(57)【要約】【課題】診断精度を確保しつつ、データ蓄積容量の低減を図った回転部品の異常診断装置及び異常診断方法を提供する。【解決手段】転がり軸受から生じる物理量を検出する検出部と、物理量のデータを保存する内部データ保存部及び外部データ保存部と、機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られているか否かを判定する判定部と、を備え、判定部が出力、あるいは回転速度が安定して得られていないと判定したとき、データは外部データ保存部に削減して保存され、判定部が出力、あるいは回転速度が安定して得られていると判定したとき、データは、内部データ保存部に削減せずに保存される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械装置が備える回転部品の異常の有無を診断する回転部品の異常診断装置であって、
前記回転部品から生じる物理量を検出する検出部と、
前記機械装置の内部に設けられ、前記検出部が検出する前記物理量のデータを保存する内部データ保存部と、
前記機械装置の外部に設けられ、前記検出部が検出する前記物理量のデータを保存する外部データ保存部と、
前記機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られているか否かを判定する判定部と、
前記内部データ保存部に保存された前記データに基づいて前記回転部品の異常の有無を診断する異常診断部と、
を備え、
前記判定部が前記機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られていないと判定したとき、前記検出部が検出する前記物理量のデータは、前記外部データ保存部に削減して保存され、
前記判定部が前記機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られていると判定したとき、前記検出部が検出する前記物理量のデータは、前記内部データ保存部に削減せずに保存され、
前記異常診断部が異常ありと診断したとき、前記内部データ保存部に保存された、異常診断時点前の所定期間の前記データを、前記外部データ保存部に送信し、
前記異常診断部が異常なしと診断したとき、前記内部データ保存部に保存された前記データを削減して前記外部データ保存部に送信することを特徴とする回転部品の異常診断装置。
【請求項２】
機械装置が備える回転部品の異常の有無を診断する回転部品の異常診断方法であって、
検出部が回転部品から生じる物理量を検出する工程と、
前記機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られているか否かを判定する工程と、
前記機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られていないと判定されたとき、前記検出部が検出する前記物理量のデータを削減して外部データ保存部に保存する工程と、
前記機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られていると判定されたとき、前記検出部が検出する前記物理量を削減せずに内部データ保存部に保存する工程と、
前記内部データ保存部に保存された前記データに基づいて前記回転部品の異常の有無を診断する工程と、
異常診断部が異常ありと診断したとき、前記内部データ保存部に保存された、異常診断時点前の所定期間の前記データを、前記外部データ保存部に送信する工程と、
前記異常診断部が異常なしと診断したとき、前記内部データ保存部に保存された前記データを削減して前記外部データ保存部に送信する工程と、
を備えることを特徴とする回転部品の異常診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転部品の異常診断装置及び異常診断方法に関し、より詳細には、診断精度を確保しつつ、データ蓄積容量の低減を図った回転部品の異常診断装置及び異常診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転部品である転がり軸受を備える機械装置として、例えば、風力発電装置がある。一般的に、風力発電装置は、山間部や洋上に設置される場合が多く、その使用環境は、必ずしも良好とは言い難い。さらに、風力発電装置は、長期間に亘って連続運転され、軸受が損傷を受けると風力発電装置が大きな故障を発生する虞がある。風力発電装置の設置場所は、交通アクセスが悪いことが多く、修理やメンテナンスに多大なコストを要するという問題がある。
【０００３】
このため、風力発電装置では、メンテナンスコストの低減のため、センサによって運転時の各種データを取得し、遠隔地で監視して、実際に機械装置を分解することなく、実稼働状態で回転部品の異常を診断する手法が知られている。
【０００４】
