(57)【要約】      （修正有）【課題】火炎検出に基づく燃焼作動状態を制御するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】端部カバー２８と、該端部カバー２８の内面から延在する少なくとも１つの燃料ノズル組立体３０とを有する燃焼器２０を含むシステム１０が開示される。カートリッジ４６は、端部カバー２８を通って少なくとも１つの燃料ノズル組立体３０内に延在することができる。カートリッジ４６は、燃焼器２０内部から放出される光を受ける開口を画成することができる。加えて、光ファイバーケーブル４８は、カートリッジ４６内に配置され、開口を通って受けた光の少なくとも一部を取り込むよう構成することができる。【選択図】図１
2012145103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部カバー（２８）と、該端部カバー（２８）の内面（７１）から延在する少なくとも１つの燃料ノズル組立体（３０）とを含む燃焼器（２０）と、
前記端部カバー（２８）を通って前記少なくとも１つの燃料ノズル組立体（３０）内に延在し、前記燃焼器（２０）内部から放出される光を受ける開口（８５）を画成するカートリッジ（４６）と、
前記カートリッジ（４６）内に配置され、前記開口（８５）を通って受けた光の少なくとも一部を取り込むよう構成された光ファイバーケーブル（４８）と
を備えるシステム（１０）。
【請求項２】
前記カートリッジ（４６）の一部が、前記端部カバー（２８）の外面（８２）を係合するよう構成される、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記カートリッジ（４６）が、前記外面（８２）に取り付けられるフランジ（８１）を画成する、請求項２記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記カートリッジ（４６）が、前記端部カバー（２８）内に画成された通路（７９）を通って延在しており、該通路（７９）が、前記少なくとも１つの燃料ノズル組立体（３０）の中心軸線（７５）と軸方向に整列している、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記カートリッジ（４６）内に取り付けられるレンズ（５０）を更に備える、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記レンズ（５０）が、前記開口（８５）を通って受けた光の少なくとも一部を前記光ファイバーケーブル（４８）の端面（９０）上に合焦する、請求項５記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記光ファイバーケーブル（４８）に結合され、該光ファイバーケーブル（４８）を通って伝送される光の特性を測定するよう構成される光検出器（５２）を更に備える、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記光検出器（５２）が、分光計及び光電子増倍管のうちの少なくとも１つを含む、請求項７記載のシステム（１０）。
【請求項９】
前記光検出器（５２）に通信可能に結合されたコントローラ（５４）を更に備え、前記コントローラ（５４）が、前記光検出器（５２）の出力を分析し、前記燃焼器（２０）の作動状態を判定するよう構成されている、請求項７記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
前記コントローラ（５４）が更に、前記作動状態に基づいて前記燃焼器（２０）の動作パラメータを調整するよう構成されている、請求項９記載のシステム（１０）。
【請求項１１】
前記カートリッジ（４６）の少なくとも一部を通って流体が供給され、該流体は、前記カートリッジ（４６）の内側チャネル（８４）及び外側チャネル（１０１）のうちの少なくとも１つを通って配向される、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項１２】
燃焼器（２０）の端部カバー（２８）を通して該燃焼器（２０）の燃料ノズル組立体（３０）内にカートリッジ（４６）を挿入する段階と、
前記カートリッジ（４６）内に配置された光ファイバーケーブル（４８）を用いて前記燃焼器（２０）から放出される光を取り込む段階と
を含む方法。
【請求項１３】
前記光ファイバーケーブル（４８）によって取り込まれた光の特性を測定する段階を更に含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記特性を分析して前記燃焼器（２０）の作動状態を判定するようにする段階を更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記作動状態に基づいて前記燃焼器（２０）内の燃焼に影響を及ぼす動作パラメータを制御する段階を更に含む、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、全体的にガスタービンに関し、より詳細には、燃焼器の火炎からの光検出に基づいてガスタービン燃焼器の作動状態を制御するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは通常、圧縮機セクション、燃焼器セクション及びタービンセクションを含む。圧縮機セクションは、ガスタービンに流れる空気を加圧する。圧縮機セクションから吐出される加圧空気は、燃焼器セクションに流れ、該燃焼器セクションは、エンジンの軸線を中心として環状アレイで配置された複数の燃焼器によって一般に特徴付けられる。各燃焼器に流入する空気は、燃料と混合されて燃焼される。高温の燃焼ガスは、各燃焼器からガスタービンのタービンセクションに流れて、タービンを駆動し出力を生成する。
【０００３】
ガスタービンの作動中、タービンの燃焼器内で異常が発生する場合があり、これにより、調節される燃焼生成物のエミッションが増大し、燃焼器効率が低下し及び／又は燃焼器内の構成要素の部品寿命が短くなる。例えば、燃焼器内の過度の火炎温度により、過度の燃焼状態を生じ、これによりタービンの構成要素に損傷をもたらす可能性がある。加えて、過度な火炎温度は、エミッション増加を招く可能性があり、燃焼器への冷却流の増加を必要とし、これにより燃焼器効率が低下する場合がある。同様に、過希薄の空気／燃料混合気に起因した消炎により特徴付けられるリーンブローアウト（ＬＢＯ）事象は、エミッションを増大させ、また燃焼効率を低下させる。従って、このような望ましくない作動状態を適正に検出して軽減しなければ、ガスタービンエンジンは、エミッション基準に適合できず、寿命期間が短くなり及び／又は低効率で作動する可能性がある。
【０００４】
燃焼火炎を可視化することにより燃焼器作動状態の検出を可能にするシステムは公知である。しかしながら、このようなシステムは通常、燃焼器内部に設置すること及び／又は燃焼器から取り外すことが極めて困難である。従って、システムの構成要素が損傷を受けた場合又は他の場合に交換しなければならない場合、当該構成要素を取り外して再設置するのに相当な時間及び金額が費やされるはずである。加えて、多くの公知のシステムでは、燃焼器ケーシング、燃焼器ライナ及び／又は燃焼器の流れスリーブの壁を通して光ポータル又はウィンドウを設置することが必要となる。これに応じて、このような燃焼器の壁の一部を除去しなければならず、重大な漏洩及び摩耗問題を生じる可能性がある。
