(57)【要約】【課題】  ガスタービンエンジンの燃焼室内において移動する燃焼器火炎を正確に観測・追跡する。【解決手段】ガスタービンエンジンのための燃料噴射器であって、燃料および空気を燃焼器内に噴出するためのノズル本体と、燃焼器火炎放射を観測するためにノズル本体内に位置する軸上の光プローブとを含み、光プローブが当該プローブの遠位端まで延びる複数の光ファイバ束を含み、成形レンズが、作動中のガスタービンエンジンの燃焼器において、燃焼特徴および特性の多方向性視野を提供するためにプローブの遠位端で支持される、燃料噴射器である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジンのための燃料噴射器であって、
ａ）燃料および空気を燃焼器内に噴出するためのノズル本体と、
ｂ）燃焼器火炎放射を観測するために前記ノズル本体内に位置する光プローブであっ  て、該プローブの遠位端まで延びる複数の光ファイバ束を含む光プローブと、
ｃ）前記プローブの前記遠位端で支持され、前記燃焼器の複数の領域を観測するため  に前記光ファイバ束に対して多方向性視野を提供するように構成された成形レンズと、
を備える、燃料噴射器。
【請求項２】
前記各光ファイバ束が複数の光ファイバを含む、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項３】
前記各光ファイバ束が少なくとも２つの光ファイバを有する、請求項２に記載の燃料噴射器。
【請求項４】
前記光プローブが少なくとも７つの光ファイバ束を有する、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項５】
前記光プローブが、周囲に配列された少なくとも６つの光ファイバ束によって取り囲まれた中央光ファイバ束を含む、請求項４に記載の燃料噴射器。
【請求項６】
前記取り囲んでいるファイバ束が、各ファイバ束の光端部表面が前記中央ファイバ束の軸に対して角度をなして配置されるような方式で、前記中央ファイバ束の周りに配設される、請求項５に記載の燃料噴射器。
【請求項７】
前記成形レンズが各ファイバ束からの発散的視野を提供する、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項８】
前記成形レンズがサファイアから形成される、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項９】
前記ノズル本体が中心軸を有しており、前記光プローブが前記ノズル本体の前記中心軸と一線上に揃えられる、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項１０】
前記ノズル本体が中心軸を有しており、前記光プローブが前記ノズル本体の前記中心軸に対してある角度をなして配置される、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項１１】
各ファイバ束がそれぞれの耐熱性内部ガイドチューブ内に支持される、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項１２】
前記複数の光ファイバ束が耐熱性外部ガイドチューブ内に封入される、請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項１３】
前記成形レンズが、前記外部ガイドチューブの遠位端に取り付けられた耐熱性レンズ筺体内に支持される、請求項１２に記載の燃料噴射器。
【請求項１４】
ガスタービンエンジンにおける燃焼状態を観測するためのシステムであって、
ａ）燃料を燃焼器内に噴出するためのノズル本体と、
ｂ）燃焼器火炎放射を観測するために前記ノズル本体と動作上関連付けられた光プ    ローブと、
ｃ）前記光プローブによる観測に基づいて前記燃焼器内の前記火炎の挙動を追跡する  ための手段と、
を備える、システム。
【請求項１５】
火炎挙動を追跡するための前記手段が、特定の空間にわたる火炎放射を受け取るために前記光プローブ内に光ファイバ束のアレイを含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
火炎挙動を追跡するための前記手段が、前記光ファイバ束のそれぞれによって受け取られた火炎放射を検出するために前記光ファイバ束のアレイと通信する検出器を含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
火炎挙動を追跡するための前記手段が、前記光ファイバ束のそれぞれによって検出された前記火炎放射を比較するための比較器を含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
