(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼パターン因子を最小に保ってエンジン部品の寿命を延ばす燃焼パターン因子を積極的に制御する方法を提供する。【解決手段】ガスタービン・エンジンの燃焼パターン因子を積極的に制御する方法は燃料を周方向に配置した１基ないしそれ以上の燃料噴射器を通してガスタービン・エンジンの燃焼室に吹き出し、燃焼室内の初期周方向燃焼パターン因子を決定し、燃焼室内に変更された周方向燃焼パターン因子を生じるため初期周方向燃焼パターン因子に基づいて選択した１基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料流を調整する過程を含む。初期周方向燃焼パターン因子を決定する過程は燃焼器内部の化学発光特性を検出し、この化学発光特性を等量比と相関させ、この等量比に基づいて初期周方向燃焼パターン因子を計算する過程を含む。【選択図】図５
2009216098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）燃料を周方向に配置した１基ないしそれ以上の燃料噴射器を通してガスタービン・エンジンの燃焼室に吹き出し、
ｂ）前記ガスタービンの初期周方向燃焼パターン因子を
ｉ）前記燃焼室内部の化学発光特性を検出し、
ｉｉ）前記化学発光特性を等量比と相関させ、
ｉｉｉ）前記等量比に基づいて初期燃焼パターン因子を計算する、
ことで決定し、
ｃ）前記燃焼室内に変更された周方向燃焼パターン因子を生じるため前記初期周方向燃焼パターン因子に基づいて選択した１基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料流を調整する、
過程を含むガスタービン・エンジンの燃焼パターン因子を積極的に制御する方法。
【請求項２】
さらに、燃料調整過程の前およびその後に周方向に配置した前記１基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料流量を測定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
燃料流を調整する過程が、燃料噴射器のパイロット燃料回路への燃料流を調整することを含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
燃料流を調整する過程が、燃料噴射器の主燃料回路への燃料流を調整することを含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記選択した燃料噴射器に限定して燃料流を調整する過程が電気−機械式弁を開きまたは閉じることを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
さらに、パイロット燃料回路および主燃料回路への燃料流を調整できるようにマニホールドに配置される弁を設けることを含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記選択した燃料噴射器を通過する燃料流を調整する過程が選択されない燃料噴射器への燃料流をそのまま同じ流量を維持しながら、選択した１基ないしそれ以上の燃料噴射器への燃料流を調整することを含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記選択した燃料噴射器を通過する燃料流を調整する過程が前記選択した燃料噴射器を通過する燃料流を調整するため前記選択した燃料噴射器と一体の電気−機械式可変容量弁を制御することを含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
さらに、平均燃料流量から約±２０％だけ燃料流量を変えるように前記可変容量弁を調整する過程を含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
ａ）燃料を周方向に配置した１基ないしそれ以上の燃料噴射器を通してガスタービン・エンジンの燃焼室に吹き出し、
ｂ）  ｉ）前記燃焼室出口の複数の周方向位置で温度を測定し、
ｉｉ）前記検出した温度に基づいて初期周方向燃焼パターン因子を比較する、
ことで前記燃焼室内の初期周方向燃焼パターン因子を決定し、
ｃ）前記燃焼室内に変更された周方向燃焼パターン因子を生じるため前記初期周方向燃焼パターン因子に基づいて選択した１基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料流を調整する、
過程を含むガスタービン・エンジンの燃焼パターン因子を積極的に制御する方法。
【請求項１１】