【０００５】
従って、燃焼ケーシングの一部を取り外すことなく燃焼器内に容易に設置可能な、火炎検出に基づく燃焼器作動状態を制御するためのシステムがあれば、当該技術分野で好ましいであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の態様及び利点は、その一部を以下の説明に記載しており又はその説明から自明なものとすることができ、或いは本発明を実施することにより知ることができる。
【０００７】
１つの態様において、本発明の主題は、端部カバーと、該端部カバーの内面から延在する少なくとも１つの燃料ノズル組立体とを有する燃焼器を含むシステムを開示している。カートリッジは、端部カバーを通って少なくとも１つの燃料ノズル組立体内に延在することができる。カートリッジは、燃焼器内部から放出される光を受ける開口を画成することができる。加えて、光ファイバーケーブルは、カートリッジ内に配置され、開口を通って受けた光の少なくとも一部を取り込むよう構成することができる。
【０００８】
別の態様において、本発明の主題は、燃焼器の端部カバーを通して該燃焼器の燃料ノズル組立体内にカートリッジを挿入する段階と、カートリッジ内に配置された光ファイバーケーブルを用いて燃焼器から放出される光を取り込む段階と、を含む方法を開示している。
【０００９】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照するとより理解できるであろう。本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、本明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【００１０】
添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の主題の態様によるシステムの一実施形態の断面図。
【図２】図１に示されるシステムと共に用いるのに好適なセンサ組立体であり、詳細には燃焼器の燃料ノズル組立体内に設置されたセンサ組立体を示す一実施形態の断面図。
【図３】図２に示すセンサ組立体の実施形態の部分断面図。
【図４】図２及び３に示すセンサ組立体の実施形態の斜視図。
【図５】図１に示すシステムと共に用いるのに好適なセンサ組立体の別の実施形態の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、その１以上の実施例を図面に示している本発明の実施形態について詳細に説明する。各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正形態及び変形形態を本発明において実施できることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、一実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。
【００１３】
一般に、本発明の主題は、燃焼器の火炎からの光検出に基づいてガスタービン燃焼器の作動状態を制御するためのシステム及び方法に関する。開示されるシステムは一般に、後続の検出、測定及び／又は分析のために燃焼器の火炎から放出される光（例えば、紫外光及び／又は可視光）を捕集及び伝送するよう、ガスタービン燃焼器の燃料ノズル組立体内に設置するよう適合されたセンサ組立体を含む。従って、幾つかの実施形態では、センサ組立体は、燃料ノズル組立体内に後装されるよう構成されたセンサカートリッジを含むことができる。例えば、センサカートリッジは、燃焼器の端部カバーを通って燃料ノズル組立体内に装荷されるよう構成することができる。加えて、レンズ結合光ファイバーケーブルをセンサカートリッジ内に配置することができ、燃焼器の火炎から光検出器に放出される光を伝送するよう構成することができる。光検出器は、光の強度及び／又はスペクトル放射など、レンズ結合光ファイバーケーブルを通して伝送される光の特性を検出及び／又は測定するよう構成することができる。更に、光検出器は、燃焼器の１以上の作動状態を判定するために、光検出器の出力を分析するよう構成されたコントローラに結合することができる。例えば、光強度及び／又はスペクトル放射に基づいて、コントローラは、燃焼器内の火炎温度を求め及び／又は希薄ブローアウト（ＬＢＯ）事象の発現を検出するよう構成することができる。更に、コントローラは、あらゆる望ましくない作動状態を補正及び／又は阻止するために、燃焼器への燃料流量のような燃焼器の動作パラメータを調整するよう適合させることができる。
【００１４】
燃料ノズル組立体内でセンサカートリッジを後装することにより、センサ組立体全体の燃焼器への設置及び／又は燃焼器からの取り外しを迅速且つ容易にすることができる点は理解されたい。従って、センサ組立体の設置、補修及び／又は交換に必要な時間及びコストを有意に低減することができる。例えば、幾つかの実施形態では、センサ組立体は、センサカートリッジを燃焼器の端部カバーに通して装荷されるよう構成することなどにより、燃焼器の内部にアクセスすることなく設置及び／又は取り外しをすることができる。加えて、燃料組立体内のセンサカートリッジを後装することにより、燃焼器の燃焼ケーシング、流れスリーブ及び／又は燃焼ライナを通じたセンサ組立体の取り付けに関連する問題（例えば、漏洩及び摩耗）を回避することができる。
【００１５】
また、ガスタービンエンジンの作動状態を適切に検出し制御するシステムにより多くの利点を提供できることは当業者であれば理解されるはずである。例えば、燃焼器内の火炎温度を求めることによって、過度の燃焼状態が阻止され、結果として構成要素寿命を改善することができる。加えて、火炎温度に関する情報が正確であることにより、冷却流マージンの縮小が可能になり、これにより燃焼器効率を向上させることができる。その上、火炎温度が制御されることにより、低エミッションを達成することができる。同様に、ＬＢＯ事象の発現を検出する能力を提供することにより（例えば、燃焼器内の火炎のフリッカリングのような火炎ダイナミックスを検出することによる）、ＬＢＯ事象の発生を阻止するのに好適な予防措置がとられ、これにより燃焼器の作動を向上させることができる。
【００１６】
次に図面を参照すると、図１は、本発明の主題の態様によるガスタービンシステム１０の一実施形態の部分断面図を示している。タービンシステム１０は一般に、圧縮機セクション１２、燃焼セクション１４及びタービンセクション１６を含む。圧縮機セクション１２は、一般に、タービンシステム１０に流れる空気を加圧するよう構成される圧縮機（図示の圧縮機ベーン又はブレード１８により表される）を含む。圧縮機セクション１２から吐出される加圧空気は、燃焼セクション１４に流れることができ、該燃焼セクション１４は、一般に、エンジンの軸線の周りに環状アレイで配列された複数の燃焼器２０（その１つが図示されている）によって特徴付けられる。次いで、加圧空気は、各燃焼器２０内で燃料と混合されて燃焼することができる。次に、燃焼ガスの高温ガスが各燃焼器２０からタービンセクション１６に流れ、タービンシステム１０を駆動し出力を生成するようにすることができる。
【００１７】
