(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022041822
(43)【公開日】2022-03-11
(54)【発明の名称】風力発電設備のブレードの非接触検査方法
(51)【国際特許分類】
G01N 25/72 20060101AFI20220304BHJP
F03D 17/00 20160101ALI20220304BHJP
【ＦＩ】
G01N25/72 K
F03D17/00
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021011254
(22)【出願日】2021-01-27
(62)【分割の表示】P 2020145280の分割
【原出願日】2020-08-31
(71)【出願人】
【識別番号】520332427
【氏名又は名称】有限会社讃宝住設
(74)【代理人】
【識別番号】100134979
【弁理士】
【氏名又は名称】中井 博
(74)【代理人】
【識別番号】100167427
【弁理士】
【氏名又は名称】岡本 茂樹
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 武
【テーマコード（参考）】
2G040
3H178
【Ｆターム（参考）】
2G040AA05
2G040AB08
2G040BA14
2G040BA26
2G040CA02
2G040DA06
2G040DA15
2G040EA01
2G040GA01
2G040HA06
3H178AA03
3H178AA22
3H178AA43
3H178BB59
3H178BB79
3H178CC02
3H178CC04
3H178DD52X
3H178EE03
3H178EE24
(57)【要約】
【課題】非接触で簡便にブレードを検査できる風力発電設備のブレードの非接触検査方法を提供する。
【解決手段】風力発電設備ＷのブレードＢの損傷を非接触で検査する方法であって、ブレードＢが、繊維強化プラスチックで形成された抗力側部材ＰＢと、繊維強化プラスチックで形成された揚力側部材ＳＢと、を有し、両者の間に中空空間Ｐｈが形成されたものであり、抗力側部材ＰＢの外面ＰＦおよび／または揚力側部材ＳＢの外面ＳＦの温度を非接触で測定し、抗力側部材ＰＢと揚力側部材ＳＢとの温度差に起因して抗力側部材ＰＢの外面ＰＦまたは揚力側部材ＳＢの外面ＳＦに発生する温度分布に基づいてブレードＢの損傷を判断する。
【選択図】図１
【解決手段】風力発電設備ＷのブレードＢの損傷を非接触で検査する方法であって、ブレードＢが、繊維強化プラスチックで形成された抗力側部材ＰＢと、繊維強化プラスチックで形成された揚力側部材ＳＢと、を有し、両者の間に中空空間Ｐｈが形成されたものであり、抗力側部材ＰＢの外面ＰＦおよび／または揚力側部材ＳＢの外面ＳＦの温度を非接触で測定し、抗力側部材ＰＢと揚力側部材ＳＢとの温度差に起因して抗力側部材ＰＢの外面ＰＦまたは揚力側部材ＳＢの外面ＳＦに発生する温度分布に基づいてブレードＢの損傷を判断する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
風力発電設備のブレードの損傷を非接触で検査する方法であって、
ブレードが、
複数のシートおよび／または複数の板材が積層された積層材料で形成されている抗力側部材と、複数のシートおよび／または複数の板材が積層された積層材料で形成されている揚力側部材とを有し、両者の間に中空空間が形成されたものであり、
抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度を非接触で測定し、
抗力側部材の温度と揚力側部材の温度に温度差が生じた状態で抗力側部材の外面または揚力側部材の外面に発生する温度分布に基づいてブレードの損傷を判断する
ことを特徴とする風力発電設備のブレードの非接触検査方法（抗力側部材および揚力側部材が歪エネルギー応力によって材料自身が発光する材料を含むものを除く）。
ブレードが、
複数のシートおよび／または複数の板材が積層された積層材料で形成されている抗力側部材と、複数のシートおよび／または複数の板材が積層された積層材料で形成されている揚力側部材とを有し、両者の間に中空空間が形成されたものであり、
抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度を非接触で測定し、
抗力側部材の温度と揚力側部材の温度に温度差が生じた状態で抗力側部材の外面または揚力側部材の外面に発生する温度分布に基づいてブレードの損傷を判断する
ことを特徴とする風力発電設備のブレードの非接触検査方法（抗力側部材および揚力側部材が歪エネルギー応力によって材料自身が発光する材料を含むものを除く）。
【請求項2】
抗力側部材の外面または揚力側部材の外面のいずれか一方のみに直射日光が照射される状態で、抗力側部材の外面または揚力側部材の外面のうち直射日光が照射されていない外面の温度を非接触で測定する
ことを特徴とする請求項１記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
ことを特徴とする請求項１記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
【請求項3】
ブレードの位置を変更して、抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度を非接触で複数回測定する
ことを特徴とする請求項１または２記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
ことを特徴とする請求項１または２記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
【請求項4】
抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面を測定する角度を変更して、抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度を測定する装置の位置を変更して複数回測定する
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
【請求項5】
抗力側部材および／または揚力側部材が、複数のシートおよび／または複数の板材が積層された積層材料で形成されている
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
【請求項6】
前記積層材料が、繊維強化プラスチックである
ことを特徴とする請求項５記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
ことを特徴とする請求項５記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、風力発電設備のブレードの非接触検査方法に関する。さらに詳しくは、稼動中の風力発電設備のブレードを非接触で検査することができる風力発電設備のブレードの非接触検査方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、既設の風力発電設備において、ブレードの欠陥等の検査は、ロープアクセスによって行われている。ロープアクセスによる検査では、作業者が風力発電設備のナセルまで上り、ロープを使用してナセルから下降しながらブレードに近づき、目視観察やハンマリングによる打音を聞くことによって欠陥等の検査が行われる。
【0003】
ロープアクセスによる検査では、数十メートルものブレードを上から下へ降下する形で作業しなければならない。しかも、一本のブレードの検査ではロープアクセスが複数回行なわれており、一つの風力発電設備には複数枚のブレードが設けられているので、一つの風力発電設備の検査に多大な時間と作業者の労力が必要となっている。とくに、集合型風力発電所（ウィンドファーム）のように多くの風力発電設備が設置されている場合には、作業者の負担や検査時間が甚大なものになる。
【0004】
近年では無人飛行機の普及が進んでおり、無人飛行機を使用したブレードの検査も開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【0005】
特許文献１には、風力発電設備のブレードを水平となるように固定した状態で、ブレード上に無人飛行機を着陸させてブレードの打撃検査を実施することが開示されている。
この方法はロープアクセスに比べれば作業者の負担を軽減でき検査時間を短くできる。
しかし、あくまでも人の代わりに無人飛行機をブレードに接触させて検査を実施するものであり、無人飛行機をブレード上に配置しなければならないのでそのために検査開始までにある程度の時間を要するし、無人飛行機の操作という作業者の負担が発生する。
この方法はロープアクセスに比べれば作業者の負担を軽減でき検査時間を短くできる。
しかし、あくまでも人の代わりに無人飛行機をブレードに接触させて検査を実施するものであり、無人飛行機をブレード上に配置しなければならないのでそのために検査開始までにある程度の時間を要するし、無人飛行機の操作という作業者の負担が発生する。
【0006】
一方、非接触でブレードの検査を実施する方法も開発されている（特許文献２参照）。
例えば、特許文献２には、ブレード内部に外気よりも高温（例えば７０～１２０度）や低温の流体を空気熱デバイスから供給してブレードを加熱または冷却して、ブレード内部と外部の温度差に起因してブレード表面に発生する温度分布を測定し、その温度分布に基づいて損傷を把握する技術が開示されている。
例えば、特許文献２には、ブレード内部に外気よりも高温（例えば７０～１２０度）や低温の流体を空気熱デバイスから供給してブレードを加熱または冷却して、ブレード内部と外部の温度差に起因してブレード表面に発生する温度分布を測定し、その温度分布に基づいて損傷を把握する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０１７―２０４１０号公報
【特許文献2】特表２０１３―５４２３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかるに、特許文献２に開示された方法を実施するには風力発電設備内に空気発生デバイスを搭載する必要があるため、空気発生デバイスが搭載されていない風力発電設備には適用できない。
しかも、多くの風力発電設備を有する集合型風力発電所では、各風力発電設備に空気発生デバイスを設けなければならず、莫大な設備費用が必要になる。そして、各風力発電設備が大型化すれば、それに伴って空気発生デバイスも大型化しなければならなくなり、風力発電設備自体の建設費用や改修費用も莫大になる。
しかも、多くの風力発電設備を有する集合型風力発電所では、各風力発電設備に空気発生デバイスを設けなければならず、莫大な設備費用が必要になる。そして、各風力発電設備が大型化すれば、それに伴って空気発生デバイスも大型化しなければならなくなり、風力発電設備自体の建設費用や改修費用も莫大になる。
【0009】