また、従来、ＭＰＵによる演算時や制御時のデータが読出し自在に格納されるＲＡＭを備え、異常判断部の異常判定時点で、ＲＡＭに格納された異常に関連するデータをデータ採取部により取込み、異常の解析及び原因解明を正確に行えるようにしたエレベータの異常解析データ収集装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−２７８９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、機械装置の異常診断では、データ量が多いほど精密な診断が可能となるので、短時間間隔での取得が望ましいが、長期間連続運転される風力発電装置のような場合、データサイズが膨大となり、データ転送、解析、管理、データ保存などのデータ処理に多くの時間とコストを要し、改善が要望されていた。
特許文献１に記載においても、ＲＡＭでは、異常判定時点で異常判定部で使用されるデータを保存しておく必要があり、上記課題を解決するものではない。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、診断精度を確保しつつ、データ蓄積容量の低減を図った回転部品の異常診断装置及び異常診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  機械装置が備える回転部品の異常の有無を診断する回転部品の異常診断装置であって、
前記回転部品から生じる物理量を検出する検出部と、
前記機械装置の内部に設けられ、前記検出部が検出する前記物理量のデータを保存する内部データ保存部と、
前記機械装置の外部に設けられ、前記検出部が検出する前記物理量のデータを保存する外部データ保存部と、
前記機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られているか否かを判定する判定部と、
前記内部データ保存部に保存された前記データに基づいて前記回転部品の異常の有無を診断する異常診断部と、
を備え、
前記判定部が前記機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られていないと判定したとき、前記検出部が検出する前記物理量のデータは、前記外部データ保存部に削減して保存され、
前記判定部が前記機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られていると判定したとき、前記検出部が検出する前記物理量のデータは、前記内部データ保存部に削減せずに保存され、
前記異常診断部が異常ありと診断したとき、前記内部データ保存部に保存された、異常診断時点前の所定期間の前記データを、前記外部データ保存部に送信し、
前記異常診断部が異常なしと診断したとき、前記内部データ保存部に保存された前記データを削減して前記外部データ保存部に送信することを特徴とする回転部品の異常診断装置。
（２）  機械装置が備える回転部品の異常の有無を診断する回転部品の異常診断方法であって、
検出部が回転部品から生じる物理量を検出する工程と、
前記機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られているか否かを判定する工程と、
前記機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られていないと判定されたとき、前記検出部が検出する前記物理量のデータを削減して外部データ保存部に保存する工程と、
前記機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られていると判定されたとき、前記検出部が検出する前記物理量を削減せずに内部データ保存部に保存する工程と、
前記内部データ保存部に保存された前記データに基づいて前記回転部品の異常の有無を診断する工程と、
前記異常診断部が異常ありと診断したとき、前記内部データ保存部に保存された、異常診断時点前の所定期間の前記データを、前記外部データ保存部に送信する工程と、
前記異常診断部が異常なしと診断したとき、前記内部データ保存部に保存された前記データを削減して前記外部データ保存部に送信する工程と、
を備えることを特徴とする回転部品の異常診断方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の回転部品の異常診断装置によれば、回転部品から生じる物理量を検出する検出部と、物理量のデータを保存する内部データ保存部及び外部データ保存部と、機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られているか否かを判定する判定部と、を備える。判定部が機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られていないと判定したとき、物理量のデータは外部データ保存部に削減して保存され、判定部が機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られていると判定したとき、物理量のデータは、内部データ保存部に削減せずに保存される。また、内部データ保存部に保存されたデータに基づいて回転部品の異常の有無を診断する異常診断部を備え、異常診断部が異常ありと診断したとき、内部データ保存部に保存された、異常診断時点前の所定期間のデータを、外部データ保存部に保存し、異常診断部が異常なしと診断したとき、内部データ保存部に保存されたデータを削減して外部データ保存部に送信する。これにより、機械装置が安定している状態で診断に必要且つ十分なデータを確実に保存して、診断精度を確保しつつ、外部データ保存部のデータ蓄積容量の低減を図り、メンテナンスコストを削減することができる。