燃焼セクション１４の各燃焼器２０は、一般に、圧縮機吐出ケーシング又は燃焼ラッパケーシングのような、ガスタービンケーシング２４の一部に固定される実質的に円筒形の燃焼ケーシング２２を含むことができる。加えて、端部カバー組立体２６は、燃焼ケーシング２２の上流側端部に固定することができる。端部カバー組立体２６は、一般に、端部カバー２８と、該端部カバー２８に結合された複数の燃料ノズル組立体３０とを含むことができる。例えば、一実施形態では、各燃焼器２０は、６つの燃料ノズル組立体３０を含むことができ、５つの燃料ノズル組立体３０が燃焼器２０の長手方向軸線の周りに円形アレイで配置され、１つの中央燃料ノズル組立体３０が長手方向軸線と同軸に配列されている。或いは、各燃焼器２０は、６つの燃料ノズル組立体３０よりも少ない数、或いは、６つの燃料ノズル組立体３０よりも多い数を含むことができ、このような燃料ノズル組立体３０は、燃焼器内であらゆる好適な方式で配列される。加えて、端部カバー組立体２６は、ガス状燃料、液体燃料、空気及び／又は水を燃料ノズル組立体３０内に供給するための複数の管体、マニホルド、関連のバルブ及び同様のもの（図示せず）を含むことができる。例えば、分配管又はパイプ（図示せず）は、端部カバー２８を通して取り付けられ、燃料、空気及び／又は水を燃料ノズル組立体３０の各々に供給するようにすることができる。
【００１８】
各燃焼器２０はまた、内部流れスリーブ３２と、流れスリーブ３２内に実質的に同心状に配列された燃焼器ライナ３４とを含むことができる。燃焼器ライナ３４は、一般に、実質的に円筒形の燃焼室３６を画成することができ、ここで燃料及び空気が噴射されて燃焼され、高温の燃焼ガスを生成する。加えて、流れスリーブ３２及び燃焼器ライナ３４の両方は、これらの下流側端部にて二重壁付きのトランジションピース３８に延在することができ、該トランジションピース３８は、インピンジメントスリーブ４０と、該インピンジメントスリーブ４０から半径方向内向きに配置された内側ダクト４２とを含む。詳細には、燃焼器ライナ３４は、その下流側端部にて内側ダクト４２に結合され、燃焼器ライナ３４及び内側ダクト４２が全体的に各燃焼器２０からタービンシステム１０のタービンセクション１６に流れる高温の燃焼ガスのための流路を画成するようにすることができる。更に、流れスリーブ３２は、その下流側端部にてインピンジメントスリーブ４０に結合され、流れスリーブ３２及びインピンジメントスリーブ４０が全体的にタービンシステム１０の圧縮機セクション１２から吐出される加圧空気のための流路を画成するようにすることができる。例えば、インピンジメントスリーブ４０は、内側ダクト４２とインピンジメントスリーブ４０との間に画成される半径方向スペースに加圧空気が流入できるように構成された複数の冷却孔（図示せず）を画成することができる。
【００１９】
代替の実施形態では、タービンシステム１０の燃焼器２０は、上記で説明され且つ本明細書で図示されたように厳密に構成する必要はない点は理解されたい。むしろ、各燃焼器２０は、一般に、燃料又は空気／燃料混合気を燃焼させてタービンセクション１６に移送し、タービンシステム１０を駆動し及び／又は出力を発生するのを可能にするあらゆる好適な構成を有することができる。
【００２０】
再度図１を参照すると、タービンシステム１０はまた、各燃焼器２０の燃料ノズル組立体３０の１以上内に設置された１以上のセンサ組立体４４を含むことができる。例えば、燃焼器２０が６つの燃料ノズル組立体３０を含む実施形態では、センサ組立体４４は、燃料ノズル組立体３０のうちの１つ又は一部、もしくは６つ全てに設置することができる。一般に、センサ組立体４４は、センサカートリッジ４６、光ファイバーケーブル４８及び燃焼器２０の燃焼室３６から放出される光を捕集及び／又は伝送するよう構成されたレンズ５０を含むことができる。詳細には、センサカートリッジ４６は、燃料ノズル組立体３０のうちの１つの内部に取り付けられ、燃焼室３６内で燃焼が生じたときに、燃焼器の火炎から放出される光がカートリッジ４６内に取り付けられたレンズ５０によって受けられて、該レンズ５０を通って透過するように構成することができる。次いで、レンズ５０によって受けられて該レンズ５０を通って透過する光は、センサ組立体４４の光ファイバーケーブル４８によって捕集されて伝送することができる。
【００２１】
タービンシステム１０はまた、センサ組立体４４により捕集され伝送される光を受けるよう構成された光検出器５２を含むことができる。具体的には、センサ組立体４４の光ファイバーケーブル４８は、光検出器５２に光学的に結合され、光ファイバーケーブル４８を通じて伝送された光が光検出器５２によって受けることができるようにすることができる。一般に、開示される光検出器５２は、光ファイバーケーブル４８によって伝送される光の特性を検出及び／又は測定するよう構成することができる。例えば、光検出器５２は、伝送光の強度及び／又はスペクトル放射の検出及び／又は測定を可能にすることができる。従って、光検出器５２は、一般に、当該技術分野で公知のあらゆる好適な光検出装置及び／又はあらゆる好適な光測定装置を含むことができる。例えば、一実施形態では、光検出器５２は、可視光、紫外光及び／又は赤外光の１以上の特性を検出し測定するよう適合された分光計を含むことができる。別の実施形態では、光検出器５２は、可視光、紫外光及び／又は赤外光の１以上の特性を検出し測定するよう構成された光電子増倍管（ＰＭＴ）又はＰＭＴの組立体を含むことができる。
【００２２】
加えて、光検出器５２は、コントローラ５４に通信可能に結合することができる。コントローラ５４は、一般に、光検出器５２によって提供される出力を分析し、燃焼器２０の作動状態を決定するように構成することができる。例えば、コントローラ５４は、光検出器５２により測定される光の強度及び／又はスペクトル放射を燃焼器２０の内部の火炎温度に相関付けることを可能にする方程式、伝達関数、アルゴリズム及び／又は同様のものを実施するよう構成することができる。加えて、コントローラ５４は、実施されたときに、コントローラ５４がＬＢＯ事象の前兆を識別するよう構成する方程式、伝達関数及び／又はアルゴリズムを含むことができる。他の実施形態では、コントローラは、燃料組成の変化、逆火／保炎、燃料の不均衡分配及び同様のものなど、光検出器の出力に基づいて燃焼器の他の種々の作動状態を判定するよう構成することができる。
【００２３】
このような方程式、伝達関数及び／又はアルゴリズムの構築は一般に、当業者の能力の範囲内にあり、従って、本明細書では詳細には検討されない点は容易に理解されるはずである。しかしながら、例証として、燃焼器２０内部の火炎温度は、光検出器５２により検出され測定される光の強度及び／又はスペクトル放射に温度を相関付ける好適な伝達関数を構築することにより求めることができる。従って、一実施形態では、燃焼器２０は、火炎温度が既知である制御設定の下で作動することができる。このような実施形態では、光検出器５２は、燃焼器２０内で生じる反応の結果として得られる１種以上の化学種（例えば、ＣＨ*及び／又はＯＨ*）の光強度を検出及び測定するよう構成することができる。次いで、測定された光強度は、既知の火炎温度に相関付けて、好適な伝達関数を構築するようにすることができる。別の実施例として、ＬＢＯ事象の前兆は、燃焼器２０内で生じる火炎ダイナミックスを分析する好適なアルゴリズムを構築することにより検出することができる。例えば、ＬＢＯ事象の発現は、多くの場合、燃焼器２０内の火炎のフリッカリングによって特徴付けられ、これにより燃焼室３６から放出される光の強度及び／又はスペクトル放射の急激な増大及び減少をもたらす可能性がある。従って、光検出器５２は、このような光の急激な変動を検出し測定するよう構成することができる。次に、コントローラ５４は、このような変動の大きさ及び／又は量を所定閾値と比較し、ＬＢＯ事象が発生する確率を求めるよう適合させることができる。