本発明はかかる事情に鑑み、非接触で簡便にブレードを検査できる風力発電設備のブレードの非接触検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の風力発電設備のブレードの非接触検査方法は、風力発電設備のブレードの損傷を非接触で検査する方法であって、ブレードが、抗力側部材と揚力側部材とを有し、両者の間に中空空間が形成されたものであり、抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度を非接触で測定し、抗力側部材の温度と揚力側部材の温度に温度差が生じた状態で抗力側部材の外面または揚力側部材の外面に発生する温度分布に基づいてブレードの損傷を判断することを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、ブレードの損傷した部分は正常な部分よりも温度が高くなるので、抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度分布に基づいて、損傷した部分を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本実施形態の風力発電設備のブレードの非接触検査方法のフロー図であり、（Ａ）は基本的な非接触検査方法のフロー図であり、（Ｂ）は接着剤ａｄの損傷を検査する方法のフロー図であり、（Ｃ）は反射光等の影響を除去する検査方法のフロー図である。
【図2】（Ａ）は本実施形態の風力発電設備のブレードの非接触検査方法によって測定した風力発電設備Ｗの外観写真であり、（Ｂ）は本実施形態の風力発電設備のブレードの非接触検査方法によって得られたブレードＢ表面の温度分布画像である。
【図3】ブレードＢを異なる位置に配置した場合における比較図であり、（Ａ）、（Ｃ）は外観写真であり、（Ｂ）、（Ｄ）本実施形態の風力発電設備のブレードの非接触検査方法によって得られたブレードＢ表面の温度分布画像である。
【図4】本実施形態の風力発電設備のブレードの非接触検査方法で検査されるブレードＢの概略説明図である。
【図5】風力発電設備Ｗの概略説明図である。
【図6】（Ａ）は風力発電設備から取り外されて地上に置かれているブレードを撮影した外観写真であり、（Ｂ）は（Ａ）のブレードにおいてフレーム部分の温度分布が把握しやすくなる温度分布画像であり、（Ｃ）は（Ａ）のブレードにおいて損傷部位の温度分布が把握しやすくなる温度分布画像である。
【図8】（Ａ）は風力発電設備から取り外されて地上に置かれているブレードを撮影した外観写真であり、（Ｂ）は（Ａ）のブレードにおいて温度分布の範囲を高温にした温度分布画像であり、（Ｃ）は（Ａ）のブレードにおいて温度分布の範囲を低温にした温度分布画像である。
【図9】実際の風力発電設備に設置されているブレードを異なる角度から測定した温度分布画像である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本実施形態の風力発電設備のブレードの非接触検査方法は、風力発電設備のブレードの損傷の有無を検査する方法であって、ブレードの損傷を非接触で簡便に把握できるようにしたことに特徴を有している。
【0014】
＜ブレードＢの説明＞
まず、本実施形態の風力発電設備のブレードの非接触検査方法（以下では単にブレードの非接触検査方法という場合がある）によって検査される風力発電設備ＷのブレードＢの一例を説明する。
まず、本実施形態の風力発電設備のブレードの非接触検査方法（以下では単にブレードの非接触検査方法という場合がある）によって検査される風力発電設備ＷのブレードＢの一例を説明する。
【0015】
図５に示すように、風力発電設備Ｗは、地面に立設されたタワーＴの上端部にナセルＮが設けられており、このナセルＮに回転可能に設けられた回転軸Ａに複数枚のブレードＢが設けられている。複数枚のブレードＢは、回転軸Ａに対して、ブレードＢの軸周り（図５の軸ＣＳ周り）に回転できるように設けられている。つまり、ブレードＢの角度（ピッチ）を調整できるようになっている。
【0016】
なお、ナセルＮは、タワーＴに対して回転可能に設けられている場合と固定されている場合と、があり、タワーＴに対して回転可能である場合には風向きに応じてその向きが変更できるようになっている。
【0017】
図４に示すように、ブレードＢは、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成された抗力側部材ＰＢ（正圧面側シェル）と、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成された揚力側部材ＳＢ（負圧面側シェル）と、を有している。ブレードＢは、抗力側部材ＰＢと揚力側部材ＳＢの一方の端縁同士が連結されて形成された端縁（リーディングエッジＬＥ）と、抗力側部材ＰＢと揚力側部材ＳＢの他方の端縁同士が連結されて形成された端縁（トレーリングエッジＴＥ）と、を有している。そして、風上方向にリーディングエッジＬＥを向けた状態で配置すれば、風向きに対するブレードＢの角度と風速に応じて、ブレードＢを回転させる回転力が発生する。
【0018】
なお、抗力側部材ＰＢや揚力側部材ＳＢを形成するＦＲＰはとくに限定されない。例えば、カーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）やガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）などの種々のＦＲＰを使用することができる。
また、抗力側部材ＰＢおよび揚力側部材ＳＢは必ずしもＦＲＰ製のものに限られず、複数枚のシートや板状の部材が積層された積層材料であって、後述する方法で抗力側部材ＰＢと揚力側部材ＳＢとの間に温度差が生じた場合に、その損傷部位と正常部位との間に損傷を検査可能な温度差（０．５～２℃程度）を生じさせる材料であればよい。
また、抗力側部材ＰＢおよび揚力側部材ＳＢは必ずしもＦＲＰ製のものに限られず、複数枚のシートや板状の部材が積層された積層材料であって、後述する方法で抗力側部材ＰＢと揚力側部材ＳＢとの間に温度差が生じた場合に、その損傷部位と正常部位との間に損傷を検査可能な温度差（０．５～２℃程度）を生じさせる材料であればよい。
【0019】
