(57)【要約】ドライブトレイン、ギアボックス、発電機を含む回転機械の残存耐用年数を測定する風力・水力タービンやその構成部品の残存耐用年数の予測方法はステップ116風力・水力タービンやその構成部品の累積損傷と比較はステップ118プリセット損傷限界はステップ114で得られる。これは残存耐用年数を概算するのに単純なアプローチを供給し、タービンオペレーターに管理下にあるタービンや発電所の状態を表示する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
1つかそれ以上の回転機械やその構成部品の損傷の測定方法は次のステップを備える：1つかそれ以上の動作条件に関するデータの提供；1つかそれ以上の動作条件に関する損傷係数の提供；そして損傷を1つかそれ以上の動作条件とつかそれ以上の係数の関数として計算する。
【請求項２】
請求項1に記載されている方法で、ドライブトレイン、発電機、ギアボックス、風力・水力タービンを含む回転機械。
【請求項３】
請求項1と請求項2に記載されている方法で、損傷は累積損傷であり、追加のステップを備える：全ての動作条件下でのそのぞれの動作条件のある期間における損傷の合計を計算する。
【請求項４】
請求項1からの3のいずれかに記載されている方法で、1つかそれ以上の損傷係数を提供するステップは以下を備える：
定格動作条件下での損傷と1つかそれ以上の同期間の動作条件下のでの損傷の測定；と1つかそれ以上の損傷係数を定格動作条件下での損傷と1つかそれ以上の同期間の動作条件下の損傷との関数として計算する。
【請求項５】
請求項4に記載される方法で、以下から選択したモデルを使用し損傷を測定することを含む；
ベアリング滑りモデル；
動的モデル；
ライフモデル；
ギアボックス、ドライブトレインや発電機のノミナルモデル；
特定のギアボックス、ドライブトレインや発電機の1つかそれ以上の製造時のばらつきに関する情報を含むギアボックス、ドライブトレインや発電機の独自モデル；
ギアボックス、ドライブトレインや発電機に対し6自由度のノードを備える完全に結合された有限モデル；と1つかそれ以上の構成部品に固有の1つかそれ以上のメタモデル。
【請求項６】
請求項4か5に記載された方法で、1つかそれ以上の損傷係数が定格動作条件下での損傷と1つかそれ以上の同期間の動作条件下での損傷との比の関数で表される。
【請求項７】
請求項1から6のいずれかに記載された方法で、データの提供ステップが1つかそれ以上の定常状態運転下のデータに関連して成る。
【請求項８】
請求項1から6のいずれかに記載された方法で、データの提供ステップが1つかそれ以上の過渡状態動作条件のデータに関連して成る。
【請求項９】
請求項1から8のいずれかに記載された方法で、データの提供ステップが過去データーの提供を備える。
【請求項１０】
請求項1から9のいずれかに記載された方法で、データの提供ステップが1つかそれ以上の動作条件下での1つかそれ以上のセンサーからのデータ収集を備える。
【請求項１１】
請求項1から10のいずれかに記載された方法で、データの提供ステップが条件モニタリングシステムのデータ提供を備える。
【請求項１２】
請求項1から11のいずれかに記載された方法で、データの提供ステップが1つかそれ以上の動作条件下での1つかそれ以上のセンサーからのデータ収集を備える。
【請求項１３】
請求項1から11のいずれかに記載された方法で、1つかそれ以上の損傷係数の提供が、1つかそれ以上の過渡状態動作条件下に関連する1つかそれ以上の損傷係数の提供により成る。
【請求項１４】
回転機械やその構成部品の残存耐用年数を予測する方法は以下のことを含む：
回転機械やその構成部品の損傷限界値か対応する寿命；請求項1から13のいずれかに記載される方法により、回転機械とその構成部品の損傷を測定する。残存耐用年数を損傷限界と対応する寿命、損傷から測定する。
【請求項１５】
請求項14に記載された方法、対応する寿命とは損傷の量が損傷限界値と等しくなる動作の長さである。
【請求項１６】
1つかそれ以上タービンのある風力・水力発電所のメンテナンス方法、方法は次のステップを備える：
フォレンジック調査のための損傷限界を設定する；
請求項2から13のいずれかの方法により、タービンやその構成部品の損傷を測定する；累積損傷が最も多いタービンを見分ける。；損傷がプリセット損傷限界よりも大きい時、実際のタービンの損傷を調べる；そして実際の損傷があるタービンとそのメンテナンス計画を立てる。
【請求項１７】
風力・水力タービンの不良構成部品のリファビッシュの評価は次のステップを備える：請求項14に記載された方法により構成部品の残存耐用年数を予測する；残存耐用年数がリファビッシュリミットよりも大きい時は、構成部品の実際の損傷を調べる；修理可能な構成部品をリファビッシュする。
【請求項１８】