【００２４】
開示されるタービンシステム１０のコントローラ５４はまた、タービンシステム１０の種々の構成要素の１以上に通信可能に結合され、予防的及び／又は補正措置を実施できるようにすることができる。具体的には、コントローラ５４は、決定された作動状態に基づいてタービンシステム１０の作動パラメータを調整し、あらゆる望ましくない作動状態を阻止及び／又は補正するように構成することができる。例えば、コントローラ５４は、燃焼器２０への燃料流量を調整し及び／又は燃料ノズル組立体３０への燃料分割又は燃料分配を調整し、過度の火炎温度を低下させ及び／又はＬＢＯ事象を阻止するように構成することができる。他の実施形態では、コントローラ５４は、他の燃焼設定を調整し、入口ガイドベーン角度を調整し、入口ブリード熱を調整し、タービンシステム１０の水噴射システムを始動し及び／又は当該技術分野で公知の他の何れかの好適な予防措置及び／又は補正措置をとるよう構成することができる。
【００２５】
コントローラ５４は、一般に、タービンシステム１０が本明細書で記載されるように制御及び／又は作動することができる、当該技術分野で公知のあらゆる好適な処理装置を含むことができる点は理解されたい。例えば、コントローラ５４は、実行時にタービンシステム１０の作動を制御するプログラム（例えば、コントローラのメモリ内に記憶されたコンピュータ可読命令）を実施するよう構成されたプロセッサを有する、あらゆる好適なコンピュータ、コンピュータシステム及び／又はタービン制御システムを含むことができる。加えて、上記で示すように、コントローラ５４は、光ファイバーケーブル４８を通って伝送されて、光検出器５２により検出及び／又は測定される光の特性に基づいて、燃焼器２０の作動状態を決定するよう構成することができる。従って、コントローラ５４はまた、コントローラのプロセッサにより実施されたときに、コントローラ５４がこのような作動状態を判定できるようにする方程式、伝達関数及び／又はアルゴリズムを有する記憶プログラムを含むことができる。
【００２６】
更に、上述のように、タービンシステム１０は、一般に、センサ組立体４４を各燃料ノズル組立体３０内に設置させることなどにより、あらゆる数のセンサ組立体４４を含むことができる。従って、光検出器５２は、各センサ組立体４４の光ファイバーケーブル４８を通じて伝送される光の特性の１以上を検出及び／又は測定するよう構成することができる点は理解されたい。その結果、コントローラ５４は、光検出器５２からの出力を分析し、各センサ組立体４４個々の出力の分析、或いは、組み合わせた出力の分析に基づいて燃焼器２０の１以上の作動状態を判定するように構成することができる。例えば、コントローラ５４は、燃焼器２０内の実際の火炎温度に近付けるために、各センサ組立体４４によって検出された火炎温度を平均化するよう構成することができる。更に、コントローラ５４は、各センサ組立体４４に対して光検出器５２によって提供される出力のばらつきを分析及び／又は比較することを可能にすることができる。具体的には、コントローラ５４は、火炎温度及び／又は火炎ダイナミックスの燃料ノズル間又は缶間のばらつきを検出する機能を備えることができる。従って、コントローラ５４は、このようなばらつきを補正するために、特定の燃料ノズル組立体３０又は燃料ノズル組立体３０のセットに対して燃料スプリットを調整するなどにより、燃料ノズルの特定の調整を行うのに利用することができる。
【００２７】
ここで図２〜４を参照すると、開示されたタービンシステム１０と共に用いるのに好適なセンサ組立体４４の一実施形態が図示されている。詳細には、図２は、タービンシステム１０の燃焼器２０の燃料ノズル組立体３０内に設置されるセンサ組立体４４の断面図を示す。図３は、図２に示されたセンサ組立体４４の部分断面図を示す。図４は、図２及び３に示すセンサ組立体４４の斜視図を示す。
【００２８】
一般に、本発明の主題のセンサ組立体４４は、当該技術分野で公知のあらゆる好適な燃料ノズル組立体３０内に取り付けられ又は他の方法で設置されるよう構成することができる。従って、図２に示す特定の燃料ノズル構成は、タービンシステム１０内の１つの例示的な場所に開示されたセンサ組立体４４を配置するために単に例証の目的で提示されている点は理解されたい。従って、当業者であれば、開示されたタービンシステム１０が、ある特定のタイプの燃料ノズル構成に限定される必要はない点は理解されたい。
【００２９】
図２に示すように、燃料ノズル組立体３０は、一般に、燃焼器２０の端部カバー２８の内面７１に取り付けられた第１の端部５７と、ノズル先端５９を画成する第２の端部５８とを有するノズル本体５６を含む。ノズル本体５６の第１の端部５７は、一般に、あらゆる好適な手段を用いて端部カバー２８の内面７１に取り付けるよう構成することができる。例えば、一実施形態では、フランジ６０は、第１の端部５７に画成され、フランジ６０を内面７１にボルト締め又は溶接することなどにより、ノズル本体５６を内面７１に取り付けることができるようにする。或いは、フランジ６０及び／又はノズル本体５６は、端部カバー２８と一体的に形成することができる。燃料ノズル組立体３０はまた、タービンシステム１０の燃焼器セクション１２（図１）から流れる加圧空気を受けるように構成された入口６１を含むことができる。一実施形態では、入口６１は、ノズル組立体３０を通る空気流速度分布を改善するよう構成された入口流れ調整器を備えることができる。入口６１を通って流れる加圧空気は、一般に、空気にスワールパターンを与えて空気と燃料の混合を向上させるよう構成された複数の空気スワーラベーン６２に配向することができる。加えて、各スワーラベーン６２は、空気ストリーム内に燃料を噴射するよう構成された複数の燃料噴射ポート又は孔６３を画成することができる。次いで、空気及び燃料は、外側バーナ管６５と燃料ノズル本体５６の外側管体６６とによって画成される予混合ゾーン又は予混合アニュラス６４内に流れることができ、ここで空気及び燃料は、燃焼室に入る前に混合される。
【００３０】
全体的に理解されるように、燃料ノズル組立体３０のノズル本体５６は、空気、燃料及び／又は水のような流体をノズル先端５９方向に流して、燃焼器２０の燃焼室３６内に噴射させるようにする複数の同心状に配列された通路６７、６８、６９を含むことができる。
例えば、図示の実施形態では、第１の内側管体７０は、ノズル本体５６の外側管体６６内に同心状に配列され、ノズル先端５９に流体（例えば、カーテン空気）を供給するための第１の環状通路６７を生成することができる。例えば、入口６１に向かって流れる加圧圧縮機のごく一部が、第１の環状通路６７と外側バーナ管６５の外面７３との間に延在する複数の円周方向に配列されたチャネル又は孔７２を通って第１の環状通路６７に流入することができる。加えて、第２の内側管体７４は、全体的に第１の内側管体７０内に同心状に配列することができる。従って、第２の環状通路６８は、全体的に第１及び第２の内側管体７０、７４間に画成することができる。第２の環状通路６８はまた、ノズル本体５６を通って流体（例えば、拡散空気又は燃料）を供給するよう構成することができる。従って、第２の環状通路６８は、端部カバー２８を貫通して取り付けられた分配管（図示せず）を通って第２の環状通路６８に結合される空気又は燃料源のような、流体源（図示せず）と流れ連通し、流体を通路６８に供給可能にすることができる。加えて、第２の内側管体７４自体は、燃料ノズル組立体３０の中心軸７５と同軸状に配置される第３の環状通路６９（以降、ノズル本体５６の「中央通路６９」と呼ぶ）を画成することができる。更に、ノズル本体５６は、端部カバー２８と空気スワーラベーン６２との間に延在する１以上の予混合燃料通路７６を画成することができる。予混合燃料通路７６は、一般に、予混合燃料源（図示せず）と流れ連通し、燃料がノズル本体５６に流れ、空気スワーラベーン６２内に画成される燃料噴射ポート６３を通じて排出可能にすることができる。