ガスタービンエンジンにおける燃焼を制御する方法であって、
ａ）ガスタービンエンジンの前記燃焼室内に位置する複数の光検出器によって受け取  られた火炎放射を検出するステップと、
ｂ）前記複数の光検出器のうちのどれが前記燃焼室内の火炎放射の最強度を観測した  かを判断するステップと、
ｃ）前記ガスタービンエンジンにおける燃焼を制御するために、前記火炎放射の最強  度を観測した前記光検出器から取得された火炎データを選択するステップと、
を含む、方法。
【請求項１９】
前記火炎放射の最強度を観測した前記光検出器から取得されたデータを選択する前記ステップが、前記光検出器から化学発光スペクトルデータを選択することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の光検出器のそれぞれによって観測された火炎放射の前記強度の比較に基づいて、火炎の位置を追跡するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
燃焼を制御するためのデータとして、前記火炎の前記位置を利用するステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ガスタービンエンジンにおいて欠陥のある燃料噴射器を診断する方法であって、
ａ）前記燃料噴射器から発出する燃焼器火炎を観測するために燃料噴射器に光プロー  ブを設けるステップと、
ｂ）欠陥のある燃料噴射器を示す前記燃焼器火炎内の放射のパターンを検出するス    テップと、
を含む、方法。
【請求項２３】
放射のパターンを検出する前記ステップが、低い火炎強度のパターンを観測するステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
放射のパターンを検出する前記ステップが、高い火炎強度のパターンを観測するステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンのための光センサに関するものであり、より詳細には、燃焼不安定性等を示す状態や同様のものを即時に検出するために、ガスタービンエンジンの燃焼室内において移動する火炎の特徴を観測するための装置、システムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼不安定性は、ガスタービン、ボイラ、加熱器および炉のための低排出、高性能の燃焼室の設計において重大な問題である。燃焼不安定性は、燃焼室内における燃焼過程の乱流性および大容量エネルギー放出の結果として生じる高振幅圧力振動として一般に理解される。燃焼不安定性はエンジンシステム性能を下げ、圧力振動の結果として生じる振動は、燃焼室を含むハードウェアコンポーネントに損害を与えることがある。
【０００３】
ガスタービンの燃焼室内の燃焼不安定性に寄与する多くの要因がある。これらは、例えば、燃料含有物、燃料および／または空気噴射速度もしくは入口圧力、燃料／空気濃度／比率、燃焼室内の温度変化、火炎の安定性、混合に影響を及ぼすコヒーレントな大規模流れ構造（すなわち、渦の離脱）、燃焼器共振周波数での音圧波の燃焼放熱との結合、ならびに／あるいは低火炎温度および高燃焼圧力で生じる消火／再着火現象を含む。
【０００４】
受動的な制御方法は、燃焼不安定性を正すために利用されており、例えば、燃料噴射分布パターンを修正すること、または燃焼室の形状もしくは容量を変更することを含む。受動的な制御は、費用がかかることが多く、燃焼器性能を制限する。ごく最近では、能動的な制御が、検出された不安定な状態に応答してシステム内の圧力を修正することおよび／または燃焼器への燃料もしくは空気の流れを調節することによって、燃焼不安定性を正すために使用されている。ガスタービンエンジンのための能動的な燃焼制御システムの一例は、Ｃｏｒｎｗｅｌｌらの本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，７７５，０５２号に開示されており、その米国特許の開示は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００５】