請求項16と17に記載された方法、実際の損傷を調べる方法を次のグループから選択する：内視鏡を使用する、振動解析を行うあるいは潤滑解析を行う。
【請求項１９】
メンテナンスの必要な風力タービンとその構成部品を調べる方法、方法は次のステップを備える：
回転機械やその構成部品の損傷を請求項2から13の方法で測定する；
風力タービンとその構成部品の動作データを分析する；動作データと損傷値に関する閾値を比較する。
【請求項２０】
請求項19に記載された方法、追加で次のステップを含む、動作データの1つかそれ以上の損傷値に対応した閾値の設定。
【請求項２１】
請求項20に記載された方法では、動作データが振動データである。
【請求項２２】
請求項19から20のいずれかに記載された方法、メンテナンスの必要な風力タービンやその構成部品を調べる方法は、動作データが閾値よりも大きい風力タービンやその構成部品を調べることを含む
【請求項２３】
風力・水力タービンやその構成部品の損傷重み係数を計算する方法、そのから成る方法は次のステップを備える：
定格動作条件下および複数のフィールド動作条件下での風力・水力タービンやその構成部品の損傷を評価する;定格動作条件下での期待寿命から重み係数と複数のフィールド動作条件下での期待寿命を計算する；損傷の評価をするステップは風力・水力タービンとその構成部品の情報を供給することを含む。
【請求項２４】
請求項23に記載された方法、情報を供給するステップは次のグループから選ばれた1つかそれ以上のモデルを供給することを含む：
ギアボックス、ドライブトレインや発電機のノミナルモデル；
特定のギアボックス、ドライブトレインや発電機の1つかそれ以上の製造時のばらつきに関する情報を含むギアボックス、ドライブトレインや発電機の独自モデル；
ギアボックス、ドライブトレインや発電機に対し6自由度のノードから成る完全に結合された有限モデル；と1つかそれ以上の構成部品に固有の1つかそれ以上のメタモデル。
【請求項２５】
請求項23と請求項24に記載される方法、損傷係数や重み係数が定格動作条件下での期待寿命とフィールド動作条件下での期待寿命の関数で表される。
【請求項２６】
請求項25に記載される方法、損傷係数や重み係数が定格動作条件下での期待寿命とフィールド動作条件下での期待寿命の比の関数で表される。
【請求項２７】
請求項26に記載される方法、損傷係数や重み係数が定格動作条件下での期待寿命とフィールド動作条件下での損傷の比で表される。
【請求項２８】
コンピューターで読み取り可能な製品は請求項１から27に記載された方法を実行するためにデザインされたコード手段を備える。
【請求項２９】
コンピュータシステムは請求項１から27に記載された方法を実行するためにデザインされた手段を備える。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、ドライブトレイン、ギアボックス、発電機などの回転機械の損傷と残存耐用年数を測定する方法に関わるものである。特に、風力と水力タービン及びその構成部品の残存耐用年数の測定と、タービン設備を操作及び管理するためにこれらのデータを使用する方法に関するものである。
【０００２】
この方式では機械の累積された損傷を測定し、プリセット限界値と比較する。ここで言う損傷とは、ドライブトレイン、ギアボックス、発電機などの機械あるいは電気構成部品の劣化状態の尺度である。構成部品が100％の損傷度となるとその構成部品は故障し使用できなくなる。例えば、ベアリング軌道での大規模なスポーリングや、ギアトゥースの割れやショート・ワインディングが見つかれば、損傷構成部品の交換が必要になる。累積された損傷が計算されれば、プリセット限界値と比較して残存耐用年数を推定できる。
【０００３】
風力タービンギアボックスの設計寿命は一般に20年以上であるが、風力タービンギアボックスが４、５年の内に故障することは珍しくない。これは、損害の進行の計算手順が、想定動作プロファイルに基づいているのに対し、動作時には、実際のプロファイルが非常に異なる可能性があるからである。
風力または水力タービンもしくはその構成要素の動作に関連する動作パラメータを関しし、これらのパラメータが動作ウィンドウの外部に移動する時期を決定することは、何らかのメンテナンスまたは調査が必要であることを示す可能性がある。監視される動作パラメータには、潤滑温度、潤滑デブリ、振動、及びパワー出力を含むことができる。
振動は、一般的に状態監視システムによって測定される。一般的に言えば、通常と比較して大きな振動は損傷を示すと考えられる。