さらに、前記燃料調整過程の前およびその後に周方向に配置した前記１基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料流量を測定することを含む請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記燃料流を調整する過程が、燃料噴射器のパイロット燃料回路への燃料流を調整することを含む請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記燃料流を調整する過程が、燃料噴射器の主燃料回路への燃料流を調整することを含む請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
選択した燃料噴射器に限定して燃料流を調整する過程が、電気−機械式弁を制御することを含む請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
さらに、パイロット燃料回路および主燃料回路への燃料流を調整できるようにマニホールドに配置される弁を設けることを含む請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
ａ）燃料を周方向に配置した複数の燃料噴射器を通してガスタービン・エンジンの燃焼室に吹き出し、
ｂ）前記２基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料流量を測定し、
ｃ）前記２基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料流量を比較し、
ｄ）最良の燃焼パターン因子を達成するため前記２基ないしそれ以上の燃料噴射器のそれぞれに対する等量の燃料流を維持するように前記２基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料流量を調整する、
過程を含むガスタービン・エンジンの燃焼パターン因子を積極的に制御する方法。
【請求項１７】
前記各燃料噴射器を通過する燃料流量を測定する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
燃料流量を測定し、比較し、調整する過程における燃料流量が燃料の質量流量である請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
燃料流量を測定し、比較し、調整する過程における燃料流量が燃料の体積流量である請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
前記燃料流を調整する過程が、燃料噴射器のパイロット燃料回路への燃料流を調整することを含む請求項１６記載の方法。
【請求項２１】
前記燃料流を調整する過程が、燃料噴射器の主燃料回路への燃料流を調整することを含む請求項１６記載の方法。
【請求項２２】
前記選択した燃料噴射器に限定して燃料流を調整する過程が、電気−機械式弁を制御することを含む請求項１６記載の方法。
【請求項２３】
さらに、パイロット燃料回路および主燃料回路への燃料流を調整できるようにマニホールドに配置される弁を設けることを含む請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
個別の燃料噴射器に配置される弁を設けることを含み、前記弁が燃料噴射器を通過する燃料流を止めるように構成され、適応される請求項１６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、特に燃焼を改善し、エンジン排出物を減少し、部品寿命を延ばすことで、エンジン性能を最適化するようにエンジンの燃焼パターン因子を積極的に制御する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン・エンジンは、典型的には燃焼室外周域に配置される複数の燃料噴射器を備える。燃焼室内部に生じるホット・スポットはエンジン運転条件によっては、たとえばタービン・ブレードのようなエンジン部品の寿命を縮める可能性がある。燃焼室の全空間的温度分布はエンジン“燃焼パターン因子”と呼ばれており、これは燃焼器最大温度（Ｔmax）から燃焼器出口平均温度（Ｔ4）を引いた値を燃焼器出口平均温度（Ｔ4）から燃焼器入口温度（Ｔ3）を引いた値で割った商として定義される。すなわち、
燃焼パターン因子＝［Ｔmax−Ｔ4／（Ｔ4−Ｔ3）］
過去には、燃焼パターン因子を改善するため受け身の方法として、たとえば燃料噴射分布パターンを改良する方法、あるいは燃焼室の形状またはその容量を変更する方法が利用されていた。しかしながら、この受け身の方法は高価であり、燃焼性能を制限することが判明した。
【０００３】
さらに、燃焼器の多重燃料噴射器に供給する燃料は、典型的には各燃料噴射器を通過する燃料流を個別に制御することなく、共通の分配マニホールドを用いて供給している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