【００１０】
本発明の回転部品の異常診断方法によれば、回転部品から生じる物理量を検出する工程と、機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られているか否かを判定する工程と、を備える。判定部が機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られていないと判定したとき、物理量のデータは外部データ保存部に削減して保存され、判定部が機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られていると判定したとき、物理量のデータは、内部データ保存部に削減せずに保存される。また、異常診断部が、内部データ保存部に保存されたデータに基づいて回転部品の異常の有無を診断する工程を備え、異常診断部が異常ありと診断したとき、内部データ保存部に保存された、異常診断時点前の所定期間のデータを、外部データ保存部に保存し、異常診断部が異常なしと診断したとき、内部データ保存部に保存されたデータを削減して外部データ保存部に送信するので、これにより、機械装置が安定している状態で診断に必要且つ十分なデータを確実に保存して、診断精度を確保しつつ、外部データ保存部のデータ蓄積容量の低減を図り、メンテナンスコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は、本発明に係る回転部品の異常診断装置の構成図であり、（ｂ）は、風車側監視装置の概略図である。
【図２】風力発電装置の出力特性曲線である。
【図３】回転部品の異常診断装置の診断手順を示すフローチャートである。
【図４】転がり軸受の傷の部位と、傷に起因して発生する振動周波数の関係を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る回転部品の異常診断装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、風力発電装置５０は、主軸５１と、ブレード５２と、増速機５３と、発電機５４と、主軸受５５を備え、増速機５３、発電機５４、及び主軸受５５は、タワー６０によって支持されるナセル６１内に格納されている。
【００１３】
主軸５１の先端に設けられたブレード５２は、風力を回転トルクに変換して主軸５１に伝達する。主軸５１は、主軸受５５によって回転自在に支持され、風力を受けたブレード５２が発生する回転トルクを、増速機５３の入力軸へ伝達する。増速機５３は、主軸５１の回転速度を増速して発電機５４へ出力する。増速機５３は、例えば、それぞれ軸受により回転自在に支持された複数の軸を有する歯車増速機構によって構成される。
【００１４】
発電機５４は、増速機５３の出力軸に接続され、増速機５３から受ける回転トルクによって発電する。発電機５４は、例えば、誘導発電機によって構成され、不図示のロータが軸受により回転自在に支持されている。
【００１５】
主軸受５５、増速機５３及び発電機５４内に配設される軸受５６（図３参照）は、例えば、自動調芯ころ軸受、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、玉軸受等の転がり軸受で構成される。
【００１６】
このような風力発電装置５０の異常診断装置１０は、それぞれ、主軸受５５、増速機５３、発電機５４、及び主軸５１に設置された検出部である振動センサ１１、出力センサ１２、及び回転センサ１３と、タワー６０又はナセル６１内に格納される風車側監視装置２０と、風力発電装置５０から離間して配設された中央監視装置３０と、を備える。
【００１７】
異常診断装置１０は、風力発電装置５０の運転状態の監視を行うと共に、振動センサ１１で取得された振動データ、出力センサ１２で取得された発電量、及び回転センサ１３で取得された回転データを保存し、異常診断する。なお、必要に応じて、温度センサや、歪みセンサを設置して温度や、歪みなどのデータを保存するようにしてもよい。
【００１８】
風車側監視装置２０は、図１（ｂ）に示すように、振動センサ１１で取得される振動データ、風力発電装置５０の発電量（出力）、及び回転データなどのデータを収集するデータ収集部２１と、該振動データ及び回転データに基づいて異常の有無を診断する振動診断部２３を含んで構成された内部制御部２２と、振動データを含む各種データを保存する内部データ保存部である風車側データ保存部２４と、を備える。
【００１９】
内部制御部２２は、マイクロコンピュータで構成されており、このマイクロコンピュータ内に記録保持されたプログラムが実行されることにより、振動診断などの各処理を実行する。風車側データ保存部２４は、一般的なＨＤＤ装置が使用可能である。
【００２０】
振動センサ１１としては、加速度センサの他、例えば、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサ、超音波センサ、ショックパルスセンサ等が使用可能であり、また、加速度、速度、歪み、応力、変位等を検出することで、等価的に音や振動を検出して電気信号に変換することができるものも適宜使用することができる。