燃焼器火炎の直接観測が、燃焼不安定性を能動的に制御するために使用され得る情報を提供可能であることは、実験を通して確定されている。例えば、燃焼駆動型の熱振動は、火炎強度の変動を観測することによって検出されることができる。更に、火炎温度または他の火炎特性を生じる燃焼副産物および放出を示すスペクトル放射が、観測されてもよい。これらの観測は、ガスタービンの燃焼室に対する燃料の流れを調節するか、または燃焼のための燃料／空気比率を調整し、それによって燃焼過程を安定させるために、能動的な燃焼制御システムによって解析され使用されてもよい。燃焼過程を効果的に観測するための光センサは、Ｍｙｈｒｅの本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，３３４，４１３号、第７，４８４，３６９号および第７，９６６，８３４号に開示されている。
【０００６】
ガスタービンエンジンのバーナ内の最初の燃焼帯が不動ではないことは、よく知られている。すなわち、火炎前面は、火炎センサの視野の外に移動することがある。このことは、システムに不正確なまたは矛盾する測定値を取得させることがあり、特に極端なスロットル操作の間に、化学発光ピークに由来する火炎特徴の判断に誤りをもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
能動的な燃焼制御に使用されることがある光火炎センサについての技術分野において、移動する火炎前面の観測に関して、先行技術の光火炎検知システムの欠点を克服する必要がある。その上、ガスタービンエンジンの燃焼室において利用されることがある光火炎センサについての技術分野において、移動する火炎を追跡することができる必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ガスタービンエンジンの燃焼室内の状態を観測するための装置に関するものである。より詳細には、本発明は、燃焼を正確に制御し、それによってエンジン効率を最適化するために、ガスタービンエンジンの燃焼室内において移動する燃焼器火炎を観測するか、そうでなければ追跡するための新規かつ有用な光センサに関するものである。
【０００９】
本発明の光センサは、燃料および空気を燃焼器内に噴出するためのノズル本体と、燃焼器火炎放射を観測するためにそのノズル本体の中心軸に沿ってノズル本体内に位置する光プローブとを有する燃料噴射器を含む。光プローブは、当該プローブの遠位端まで延びる複数の光ファイバ束を含む。成形レンズはプローブの遠位端で支持されており、その成形レンズは、光ファイバ束のための多方向性視野（a multi-directional field of view）を提供するように構成される。好適には、成形レンズは、各ファイバ束からの発散的視野(a diverging view)を提供する概ね半球形状を有しており、その成形レンズは、好適にはサファイアまたは同様の材料から形成される。
【００１０】
本発明の好適な実施形態に従って、各光ファイバ束は複数の光ファイバを含む。各光ファイバ束における光ファイバの数は、プローブの使用、ファイバのサイズ、およびプローブがどのように特定の燃料噴射器内に適合されるか、そうでなければ取り付けられるかに依存して、少なくとも２つのファイバから７つものファイバまで、またはそれ以上の範囲にあることができる。
【００１１】
好適には、光プローブは、周囲に配列された６つ以上の光ファイバ束によって取り囲まれた中央光ファイバ束があるような方式で、配列された少なくとも７つの光ファイバ束を有する。本発明の一実施形態では、光プローブの遠位端部分の全径を縮小するために、および取り囲んでいる各ファイバ束の端部にある光端部表面がプローブの軸に対してある角度をなすことを可能にするために、取り囲んでいるファイバ束は、中央ファイバ束の周りに撚られるかそうでなければ其の周りに位置する。
【００１２】
各光ファイバ束は,それぞれの耐熱性内部ガイドチューブ内に支持され、複数の内部ガイドチューブは耐熱性外部ガイドチューブ内に封入される。成形レンズは、好適には、外部ガイドチューブの遠位端に取り付けられた円錐状に先が細くなった耐熱性レンズ筺体内に支持される。成形レンズは、例えばＭｙｈｒｅらに対する米国特許第７，９８７，７１２号に記載された方式で、白金取り付けスリーブを用いてレンズ筺体に取り付けられ封止されてもよく、その米国特許の開示は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。当該技術分野において既知の別の取り付け方法もまた、容易に利用されてもよい。
【００１３】
本発明はまた、ガスタービンエンジンにおける燃焼状態を観測するためのシステムであって、燃料を燃焼器内に噴出するためのノズル本体と、燃焼からの放射を観測するためにノズル本体と動作上関連付けられた光プローブと、光プローブによる観測に基づいて燃焼器内の火炎の挙動を追跡する手段とを含む、システムにも関するものである。火炎挙動を追跡する手段は、特定の空間にわたる火炎放射を受け取るために光プローブ内に光ファイバ束のアレイを含む。