出願人は各燃料噴射器を通過する燃料圧力と燃料流量とが外的条件による影響を受け、燃焼器の周方向に不均一な燃料分布を引き起こし、好ましくない燃焼パターン因子を発生すると認識している。
【０００５】
したがって、出願人は燃焼パターン因子を最小に保ってエンジン部品の寿命を大きく延ばす方法および装置に対する要望があると認識している。本発明はこの要望への解決策を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はガスタービン・エンジンの燃焼パターン因子を積極的に制御する、新規で、有用な方法に関する。本発明の一態様に従って、燃焼パターン因子を積極的に制御する方法は燃料を周方向に配置した１基ないしそれ以上の燃料噴射器を通してガスタービン・エンジンの燃焼室に吹き出し、燃焼室内の初期周方向燃焼パターン因子を決定し、燃焼室内に変更された周方向燃焼パターン因子を生じるため初期周方向燃焼パターン因子に基づいて選択した１基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料流を調整する過程を含む。
【０００７】
燃焼室内の初期周方向燃焼パターンを決定する過程は燃焼室内部の化学発光特性を検出し、この化学発光特性を等量比と相関させ、この等量比に基づいて初期周方向燃焼パターン因子を計算する過程を含む。
【０００８】
これに代えて、本発明の別に実施態様に従って、燃焼室内の初期周方向燃焼パターン因子を決定する過程は燃焼室出口の複数の周方向位置で温度を測定し、この測定した温度に基づいて初期周方向燃焼パターン因子を計算することを含む。これに代えて、ガスタービンの長さに沿う別の軸方向位置で温度値を読み取ることができる。この温度値は、たとえば光学温度センサの使用によって検出する。
【０００９】
本発明のさらに別の実施態様に従って、ガスタービン・エンジンの燃焼パターン因子を積極的に制御する方法は燃料を周方向に配置した複数の燃料噴射器を通してガスタービン・エンジンの燃焼室に吹き出し、２基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料流量を測定し、２基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料流量を比較し、最良の燃料パターン因子を達成するため２基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料流量を調整する過程を含む。この実施例では、燃料流量は、たとえば体積流量または質量流量を測定することで確定することができる。
【００１０】
本発明の別の実施態様に従って、ガスタービン・エンジンの燃焼パターン因子を積極的に制御する方法は燃料を周方向に配置した１基ないしそれ以上の燃料噴射器からガスタービン・エンジンの燃焼室に吹き出し、燃焼条件を維持する燃料を流すのに必要な燃料噴射器の最小数を決定し、選択した燃料噴射器と組み合わせた弁装置を全開位置に作動させると共に、選択されない燃料噴射器と組み合わせた弁装置を全閉位置に作動させて選択した燃料噴射器を通過する燃料流を調整する過程を含む。
【００１１】
望まれるか、あるいは必要であるならば、次に述べる任意の手段を本発明に従い設計され、または構成される方法および装置の実施例と組み合わせてもよい。
【００１２】
１基ないしそれ以上の周方向に配置される燃料噴射器を通過する燃料流量を測定する過程は燃料調整過程の前およびその後に付加的に行うようにしてもよい。
【００１３】
燃料流を調整する過程は燃料噴射器のパイロット燃料回路への燃料流を調整することを含む。この調整は燃料を調整し、流量調節し、あるいは別な方法で行う燃料量を増減することを含む。これに代えて、あるいはこれに付加して、燃料流を調整する過程は燃料噴射器の主燃料回路への燃料流を調整することを含む。選択した燃料噴射器に限定して燃料流を調整する過程は電磁弁を全開し、または全閉することを含む。
【００１４】
本発明の実施例に従う方法および装置はパイロット燃料回路および主燃料回路への燃料流を調整できるようにマニホールドに配置される弁を設けることを含む。
【００１５】
選択した燃料噴射器を通過する燃料流を調整する過程は残りの他の燃料噴射器への燃料流をそのまま同じ流量を維持しながら、選択した１基ないしそれ以上の燃料噴射器への燃料流を調整する過程を含む。
【００１６】
本発明に従う方法および装置は選択した燃料噴射器を通過する燃料量を調整するため選択した燃料噴射器と一体の電気−機械式可変容量弁を利用することを含む。この可変容量弁はある必要な量だけ燃料流を調整できるように構成され、適応され、一実施態様によれば、平均燃料流量から約±２０％だけ燃料流量を変える。
【００１７】
ここに説明される実施例では、複数の個々の燃料噴射器を通過する燃料量を測定する。これは質量流量および／または体積流量値を測定する。
【００１８】
初期周方向燃焼パターン因子を決定する過程は燃焼室内の熱−化学火炎特性を含む、燃焼室内部の燃焼条件を感知することを含む。