【００３１】
代替の実施形態では、予混合燃料ノズル組立体３０のノズル本体５６は、一般に、当該技術分野で公知の他のあらゆる好適な構成を有してもよく、従って、上記で説明され本明細書で例示されたものと全く同じ構成を有する必要はない点は理解されたい。例えば、ノズル本体５６は、一般に、１以上の流体をノズル本体５６に通して供給可能にするあらゆる好適な構成を有する、任意の数の管体６６、７０、７４及び通路６７、６８、６９を含むことができる。
【００３２】
更に図２を参照すると、上述のように、本発明の主題のセンサ組立体４４は、一般に、センサカートリッジ４６、光ファイバーケーブル４８及びレンズ５０を含むことができる。一般に、センサカートリッジ４６は、ノズル本体５６の中央通路６９内に設置されるよう構成することができる。従って、図示の実施形態では、センサカートリッジ４６は、一般に、ノズル本体５６の中央軸線７５に沿って長手方向に延在するよう構成することができる。例えば、図示のように、センサカートリッジ４６は、燃焼器２０の端部カバー２８にほぼ隣接して配置されたベース７７と、ノズル先端５９にほぼ隣接して配置された先端端部７８とを含むことができる。従って、燃焼室３６内の燃焼器の火炎から放出される光は、センサカートリッジ４６の先端端部７８にて受けられ、光ファイバーケーブル４８を通ってカートリッジ４６のベース端部から外部に伝送することができる。
【００３３】
一般に、センサカートリッジ４６は、カートリッジ４６を中央通路６９内に装荷又は他の方法で設置できるようにするあらゆる好適な構成を有することができる。しかしながら、幾つかの実施形態では、センサカートリッジ４６は、中央通路６９内に後装するよう構成することができる。用途「後装」とは、カートリッジ４６がノズル本体５６の後端部５７を通って及び／又は端部カバー２８を通って中央通路６９内に設置できることを意味する。従って、図示の実施形態では、センサカートリッジ４６は、端部カバー２８に画成された対応する通路７９を通って中央通路６９内に装荷されるよう構成することができる。例えば、通路７９は、中央通路６９と整列するように端部カバー２８内に画成され、従って、燃料ノズル組立体３０の中心軸線７５と同軸に配置することができる。このため、センサカートリッジ４６は、通路７９を通して燃料ノズル組立体３０内に挿入することができる。通路７９は、中央通路６９を通って流体を供給するよう構成された既存の通路のような、端部カバー２８内に画成される既存の通路に対応してもよい点は理解されたい。或いは、通路７９は、センサカートリッジ４６の後装に対処するよう端部カバー２８内に形成することができる。
【００３４】
加えて、センサカートリッジ４６は、一般に、カートリッジ４６を通路７９に挿入できるようなあらゆる好適な形状を画成及び／又はあらゆる好適な寸法を有することができる点は理解されたい。例えば、一実施形態では、センサカートリッジ４６は、通路７９の形状及び寸法にほぼ一致する形状を画成するよう構成することができ及びそのような寸法を有することができる。従って、図示の実施形態では、センサカートリッジ４６は、通路７９の円形形状にほぼ一致する実質的に円筒形の形状を画成することができ、通路７９の直径又は高さにほぼ一致する寸法又は高さ８０を有することができる。そのため、センサカートリッジ４６は、カートリッジ４６が中央通路６９内に設置されたときに通路７９の断面積全体をほぼ占めることができる。或いは、センサカートリッジ４６及び通路７９は、異なる形状及び／又は寸法を有することができる。例えば、一実施形態では、センサカートリッジ４６の直径又は高さ８０は、通路７９の直径又は高さよりも小さく、半径方向の通路又はギャップがセンサカートリッジ４６と端部カバー２８との間に画成されるようにすることができる。
【００３５】
加えて、幾つかの実施形態では、センサカートリッジ４６は、燃焼器２０の端部カバー２８に取り付けられ又は他の方法で固定するよう構成することができる。例えば、一実施形態では、センサカートリッジ４６の基端部７７は、端部カバー２８に取り付けられるよう構成された外向きに延在するフランジ８１を画成することができる。従って、図示のように、センサカートリッジ４６は、カートリッジ４６が中央通路６９内に装荷されたときに、フランジ８１が端部カバー２８の外面８２に係合されるように構成することができる。次いで、フランジ８１は、該フランジ８１内に画成される複数のボルト孔９９（図４）によりフランジ８１を外面８２にボルト締めすることによる、或いは、フランジ８１を外面８２に溶接することによるなど、あらゆる好適な手段を用いて外面８２に固定することができる。代替の実施形態では、センサカートリッジ４６は、一般に、カートリッジ４６を端部カバー２８に取り付けることができる他のあらゆる好適な構成を有することができる点は理解されたい。例えば、一実施形態では、カートリッジ４６は、端部カバー２８内に画成された通路７９に圧入するよう構成することができる。
【００３６】
上述のように、燃料ノズル組立体３０内にセンサカートリッジ４６を後装することによって、数多くの利点を開示されるシステム１０に提供することができる。例えば、センサ組立体４４の設置、補修及び／又は交換に必要な時間及びコストを有意に低減することができる。具体的には、図示の実施形態では、センサ組立体４４は、端部カバー２８内に画成される対応する通路７９を通って中央通路６９内に単にセンサカートリッジ４６を挿入して、フランジ８１を端部カバー２８の外面８２に取り付けることによってノズル本体５６内に設置することができる。同様に、センサ組立体４４は、単に端部カバー２８からフランジ８１を係脱して、センサ組立体４４を通路７９から引き出すことによって取り外すことができる。
【００３７】
図２〜４を更に参照すると、センサカートリッジ４６はまた、センサ組立体４４の外側ハウジング又はケーシングとしての役割を果たすよう構成することができ、すなわち、光ファイバーケーブル４８及びレンズ５０を受けるための内側通路又はチャネルを画成することができる。例えば、図示の実施形態では、センサカートリッジ４６は、管状部材として構成することができ、内側チャネル８４を画成する外壁８３を含むことができる。内側チャネル８４は、一般に、センサカートリッジ４６内で長手方向に延在するよう構成することができる。すなわち、一実施形態では、内側チャネル８４は、カートリッジ４６の基端部７７と先端端部７８との間で延在するなどにより、センサカートリッジ４６の全長に沿って延在するよう構成することができる。従って、先端端部７８に配置される内側チャネルの一部は、一般に、燃焼器の火炎から放出される光を受けるための先端開口８５を画成することができる。従って、レンズ５０は、一般に、開口８５内に受けられた光がレンズ５０を透過するように先端開口８５にほぼ隣接した位置に取り付けることができる。従って、カートリッジ４６の基端部７７に配置される内側チャネル８４の一部は、一般に、光ファイバーケーブル４８を配置できるベース開口を画成することができる。例えば、上述のように、光ファイバーケーブル４８は、一般に、タービンシステム１０の光検出器５２（図１）に光学的に結合されるように構成することができる。すなわち、図示の実施形態では、光ファイバーケーブル４８は、内側チャネル８４内のある位置からベース開口８６を通り、光検出器５２が配置されるカートリッジ４６の外部の位置まで延在することができる。このような実施形態では、ベース開口８６に又はこれに隣接して画成される内側チャネル８４の一部は、あらゆる好適なシール又はシール機構を用いるなどにより、光ファイバーケーブル４８の周りがシールされ、ベース開口８６を通じた流体の漏洩を阻止することができる点は理解されたい。