【００１４】
火炎挙動を追跡する手段は、光ファイバ束のそれぞれによって受け取られた火炎放射を検出するために光ファイバ束のアレイと通信する検出器と、どの光ファイバ束が燃焼室内の火炎放射の最強度を観測したかを判断するために、光ファイバ束のそれぞれによって検出された火炎放射を比較するための比較器とを更に含む。強度分布が一旦判断されると、火炎放射の最強度を観測した光検出器から取得された火炎データは、ガスタービンエンジンにおける燃焼を制御するために使用される。このことは、燃料噴射器を通る燃料の流れを能動的に調節することによって行われてもよい。
【００１５】
本発明は、また、ガスタービンエンジンにおける燃焼を制御する方法であって、ガスタービンエンジンの燃焼室内に位置する複数の光検出器によって受け取られた火炎放射を検出するステップと、複数の光検出器のうちのどれが燃焼室内の火炎放射の最強度を観測したかを判断するステップと、ガスタービンエンジンにおける燃焼を制御するために火炎放射の最強度を観測した光検出器から取得された火炎データを選択するステップとを含む、方法にも関するものである。
【００１６】
好適には、火炎放射の最強度を観測した光検出器から取得されたデータを選択するステップは、火炎の空気−燃料比率特徴に相互に関連することができる、例えばＣＨおよび／またはＯＨ化学発光ピーク強度などの化学発光スペクトルデータを光検出器から選択することを含む。その方法は、複数の光検出器のそれぞれによって観測された火炎放射の強度の比較に基づいて火炎の位置を追跡するステップと、燃焼を制御するためのデータとして火炎の位置を利用するステップとを更に含む。
【００１７】
当業者は、また、ガスタービンおよびガスタービン燃焼器試験装置のために、ならびにガスタービンエンジン試験および診断プログラムにおける使用のために、本発明の有用性を認識することにもなる。これらの場合において、光検出器は、火炎の位置、火炎成分の熱混合、タービンに悪影響を及ぼすことがある起こりうる燃焼高温部の位置、または火炎パターンにおける欠陥に関して価値のある情報を提供することになる。実際、本発明は、燃料噴射器から発出する燃焼器火炎を観測するために光プローブを用いることによって、および欠陥のある燃料噴射器を示す燃焼器火炎内の放射のパターンを検出することによって、欠陥のある燃料噴射器を診断するために使用されることができる。これに関して、比較的低い、もしくは比較的高い火炎強度の検出されたパターンは、詰まったか、または部分的に詰まった燃料噴射器の結果として生じ得る。
本発明の装置、システムおよび方法のこれらの態様ならびに他の態様は、図面と共に本発明の以下の詳細な説明から当業者にとってより容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明に関係する当業者が、どのように本発明の新規な装置、システムおよび方法を利用するのかをより容易に理解することになるように、本発明の実施形態は、図を参照にして以下に詳細に記載される。
【図１】ガスタービンエンジンの燃焼室内において移動する火炎を追跡するための光検知システムを含む本発明の好適な実施形態に従って構成された燃料噴射器の斜視図である。
【図２】図１に示される燃料噴射器のノズル本体の拡大部分図であり、その図は、本発明の軸上の光プローブを含む。
【図３】図２に示されるノズル組み立て部の内部の拡大部分図であり、本発明の光プローブを図示する。
【図４】図３の４−４線に沿った本発明の光プローブの断面図であり、光プローブのガイドチューブ内に支持された光ファイバ束を図示すると共に、成形レンズの形状を示す。
【図５】レンズ筺体内のファイバ束の構成を図示するための断面に示されるレンズ筺体を伴う、光プローブの遠位端部分の斜視図であり、説明を容易にするために筺体から取り外されたレンズを示す。
【図６】図４の６−６線に沿った本発明の光プローブの断面図であり、光ファイバ束の配列を示す。
【図７】図１の燃料噴射器のノズル本体の斜視図であり、その図は、そのノズル本体内に組み込まれた光プローブの視野を描写する図的説明を含み、その光プローブは、燃焼状態を観測するために７つの光ファイバをそれぞれ有する７つのファイバ束を含む。
【図８】図１の燃料噴射器のノズル本体の斜視図であり、その図は、燃焼状態を観測するために５つの光ファイバをそれぞれ伴う７つのファイバ束を有する光プローブの視野の図的描写を含む。
【図９】図１の燃料噴射器のノズル本体の斜視図であり、その図は、燃焼状態を観測するために２つの光ファイバをそれぞれ伴う７つのファイバ束を有する光プローバの視野の図的描写を含む。
【図１０】本発明の光プローブの別の実施形態の斜視図であり、その光プローブ内に収容されたファイバ束は、先端径の縮小をもたらすために軸方向に撚られる。