抗力側部材ＰＢと揚力側部材ＳＢとの間には、中空な空間Ｐｈが形成されており、この中空な空間Ｐｈ内には、抗力側部材ＰＢの内面ＰＩと揚力側部材ＳＢの内面ＳＩとを連結する連結部材ＣＢが設けられている。この連結部材ＣＢは、木材などで形成された部材であり、ブレードＢの軸方向に沿って延びるように設けられている。この連結部材ＣＢは、板状の本体部Ｍと、本体部Ｍの両端に設けられた固定プレートＰとから構成されている。固定プレートＰは、抗力側部材ＰＢの内面ＰＩおよび揚力側部材ＳＢの内面ＳＩに接着剤ａｄによって固定されている。したがって、固定プレートＰが設けられている部分は、接着剤ａｄと固定プレートＰとを合せた厚さＴ２の分だけ、抗力側部材ＰＢや揚力側部材ＳＢの厚さＴ１よりも厚くなっている。
【0020】
なお、本実施形態のブレードの非接触検査方法で検査されるブレードＢの構造は、上記のごとき構造に限定されない。内部に中空な空間を有するブレードＢであればよく、その内部の構造はとくに限定されない。上述した例では、連結部材ＣＢは固定プレートＰが設けられている位置では断面略Ｉ字状であるが、連結部材ＣＢは断面Ｃ字状に形成されていてもよい。
【0021】
＜ブレードの非接触検査方法＞
つぎに、本実施形態のブレードの非接触検査方法を説明する。
本実施形態のブレードの非接触検査方法では、ブレードＢの抗力側部材ＰＢの外面ＰＦや、揚力側部材ＳＢの外面ＳＦの温度を測定して、ブレードＢの抗力側部材ＰＢや揚力側部材ＳＢの損傷の有無を検出する。
なお、以下では、ブレードＢの抗力側部材ＰＢの損傷を検出する場合を代表として説明する。
つぎに、本実施形態のブレードの非接触検査方法を説明する。
本実施形態のブレードの非接触検査方法では、ブレードＢの抗力側部材ＰＢの外面ＰＦや、揚力側部材ＳＢの外面ＳＦの温度を測定して、ブレードＢの抗力側部材ＰＢや揚力側部材ＳＢの損傷の有無を検出する。
なお、以下では、ブレードＢの抗力側部材ＰＢの損傷を検出する場合を代表として説明する。
【0022】
本実施形態のブレードの非接触検査方法では、ブレードＢの抗力側部材ＰＢの外面ＰＦの温度を測定する温度測定器ＴＣと、この温度測定器ＴＣが測定した温度に基づいて、ブレードＢの抗力側部材ＰＢの外面ＰＦの温度分布画像を作成する解析器ＡＤと、を有する測定装置ＭＤを使用して検査を実施する（図４（Ｂ）参照）。
【0023】
温度測定器ＴＣは、ブレードＢの抗力側部材ＰＢの外面ＰＦの温度を測定できるものであればよく、とくに限定されない。例えば、赤外線カメラやマルチスペクトルカメラ等を使用することができる。
解析器ＡＤは、温度測定器ＴＣが測定したデータに基づいて、ブレードＢの温度分布画像を作成できるものである。例えば、赤外線カメラのデータを温度分布画像（図２（Ｂ）参照）を作成するアプリケーションがインストールされたパーソナルコンピュータを解析器ＡＤとして使用することができる。
解析器ＡＤは、温度測定器ＴＣが測定したデータに基づいて、ブレードＢの温度分布画像を作成できるものである。例えば、赤外線カメラのデータを温度分布画像（図２（Ｂ）参照）を作成するアプリケーションがインストールされたパーソナルコンピュータを解析器ＡＤとして使用することができる。
【0024】
なお、測定装置ＭＤは、可視光を撮影する一般的なＣＣＤカメラ等を備えていてもよい。この場合、温度測定器ＴＣで測定した温度データに基づいて解析器ＡＤによって形成した温度分布画像とＣＣＤカメラ等で撮影した可視画像とを比較すれば、ブレードＢにおける損傷位置などを把握しやすくなる。また、赤外線カメラ自体が赤外線と可視光とを同時に測定することができるものであれば、ＣＣＤカメラ等を使用しなくても温度分布画像とＣＣＤカメラ等で撮影した可視画像とを比較できる。
【0025】
かかる検査機器を使用して、以下の方法でブレードの検査を実施する。
【0026】
図１（Ａ）に示すように、まず、風力発電設備Ｗの複数のブレードＢのうち、検査するブレードＢの角度を調整して、ブレードＢの抗力側部材ＰＢの表面ＰＦには直射日光が照射されないが、揚力側部材ＳＢの表面ＳＦには直射日光が照射される状態とする（図４（Ｂ）参照）（ＢＳ１）。そして、一定の時間その状態に維持すると（例えば１０～２０分程度）、揚力側部材ＳＢの表面ＳＦの温度が上昇し、揚力側部材ＳＢと抗力側部材ＰＢとの間で温度差が生じる。すると、連結部材ＣＢ等の構造物を通した熱伝導や内部空間Ｐｈ内の空気による熱伝達、輻射熱等によって揚力側部材ＳＢから抗力側部材ＰＢに熱が移動する。
【0027】
その状態で、ブレードＢの抗力側部材ＰＢの表面ＰＦを温度測定器ＴＣによって測定し（ＢＳ２）、その測定データを解析器ＡＤによって解析し、ブレードＢの抗力側部材ＰＢの表面ＰＦの温度分布画像を作成する（ＢＳ３）。
なお、温度測定器ＴＣによって測定されたデータは、記憶媒体等に記憶させておき、検査の実施後、別に用意された解析器によって解析してもよい。
なお、温度測定器ＴＣによって測定されたデータは、記憶媒体等に記憶させておき、検査の実施後、別に用意された解析器によって解析してもよい。
【0028】
そして、温度分布画像を確認して、損傷個所を判断する（ＢＳ４）。
ここで、ブレードＢに損傷がない場合、抗力側部材ＰＢにおいて同じ構造かつ近接した位置ではほぼ同じ温度になる一方、抗力側部材ＰＢにおいて損傷が生じている部分では周囲との間に温度差が生じる。例えば、ＦＲＰの亀裂や剥離などが生じている場合には、その部分は周囲との間に厚さや構造（例えば空隙ができるなど）に差が生じる。すると、損傷している部分はその近傍の同じ構造の部分に比べて、抗力側部材ＰＢの厚さが薄くなるため、周囲との間に温度差が生じる。具体的には、損傷している部分は、周囲に比べて温度が高くなる（図２（Ｂ）ａ参照）。
ここで、ブレードＢに損傷がない場合、抗力側部材ＰＢにおいて同じ構造かつ近接した位置ではほぼ同じ温度になる一方、抗力側部材ＰＢにおいて損傷が生じている部分では周囲との間に温度差が生じる。例えば、ＦＲＰの亀裂や剥離などが生じている場合には、その部分は周囲との間に厚さや構造（例えば空隙ができるなど）に差が生じる。すると、損傷している部分はその近傍の同じ構造の部分に比べて、抗力側部材ＰＢの厚さが薄くなるため、周囲との間に温度差が生じる。具体的には、損傷している部分は、周囲に比べて温度が高くなる（図２（Ｂ）ａ参照）。