【００３８】
その上、本発明の主題の幾つかの実施形態では、センサカートリッジ４６は、空気、水素、窒素、液体燃料、ガス状燃料、水、蒸気又は他のあらゆる好適な液体及び／又はガスなどの流体を受けて、カートリッジ４６、光ファイバーケーブル４８、レンズ５０及び／又は燃料ノズル組立体３０の１以上の構成要素を冷却するよう構成することができる。具体的には、センサカートリッジ４６は、内側チャネル８４が流体源と流れ連通するように構成することができる。例えば、内側チャネル８４は、ノズル本体５６に画成される環状通路６７、６８の１以上と流れ連通し、このような環状通路６７、６８を通って流れる流体を内側チャネル８４に配向できるようにすることができる。すなわち、図示の実施形態に示すように、複数の交差通路８７を第２の環状通路６８及びセンサカートリッジ４６の両方の周囲付近に画成し、環状通路６８を通じて供給される流体が内側チャネル８４に流入できるようにすることができる。他の実施形態では、センサカートリッジ４６は、環状通路６７、６８の１以上を通って流れる流体を内側チャネル８４に配向可能にする他のあらゆる好適な構成を有することができる。加えて、代替の実施形態では、センサカートリッジ４６は、他のあらゆる好適な流体源からの流体を受けるよう構成することができる。例えば、図５を参照して以下で説明するように、センサカートリッジ４６は、カートリッジ４６の基端部１７７に隣接する区域において流体入口１０３（図５）を画成し、カートリッジ４６に通して流体を供給できるようにすることができる。
【００３９】
センサ組立体４４及び／又は燃料ノズル組立体３０の構成要素を冷却することに加えて、センサカートリッジ４６を通じて供給される流体はまた、燃焼効率の向上及び／又はエミッション低減などにより、燃焼器２０内で生じる燃焼プロセスを強化する役割を果たすことができる。すなわち、幾つかの実施形態では、センサカートリッジ４６は、内側チャネル８４を通って燃焼室３６に流れる流体を噴射するよう構成することができる。例えば、図３に特に示すように、１以上の流体出口８８は、センサカートリッジ４６の内側チャネル８４と外面８９との間に画成され、内側チャネル８４を通じて供給される流体をカートリッジ４６の先端端部７８から出て燃焼室３６内に排出することができる。そのため、流体は、噴霧空気、拡散空気、拡散燃料及び／又は同様のものとして機能を果たすことができる。
【００４０】
センサカートリッジ４６に画成される流体出口８８は、一般に、内側チャネル８４を通って流れる流体をカートリッジ４６から排出可能にする他のあらゆる好適な構成を有することができる点は理解されたい。例えば、図示の実施形態では、流体出口８８は、内側チャネル８４から先端端部７８に隣接して画成される角度付き面８９に延在するように構成することができる。他の実施形態では、センサカートリッジ４６は、角度付き面８９ｍなどを画成する必要はなく、従って、流体出口８８は、内側チャネル８４とセンサカートリッジ４６のあらゆる好適な外面８９との間に延在するように構成することができる。加えて、流体出口８８は、あらゆる好適な向き及び／又は配列を有するようにセンサカートリッジ４６内に画成することができる。例えば、図３に示すように、流体出口８８は、先端開口８５の周りに環状に配置される直線状又は角度付きの通路を含むことができる。或いは、流体出口８８は、センサカートリッジ４６の外壁８３の少なくとも一部の周囲に配置されるよう構成された湾曲又は螺旋通路を含むことができる。その上、１以上のスワーラ特徴要素（図示せず）を流体出口８８に隣接して画成し、流体が流体出口８８から排出されるときにスワールパターンを与えることができる。
【００４１】
図２〜４を更に参照すると、センサ組立体４４のレンズ５０は、一般に、光を透過できるように構成されたあらゆる好適なウィンドウ又は光学素子を含むことができる。すなわち、一実施形態では、レンズ５０は、単に、燃焼室３６から放出される光がレンズ５０及び内側チャネル８４を通ることができるように構成された光ウィンドウを含むことができる。他の実施形態では、レンズ５０は、燃焼室３６から放射される光を取り込み、これを光ファイバーケーブル４８の端面９０上に合焦するよう構成された光学レンズを含むことができる。例えば、レンズ５０は、レンズ５０と光ファイバーケーブル４８の端面９０との間のスペースに等しい焦点距離を有する凹面レンズを含むことができる。従って、レンズ５０によって取り込まれる光は、光ファイバーケーブル４８上に直接合焦することができる。しかしながら、代替の実施形態では、レンズ５０は、凹面レンズ又はプリズムのような他の何らかの好適な光学素子として構成することができる。
【００４２】
加えて、レンズ５０は、一般に、レンズがセンサカートリッジ４６の方向に放出される光の少なくとも一部を透過させること及び／又は取り込むことができるように、内側チャネル８４内に取り付けられるよう構成することができる。例えば、一実施形態では、レンズ５０は、先端開口８５内で実質的に同一平面上に位置付けられるようにカートリッジ４６の先端端部７８に直接装着することができる。或いは、図示の実施形態に示すように、レンズ５０は、先端開口８５からオフセットされるように内側チャネル８４内に位置付けることができる。その上、レンズ５０は、あらゆる好適な手段を用いて内側チャネル８４内に取り付けることができる点は理解されたい。例えば、図示の実施形態では、内側チャネル８４は、レンズ５０を位置付けて取り付けることができる環状フランジ又はリッジ９１を画成する階段状輪郭を有することができる。このような実施形態では、レンズ５０は、ネジ、ピン、保持リング、保持クリップ及び／又は他のあらゆる好適な保持特徴要素など、あらゆる好適な取り付け機構を用いて環状リッジ９１に取り付けることができる。他の実施形態では、内側チャネル８４は、必ずしも図示の階段状輪郭を画成する必要はない点は理解されたい。例えば、一実施形態では、溝（図示せず）は、レンズ５０を堅固に取り付けることができる内側チャネル８４の周辺に画成することができる。別の実施形態では、センサカートリッジ４６及び／又はレンズ５０は、内側チャネル８４内にレンズ５０を取り付けることができる他のあらゆる好適な構成を有することができる。
【００４３】
更に、開示されるレンズ５０は、一般に、あらゆる好適な材料から形成することができる。例えば、レンズ５０は、燃焼器２０内で生じる高温に耐えることができる材料から形成することができる。そのため、レンズ５０は、一般に、内側チャネル８４内に配置された光ファイバーケーブル４８用の熱シールドとしての役割を果たすことができる。例えば、複数の実施形態では、レンズ５０は、サファイア又は他の何れかの好適な高温材料のような材料から形成することができる。更に、一実施形態では、レンズ５０の外面９２は、レンズ５０に対する耐熱性を向上させるよう構成された透明な保護コーティングを含むことができる。
