[发明专利]风力发电用风车的冲击载荷监视系统及冲击载荷监视方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电用风车的冲击载荷监视系统及冲击载荷监视方法。

背景技术

风力发电用风车例如具有立于地面的塔架、设置于塔架之上的机舱、相对于机舱可旋转地设置的旋翼毂、以及放射状地安装于旋翼毂的多个叶片。旋翼毂与主轴的一端连结，主轴的另一端侧在机舱内延伸。主轴由设置于机舱内的主轴承可旋转地支撑。并且，在主轴的另一端连结有设置于机舱内的增速器，增速器与发电机连结。因此，若叶片承受风而旋翼毂旋转，则旋转力经由主轴及增速器输入到发电机，从而发电机发电。

在主轴承及增速器中，有时会因滑动面的磨损而发生异常。因此，专利文献1公开了轴承的异常检测装置，该异常检测装置具有振动传感器、频率分析部、存储部以及异常检测部。频率分析部分析由振动传感器检测出的振动信号的频率而检测固有振动频率，存储部存储检测出的固有振动频率。具体而言，频率分析部通过高速傅立叶变换从振动信号求出傅立叶频谱，基于傅立叶频谱检测固有振动频率。异常检测部基于检测出的固有振动频率的变化来检测轴承的异常。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－185632号公报

发明内容

例如在被称为北美大陆的大平原的地区，有被称为LLJ（低空急流）的强风流动于100~150m的低空。LLJ流动时，水平方向的风速在铅垂方向产生非常大的梯度。即，LLJ流动时，在风力发电用风车的高度范围内，水平方向的风速产生差（风切变），距地表越远风速越快。

通常，由于旋翼毂的自重，以主轴承为支点，向下的力矩（自重力矩）作用于风力发电用风车的主轴。通过该自重力矩，主轴一边朝向下方对主轴承推压，一边稳定地旋转。

然而，由于LLJ引起的风切变的发生，因而碰撞风车的上方的叶片的风的能量比碰撞风车的下方的叶片的风的能量更大，朝向上方的力矩（风力矩）作用于主轴的旋翼毂侧。

风力矩对抗自重力矩而以使主轴的旋翼毂侧浮起的方式使主轴瞬间地倾斜。之后，主轴的旋翼毂侧因风力矩的减少而下落到原来的位置。

在主轴的旋翼毂侧落下时，冲击载荷施加于主轴的周边装置即支承主轴的主轴承或与主轴连结的增速器。若冲击载荷反复施加，则主轴承或增速器的齿轮有可能产生损伤。因此，对施加于主轴的周边装置的冲击载荷进行监视是重要的。

然而，以往，人们并不知道冲击载荷会因风切变而施加于主轴的周边装置，从而没有确立冲击载荷的有效的监视方法。例如，即便将上述现有技术的异常检测装置应用于冲击载荷的监视，也不能够监视冲击载荷这样的过渡现象。这是因为，冲击载荷在时间轴上以δ函数的方式表现，另一方面，冲击载荷在频率轴上仅表现为包含所有的频率成分的常数，并未产生周边装置的固有振动频率的变化。

本发明是鉴于上述的情况而作出的，其目的在于提供一种风力发电用风车的冲击载荷监视系统以及冲击载荷监视方法，能够监视施加于风力发电用风车的主轴的周边装置的冲击载荷。

为了达到上述目的，本发明采用如下的方法。

本发明提供一种风力发电用风车的冲击载荷监视系统，其特征在于，具备：加速度传感器，安装于风力发电用风车的主轴的周边机构；频率滤波器，从由所述加速度传感器得到的表示加速度的振幅的时间变化的振动数据，提取监视对象的频率范围所包含的监视对象成分；以及判定装置，将所述监视对象成分的加速度的振幅与预先设定的基准值比较，判定所述加速度的振幅是否超过所述基准值。

根据该风车的冲击载荷监视系统，通过频率滤波器从振动数据提取监视对象成分，通过判定装置比较监视对象成分的加速度的振幅与基准值。

由于冲击载荷包含频率轴上所有的频率成分，所以周边装置的固有振动因冲击载荷而被暂时地强烈激发。因此，固有振动的加速度的振幅瞬间变大。

因此，本发明的风力发电用风车的冲击载荷监视系统通过频率滤波器从振动数据提取固有振动的监视对象成分，在除去噪声成分之后，对监视对象成分的加速度的振幅进行监视，从而监视固有振动的加速度的振幅。根据该风力发电用风车的冲击载荷监视系统，能够在监视对象成分的加速度的振幅超过基准值的情况下判定为冲击载荷施加于周边装置。

这样一来，根据该风力发电用风车的冲击载荷监视系统，能够判定冲击载荷是否施加于主轴的周边装置，能够根据判定结果采取适当的对策。

作为优选的方式，所述监视对象的频率范围为200Hz以下。

主要的周边装置的固有振动频率处于200Hz以下的范围内。因此，根据该结构，能够判定冲击载荷是否施加于主要的周边装置，能够根据判定结果采取适当的对策。