【0029】
すると、温度分布画像では、損傷が生じていなければ同じ構造かつ近接した位置ではほぼ均一な温度分布を示すのに対し、損傷が生じている場合には、その部分に温度が高い領域が形成される。
【0030】
したがって、上記の方法でブレードＢの表面の温度、つまり、直射日光が照射されていない表面の温度を非接触で測定し、その温度分布画像を作成すれば、簡単かつ短時間の検査でブレードＢの損傷を発見することができる。
【0031】
しかも、ブレードＢの角度（ピッチ）やナセルＮの角度等を調整して、検査する表面（抗力側部材ＰＢの表面ＰＦ）は直射日光が照射されない状態とし、検査しない表面（揚力側部材ＳＢの表面ＳＦ）には直射日光が照射される状態として、非接触で温度を測定するだけである。つまり、本実施形態のブレードの非接触検査方法では、検査する表面に検査可能な温度差（０．５～２℃程度）を生じさせるために、検査装置や風力発電設備に特別な加熱装置や冷却装置等を設けなくてもよい。すると、既設の風力発電設備にも簡単に適用できるし、新設の風力発電設備であっても特別な設備を設置しなくてもよいので検査のために追加の費用が発生することもない。
【0032】
また、ブレードＢによっては、補修がなされている場合があり、その場合、補修個所は周囲に比べて構造や素材、厚さが異なっている場合があり、その部位は周囲との間に温度差が生じることになる。しかし、抗力側部材ＰＢや揚力側部材ＳＢであれば、補修個所は、通常、周囲に比べて厚さが厚くなっているので、補修個所は周囲よりも温度が低くなる（図２（Ｂ）ｂ参照）。すると、補修個所と損傷個所は、いずれも周囲と温度差は生じるが、温度分布画像を確認すれば、補修個所であるか損傷個所であるかを識別することができる。
【0033】
＜接着剤の劣化診断＞
また、抗力側部材ＰＢの内面ＰＩおよび揚力側部材ＳＢの内面ＳＩには、連結部材ＣＢの固定プレートＰが固定されている。抗力側部材ＰＢ等と固定プレートＰの素材とが異なる場合もあるが、実質的には、固定プレートＰが固定されている部分は、抗力側部材ＰＢ等の厚さが厚くなった状態になっているとみなせる。
また、抗力側部材ＰＢの内面ＰＩおよび揚力側部材ＳＢの内面ＳＩには、連結部材ＣＢの固定プレートＰが固定されている。抗力側部材ＰＢ等と固定プレートＰの素材とが異なる場合もあるが、実質的には、固定プレートＰが固定されている部分は、抗力側部材ＰＢ等の厚さが厚くなった状態になっているとみなせる。
【0034】
一方、固定プレートＰは、接着剤ａｄによって抗力側部材ＰＢの内面ＰＩとおよび揚力側部材ＳＢの内面ＳＩに固定されている。接着剤ａｄは、ＦＲＰ製の抗力側部材ＰＢ等に比べて、加熱されると温度が高くなる傾向にある。したがって、固定プレートＰの位置では、ブレードＢが加熱されていない状態では周囲に比べて温度が低い状態になるが、加熱されると接着剤ａｄが加熱されることによって周囲よりも温度が高くなる。
【0035】
つまり、ブレードＢが正常であれば、ブレードＢが加熱されていない状態では、固定プレートＰの位置は周囲よりも温度が低くなり、ブレードＢがある程度加熱されると、固定プレートＰの位置は周囲よりも温度が高くなる。
【0036】
しかし、接着剤ａｄの劣化が生じて固定プレートＰと抗力側部材ＰＢ等とが剥離する状態になると、剥離した個所は、実質的に、抗力側部材ＰＢ等だけが存在する状態になるので、剥離した個所は周囲とほぼ同じ温度になる。したがって、剥離の発生は、一回だけ温度分布を測定して温度分布画像を作成したのでは把握することが難しい。
【0037】
そこで、接着剤の劣化を診断する場合には、以下のような手順で検査することが望ましい。
【0038】
図１（Ｂ）に示すように、まず、正常なブレードＢが十分に加熱されていない状態で、抗力側部材ＰＢの表面ＰＦの温度を測定する（ＡＳ１）。この測定データによって温度分布画像を作成し（ＡＳ２）、ブレードＢの構造、つまり、ブレードＢのどの位置に連結部材ＣＢの固定プレートＰが設けられているかを把握する（ＡＳ３）。具体的には、ブレードＢの温度分布画像において温度の低い領域を連結部材ＣＢの固定プレートＰが設けられている位置と判断する。この温度分布画像を、以下では基準画像という。
【0039】
実際の検査では、接着剤ａｄの劣化を検査する表面（例えば、ブレードＢの抗力側部材ＰＢの表面ＰＦ）を加熱する。加熱する方法はとくに限定されないが、例えば、ブレードＢの抗力側部材ＰＢの表面ＰＦに直射日光が照射される状態とする。一定の時間その状態に維持した後、抗力側部材ＰＢの表面ＰＦの温度を測定する（ＡＳ４）。この測定データを用いて温度分布画像（検査画像）を作成する（ＡＳ５）。
【0040】
そして、検査画像と基準画像とを比較して、損傷の有無を判断する（ＡＳ６）。
具体的には、基準画像において固定プレートＰが設けられている位置と、検査画像において周囲に比べて高温となっている領域と、が一致すれば、接着剤ａｄは正常な状態であると判断することができる。
一方、基準画像の固定プレートＰが設けられている位置に、検査画像において周囲とほぼ同等の温度になっている領域があれば、その領域は、接着剤ａｄの劣化により剥離が生じている可能性があると判断することができる。
具体的には、基準画像において固定プレートＰが設けられている位置と、検査画像において周囲に比べて高温となっている領域と、が一致すれば、接着剤ａｄは正常な状態であると判断することができる。
一方、基準画像の固定プレートＰが設けられている位置に、検査画像において周囲とほぼ同等の温度になっている領域があれば、その領域は、接着剤ａｄの劣化により剥離が生じている可能性があると判断することができる。
【0041】
＜反射の影響＞
また、本実施形態のブレードの非接触検査方法では、ブレードＢにおいて検査する表面（上記例で抗力側部材ＰＢの表面ＰＦ）には直射日光が照射されない条件としている。しかし、周囲からの反射光（間接光）が検査する表面に照射されると、このような間接光の影響で、測定される温度が変化する可能性がある。