【００１９】
このように具体化する場合、主燃料回路とパイロット燃料回路とに分離して燃料を供給するために独立した分配マニホールドを設ける。
【００２０】
本発明に係るガスタービン・エンジンの燃焼パターン因子を積極的に制御する方法および装置のこれらの実施態様および他の実施態様は添付図面と共に説明される以下の詳細な説明から当業者に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明の一部を形成する、数基の燃料噴射器を示すため燃焼器の外側ケーシングと内側ライナとを切断して表わす、本発明の燃焼パターン因子制御装置を備えたガスタービン・エンジンの一部の側面図である。
【図２】図２は本発明の好ましい実施態様に従って構成された複数の燃料噴射器を示す、ガスタービン・エンジンの燃焼室を貫く図１の２−２線に沿う断面図である。
【図３】図３は数個の燃料噴射器が本発明の好ましい実施態様に従って構成され、他の燃料噴射器が従来技術による方法で構成された燃料噴射器の代替的配置を示す、ガスタービン・エンジンの燃焼室を貫く図１の２−２線に沿う断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは動的圧力センサが噴射器本体に配置され、光学火炎センサの位置を示すため燃料ノズルが断面により図示される、本発明の好ましい実施態様に従って構成された燃料噴射器の側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは動的圧力センサおよび光学火炎センサの位置を示すため燃料ノズルが断面により図示される、本発明の好ましい実施態様に従って構成された別の燃料噴射器の側面図である。
【図５】図５は図４の燃料噴射器内部に配置されるセンサと、燃料をセンサからの入力に基づいて指令流量で燃料噴射器に分配する弁装置と流体連通する電子コントローラとの間の情報の流れを示すフロー・チャートである。
【図６】図６は本発明の方法と共に使用される、一体の弁を備えた複数の非機器装備燃料噴射器を有する装置を示す構成図である。
【図７】図７は本発明の方法と共に使用される一体の弁を備えた複数の機器装備燃料噴射器を有する装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２２】
ガスタービン・エンジンは、典型的には、たとえば燃焼器出口温度またはガスタービン入口温度（Ｔ4）、圧縮機速度および圧力、燃焼器総燃料量ならびに排ガス温度および圧力を含む、運転条件を測定するための多くのセンサを備える。本発明に従う燃焼パターン因子を積極的に制御する方法では、エンジン性能をきめ細かく調整するため上記パラメータに追加する測定を必要とする。このパラメータは燃焼器火炎の熱−化学特性および／またはエンジンの燃焼室への燃料を分配する、１基ないそれ以上の燃料噴射器の燃料量を含む。本発明の一実施態様に従って、ガスタービン入口温度（Ｔ4）（これは本明細書でときどき燃焼器出口温度と呼ぶ）を燃焼パターン因子を制御するため有利に利用する。
【００２３】
本発明の燃焼パターン因子制御装置は燃料の燃焼を改善し、エンジン排出物を減少し、部品寿命を延ばすことで、主としてエンジン性能を最適化するように設計される。この方法は、たとえば工業用ガスタービン、民間航空機および高推力増強軍用航空機エンジンを含む、ガスタービン・エンジンに最もよく適合する。したがって、本発明に従って説明される方法および装置は濃厚または希薄燃焼エンジン運転プログラムと共に利用することができる。
【００２４】
同様な符号が本発明の類似する特徴または実施態様を表わす図面を参照すると、図１に本発明の燃焼パターン因子を積極的に制御する方法を実施するように適応させる、とりわけアクティブ燃焼制御装置を備えるガスタービン・エンジン１０が示される。これは米国特許公開番号第２００７／０１１９１４７号およびその親出願に相当する米国特許公開番号第２００６／００００２１９号に記載される制御方法を実施する場合に適応される。出願人はこれらの明細書の開示を参照してここにその全体を取り入れている。本発明に従って、本装置は符号１００で表わす。一般に、ガスタービン・エンジン１０は圧縮機１２と、圧縮機１２よりも下流に配置する燃焼室１４と、燃焼室１４よりも下流に配置するタービン（図示せず）とを備える。この燃焼室１４は円筒状の外側燃焼器ライナまたはケーシング１４ａと、環状の内側ライナ１４ｂとを備える。当業者は、たとえば缶形燃焼器のような他の燃焼器も本発明に従い構成し得ると容易に理解する。
【００２５】