【００２１】
中央監視装置３０は、外部データ保存部であるサーバ側データ保存部３１と、振動データや風車側監視装置２０での診断結果に基づいて精密診断を行う精密診断部３３を含んで構成された外部制御部３２と、精密診断部３３による診断結果などを出力する出力装置３４と、を備える。
【００２２】
サーバ側データ保存部３１は、一般的な記憶デバイスやＨＤＤ装置が使用可能であり、風車側監視装置２０から送出される振動データを含む各種データを保存する。外部制御部３２は、マイクロコンピュータで構成されており、このマイクロコンピュータ内に記録保持されたプログラムが実行されることにより、精密診断などの各処理を実行する。出力装置３４は、転がり軸受５５、５６の診断結果をモニタ等にリアルタイムで表示する。また、異常が検出された場合に、ライトやブザー等の警報機を用いて使用者に異常であることの注意を促すようにしてもよい。
【００２３】
中央監視装置３０は、風力発電装置５０ごとに設けられていてもよいし、ウィンドファームに建設されている全て、或いは、一部の風力発電装置５０の監視を、一元的に管理・監視する制御室（図示せず）に設けられてもよい。
【００２４】
図２は、風力発電装置の出力特性曲線である。風力発電装置５０は、安定した出力状態、即ち、一定出力状態での運転が望ましい。しかし、実際の風力発電装置５０の運転は、一定風速（カットイン風速）以下の風速では運転を停止し（停止期間Ａ）、カットイン風速以上になると発電を開始し（部分負荷運転期間Ｂ）、出力が発電機５４の一定出力に達する風速（一定風速）以上では、ピッチ制御、あるいはストール制御による出力制御を行い（一定出力運転期間Ｃ）、更に大きい風速（カットアウト風速）になると危険防止のため、ブレード５２の回転を停止して発電を停止する（停止期間、図示せず）。つまり、風力発電装置５０は、止まったり(弱風時、強風時)、変速回転したりして運転される。
【００２５】
次に、図３も参照して、風力発電装置５０の転がり軸受５５、５６の異常診断手順を説明する。
異常診断装置１０は、転がり軸受５５、５６の回転に起因する振動データを振動センサ１１が検出し、風車側監視装置２０のデータ収集部２１で収集する（ステップＳ１）。なお、データ収集部２１は、風力発電装置５０の発電量（出力）、回転数、温度、及び歪みなどのデータ収集も可能である。
【００２６】
具体的には、弱風時の停止期間Ａ、及び強風時の停止期間における振動データは、転がり軸受５５、５６の回転に起因するものではなく、風による風力発電装置５０自身の振動などのノイズであり、また、風力発電装置５０の発電量、及び回転数はゼロであるのでデータ収集しない。
【００２７】
データ収集部２１は、ブレード５２が回転中（図２の部分負荷運転期間Ｂ、及び一定出力運転期間Ｃ）に、振動データ、発電量、及び回転データを収集する。データ収集部２１は、例えば、２０分ごとに３０秒間のデータを収集する。
【００２８】
次いで、内部制御部２２によって構成される不図示の判定部が、データ収集部２１で収集された、例えば、直近の６０分間の発電量（データ収集間隔が２０分の場合は、３回分の収集データ）を調べ、発電量の最大値と最小値との差、即ち、出力変動（発電量の変動）が所定範囲内（例えば、５０ｋＷ以内）で安定しているか否かを判定する（ステップＳ２）。
なお、機械装置の安定状態の判定は、発電量の代わりに、回転数の変動が所定範囲内であるか否かにより判定するようにしてもよい。
【００２９】
出力変動が５０ｋＷ以上ある場合は、図２における部分負荷運転期間Ｂに相当し、回転速度が変化すると共に、出力は、風速の３乗に比例して大幅に変動する。この期間のデータを用いた診断は、診断精度が低下するので、風車側データ保存部２４に保存することなく、例えば、データ送信間隔を１０倍に広げて、サーバ側データ保存部３１に送出し、１/１０に削減したデータ量を該サーバ側データ保存部３１に保存する（ステップＳ３）。データ送信間隔は、内部制御部２２に設けられたカウンタを用いることによって設定されてもよい。
【００３０】
出力変動が５０ｋＷ以内の場合は、図２における一定出力運転期間Ｃに相当し、一定出力状態であると判定される。一定出力運転期間Ｃでは、風速は、定格出力風速〜安全運転風速の一定の範囲内にあり、出力も安定している。
【００３１】
一定出力状態のとき、振動センサ１１により２０分間隔で検出された振動データは、削減されることなく、その他の各種データと共に風車側監視装置２０の風車側データ保存部２４に保存される（ステップＳ４）。風車側データ保存部２４のデータの保存期間は任意であるが、例えば、１か月間に設定されている。
【００３２】
このように、出力が安定して得られていない時のデータは風車側データ保存部２４には保存されず、出力が安定して得られている時のデータのみを保存することで、風車側データ保存部２４のデータ蓄積容量の低減を図り、同時に適正なデータ解析が可能となる。
【００３３】
そして、一定出力状態のとき、即ち、機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られていると判定されたとき、風車側データ保存部２４に保存された各種データは、振動診断部２３により解析される（ステップＳ５）。振動診断部２３による解析は、各帯域のパラメータを計算・解析して、振動実効値、ピーク値、エンベロープパワースペクトル、及びパワースペクトルを求め、異常の有無を診断する。
