风力发电装置的状态监视装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风力涡轮机的状态监测装置，尤其涉及具有旋转支承于支承件的机舱的风力涡轮机的状态监测装置。
【背景技术】
[0002]风力涡轮机作为环保发电设备受到关注。在风力涡轮机中，叶片和机舱安装于支承件上的高海拔处(例如，距离地面数十米)，其中叶片将风力转换成旋转力，机舱容纳有用于将旋转力转换为电力的转换器(齿轮箱和发电机)。机舱旋转支承于支承件，配置成随着风向旋转。
[0003]在此种风力涡轮机中，执行各种类型的状态监测。例如，已知的有:使用加速传感器的异常预测装置，其适用于如从叶片传递旋转力的主轴轴承，或设置于齿轮箱中的轴承的状态监测(参见，例如专利文献I)。
[0004]此外，日本专利特许公开N0.2011-185632(专利文献2)披露了异常检测装置，其精确检测设置于风力涡轮机叶片中轴承的异常，该检测基于通过对使用振动传感器检测的振动信号进行频率分析来获得的固有频率的改变(参见专利文献2)。
[0005]另一方面，对于风力涡轮机非旋转部件(通常为支承件(塔架))的状态监测，异常检测当前通过定期定期目视检查或锤击检查来执行。
[0006]引用列表
[0007]专利文献
[0008]专利文献I:日本专利特许公开N0.2005-164314
[0009]专利文献2:日本专利特许公开N0.2011-185632
【发明内容】
[0010]技术问题
[0011 ]风力涡轮机中，期望不仅仅对于诸如轴承、齿轮箱等旋转构件自动进行状态监测，期望对于非旋转部件，即通常为支承件也自动进行状态监测。具体地，由于如形成于支承件的裂痕或耦合元件(如螺钉或焊缝)的损坏引起的机械强度(刚度)减小的自动检测被期待。如此机械强度的减小一般可以通过检测固有频率的改变(减小)来检测。然而，支承件的刚度呈现出各向异性，这归因于如在支承件周向上耦合元件的强度变化，或支承件基座形状。固有频率改变取决于支承件刚度的各向异性。这可能阻止由于机械强度减小导致的固有频率中的改变的精确检测。
[0012]相应地，本发明目的为提供一种用于风力涡轮机的状态监测装置，通过精确检测由于机械强度减小导致的风力涡轮机的固有频率中的改变，能够检测风力涡轮机中是否出现异常。
[0013]问题的解决手段
[0014]依据此发明的用于风力涡轮机的状态监测装置，该风力涡轮机有旋转支承于支承件的机舱，状态监测装置包括:振动检测单元、频率分析单元、固有频率检测单元和异常检测单元。振动检测单元配置成检测风力涡轮机产生的振动。频率分析单元配置成对由振动检测单元检测的振动执行频率分析。固有频率检测单元配置成基于频率分析结果，检测风力涡轮机的与机舱的方向相应的固有频率。异常检测单元配置成基于固有频率检测单元检测的固有频率，检测风力涡轮机中是否存在异常。
[0015]优选地，机舱的方向划分成多个部分。固有频率检测单元配置成基于频率分析的结果，对多个部分中的每一个部分检测固有频率。异常检测单元配置成如果多个部分中的任何部分与风力发电机安装初始相比的固有频率的减小率超出预定值，检测为风力涡轮机的异常。
[0016]优选地，固有频率检测单元配置成对机舱方向的多个部分中的每一个部分检测至少六个不同固有频率。
[0017]优选地，固有频率检测单元配置成当指定环境状态持续预定期间时检测固有频率。作为示例，固有频率检测单元当环境温度和湿度在数天期间内稳定时，且当天气晴朗时，检测固有频率。
[0018]优选地，频率分析单元配置成通过对由振动监测单元检测的振动波形执行傅立叶变换来进行频率分析。执行傅立叶变换的波形的时基的时间长度是300秒或更长。
[0019]优选地，振动检测单元包括多个振动传感器。
[0020]更优选地，固有频率检测单元配置成识别风力涡轮机的振动模式，识别基于由多个振动传感器中的第一传振动感器检测的振动频谱的相位和由多个振动传感器中的第二振动传感器检测的振动频谱的相位之间的比较结果。
[0021]更优选地，第一振动传感器设置在比机舱相对于所述支承件旋转的旋转轴更靠机舱的前侧。第二振动传感器设置在比旋转轴更靠机舱的后侧。
[0022]优选地，风力涡轮机包括旋转振动检测单元，其配置成检测随接收风力的叶片的旋转而旋转的旋转设备的振动。振动检测单元配置成检测如下频率的振动，即该振动的频率低于旋转振动检测单元检测的频率。
[0023]发明的有益效果
[0024]根据本发明，检测与机舱方向相应的风力涡轮机的固有频率，因此机械强度降低导致的固有频率的改变可以与因机舱方向改变引起的固有频率的改变分离地进行检测。根据本发明，因此，可精确地检测由机械强度降低导致的风力涡轮机固有频率的改变，从而检测风力涡轮机中是否出现异常。此外，可以放弃定期目视检查或锤击检查，或者延长这些检查的间隔。
【附图说明】
[0025]图1是适用根据本发明第一实施例的状态监测装置的风力涡轮机的外观图。
[0026]图2是详细示出风力涡轮机的配置的示图。
[0027]图3是当塔架中形成裂纹时固有频率和裂纹长度之间的示例性关系的示图。
[0028]图4是裂纹长度和固有频率降低率之间的示例性关系的示图。
[0029]图5是风力涡轮机的俯视图。
[0030]图6是图2所示的状态监测装置的功能框图。[0031 ]图7是用于解释由频率分析单元执行的处理的示图。
[0032]图8是由状态监测装置监测的固有频率的示图。
[0033 ]图9是用于解释依据发电机额定值划分的固有频率的示图
[0034]图10是根据第三实施例的状态监测装置的功能框图。
【具体实施方式】
[0035]在下文中将参考附图来描述本发明的实施例。虽然下面描述了多个实施例，每个实施例中描述的特征的适当组合应被视作可从原申请预期到。在如下描述中，相同或相应的元件被标以相同的附图标记，其详细描述将不再重复。
[0036][第一实施例]
[0037]图1是适用根据本发明第一实施例的状态监测装置的风力涡轮机的外观图。参见图1，风力涡轮机1包括旋转头20，叶片30，机舱90，和塔架100。机舱90安装在塔架100顶部。机舱90可旋转地支承于塔架100的顶部。依据风向来控制机舱90的方向(偏航角)。
[0038]叶片30周向地附连于旋转头20上。叶片30配置为螺旋角(叶片30迎风面的角度)可改变，其中可例如根据风力来控制螺旋角。旋转头20与引入机舱90内的主轴相连接，主轴和齿轮箱的输入轴親合，齿轮箱的输出轴与发电机连接(未不出)。
[0039]图2是详细示出风力涡轮机10的配置的示图。参见图2，主轴35、齿轮箱40、发电机50、主轴轴承60、振动传感器65、70和72以及状态监测装置80设置在机舱90中。机舱90通过偏航驱动设备105可旋转地支承于塔架100上。
[0040]主轴35与旋转头20连接，从旋转头20进入机舱90，以与齿轮箱40的输入轴连接。主轴35把由叶片30接收风力产生的旋转力传导至齿轮箱40的输入轴。叶片30设置在旋转头20上，将风力转换成旋转力以传递到主轴35。
[0041]齿轮箱40设置于主轴35和发电机