燃焼制御装置１００は、図示のように、ガスタービン・エンジン１０の外側ケーシング１４ａに装着される、燃焼室１４の内側ライナ１４ｂに燃料を吹き出す複数の燃料噴射器１１０を備える。下記により詳しく説明するように、１基ないしそれ以上の燃料噴射器は燃焼室１４内の火炎の熱−化学特性、燃焼室内１４内の圧力変化および噴射器自身を通過する燃料量について検出を容易にする方法で装着する。また、下記により詳しく説明するように、エンジン運転中、燃料噴射器に供給される燃料を制御するため高速の燃料調整弁である、燃料調整弁１１２が各機器装備燃料噴射器１１０に動作可能に組み合わされる。本発明に従って、燃料調整弁および電気−機械式可変容量弁のような他の形式の弁がこの燃料調整弁と直列あるいは並列に設けられる。燃料噴射器への燃料量を制御するため上述したいずれかの弁は図示のように燃料噴射器と一体に設けるか、あるいはその手前に設けるのがより好ましい。しかしながら、これに代えて、複数の燃料噴射器への燃料量を同時に制御するため燃料調整弁は１基ないそれ以上の燃料マニホールドへの燃料の供給を制御するように構成してもよいと理解すべきである。
【００２６】
図１に示されるように、燃料は個別の燃料噴射器１１０に、より正確にはそれと組むそれぞれの燃料調整弁１１２に供給される。本発明の一実施態様に従って、分配マニホールド１８は全自動デジタル電子制御装置（ＦＡＤＥＣ）である、デジタル制御ユニットによって計量された燃料を受け取る。このデジタル制御ユニットはガスタービン・エンジン１０の外部あるいはその内部に装着した多様なセンサからの入力（たとえば、エンジン運転温度および圧力、軸速度およびトルク、環境条件など）を受け取り、特定のエンジン用途に合わせて開発したソフトウェア制御法則に基づいて主燃料計量弁（図示せず）に位置指令を与える。このソフトウェア制御法則は指定された出力指令および一組みの運転条件に合わせてエンジン出力を最大化し、安全な運転域にガスタービン・エンジンを作動させるように書かれる。このデジタル制御ユニットが、たとえばＮＯｘのようなエンジン排出物を積極的に減少するため燃焼制御装置１００と協働できることは予め見通す。
【００２７】
上述したように、デジタル制御ユニット２０は全自動デジタル電子制御装置として具体化される。これに代えて、燃焼パターン因子を制御するデジタル制御ユニット２０は全自動デジタル電子制御装置と共に使用される補助制御ユニットとして構成してもよい。さらに、これに代えて、燃焼パターン因子は、たとえば、各燃料噴射器に配置するか、あるいはその近くに配置する、互いに交信できるように構成される制御ユニットを備えた分散形制御装置によって制御するようにしてもよい。
【００２８】
機器装備燃料噴射器１１０の詳細な説明に先立って、燃焼室１４外周域に周方向に配置される複数の機器装備燃料噴射器１１０ａ−１１０ｈを示す図２を参照する。本実施例では、熱−化学特性および音響圧力変化を含む、燃焼特性は各燃料噴射器１１０ａ−１１０ｈと組み合わせるセンサ手段で燃焼室１４の全周にわたり局部の状況を捉える方法で監視し、測定する。したがって、ある基準値に対して燃焼室１４内部の特定位置の燃焼特性を検出し、または測定する場合には燃焼パターン因子を調整し、燃焼を安定化し、および／またはエンジンを調整するようにその燃焼室内の特定位置に対応させた１基ないしそれ以上の燃料噴射器への燃料量をその燃料噴射器と組み合わせる燃料調整弁１１２によって調整することができる。
【００２９】
当業者は図２に示される燃料噴射器の数が図示を目的としたもので、どんな方法でも本開示の範囲を限定するようにみなされないと理解すべきである。さらに、これに代えて、１基よりも多数の機器装備燃料噴射器を単一の燃料調整弁と組み合せることは予め見通す。したがって、図２に示される各燃料噴射器１１０ａ−１１０ｈは個別に燃料調整弁１１２を備えるようにしたものであるが、特定の燃料調整弁１１２が多重燃料噴射器、たとえば燃料室１４内の特定の象限または区域にある燃料噴射器への燃料を調整するように構成することも予め見通す。したがって、代替手段として、分配マニホールド１８のようなマニホールドを用いて燃料調整弁１１２からの燃料を多重燃料噴射器に対して分配するように構成してもよい。
【００３０】
たとえば、図３に示される代替の燃料噴射器の配置では、ガスタービン・エンジン１０に設けられる幾つかの燃料噴射器は一体の弁１１２を装備しており、この弁１１２を使って燃料を他の燃料噴射器とは独立に調整する。これに対し、残りの幾つかの燃料噴射器は一体の弁を装備せず、弁を使って燃料を調整しない。特に、燃料噴射器１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄはそれぞれに燃料調整弁１１２を備えており、これに対し、燃料噴射器１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄは燃料調整弁を備えず、その代わりに霧化燃料を機器装備燃料噴射器を用いて燃焼室１４内に分配するように従来技術による方法で構成する。このような配置では、燃焼特性は燃焼室１４の一定の燃焼域あるいは象限内に限り監視し、測定する。燃焼室をある角度の数区域に分割することも可能である。