【００４４】
その上、レンズ５０は、一般に、あらゆる好適な形状及び／又は寸法を有することができる。しかしながら、一実施形態では、レンズ５０の形状及び／又は寸法は、一般に、レンズ５０が取り付けられる内側チャネル８４の一部の形状及び／又は寸法と一致させることができる。そのため、レンズ５０は、内側チャネル８４を通って供給される流体がレンズ５０を通過するのを防ぐために、何らかの好適なシール及び／又はシール機構などによって、内側チャネル８４内でシールすることができる。或いは、レンズ５０は、内側チャネル８４を通って供給される流体の少なくとも一部がレンズ５０を通過して、先端開口８５を通って排出されるように構成することができる。
【００４５】
加えて、本発明の主題の複数の実施形態では、センサカートリッジ４６は、レンズ５０の外面９２を冷却するためのレンズ冷却特徴要素を含むことができる。例えば、センサカートリッジ４６は、内側チャネル８４を通ってレンズ５０の外面に接して及び／又は隣接して供給される流体の少なくとも一部を配向するための１以上のレンズ冷却通路を画成することができる。すなわち、図３及び４に特に図示されるように、複数の環状配置の流体冷却通路９３は、流体出口８８を通って流れる流体の一部がレンズ５０の外面に接して及び／又は隣接して配向できるように流体出口８８と内側チャネル８４との間に画成することができる。そのため、流体は、外面８９に対する冷却媒体としての役割を果たすことができ、また、外面８９からデブリ及び／又は汚染物質を清浄にする役割を果たすことができる。代替の実施形態では、レンズ冷却通路９３は、内側チャネル８４を通って流れる流体と直接流れ連通することができ、従って、流体出口８８に接続されるようにセンサカートリッジ４６内に画成する必要はない点は理解されたい。
【００４６】
図２から４を更に参照すると、上述のように、センサ組立体４４の光ファイバーケーブル４８は、一般に、燃焼器の火炎から放出される光を取り込み及び／又は伝送し、レンズ５０を通してタービンシステム１０の光検出器５２（図１）に入り、このような光の特性を検出及び／又は測定できるようにすることができる。すなわち、光ファイバーケーブル４８の一部は、センサカートリッジ４６の外部に配置され、光ファイバーケーブル４８の第１の端部９４（図１）が光検出器５２に光学的に結合できるようにすることができる。光ファイバーケーブル４８の残りの部分は、センサカートリッジ４６内に配置され、光ファイバーケーブル４８の第２の端部９５が、レンズ５０を通過する光の少なくとも一部を光ファイバーケーブル４８の端面９０に配向して該端面９０が取り込むことができる位置に位置付けられるようにすることができる。例えば、幾つかの実施形態では、光ファイバーケーブル４８の端面９０は、レンズ５０の内面９６に直接配置することができる。他の実施形態では、光ファイバーケーブル４８の端面９０は、レンズ５０から間隔を置いて配置することができる。例えば、上述のように、光ファイバーケーブル４８は、レンズ５０の焦点距離にほぼ等しい距離でレンズ５０から間隔を置いて配置することができる。
【００４７】
本明細書で使用される用語「光ファイバーケーブル」は、単一の光ファイバーを有する光ファイバーケーブル、或いは、光ファイバー束として構成され複数の光ファイバーを有する光ファイバーケーブル４８を含むことができる。従って、開示される光ファイバーケーブル４８は、一般に、あらゆる数の光ファイバーを含むことができる点は理解されたい。一般に、光ファイバーケーブル４８の光ファイバーは、当該技術分野で公知のあらゆる好適な光ファイバーと同じ又は類似のものとして構成することができる。従って、光ファイバーは、ファイバーの長手方向軸線に対してあらゆる好適な視界を有するよう構成することができる。加えて、光ファイバーは、シリカガラス、フッ化物ガラス、サファイア及び同様のものなどのあらゆる好適な材料から形成することができる。その上、幾つかの実施形態では、光ファイバーは、ファイバーに対して熱保護を提供するよう構成された外側ケーシングを含むことができる。例えば、光ファイバーは、金、他の貴金属及び／又は光ファイバーが燃料ノズル組立体３０内の高温に耐えることを可能にする他のあらゆる好適な材料で被覆することができる。
【００４８】
また、光ファイバーケーブル４８は、一般に、あらゆる好適な寸法のものでよい点は理解されたい。例えば、図示の実施形態では、光ファイバーケーブル４８は、センサカートリッジ４６の先端端部７８にほぼ隣接して画成された階段状輪郭により形成される内側チャネル８４の狭窄部９８内に配置及び／又は取り付けることができる直径又は高さ９７を定めることができる。しかしながら、上述のように、センサカートリッジ４６は、必ずしもこのような階段状輪郭を画成する必要はない。すなわち、他の実施形態では、光ファイバーケーブル４８は、一般に、光ファイバーケーブル４８を内側チャネル８４内に挿入できるあらゆる好適な寸法又は高さ９７を定めることができる。
【００４９】
ここで図５を参照すると、本発明の主題の態様による、開示されたタービンシステム１０と共に用いるのに好適なセンサ組立体１４４の別の実施形態の部分断面図が示される。一般に、センサ組立体１４４は、図２〜４を参照して上記で説明された同じ又は同様の構成要素及び／又は特徴要素の多く又は全てを含むことができる。従って、センサ組立体１４４は、センサカートリッジ１４６、光ファイバーケーブル１４８及びレンズ５０を含むことができる。センサカートリッジ１４６は、一般に、燃料ノズル組立体３０の中央通路６９（図２）内に後装され及び内部に固定されるよう構成することができる。従って、一実施形態では、センサカートリッジ１４６は、燃焼器２０の端部カバー２８の外面８２（図２）にカートリッジ１４６を取り付けるために基端部１７７においてフランジ１８１を画成することができる。加えて、センサ組立体１４４のレンズ１５０は、カートリッジ１４６の先端端部１７８にほぼ隣接した位置においてセンサカートリッジ１４６の内側チャネル８４内に取り付けられ、燃焼器の火炎から放出される光がレンズ１５０を通って内側チャネル１８４内に通ることができるようになる。その上、光ファイバーケーブル１４８は、センサカートリッジ１４６内に部分的に配置され、レンズ１５０を通過する光が光ファイバーケーブル１４８によって光検出器５２（図２）に取り込まれて伝送できるようにすることができる。
【００５０】
しかしながら、上述の実施形態とは異なり、センサカートリッジ１４６は、水素、窒素、液体燃料、ガス状燃料、水、蒸気及び／又は他のあらゆる好適な液体及び／又はガスなどの流体をセンサカートリッジ１４６に流すように構成された１以上の外側チャネル１０１を画成することができる。詳細には、カートリッジ１４６は、外側チャネル１０１及び内側チャネル１８４を画成する同心状に配列された壁１８３、１０２を含むことができる。例えば、図示の実施形態では、センサカートリッジ１４６は、カートリッジ１４６の外側管を画成する外壁１８３と、カートリッジ１４６の内側管を画成する内壁１０２とを含むことができる。従って、外側チャネル１０１は、外壁１８３と内壁１０２との間に画成され、内側チャネル１８４から半径方向外向きに配置することができる。他の実施形態では、センサカートリッジは、内側チャネル１８４から半径方向外向きに配置されたあらゆる数の追加のチャネル１０１を画成するあらゆる数の内壁１０２を含むことができる。
