比較対象風車翼の振動レベルの大きさを用いることができる。また、上記基準値として、他の風車翼２のうち２枚以上の比較対象風車翼の振動レベルの大きさの平均値や、他の風車翼２のうち２枚以上の比較対象風車翼と、前記一枚の検出対象風車翼の振動レベルの大きさの平均値を用いることもできる。
【００５３】
検出ステップでは、差分算出ステップで算出される差分の経時変化に基づいて、検出対象風車翼の損傷を検出する。
このように、複数の風車翼２のうち１枚の検出対象風車翼の振動データと、他の風車翼のうち１枚以上の比較対象風車翼の振動データを反映した基準値との差分を風車翼２の損傷の検知に用いることで、風速の変化等の運転状態による損傷検知に対する影響を排除することができる。このため、風車翼２の損傷による異常をより的確に検知することが可能となる。
【００５４】
一実施形態に係る風車１においては、損傷検知部３０によって風車翼の損傷を検知してもよい。
前記損傷検知部３０は、振動センサ２０又は音響センサ２１の検出結果から取得される風車翼２の振動データ又は音響データのうち、風速が風速規定範囲内であるときに取得した振動データ又は音響データの経時変化に基づいて、風車翼２の損傷を検出するように構成される。
【００５５】
&shy;  上記振動データは、風車翼２の振動レベル又は振動数であってもよい。また、上記音響データは、風車翼２の内部で計測された音の音量又は周波数であってもよい。
【００５６】
損傷検知部３０には、予め定められた風速規定範囲及び予め定められた振動データ又は音響データの閾値が記憶される。損傷検知部３０は、風速の実測値が、記憶された風速規定範囲にあるときに、振動センサ２０又は音響センサ２１の検出結果から取得される風車翼２の振動データ又は音響データと、記憶された閾値とを比較して、振動データ又は音響データが前記閾値を超えた場合に、該当の検出対象風車翼の損傷を検出するように構成されていてもよい。
なお、風速は、風車１に風速計を設け、風速計により測定したデータを損傷検知部３０に入力するようにしてもよい。
【００５７】
上記のように構成された損傷検知部を備える風車１によれば、風速が風速規定範囲内であるときに取得した振動データのみを用いて風車翼２の損傷を検出するので、風速に対する振動データのばらつきの影響を低減することができ、風車翼２の損傷検知を的確に行うことができる。
【符号の説明】
【００５８】
１            風車
２            風車翼
３            翼本体
４            ハブ
５            内壁面
６            風車ロータ
８            ナセル
１０            タワー
１２            翼根部
１４            翼先端部
１６            信号ケーブル
１８            データ記録部
２０            振動センサ
２１            音響センサ
２２            背側
２４            腹側
２６            前縁
２７            前縁部
２８            後縁
２９            後縁部
３０            損傷検知部
３２            背側外皮
３４            腹側外皮
３６            シアウェブ
３８            接着剤
３９            接着剤
４２            接着剤
４４            クッション材
４６            隔壁板
４８            マンホール
４９            開口部
５２            増幅器
５４            データロガー
６２            翼根
６４            翼先端
【図１】
2015161247.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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