【図１１】図１０の１１−１１線に沿った断面図であり、光プローブの光ファイバ束の撚られた端部分を示す。
【図１２】軸方向のおよび軸方向外の火炎挙動が、本発明の光プローブを形成する光ファイバ束の視野内の放射強度変化として検出される、ノズル本体の下流の反応帯の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ここで、同じ参照番号が本発明の同様の構造的特徴または態様を識別する図面を参照すると、能動的な燃焼制御システムと共に使用するためのガスタービンエンジンの燃焼室内の燃焼状態を観測するための光検知システムが、図１に示される。本発明の光検知システムは、参照番号１０によって一般に示される。
【００２０】
図１を参照すると、光システム１０は、従来の方式でガスタービンエンジン４０の燃焼室３０内に取り付けられたか、そうでなければ支持された燃料噴射器２０を含む。より詳
細には、燃料噴射器２０は、燃焼室３０内に噴射器を取り付けるために支持フランジ２４を有する細長い供給アーム２２を含む。支持フランジ２４は、特に、従来の留め具を用いて噴射器を燃焼室３０の内部ライナ３５に固定するように適合されている。
【００２１】
燃料噴射器２０は、要求された流量率で燃料ポンプから燃料を受け取るための入口ポート２６を更に含む。燃料調節バルブ（図示しない）は、燃焼室３０内の光検知システム１０によって観測された燃焼状態に基づいて、燃料ポンプから燃料噴射器までの燃料の流れを調節するために燃料噴射器２０の入口ポート２６と動作上関連付けられる。このために有用な燃料調節バルブは、例えばＣｏｒｎｗｅｌｌらの本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，６６５，３０５号に開示されており、その米国特許の開示は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２２】
燃料ノズルまたはノズル本体２８は、ガスタービンエンジン４０の燃焼室３０内に噴霧燃料を噴射するか、そうでなければ噴出するために、燃料噴射器２０の供給アーム２２の遠位端に従属する。燃料噴射器２０は、エンジンの用途に応じて、圧力噴霧器または空気噴射噴霧器の形態をとることができる。従って、燃料噴射器１０のノズル本体２８の構成は変更することができる。本発明の光システムと共に使用するために適切な空気噴射噴霧器の形態であるノズル本体を有する燃料噴射器の例は、例えばＢｕｅｌｏｗらの本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，７７９，６３６号およびＴｈｏｍｐｓｏｎらの本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，９２６，７４４号に開示されており、それらの米国特許の開示は、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２３】
ここで図２および図３を参照すると、本発明の好適な実施形態に従って、光システム１０は細長い光プローブ５０を含む。光プローブ５０は、適切な固定物（図示しない）を用いてノズル本体２８内に取り付けられ、好適には、燃焼室３０の反応帯内において移動する燃焼器火炎を効果的に観測するためにノズル本体２８の中心軸と一線上に揃えられる。光プローブ５０が、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく、ノズル本体内の異なる位置に位置し得ることは、想定される。例えば、Ｍｙｈｒｅの本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７，３３４，４１３号は、ノズル本体の外部空気スワラの前縁に形成された観察ポート内に位置する光センサを記載する。
【００２４】
図４から図６を参照すると、光プローブ５０は耐熱性外部ガイドチューブ５２を含む。内部へ向かって先が細くなった円錐形レンズ筺体５４は、燃焼器火炎を効果的に観測するために広範囲の多方向性発散的視野(a multi-directional diverging view)を提供するように設計された概ね半球形状を有する球状成形観察レンズ５６を支持するために、外部ガイドチューブ５２の遠位端に設けられる。光プローブ５０の外部ガイドチューブ５２およびレンズ筺体５４は、好適には超合金、例えば、ガスタービンエンジンの燃焼室内に存在する高温度の動作環境に耐えることが可能なインコネル（登録商標）などのニッケルクロム合金材料または同様の耐熱性超合金などから形成される。これらの動作温度は５００℃を超えることができる。