振動解析は、一般に、規定のしきい値を超えるセンサーによって提供される測定に依存しており、しきい値の設定が低すぎると誤警報を受けやすい。しきい値レベルは、必ずしも一定ではなく、周波数(ひいては速度)で変化し得る。衝撃や外来振動の存在は、しきい値レベルが誤警報のリスクを最小限にするに十分高く設定されていなければならないことを意味する。さらに、しきい値は、耐用年数中を通じて発生する可能性があるセンサー性能の「クリープ」に起因する悪影響を避けるため、十分高くなければならない。また、故障や損傷に関連した振動と、故障や損傷の指標とされない振動との区別はありません。
ロータのアンバランスなど、動作時に発達する欠点は、その設計寿命が低下するなど予想された結果を超えてベアリングの負荷を作り出す可能性もある。アンバランスなどのような初期不良は、振動痕跡の分析から検出する事ができる。これによって不均衡の大きさが与えられ、不均衡に起因する加振力は、不均衡の大きさと速度の２乗の関数である。従って故障に起因する加振力は、フィールド運転条件から計算し、個々の構成部品負荷の計算に使用することができる。想定オペレーティングプロファイルからの偏差は、タービンシャフトでの負荷を決定するための包括的な風力シミュレーションモデルを使用して対処することができる。これにより、フィールド運転条件に基づいた個々の構成部品の負荷が算出できる。これらを組み合わせることにより、各構成部品の合計不可がわかる。それを各構成部品とギアボックスの残りの損傷を推定するのに使うことが出来る。
しかし、風力シミュレーションモデルの欠点は、タービンシャフトの負荷が確実または正確に判定できない可能性があるということである。
【０００４】
最初の側面によると、本発明は１つあるいは複数の回転機械やその構成部品の損傷の推定のための方法を提供し以下の工程を含む：１つあるいは複数の動作条件に関するデータの提供；１つか複数の動作条件に関する損傷係数の提供；損傷を１つあるいは複数の動作条件と損傷係数の関数として計算する。
【０００５】
好適には、回転機械はドライブトレイン、発電機、ギアボックス、風力・水力タービンを含む。
【０００６】
好適には、損傷は全ての動作条件における損傷の合計を計算しその合計を求める。
【０００７】
好適には、１つあるいは複数の損傷係数は以下のように求める：定格動作条件下と１つか複数の同じ長さの動作条件下での損傷を測定する；１つか複数の損傷係数を定格動作条件下と１つかそれ以上の動作条件下での損傷の関数として計算する
【０００８】
好適にはデータを提供するステップは1つかそれ以上の定常状態条件によるデータを提供することを含む。好適には、データを提供するステップは1つかそれ以上の過渡状態動作条件によるデータを提供することを含む。好適には、データを提供するステップは過去データを提供することを含む。好適には、データを提供するステップは1つかそれ以上の動作条件をモニターする1つかそれ以上のセンサーからのデータ収集を含む。好適には、データを提供するステップは動作条件をモニターするデータを含む。
【０００９】
好適には、1つかそれ以上の損傷係数を提供するステップは1つかそれ以上の定常状態条件での損傷係数を提供することを含む。好適には、1つかそれ以上の損傷係数を提供するステップは1つかそれ以上の過渡状態動作条件下での損傷係数を提供することを含む。
【００１０】
また、回転機械の残存耐用年数の予測方法も開示される。その方法は、：回転機械やその構成部品の損傷限界と対応する年数を取得することを含む；上で開示された方法で回転機械やその構成部品の損傷を測定し；残存耐用年数をその損傷限界、対応する年数、損傷から測定する。
【００１１】
好適には、実際の損傷を調べるステップは次の中から選択される：内視鏡の使用、振動分析、準買う解析。
【００１２】
また、風力タービンやその構成部品のメンテナンスの方法も開示される。その方法は以下を含む：上記の方法に従い回転機械かその構成部品の損傷を測定する。風力タービンとその構成部品の動作データを分析し、損傷値に関する閾値と比較する。
【００１３】
好適には、動作データは振動データである。
【００１４】
好適には、メンテナンスの必要な風力タービン、あるいはその構成部品を特定するには、動作データが閾値よりも大きい風力タービンかその構成部品を特定すること。
【００１５】
また、風力、水力タービンやその構成部品の損傷の重み係数の計算方法も開示される。その方法は次のステップを含む：風力タービンや水力タービンやその構成部品の定格動作条件下と複数のフィールド動作条件下での損傷を評価する；重み係数を定格条件下から、複数のフィールド動作条件下から期待耐用年数を計算する；損傷の評価のステップは風力、水力タービンやその構成部品の情報を提供することを含む。
【００１６】
好適には、情報の提供は1つかそれ以上の以下のグループから選択されたモデルを提供することを含む。：ギアボックス、ドライブトレインや発電機のノミナルモデル；特定のギアボックス、ドライブトレインや発電機の1つかそれ以上の構成部品の1つかそれ以上の製造時のばらつきに関する独自モデル；ギアボックス、ドライブトレインや発電機の固有で6自由度のノードを含む完全結合の有限要素モデル；さらに、1つかそれ以上の構成部品に対し特有の1つかそれ以上のメタモデル。