また、本実施形態のブレードの非接触検査方法では、ブレードＢにおいて検査する表面（上記例で抗力側部材ＰＢの表面ＰＦ）には直射日光が照射されない条件としている。しかし、周囲からの反射光（間接光）が検査する表面に照射されると、このような間接光の影響で、測定される温度が変化する可能性がある。
【0042】
そこで、間接光の影響を除去するには、以下のような測定を実施することが望ましい。
【0043】
図１（Ｃ）に示すように、まず、ブレードＢにおいて検査する表面には直射日光が照射されない条件としつつ、ブレードＢの位置やブレードＢの角度（ピッチ）やナセルＮの角度等を変更してブレードＢの表面の温度を測定し（ＲＳ１）、測定データを用いて温度分布画像を作成する（ＲＳ２）。
【0044】
つぎに、ブレードＢの位置を変更して、ブレードＢの表面の温度を測定し、測定データを用いて温度分布画像を作成する。さらにブレードＢの位置を変更して、ブレードＢの表面の温度を測定し、測定データを用いて温度分布画像を作成する。
【0045】
そして、所定回数だけ上記作業を実施すると、得られた複数の温度分布画像を比較し、各温度分布画像において損傷と見做せる領域が一致するか否かを確認する（ＲＳ３）。そして、各温度分布画像において損傷と見做せる領域が一致していれば、その位置は損傷が生じていると判断でき、画像によって位置が異なっていれば損傷が生じている領域ではなく間接光等によるノイズの影響であると判断できる（図３（Ｂ）、（Ｄ）の丸囲み参照）。つまり、間接光等の影響があっても、その影響を除去してブレードＢの損傷個所を把握することができる。
【0046】
また、ブレードＢの位置を変更せずに、ブレードＢの温度測定をする位置を変更してもよい。その場合でも、各測定位置における温度分布画像を作成し比較すれば、ブレードＢの位置を変更した場合と同様に間接光等の影響を除去してブレードＢの損傷個所を把握することができる。その場合には、以下のような測定を実施することが望ましい。
【0047】
まず、ブレードＢにおいて検査する表面には直射日光が照射されない条件として、上述した温度測定器ＴＣを設置し、ブレードＢの表面の温度を測定し、測定データを用いて温度分布画像を作成する。
【0048】
つぎに、ブレードＢはそのままで、温度測定をする位置（つまり温度測定器ＴＣの設置場所）を変更して、ブレードＢの表面の温度を測定し、測定データを用いて温度分布画像を作成する。さらに温度測定器ＴＣの位置を変更して、ブレードＢの表面の温度を測定し、測定データを用いて温度分布画像を作成する。
【0049】
そして、所定回数だけ上記作業を実施すると、得られた複数の温度分布画像を比較し、各温度分布画像において損傷と見做せる領域が一致するか否かを確認すれば、上述したブレードＢの位置を変更する方法と同様に、間接光等の影響があっても、その影響を除去してブレードＢの損傷個所を把握することができる。
【実施例0050】
実際の風力発電設備のブレードの温度を撮影して、本発明の風力発電設備のブレードの非接触検査方法の有効性を確認した。なお、撮影したブレードは、風力発電設備から取り外されて地上に置かれているものである。
【0051】
測定では、ＦＬＩＲ社製のカメラ（Ｔ－４２０）を使用してブレードの表面を撮影し、ＦＬＩＲ社製の解析ソフトウェア（Ｔools）を使用して撮影画像の温度を解析し、温度分布画像を作成した。
【0052】
なお、温度分布画像のうち、図６（Ｂ）は、フレーム部分の温度分布が把握しやすくなる温度分布画像であり、図６（Ｃ）は、損傷部位の温度分布が把握しやすくなる温度分布画像である。
また、温度分布画像上のラインＬ１、Ｌ２に沿った温度変化を図７に示す。
また、温度分布画像上のラインＬ１、Ｌ２に沿った温度変化を図７に示す。
【0053】
まず、図６（Ａ）に示すように、撮影したブレードは、撮影した表面全体が日陰、つまり、直射日光が照射されていない状態となっており、逆側の面は直射日光が照射された状態となっている。
【0054】
この状態において、撮影した表面の温度分布画像を確認すると（図６（Ｂ））、フレーム部は周囲に比べて温度が低くなっていることが確認できる。周囲との温度差を確認すると、図７（Ａ）に示すように、フレーム部は０．４度程度周囲よりも温度が低くなっていることが確認できる。
【0055】
また、図６（Ｃ）に示すように、損傷部位は、周囲に比べて温度が高くなっていることが確認できる。周囲との温度差を確認すると、図７（Ｂ）に示すように、損傷部位は２度程度周囲よりも温度が高くなっていることが確認できる。
【0056】
以上のように、ブレードの一方の面に直射日光が照射された状態で、直射日光が照射されていない他方の表面の温度分布を把握すれば、ブレードの損傷部位やフレームを把握できることが確認された。
【0057】
＜直射日光が無い状態での撮影の有効性確認＞
つぎに、直射日光が無い状態での撮影が有効であることを確認した。
つぎに、直射日光が無い状態での撮影が有効であることを確認した。
【0058】
図８（Ａ）は、一枚のブレードに直射日光が照射されている部分（左側）と直射日光が照射されていない部分（右側）が生じている画像である。この画像から、ブレードの左側には直射日光が照射されており、右側が直射日光が照射されていないことが確認できる。また、図８（Ａ）から、ブレードの表面には汚れがあり、この汚れはブレードの表面全体にあることが確認できる。
【0059】
このブレードの温度分布画像を図８（Ｂ）、（Ｃ）に示す。なお、図８（Ｂ）は、直射日光が照射されている部分の温度分布を確認するために、表示される温度分布の範囲を高温にしており（３３．２～３４．９度）、図８（Ｃ）は、直射日光が照射されていない部分の温度分布を確認するために、表示される温度分布の範囲を低温にしている（３１．９～３３．９度）としている。