【００３４】
この異常診断は、例えば、振動実効値、ピーク値を閾値と比較してもよい。或いは、転がり軸受５５、５６の設計諸元データ、及び回転センサ１３からの回転速度信号に基づいて、図４に示す所定の関係式を用いて、転がり軸受５５、５６の部位ごとの損傷に起因する軸受損傷周波数を所定の次数まで計算する。そして、所定の次数での軸受損傷周波数（Ｚｆｉ、Ｚｆｃ、２ｆｂ、ｆｃ）における振幅を閾値と比較することで異常診断が行われる。また、必要に応じて、温度、電流、回転トルク、及び回転数を、それぞれの閾値と比較する。
【００３５】
そして、ステップＳ６において、振動診断部２３による診断の結果が正常（異常なし）である場合、トリガを作動せず、風車側データ保存部２４に保存されたデータを、例えば、データ送信間隔を１０倍に広げて、２００分に１度３０秒間のデータをサーバ側データ保存部３１に送出し、１/１０に削減したデータ量を該サーバ側データ保存部３１に保存する（ステップＳ３）。
【００３６】
振動診断部２３による診断の結果が異常ありと判定された場合、トリガを作動し、風車側データ保存部２４に保存されていた、異常診断時点前の所定期間（例えば、１週間分）のデータを、サーバ側データ保存部３１に送信し、該サーバ側データ保存部３１に保存する（ステップＳ７）。
なお、異常診断時点後は、所定期間（例えば、１週間分）の間、２０分ごとに３０秒間のデータを風車側データ保存部２４に保存すると共に、サーバ側データ保存部３１に送信して、保存する。
【００３７】
そして、サーバ側データ保存部３１に保存されたデータを用いて、自動診断や専門家による精密診断を実施する（ステップＳ８）。この精密診断は、他の検出データや、他の風車と共に総合的に診断する。
なお、トリガ作動前にサーバ側データ保存部３１に１/１０に削減して保存されていたデータは、トリガ作動後も保存されていてもよいが、精密診断を実施する際に利用しないので、トリガ作動後の更新時に削除されてもよい。
【００３８】
その後、出力装置３４での異常警告、潤滑状態の改善、部品交換などの各種対策を実施する（ステップＳ９）。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態の回転部品の異常診断装置１０及び異常診断方法によれば、転がり軸受５５、５６から生じる振動を検出する振動センサ１１と、振動のデータを保存する風車側データ保存部２４及びサーバ側データ保存部３１と、風力発電装置５０の出力が安定して得られているか否かを判定する判定部を有する内部制御部２２と、を備え、判定部が風力発電装置５０の出力が安定して得られていないと判定したとき、データはサーバ側データ保存部３１に削減して保存され、判定部が風力発電装置５０の出力が安定して得られていると判定したとき、データは、風車側データ保存部２４に削減せずに保存される。そして、振動診断部２３が、風車側データ保存部２４に保存されたデータに基づいて転がり軸受５５、５６の異常の有無を診断し、異常ありと診断したとき、風車側データ保存部２４に保存された異常診断時点前の所定期間のデータ、及び異常診断後の所定期間のデータをサーバ側データ保存部３１に送信する。また、振動診断部２３が異常なしと診断したとき、風車側データ保存部２４に保存されたデータを削減してサーバ側データ保存部３１に送信する。これにより、異常発生時には、短時間間隔で測定された詳細なデータを保存し、診断に必要且つ十分なデータを確実に保存して、詳細な解析が可能となり、それ以外の時には、データ保存する時間間隔を延ばして、データ蓄積容量の低減を図る。これにより、診断精度を確保しつつ、メンテナンスコストを抑制することができる。
【００４０】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られているか否かを判定条件は、上記実施形態のものに限定されず、精度良く診断できるものであれば他の判定条件であってもよい。
【００４１】
また、判定部が機械装置の出力、あるいは回転速度が安定して得られていないと判定したときや、異常診断部が異常なしと診断したとき、外部データ保存部に保存するためのデータを削減する手法としては、上記実施形態のように、データ送信間隔を広げることで行ってもよいし、データ収集部で一度に収集したデータ量を削減して送信することで行ってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０    回転部品の異常診断装置
１１    振動センサ（検出部）
１２    出力センサ（検出部）
１３    回転センサ（検出部）
２２    内部制御部（判定部）
２３    振動診断部（異常診断部）
２４    風車側データ保存部（内部データ保存部）
３１    サーバ側データ保存部（外部データ保存部）
５０    風力発電装置（機械装置）
５５、５６    転がり軸受（回転部品）
【図１】
2017219325.tif 000003
【図２】
2017219325.tif 000004
【図３】
2017219325.tif 000005
【図４】
2017219325.tif 000006