【００１７】
好適には、損傷係数もしくは重み係数は定格動作条件下あるいは、フィールド動作条件下での期待耐用年数の関数である。好適には、損傷係数もしくは重み係数は定格動作条件下での期待耐用年数とフィールド動作条件下での期待耐用年数の比率の関数である。好適には、損傷係数もしくは重み係数は定格動作条件下での期待耐用年数と、フィールド動作条件下での損傷の比率の関数である。
【００１８】
また、前述のいずれかに記載の方法のステップを実施するために設計されたコンピュータ可読製品も開示される。
【００１９】
また、前述のいずれかに記載の方法のステップを実施するために設計されたコンピューターシステムも開示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明を添付図を参照しながら一例として説明する：
図1は、風力または水力タービン、あるいはその構成部品の累積損傷と残存耐用年数を予測するフローチャートを示す；
図2は、風力または水力タービン、あるいはその構成部品の損傷係数を予測するフローチャートを示す；
図3は、風力または水力タービン、あるいはその構成部品の損傷をモデル形式を用いて計算する方法のステップを示す；
図4、5、6は、メタモデルの構築段階を示す；
図7は、風力または水力タービン、あるいはその構成部品のメンテナンス・スケジュールを累積損傷に基づいて立てるフローチャートを示す；
図8は、累積損傷に基づいたギアボックスのリファビッシュのフローチャートを示す；
図9は、風力発電所で動くタービンの累積損傷モデルを振動データと合わせて表示したグラフを示す；
図10は、本発明の種々の実施例における装置の概略図を示す；
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ギアボックス、ドライブトレイン、発電機、風力・水力タービンなどの回転機械やそれぞれの構成部品の損傷を計算するためのアプローチが、図1に示される。損小限界値の設定と、残存耐用年数の測定方法も示される。
【００２２】
最初のステップ100では、タービン不可データ（シミュレートあるいは測定されたもの）が集められる。種々のベアリングの温度やオイルの状態等の動作条件が感知され記録される。
動作条件データはある範囲を表すデータを選ぶか、SCADAやその他モニタリング機関から記録された履歴データを取り寄せることもできる。
このデータはステップ102で損傷測定モデルあるいは、メタモデルとして定常状態での動作に関する損小係数108を測定するのに使用できる。
非定常状態での動作に対応する損小係数106は風力タービンとその構成部品の動的モデルやベアリング滑りモデル、潤滑システムモデル等を使いステップ104で測定できる。
ステップ110では、現在または過去のデータが提供されていて、損傷は動作条件及び、対応する損傷係数の関数であり、このデータとステップ106と108で測定される損傷係数から導き出される。
【００２３】
累積損傷（AD）は、簡単に言えば種々の条件下で動作した風力・水力タービンやその構成部品に累積された損傷を表す。ADは動作条件に関連した損傷係数/重み係数に同期間の定格動作条件から計算した損傷を掛けたものに等しい。どのような動作下で生じた損傷も定格条件下で予測される損傷と等しい。ある期間における構成部品のADは定格条件下で計算される損傷と等しく、これらの損傷に関する係数は1.0である。もし、動作中に定格条件下でよりも大きな損傷が生じた場合は、この動作中の累積損傷はそれに応じて増加する。
AD=ｆ（動作条件、損傷係数）
【００２４】
ステップ112と114では、損傷限界、回転機械やその構成部品がそれ以上の使用不可である損傷レベル、を損傷モデルとフィールドデータ（故障履歴など）から測定する。損傷限界は概して寿命がある：損傷限界とは回転機械やその構成部品の寿命が尽きると予測される損傷レベルである。
【００２５】
ステップ116では実際の動作条件下での累積損傷を計算する。
【００２６】
最後に、累積損傷、損傷限界とプリセットダメージを生じた動作の期間を使用し残存耐用年数をケインする。
【００２７】
本発明では、損傷係数はフィールド動作下での風力・水力タービンやその構成部品の損傷と、同期間の定格動作条件下での風力・水力タービンとその構成部品の損傷を評価することで得られる。
【００２８】
風力・水力タービンやその構成部品は様々な部品から成る、例えば、タービン、タービンシャフト、ギアボックス・ドライブトレインと発電機の他に、ギア、ドライブシャフトなどの補助部品も含まれる。
【００２９】
損傷係数は定格動作条件下での損傷と同期間のフィールド動作条件下での損傷の関数である。