【0060】
図８（Ｂ）と図８（Ｃ）を比較すると、直射日光が照射されていない部分（図８（Ｃ））では汚れの影響がなくブレードの構造に応じた温度分布が得られていることが確認できる。
一方、直射日光が照射されている部分（図８（Ｂ））では汚れの部分（白丸で囲った部分）が直射日光の影響で高温となっており、ブレードの構造が温度分布からでは確認できないことが分かる。
一方、直射日光が照射されている部分（図８（Ｂ））では汚れの部分（白丸で囲った部分）が直射日光の影響で高温となっており、ブレードの構造が温度分布からでは確認できないことが分かる。
【0061】
この結果より、撮影する表面に直射日光が照射されていない状態とすることにより、汚れなどの影響を防ぎつつ、ブレードの構造等を温度分布で把握できることが確認できた、
【0062】
＜反射光の影響除去＞
また、撮影方向を変えることによって反射光の影響を除去してブレードの構造を把握できることを確認した。
また、撮影方向を変えることによって反射光の影響を除去してブレードの構造を把握できることを確認した。
【0063】
この撮影では、実際の風力発電設備に設置されているブレードを、ドローン（ＤＪＩ社製）に搭載された赤外線カメラ（ＺｅｎｍｕｓｅＸＴ２）によって撮影した。撮影画像の温度の解析や温度分布画像の作成には、ＦＬＩＲ社製の解析ソフトウェア（Ｔools）を使用した。
【0064】
なお、図９（Ａ）と図９（Ｂ）は、別な角度から撮影した温度分布画像であり、同じ温度範囲になるように調整している。図９（Ａ）と図９（Ｂ）が撮影された時間はほぼ同じ時間（数十秒程度の時間差）であり、太陽の位置は変化していない。
【0065】
図９（Ａ）、（Ｂ）における四角で囲った部分を比較すると、同じ温度範囲の温度分布画像であっても、撮影角度が異なれば、温度分布画像が異なることが確認できる。つまり、反射光等の影響により、温度分布画像が異なるものとなることが確認できる。
しかし、図９（Ａ）、（Ｂ）の温度分布画像において、フレーム部分は両温度分布画像で明確に表れており、しかもその位置が一致していることが確認できる。
しかし、図９（Ａ）、（Ｂ）の温度分布画像において、フレーム部分は両温度分布画像で明確に表れており、しかもその位置が一致していることが確認できる。
【0066】
以上のように、反射光等の影響があっても、撮影角度を変更すれば、フレーム部分や損傷部位などを把握できることが確認できる。
【産業上の利用可能性】
【0067】
本発明の風力発電設備のブレードの非接触検査方法は、大型の風力発電設備におけるブレードの損傷を検査する方法に適している。
【符号の説明】
【0068】
Ｗ 風力発電設備
Ｔ タワー
Ｎ ナセル
Ｂ ブレード
ＰＢ 抗力側部材
ＰＩ 抗力側部材の内面
ＰＦ 抗力側部材の表面
ＳＢ 揚力側部材
ＳＩ 揚力側部材の内面
ＳＦ 揚力側部材の表面
ＣＢ 連結部材
Ｍ 本体部
Ｐ 固定プレート
Ｐｈ 中空な空間
ＬＥ リーディングエッジ
ＴＥ トレーリングエッジ
ａｄ 接着剤
Ｔ タワー
Ｎ ナセル
Ｂ ブレード
ＰＢ 抗力側部材
ＰＩ 抗力側部材の内面
ＰＦ 抗力側部材の表面
ＳＢ 揚力側部材
ＳＩ 揚力側部材の内面
ＳＦ 揚力側部材の表面
ＣＢ 連結部材
Ｍ 本体部
Ｐ 固定プレート
Ｐｈ 中空な空間
ＬＥ リーディングエッジ
ＴＥ トレーリングエッジ
ａｄ 接着剤
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【手続補正書】
【提出日】2021-04-20
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
風力発電設備のブレードの損傷を非接触で検査する方法であって、
ブレードが、
複数のシートおよび／または複数の板材が積層された積層材料で形成されている抗力側部材と、複数のシートおよび／または複数の板材が積層された積層材料で形成されている揚力側部材とを有し、両者の間に中空空間が形成されたものであり、
抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度を非接触で測定し、
抗力側部材の温度と揚力側部材の温度に温度差が生じた状態で抗力側部材の外面または揚力側部材の外面に発生する温度分布に基づいてブレードの損傷を判断する
ことを特徴とする風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
ブレードが、
複数のシートおよび／または複数の板材が積層された積層材料で形成されている抗力側部材と、複数のシートおよび／または複数の板材が積層された積層材料で形成されている揚力側部材とを有し、両者の間に中空空間が形成されたものであり、
抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度を非接触で測定し、
抗力側部材の温度と揚力側部材の温度に温度差が生じた状態で抗力側部材の外面または揚力側部材の外面に発生する温度分布に基づいてブレードの損傷を判断する
ことを特徴とする風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
【請求項2】
抗力側部材の外面または揚力側部材の外面のいずれか一方のみに直射日光が照射される状態で、抗力側部材の外面または揚力側部材の外面のうち直射日光が照射されていない外面の温度を非接触で測定する
ことを特徴とする請求項１記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
ことを特徴とする請求項１記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
【請求項3】
ブレードの位置を変更して、抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度を非接触で複数回測定する
