풍력기기 기어박스의 상태 감시에 관한 연구A study on the condition monitoring of wind turbine gearbox

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풍력기기 기어박스는 높은 발전량을 얻기 위해, 바람에 따라 변동되는 큰 회전력을 지닌 입력축 회전 속도를 높은 회전 속도로 변환하는 장치이다. 기어박스의 파손은 긴 시간 동안 풍력기기의 작동에 악영향을 미치기 때문에, 심각한 파손으로 진행되기 전 기어박스 주요 부품들의 상태를 진단해야 한다. 기어박스의 주요 부품들은 다양한 기어열과 베어링, 그리고 그 외 구조물로서 구성되어 있다. 특히, 기어와 베어링은 회전 속도에 따라 변동되는 주파수 성분을 지니며 다양한 조화 성분들의 신호를 제공한다. 본 연구에서는 기어박스의 주요 부품들에 대해 상태 진단을 수행하고자, 시간 영역에서의 진동 신호를 측정하여 주요 신호에 대해 정밀하게 분석하기 위해 차수 추적분석법을 적용하였다. 1:5의 증속비를 지니는 5 kW급 풍력기기 시뮬레이터 기어박스에 대해 실험하였다. 기어박스의 상태 진단을 수행하기 위해, 다양한 차수 추적법을 적용해보았으며, 그 결과 VFR-STFT를 적용한 차수 추적법이 STFT 및 Vold-kalman 차수 추적법을 적용한 결과에 비해 풍력기기 기어박스 해석에서 가장 적합한 시간과 주파수 해상도를 제공함을 알 수 있었다. 기어 이의 상태에 따라 정상 상태와 보통의 마모 상태에 대해 연구를 수행하였다. 기어박스의 기어 이에 대해 상태 감시를 수행하고자, 정상 상태에서의 분석된 차수 추적분석결과에서 각 RPM에 대해 신뢰도 구간을 정의하여 비-파손 상태의 기준 신호 값을 제시하였다. 각 RPM 정보에 대한 통계적 신호의 확률 밀도 값은 카이-제곱 분포를 따름을 확인하였다. 그리고, 기어박스의 고장 유무를 진단하기 위해, 본 연구에서는 제시된 알람 값의 초과 빈도를 나타내는 백분율과 에너지 차이 값의 상태지표들을 이용하였다. 각 RPM 정보에 대해 측정되는 평균값들에 대해 지속적으로 감시함으로써, 마모 상태에 대해 명확하게 진단함을 알 수 있었다.
Advisors
이정권researcherIh, Jeong Guon
Description
한국과학기술원 : 기계공학전공,
Publisher
한국과학기술원
Issue Date
2013
Identifier
514833/325007  / 020113262
Language
kor
Description

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공, 2013.2, [ x, 116 p. ]

Keywords

variable speed; wind turbine gearbox; 신뢰도 구간; 과도 신호; 시간-주파수 해석; 변동 주파수 해상도를 지닌 국소 푸리에 변환; 차수 추적 분석; 기어박스 파손; 상태 감시; 가변속; 풍력기기 기어박스; condition monitoring; gearbox failure; order tracking analysis; VFR-STFT; time-frequency analysis; transient signal; confidence interval; condition indicators; 상태 지표

URI
http://hdl.handle.net/10203/181770
Link
http://library.kaist.ac.kr/search/detail/view.do?bibCtrlNo=514833&flag=dissertation
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ME-Theses_Master(석사논문)
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