定格条件下での損傷とフィールド動作条件下での損傷の比率の関数で表すこともできる。
【００３０】
図2は風力・水力タービンとその構成部品の損傷係数の測定のフローチャートである。
負荷データ204、206、例えば風力・水力タービンとその構成部品に働く力やモーメントが提供される。
負荷データ204は、例えば風力・水力タービンとその構成部品が想定して設計された、定格動作条件下での動作(CR)に関するものである。負荷データ204は設計データ208から得られます。
負荷データ206はフィールド動作条件下での負荷に関するものである(CO)。
フィールド動作条件では過去のセンサーデータか、CMSから得られるか、派生したデータが使用可能である。
フィールド動作条件では風力・水力タービンやその構成部品が動作している、実際の動作条件のリアルタイムのセンサーデータ212を使用できる。これは、損傷係数が実際の時間内で計算できるということである。これらの係数は保存され、同種のフィールド条件下で再び使用可能であり、必要とされる計算能力を軽減する効果がある。
【００３１】
フィールド動作条件は風力・水力タービンやその構成部品が動作する能性と予想される動作条件のライブラリ214でありうる。代替的または追加的に、予想される動作条件は過去のデータ210かリアルタイムデータ212から成る。これは、損傷係数が動作前に計算できるということであり、動作中に必要とされる計算能力の軽減に繋がる。
【００３２】
設計データ208、過去データ210、リアルタイムデータ212とライブラリーデータ214はコンティニュアス・データあるいは、データをビンに階層化し計算を単純にすることもできる。
【００３３】
動作条件は定常状態動作条件または過渡状態動作条件でも良い。
【００３４】
定格動作条件またはフィールド動作条件下での損傷202は風力・水力タービンまたはその構成部品の情報から測定される。情報は検査か、風力・水力タービンやその構成部品のモデル218を使用して提供される。
【００３５】
損傷係数220は、定格動作条件下での損傷と同期間のフィールド動作条件下での損傷の関数である。定格動作条件下での損傷と同期間のフィールド動作条件下での損傷の比率の関数でもある。定格動作条件下での損傷と同期間のフィールド動作条件下での損傷の比率でもある。
【００３６】
設計データ208、過去データ210、リアルタイムデータ212やライブラリーデータ214が測定あるいは指定された付加情報を持たない時、データ204、206は他の測定あるいは指定されたデータのパラメーターから導き出すことが出来る。導出は利用可能なデータの単純な操作、あるいは風力・水力タービンやその構成部品（示されていない）のモデル218を使用することで可能である。
【００３７】
種々のモデルが利用可能である。例えば、生産ラインを残す1つかそれ以上の風力・水力タービンの構成部品に対し独自のモデルを生成しても構わない。それぞれの独自モデルはラインテストの最後と同じ、寸法とクリアランスを使用し、対応する構成部品の動作寿命を通して関連し続ける。この独自モデルは負荷を計算するのに使われる。例えば、任意のあるいは特定の構成部品の一部で動作条件に応じて作用する力やモーメントである。これは、それぞれの構成部品が定格動作条件下や、フィールド動作条件下で生じた損傷の計算を可能にする。
【００３８】
図3は風力・水力タービンとその構成部品の損傷をモデル形式のアプローチを使用する計算方法のステップである。構成部品は、示されているように例えばギアボックス等である。
【００３９】
まず最初のステップ36では、ギアボックスの情報が提供される。これは6自由度で完全に結合されたモデルを含むことができる。モデルはまた、ギアボックスに対し独自でも構わない。情報は1つのそれ以上の製造時のギアボックスの構成部品の寸法とクリアランスのばらつきを含む。
2つ目のステップ38では、負荷、フィールド動作条件下でギアボックスに働く力やモーメントを動作中モニターしたり、過去のデータから提供することができる（例  SCADA）。あるいは、負荷は予想されるフィールド動作条件から計算することもできう。同様に定格動作条件から計算することもできる。負荷がギアボックス上でかかっている間は、これらの測定は通常のサンプリング周波数、例えば50Hzで行われる。本発明の種々の実施例において、ステップ38は1つかそれ以上の負荷について時間を掛けてモニタリングを含むことができる。1つかそれ以上の負荷のモニタリングはギアボックスの所定の位置に配置された1つかそれ以上のモニタリングセンサーを含むことができる。
【００４０】