【００２５】
半球状の成形レンズ５６は、サファイアまたは同様のものなどの耐熱性透明材料から形成される。観察レンズ５６の外部露出表面は保護用被覆物を有することになることが想定される。例えば、レンズ５６は、例えばＭａｓｏｍに対する米国特許第４，５２１，０８８号に開示されるように、気体状の形態まで煤煙の酸化を促進し、それによってレンズの汚染を減らすために触媒として作用する白金および酸化アルミニウムの混合物を含む蒸着層を有することができ、その米国特許の開示は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２６】
レンズ５６は、好適には、例えばＭｙｈｒｅらに対する米国特許第７，９８７，７１２号に記載された方式で、白金取り付けスリーブ５８を用いてレンズ筺体５４に取り付けられ、その米国特許の開示は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。より詳細には、成形レンズ５６は、円筒形状を有する近位取り付け区分５７を含む。白金取り付けスリーブ５８は、レンズ５６の円筒状の取り付け区分５７の周りに位置し、レンズ筺体５４の遠位端に形成された取り付け凹部５５内に固定され、そのことは図５に最もよく見られる。この取り付け組み立て部は、Ｍｙｈｒｅらに対する米国特許第７，９８７，７１２号に開示されるように、レンズ５６とレンズ筺体５４との間の高温封止の形成を容易にする。
【００２７】
複数の光ファイバ束は外部ガイドチューブ５２内に収容され、その複数の光ファイバ束は、燃焼器火炎を観察するための光ファイバアレイを形成するためにその外部ガイドチューブの遠位端まで延びる。より詳細には、７つの光ファイバ束６０ａ〜６０ｇは、燃焼室３０内の反応帯の異なる区域をそれぞれ観測するために、光プローブ５０の外部ガイドチューブ５２内に収容される。７つのファイバ束は、中央ファイバ束６０ａと、周囲に配列された６つの取り囲んでいるファイバ束６０ｂ〜６０ｇとを含む。各ファイバ束６０ａ〜６０ｇは、それぞれの耐熱性内部ガイドチューブ６２ａ〜６２ｇ内に支持され、その内部ガイドチューブはまた、好適には、インコル（登録商標）または同様の超合金などの耐熱性材料から形成される。内部および外部ガイドチューブはまた、ステンレス鋼から形成されてもよい。また、内部ガイドチューブ６２ａ〜６２ｇが白金の遠位端部分を有することがある一方で、ガイドチューブの残りがインコネルから形成されることになることも想定される。図５に最もよく見られるように、中央ガイドチューブ６２ａの遠位端部分は、先が細くなったレンズ筺体５４の形状に一致するように、またそれによって光プローブ５０の遠位端で中央ガイドチューブ６２ａを取り囲んでいる６つのガイドチューブ６２ｂ〜６２ｇの径の縮小に適用するように、先が細くなっている。
【００２８】
各光ファイバ束６０ａ〜６０ｇは複数の光ファイバ６４を含む。各光ファイバ束における光ファイバの数は、使用、ファイバのサイズ、およびそのファイバが特定の燃料噴射器にどのように適合されるかに応じて、２つのファイバから７つのファイバまでの範囲とすることができる。例えば、図６および図７は、各光ファイバ束が燃焼状態を観測するための７つの光ファイバ６４を含む本発明の一実施形態に従って構成された光プローブ５０を示す。
【００２９】
その代わりに、図８は、光プローブ５０の各光ファイバ束が５つの光ファイバ６４を含む本発明の実施形態を示し、図９は、光プローブ５０の各光ファイバ束が２つの光ファイバ６４を含む主題の発明の実施形態を示す。各構成において、光ファイバ束６０ａ〜６０ｇは、各ファイバ束がノズル本体２８の下流の反応帯の異なる区域を観測するように配列されており、半球状の観察レンズ５６を通して拡張的視野を提供する。
【００３０】
光プローブ５０内において、ファイバ束６０ａ〜６０ｇのそれぞれを形成する光ファイバ６４は、１００μのシリカ（ＵＶ強化型）ファイバまたは同様のものから成ることができる。ファイバ６４は、好適には、燃焼室３０内の動作温度に耐えるように被覆されるかそうでなければ処理される。例えば、光ファイバ６４は、熱保護のために適した金または同様の貴金属などの被覆物を設けられてもよい。一例は、定格７００℃までの金被覆された２００μのシリカ（ＵＶ強化型）ファイバとなる。別の例は、金被覆された４００μのシリカ（ＵＶ強化型）ファイバとなる。高温に対して耐性のある他の被覆物もまた、使用されてもよい。
【００３１】