【００５１】
外側チャネル１０１は、一般に、好適な流体源（図示せず）と流れ連通し、外側チャネル１０１内で流体を受けることができるようにすることができる点は理解されたい。例えば、一実施形態では、流体入口１０３は、センサカートリッジ１４６の基端部１７７にほぼ隣接して画成することができ（フランジ１８１内に画成されることなどによる）、流体源に結合されるよう構成することができる。そのため、流体源から流れる流体は、流体入口１０３に流入し、外側チャネル１０１に配向することができる。別の実施形態では、図２〜４を参照して上述された通路８７と類似した１以上の交差通路（図示せず）を外側チャネル１０１とノズル本体５６の１以上の環状通路６７、６８（図２）との間に画成し、環状通路６７、６８を通って流れる流体を外側チャネル１０１に配向できるようにすることができる。別の実施形態では、センサカートリッジ４６は、流体を外側チャネル１０１内で受けることを可能にする他のあらゆる好適な構成を有することができる。また、幾つかの実施形態では、センサカートリッジ１４６によって受け取られた流体の一部は、内側チャネル１８４内に配向され、センサ組立体１４４の光ファイバーケーブル１４８及びレンズ１５０を冷却することができる点は理解されたい。例えば、内側チャネル１８４は、流体入口１０３と流れ連通し、入口１０３を通って流れる流体の一部を内側チャネル１８４内に配向するようにすることができる。或いは、内側チャネル１８４は、センサカートリッジ１４６の基端部１７７にほぼ隣接して画成される別個の流体入口１０６（隠れ線で示される）に結合することができる。別の実施形態では、内側チャネル１８４は、内壁１０２を通る１以上の開口（図示せず）を画成することなどにより、外側チャネル１０１と流れ連通することができる。
【００５２】
加えて、１以上の流体出口１０４は、外側チャネル１０１を通って燃焼器２０の燃焼室３６内に流れる流体を噴射するため外側チャネル１０１の下流側端部１０５に画成することができる。そのため、流体は、燃焼効率を向上させること及び／又はエミッションを低減することなどにより、燃焼器２０内で生じる燃焼プロセスを強化する役割を果たすことができる。例えば、流体は、噴霧空気、拡散空気、拡散燃料及び／又は同様のものとして燃焼室内に噴射することができる。外側チャネル１０１の下流側端部１０５に画成される流体出口１０４は、一般に、あらゆる好適な構成を有することができる点は理解されたい。例えば、一実施形態では、外側チャネル１０１の下流側端部１０５は、センサカートリッジ１４６の外面１８９に完全に延在して、下流側端部１０５が先端端部１７８にて又はこれに隣接して先端開口１８５の周りに流体出口１０４を画成するようにすることができる。或いは、図５に示すように、外側チャネル１０１の下流側端部１０５は、センサカートリッジ１４６内で終端し、１以上の流体出口１０４が外側チャネル１０１とセンサカートリッジ１４６の外面１８９との間に画成することができるようにすることができる。例えば、複数の直線状又は角度付き流体出口１０４が外側チャネル１０１と外面１８９との間に延在して、先端開口１８５の周りで環状に配置されるようにすることができる。
【００５３】
加えて、上述の実施形態と同様に、１以上の冷却通路１０７をセンサカートリッジ１４６内に画成し、レンズ１５０の外面１９２を冷却及び／又は清浄にできるようにすることができる。例えば、レンズ冷却通路１０７が流体出口１０４及び／又は外側チャネル１０１と流れ連通し、流体出口１０４及び／又は外側チャネル１０１を通って流れる流体の一部をレンズ冷却通路に配向できるようにすることができる。
【００５４】
流体がまた、内側チャネル１８４を通って配向される実施形態では、複数の流体出口（図示せず）を内側チャネル１８４とセンサカートリッジ１４６の外面１８９との間に画成することができる点は理解されたい。或いは、内側チャネル１８４は、外側チャネル１０１及び／又は流体出口１０４と流れ連通し、流体を内側チャネルから排出できるようにすることができる。別の実施形態では、内側チャネル１８４を通って流れる流体は、レンズ１５０を通って及び／又はレンズ１５０の一部の周りで排出することができる。
【００５５】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００５６】
１０  ガスタービンシステム
１２  圧縮機セクション
１４  燃焼セクション
１６  タービンセクション
１８  ブレード
２０  燃焼器
２２  燃焼ケーシング
２４  ガスタービンケーシング
２６  端部カバー組立体
２８  端部カバー
３０  燃料ノズル組立体
３２  内部流れスリーブ
３４  燃焼ライナ
３６  燃焼室
３８  トランジションピース
４０  インピンジメントスリーブ
４２  内側ダクト
４４  センサ組立体
４６  センサカートリッジ
４８  光ファイバーケーブル
５０  レンズ
５２  光検出器
５４  コントローラ
５６  ノズル本体
５７  第１の端部
５８  第２の端部
５９  ノズル先端
６０  フランジ
６１  入口
６２  空気スワーラベーン
６３  燃料噴射ポート又は孔
６４  予混合ゾーン又はアニュラス
６５  外側バーナ管
６６  外側管体（ノズル本体５６の）
６７  第１の環状通路
６８  第２の環状通路
６９  中央（第３の環状）通路
７０  第１の内側管体
７１  内面
７２  チャネル又は孔
７３  外面（外側バーナ管６５の）
７４  第２の内側管体
７５  中央軸線
７６  予混合燃料通路
７７  基端部
７８  先端端部
７９  対応する通路
８０  直径又は高さ（通路７９の）
８１  フランジ
８２  外側面
８３  外壁
８４  内側チャネル
８５  先端開口
８６  ベース開口
８７  交差通路
８８  流体出口
８９  外側表面（センサカートリッジ４６の）
９０  端面（光ファイバーケーブル４８の）
９１  環状フランジ又はリッジ
９２  外面（レンズ５０の）
９３  レンズ冷却通路
９４  第１の端部（光ファイバーケーブル４８の）
９５  第２の端部（光ファイバーケーブル４８の）
９６  内面（レンズ５０の）
９７  直径又は高さ（光ファイバーケーブル４８の）
９８  狭窄部
９９  ボルト孔
１０１  外側チャネル
１０２  内壁
１０３  流体入口
１０４  流体出口
１０５  下流側端部（外側チャネル１０１の）
１０６  別個の流体入口
１０７  レンズ冷却通路
１４４  センサ組立体
１４６  センサカートリッジ
１４８  光ファイバーケーブル
１５０  レンズ
１７７  基端部（カートリッジ１４６の）
１７８  先端端部（カートリッジ１４６の）
１８１  フランジ
１８３  壁
１８４  内側チャネル（カートリッジ１４６）
１８５  先端開口
１８９  外面（カートリッジ１４６の）
１９２  外面（レンズ１５０の）
【図１】
2012145103.tif 000003
【図２】
2012145103.tif 000004
【図３】
2012145103.tif 000005
【図４】
2012145103.tif 000006
【図５】
2012145103.tif 000007
【外国語明細書】
2012145103000001.pdf