ことを特徴とする請求項１または２記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
ことを特徴とする請求項１または２記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
【請求項4】
抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面を測定する角度を変更して、抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度を測定する装置の位置を変更して複数回測定する
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
【請求項5】
抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の可視画像と、
抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度分布画像と、を比較する
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度分布画像と、を比較する
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
【請求項6】
前記積層材料が、繊維強化プラスチックである
ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0011】
本発明によれば、ブレードの損傷した部分は正常な部分よりも温度が高くなるので、抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度を非接触で測定すれば、ブレードの表面の温度分布に基づいて、損傷した部分を把握することができる。
【手続補正書】
【提出日】2021-12-21
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
風力発電設備のブレードの外部から視認できない損傷を非接触で検査する方法であって、
ブレードが、
複数のシートおよび／または複数の板材が積層された積層材料で形成されている抗力側部材と、複数のシートおよび／または複数の板材が積層された積層材料で形成されている揚力側部材とを有し、両者の間に中空空間が形成されたものであり、
抗力側部材の外面または揚力側部材の外面のいずれか一方に直射日光が照射される状態とし、その状態を一定時間維持した後、抗力側部材の外面または揚力側部材のうち直射日光が照射されていない外面の温度を非接触で測定し、
抗力側部材の温度と揚力側部材の温度に温度差が生じた状態で抗力側部材の外面または揚力側部材の外面に発生する温度分布に基づいてブレードの損傷を判断する
ことを特徴とする風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
ブレードが、
複数のシートおよび／または複数の板材が積層された積層材料で形成されている抗力側部材と、複数のシートおよび／または複数の板材が積層された積層材料で形成されている揚力側部材とを有し、両者の間に中空空間が形成されたものであり、
抗力側部材の外面または揚力側部材の外面のいずれか一方に直射日光が照射される状態とし、その状態を一定時間維持した後、抗力側部材の外面または揚力側部材のうち直射日光が照射されていない外面の温度を非接触で測定し、
抗力側部材の温度と揚力側部材の温度に温度差が生じた状態で抗力側部材の外面または揚力側部材の外面に発生する温度分布に基づいてブレードの損傷を判断する
ことを特徴とする風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
【請求項2】
ブレードの位置を変更して、抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度を非接触で複数回測定する
ことを特徴とする請求項１記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
ことを特徴とする請求項１記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
【請求項3】
抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面を測定する角度を変更して、抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度を測定する装置の位置を変更して複数回測定する
ことを特徴とする請求項１または２記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
ことを特徴とする請求項１または２記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
【請求項4】
抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の可視画像と、
抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度分布画像と、を比較する
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
抗力側部材の外面および／または揚力側部材の外面の温度分布画像と、を比較する
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
【請求項5】
前記積層材料が、繊維強化プラスチックである
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の風力発電設備のブレードの非接触検査方法。