3つ目のステップ40では、それぞれのサンプルデータの１つかそれ以上の負荷で生じた損傷がどのように測定されていても、計算される。そのためには、前述の完全に結合されたシステムモデルを使用し、システムのたわみや、構成部品の負荷を計算する。ギアトゥースの接触は歯の曲げ剛性とギアメッシュ接触剛性を加味した有限要素を使いモデル化される。これらの剛性は計算されるか、経験的データとそれを加味した静的たわみ解析の完全モデルによって考慮される。歯面負荷分布、それぞれのギアメッシュについて歯の接触応力や曲げ応力。これらの値は、経験的データまたは動作時の接触応力を計算するために使用される経験的方法と比較してもよい、例  ISO 6336-2の方法。歯の曲げ応力は、有限要素モデルを用いて計算してもよいし、経験的方法を使用しれ計算することができる、例 ISO 6336-3の方法。
【００４１】
ギアの接触不良や曲がり不良のためのSN曲線を用いることができ、数学的シミュレーションあるいは経験的データに基づいても良い。例 ISO 6336で提供されているデータ。それぞれの構成部品の累積損傷の予測は継続的に更新される、残りの寿命は、経験的データあるいは国際標準化機構から利用可能な、SN曲線と軸受寿命データを用いて予測する。
【００４２】
軸受損傷の計算はRomaxDesignerのソフトウェアを用いて行うことができる。この計算では、ベアリングのの内部形状、ベアリング構成部品の変形お剛性、構成部品同士の接触、ベアリングの負荷と剛性を考慮している。提供されたギアボックスの情報はデータのサンプルほど周波数が高くない可能性がある。
例えば、データの各サンプルに起因する損傷を予測するために必要なモデル分析は、1秒かかるかもしれないが、データは50Hzでサンプリングされてもよい。損傷をより早く予測するために、近似（メタモデル）を用いることが出来る。
【００４３】
メタモデルは、 3段階で構成されている：
1 ）データサンプル数を、ギアボックスの動作の開始前にギアボックスモデルから得る;
2 ）応答曲面法（RSM ）を使用して基になる傾向が決定する;
3 ）この基になる傾向からのガウシアン偏差は、それぞれのサンプル点の中心にあるガウシアンカーネルを用いて導入する。
メタモデルは、ステップ1と2 だけで構成してもよい。
図4から図6は、二変数問題に適用される上記の3つのステージを示す。図4にプロットされた生のデータポイントを示す。図5は、二次多項式から構成される近似関数を示す。図5は、ガウスカーネルを含む近似関数を示す。メタモデル内の変数は、以下のギアボックス、ドライブトレイン、発電機モデルで定義されている、1つかそれ以上の負荷とすることができる：X軸方向の力(Fx);Y軸方向の力(Fy); Z軸方向の力 (Fz);X軸方向のモーメント(Mx);Y軸方向のモーメント(My);Z軸方向のモーメント (Mz)。
あるいは、変数はX、Y、Z方向の置換やX軸、Y軸、Z軸の回転や温度を含むことができる。
【００４４】
メタモデルは、上記の変数のいずれかの異なる組み合わせにそれぞれ対応するデータサンプルから構成されている。メタモデルの精度はそれぞれのデータサンプルを生成するために使用された変数の決定方法によって変化する。サンプル点がランダムに決定されたサンプリング体制は可能ですが、メタモデルが不正確であることになることがあり、同様の変数を持ついくつかのデータサンプルにつながる可能性があるため、理想的ではありません。サンプル点がランダムに決定されるサンプリング基準は可能だが、似通った変数をデータサンプルが持ち、その結果メタモデルの精度が落ちる可能性があるので理想的ではない。メタモデル変数で表されるデザインスペースにデータサンプルが均一に配置されるのが望ましい。
【００４５】
メタモデルの変数のデザインスペースにおけるデータの均一なサンプリングは、遺伝的アルゴリズムを用いたサンプリング戦略を最適化することによって達成される。一つの方法は2つの隣り合うサンプル点の最低距離を最大化することだ。文献にある多くの他の適切なサンプリング戦略は、任意の二つの隣接するサンプル点間の最大距離を最小化することを含む；L2最適性；ラテンハイパーキューブンプリング。
【００４６】
応答曲面法（RSM）を使用して、基になる傾向を識別するプロセスは、線形回帰を用いて、サンプルデータに多項式を当てはめるで構成されている。多項式は、任意の順序とすることができ、可能な項の一部または全てを含むことができる。多項式の変数の数は、メタモデル内の変数の数に等しい。多項式の順序を揃える前に、データが多項式トレンドに従うという仮定により"モデルバイアス"を減らすためにサンプルデータの変形を行うことができる。例えば、反応の挙動が指数関数的と似通っていれば、多項式はメタモデルの精度を高めるため変数の自然対数に近似させることができる。
【００４７】
ガウス偏差（上記ステップ3）は、メタモデル内の変数の数に等しい数の次元でガウス関数によって表すことができる。偏差は、ガウス関数である必要はなく、他の数学的関数によって表すことができる。各偏差の振幅は等しいかまたは多項式モデルの結果と、データサンプルの応答レベルの差と等しいか関係している。