ここで図１０および図１１を参照すると、本発明の光プローブの別の実施形態が示されており、その光プローブの別の実施形態は参照番号１５０によって一般に示される。光プローブ１５０は、その光プローブが、光アレイを形成する複数の光ファイバ１６４を含むそれぞれの光ファイバ束１６０ａ〜１６０ｇをそれぞれが支持する複数の内部ガイドチューブ１６２ａ〜１６２ｇを収容する細長い外部ガイドチューブ１５２を含むという点において、前記した光プローブ５０に実質的に類似する。プローブ１５０は、先が細くなったレンズ筺体１５４と、レンズ筺体１５４内に封止して取り付けられた概ね半球状の成形観察レンズ１５６とを更に含む。プローブ１５０とプローブ５０との間の差異は、光プローブ１５０の遠位端部分の全径を縮小するために、中央ファイバガイドチューブ１６２ａを取り囲む６つのファイバガイドチューブ１６２ｂ〜１６２ｇの遠位端部分が、中央ファイバガイド１６２ａの周りに軸方向に撚られていることである。
【００３２】
図１２を参照すると、本発明に従って、光プローブ５０は、その光プローブの広い視野を用いて、特に、燃焼室３０の反応帯内における火炎「Ｆ」の挙動を追跡するようによく適合される。本発明に従って、光プローブ５０は、火炎「Ｆ」の挙動を軸方向に（すなわち、ノズル本体の軸に沿って動いて）ならびに角度的に（すなわち、ノズル本体の軸に対してある角度をなして）追跡するように適合され構成される。この作業を遂行するために、光ファイバ束６２ａ〜６２ｇのそれぞれが別個の光検出器２００に供給され、その光検出器は、それによって直接的に観測される火炎放射の強度を検出する。より詳細には、火炎の強度は、燃焼室３０内の反応帯の一定の区域を観測する光ファイバによって観察されるスペクトル帯域のＯＨとＣＨピークの比率を用いて測定され、その理由は、この比率が、温度および従って、作動中のエンジンにおける火炎の空気‐燃料比率に直接関連することが分かっているからである。
【００３３】
検出器２００からの出力測定値は、デジタル化され、増幅され、比較器／コンピュータ３００に送られる。比較器３００は、検出器２００からの火炎強度測定値を燃焼器３０内の火炎の位置と相互に関連付ける。すなわち、火炎は反応帯を通って移動するので、プローブ５０における異なるファイバ束６０ａ〜６０ｇによって遮られた放射は、即時に、比較器３００によって比較される。比較が行われた後、最大ＯＨ／ＣＨ比率値を受け取ったファイバ束は、この値が燃焼器の反応帯内の火炎の最もありそうな位置を示すので、燃料制御に使用するために電子的に選択される。そうすることで、能動的な燃料制御のために使用される火炎データは、火炎が燃焼器の反応帯内に移動する際にその火炎データが火炎の最強度領域によって生成されるので、火炎の空間挙動に対する感度が低い。
【００３４】
最大の火炎強度値を観測した光ファイバ束からの選択された火炎データは、燃料調節バルブ５００を通して燃料噴射器２０の入口２６への燃料の流れを能動的に調節しエンジン効率を向上するために、能動的な制御システム４００によって使用されてもよい。例えば、データは、最適なエンジン性能を維持するために、燃料噴射器内の第１の、第２のもしくは事によると第３の燃料回路間の燃料噴射器または燃料分割器に送られる燃料の総量を調節するために使用されることができる。
【００３５】
特定の空間内における火炎挙動を追跡する別の方法では、その束におけるいくつかのファイバが第１のスペクトルピーク検出器／増幅器に送られることになり、その束における他のファイバが別のスペクトルピーク検出器／増幅器に送られることになるように、単一の光ファイバ束からの個々の光ファイバが分割され得ることは、想定される。各分割ファイバ束についての検出器／増幅器の出力は、燃焼器火炎の特定領域の一定の特徴を判断するためにデジタル化され、アルゴリズムによって比較されることになる。
【００３６】
当業者は、燃焼器内において移動する火炎を追跡することとは別に、光ファイバ束によって取得された火炎データが、エンジン性能を最適化するためにまたはそうでなければガスタービンエンジンの操作性を向上するために使用され得る他の様式があることを理解するべきである。例えば、データが、詰まったか、または部分的に詰まった燃料噴射器の結果として生じ得る火炎パターンにおける欠陥（すなわち、高または低火炎強度のパターン）を検出するために、診断的に使用され得ることは、想定される。
【００３７】
本発明の装置、システムおよび方法は好適な実施形態に関して記載されたが、当業者は、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、変更および改変がその実施形態になされ得ることを容易に認識するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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