【００４８】
独自のメタモデルは測定された変数、歯面負荷分布係数、KH、（ギア用、ISO6336で定義）と負荷ゾーンファクター（ベアリング用、ISO281で定義）を関連付けるため、ギアボックスのそれぞれの構成部品（例それぞれのギアとベアリング）に対して作られる。負荷のあらゆる数字、ギアボックス、ドライブトレイン、発電機の任意の点で作用する力やモーメントはメタモデルのこれらのファクターと関連がある。負荷ゾーンファクターとKH値は各構成部品に発生した対応する損傷の量を計算するのに使われることがある。メタモデルは、代わりに構成部品の圧迫、部品の寿命またはパーセント損傷と測定された変数を関連付けることができる。
【００４９】
図7は、累積された損傷に基づいて、風水・水力タービンや構成部品のメンテナンスのスケジューリングのための方法を示している。
【００５０】
ステップ700では、図1に関連し上記開示したように、タービンファームのタービンの現在の累積された損傷が測定されている。
【００５１】
ステップ702では、最も累積損傷が多いタービンが特定されている。
【００５２】
ステップ704では、702で得られた累積損傷をフォレンジック検査のためのプリセットされた損傷限界と比較される。累積損傷がこの値よりも小さい場合は何も行わなれず、タービンの使用を継続する。
【００５３】
累積損傷がこの値よりも大きい場合は、ステップ706でさらなる調査が調査が行われる。例えば、内視鏡検査、振動解析、オイル分析等である。
【００５４】
ステップ708では、検査の結果が評価される。調査の結果、タービンに動作上の問題がなければ、何も行われずにタービンの使用を継続する。
【００５５】
検査の結果、調査の結果タービンに動作上の問題があれば、メンテナンス計画が立てられタービンは付随的に格下げされるかもしれない。
【００５６】
図8はギアボックスの累積損傷に基づいたリファビッシュの方法を示している。
【００５７】
ステップ800において、故障したタービンギアボックスが提供され、ステップ802で対応するギアあるいはギアボックスの構成部品履歴が提供される。
【００５８】
ステップ804と806では、構成部品の累積損傷が図1に関連し上記開示したように測定される。
【００５９】
ステップ808では、構成部品の累積損傷がリファビッシュする価値があると示しているかを判定している。
もしその価値が無ければその構成部品は廃棄される。価値があるようならばその構成部品は検査される。
【００６０】
ステップ814では、構成部品の累積損傷が検査の結果、リファビッシュの価値がないと示した場合、構成部品は廃棄される。
【００６１】
ステップ814では、構成部品の累積損傷が検査の結果、リファビッシュに適していると示した場合、構成部品はリファビッシュされたギアボックスを提供するため保持される。
【００６２】
ステップ816では、構成部品は交換され、新しい構成部品の累積損傷は0にセットされている。
【００６３】
本発明の別の観点によれば、風力・水力タービンとその構成部品を動作させるための方法は、風力・水力タービンとその構成部品の累積損傷に関連した、振動の定量的観測に基づいている。
【００６４】
この方法は、次のような簡単な例で示すことが出来る。：動作パラメータレベルを低、中、高の階級に分ける。
【００６５】
上記のように、増加した振動による危険や損傷は風力・水力タービンとその構成部品の年齢にある程度依存している、換言すれば、累積損傷にである。累積損傷は単純に、低、中、高という3つの階層に分けられる。
この単純なアプローチによって風力・水力タービンの使用者に、表1で示されるように累積損傷とCMSデータに基づいてメンテナンス作業の優先順位をつけることを可能にする。
【００６６】
【表１】
2014517288.tif 000003
【００６７】
同様のアプローチは、閾値を超えた風力タービンを識別するために風力タービンをモニターする際に他のCMSデータを採用してもよい。
【００６８】
図9は風力発電所で動作するタービン（T01からT38）の振動データと損傷モデルを合わせて表示したグラフである。この振動レベルは振動シグネチャ解析に基づいてもよい。
【００６９】
ある程度の累積されたダメージや振動があるタービンは、通常、長期間にわたる日常的モニタリングと計画された検査が必要になります。
【００７０】
累積損傷値が低い時のある程度の振動レベルは、例えば図9のタービンT02である、風力・水力タービンやその構成部品に損傷があり修理または交換する必要があるかどうか、1つかそれ以上の構成部品の検査が必要であると示すことがある。
【００７１】
しかし、累積損傷の中央値にある、ある程度の振動レベルはおそらく正常である。単に日常的にモニタリングしておけばよい。累積損傷値が高い場合の、ある程度の振動レベルに対しては何もする必要がない。
【００７２】
累積損傷値が高く、振動レベルも高い場合はタービンの点検の必要があるかもしれない。累積損傷値と振動レベル（円状の）が共に高い場合は簡単に見分けることができ、点検が必要である。
【００７３】
図9でタービンT34は、T05と似通った振動レベルを持っているが、タービンT34の累積損傷は低い。前者の
タービンは明らかに他の似通った損傷を持つタービンよりも良い状態で動作している。閾値だけに基づくメンテナンスが必要なタービンを見分けるシステムの使用はこれらのような、同じステータスのタービンを検討する。
【００７４】
上記のアプローチに加えて、追加インジケーターやメンテンスの必要性は、風力・水力タービンやその構成部品をインストールする前の試験リグのデータから得ることができる。これは次の基線となることができる：インストール後の振動の増加は、輸送または悪い組み立てによる損傷が原因である可能性がある。
【００７５】
図10は、本発明の様々な実施例による装置46の概略図を示すは。装置46は、図1から図9に示されたステップを実行するための手段48を含む。手段48はプロセッサ50及びメモリ52を含んでいる。プロセッサ50（例えば、マイクロプロセッサ）メモリ52を読み取られメモリ52に書き込むように設定されている。
【００７６】
プロセッサ50は、プロセッサ50によって出力されたデータやコマンドによるアウトプットインターフェースと、プロセッサ50によって入力されたデータやコマンドによるインプットインターフェースを備えることができる。
【００７７】
メモリー52は、プロセッサ50に読み取られた時の、装置46の動作を管理するコンピュータープログラムのインストラクションを含むコンピュータープログラム54を含む。コンピュータープログラムインストラクション54は、装置46が図1から図9で示された方法の少なくとも一部を実行することを可能にするロジックとルーチンを提供する。メモリー52を読むことでプロセッサ50はコンピュータープログラム54を読み込み実行することが可能になる。メモリー54は単一の構成部品として描かれているが、統合/取り外し可能で、永久的/半永久的/動的/キャッシュされた記憶装置の１つかそれ以上の別々の構成部品となりうる。
【００７８】
コンピュータプログラムは、あらゆる適切な伝達メカニズム56を介して装置46に到達することができる。伝達メカニズム65は、例として、コンピュータ可読記憶媒体、コンピュータプログラム製品、メモリーデバイス、ブルーレイディスク、CD-ROM又はDVDのような記憶媒体、有形コンピュータプログラム54を具現化した記録媒体の製造物などである。伝達メカニズムはコンピュータープログラム54を確実に送信できる信号でもよい。装置46は、コンピュータデータ信号として、コンピュータプログラム54を伝搬または送信することができる。
【００７９】
メモリー52は単一の構成部品として描かれているが、統合/取り外し可能で、永久的/半永久的/動的/キャッシュされた記憶装置の１つかそれ以上の別々の構成部品となりうる。"コンピュータ読み取り可能な記憶媒体"、"コンピュータプログラム製品"、"有形実施されるコンピュータプログラム"等または"コントローラ"、"コンピュータ"、"プロセッサ"などへの参照はコンピューターがシングル/マルチ−プロセッサアーキテクチャ、シーケンシャル（フォンノイマン）/並列アーキテクチャなどの異なるアーキテクチャを有しているということだけではなく、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（FPGA）、特定用途向け回路（ASIC）、信号処理デバイスおよびその他のデバイスのような専用回路でもあると理解されるべきである。
【００８０】
コンピュータ−プログラム、インストラクション、コード等への参照は、プログラマブル・プロセッサまたはハードウェアデバイスのプロセッサへの指示のプログラマブルコンテント、固定機能デバイスの構成設定、ゲートアレイやプログラマブルロジックデバイスなどのファームウェア用のソフトウェアを有していると理解されるべきだ。
【００８１】
ステップは図1から図9に方法のステップやコンピュータープログラム54の方法やコードのセクションを表している。図には特定の順序でステップが表されているが、これはステップに必要とされる、あるいは好まれる順序があるという意味ではない。ステップの順序や順序のアレンジは変更できる。
いくつかのステップは省略させることも可能である。
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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