たとえば、燃焼域について１から１２ないしそれ以上の数の区域に画定するが、ほぼ等分に分けた４象限のようなより少数の区域に限っては弁、センサ、制御手段を使用せずに適切な燃焼制御を行う。これにより、有効な燃焼制御装置を保持しながら、重量およびコストの引き下げを図ることができる。多くはないとしても、このような配置も一定のエンジン用途において燃焼パターン因子およびまたは他の燃焼特性を積極的に制御するために十分使用することができる。このように構成したものでは、燃焼パターン因子のような燃焼特性は一定の燃焼域または象限内でその燃焼域または象限内に設けられる、１基ないしそれ以上の機器装備燃料噴射器１１０ａ−１１０ｄへの燃料流を調整することで、積極的に制御することができる。これは図示されるような個別の燃料調整弁１１２を有する機器装備燃料噴射器１１０ａ−１１０ｄを用いてなし遂げる。これに代えて、１個の燃料調整弁を１基よりも多数の機器装備燃料噴射器と組み合わせてもよい。
【００３１】
当業者は機器装備燃料噴射器１１０の周方向位置および／または機器装備燃料噴射器１１０の数がエンジン構成および用途に応じて変えられることを容易に理解する。実際、あるエンジン用途では、エンジンにただ１基の機器装備燃料噴射器１１０を設ける一方、残りの燃料噴射器を従来技術の方法で運転するように構成することも本開示の範囲内である。
【００３２】
図４Ａを参照すると、本発明に従って構成される機器装備燃料噴射器１１０が示される。この燃料噴射器１１０は分配マニホールドからの燃料を受け取る燃料入口取付け要素１１４ａ、１１４ｂを有する入口端部１１４を備える。燃料調整弁１１２は入口端部１１４に収容され、または動作可能に組み合わされ、燃料入口取付け要素１１４ａ、１１４ｂと流体連通している。燃料入口取付け要素１１４ａ、１１４ｂのいずれか１つまたは双方に流れる燃料は燃料調節弁１１２によって調整ことができる。
【００３３】
燃料噴射器１１０はさらに入口端部１１４から角度を付けて吊り下げた支持材または供給アーム１１５で形成される本体部を備える。供給アーム１１５の下側端部から霧化燃料を燃焼室１４に吹き出す燃料ノズル１１６が吊り下げられている。供給アーム１１５の上側端部に燃料噴射器１１０をガスタービン・エンジン１０の外側ケーシング１４ａに取付けるフランジ１１８が設けられる。運転においては、内部の燃料管（図示せず）が燃料調整弁１１２から送られる調整した燃料を供給アーム１１５を通して燃料ノズル１１６に分配する。
【００３４】
燃料噴射器１１０は変調周波数などを含む、運転条件を変えながら、燃焼室１４の内側ライナ１４ｂに霧化燃料を分配するように構成され、適応される。好ましくは、燃料噴射器１１０は希薄燃焼直接噴射に適するように構成され、適応される。しかしながら、当業者は本発明の燃料噴射器が多様な燃料の霧化用途に適するように構成できると容易に理解する。さらに、注目すべきことは本発明方法に従って使用する燃料噴射器の正確な配置が望まれるか、あるいは必要とされるときには変更できることである。
【００３５】
一般に、霧化燃料噴射器には主に２つの形式があり、どちらの形式の燃料噴射器も本発明の装置および方法と共に利用することが可能である。これらの装置は燃料圧力から燃料霧化エネルギを得る旋回圧力噴霧器と、高速の圧縮空気から燃料霧化エネルギを得るエア・ブラスト噴霧器とを含む。霧化燃料噴霧器の例はベルツに発行された米国特許第6,688,534号明細書に説明される。この明細書の開示は参照してここにその全体を取り入れる。
【００３６】
続いて図４Ａを参照すると、機器装備燃料噴射器１１０はガスタービン・エンジン１０の燃焼室１４内部の音響圧力差を検出する動的圧力センサ１３０と、ガスタービン・エンジン１０の燃焼室１４内部の火炎特性を検出する火炎センサまたは光学センサ・アレイ１４０とを備える。これに代えて、またはこれに付加して、燃焼室内部に、あるいはその近くに１個ないしそれ以上の独立した（燃料噴射器と一体でない）動的圧力センサを配置してもよい。この動的圧力センサ１３０は内側ライナ１４ｂよりも上流側で燃料噴射器１１０の供給アーム１１５に配置するか、あるいはそこに支持する。動的圧力センサ１３０は燃焼室１４を通過する圧縮空気に生じた熱−音響圧力波の振動を検出するように構成され、適応される。
【００３７】
好ましくは、動的圧力センサ１３０は圧電式圧力センサを利用する音響マイクロフォンである。重要なことは、この動的圧力センサ１３０はガスタービン・エンジン１０の燃焼室１４内部での高温運転に適応させるように保護要素を用いて支持することである。供給アーム１１５に装着する動的圧力センサ１３０の配置では、圧力センサが可能な限り燃焼室１４を通過する気流に合わせて同じ方向になるように位置を変える。
【００３８】
動的圧力センサの例はエリクセンらに発行された米国特許第6,928,878号明細書に開示される。この明細書の開示は参照してここにその全体を取り入れる。動的圧力センサ用の高温用半導体材料の例はエリクセンらに発行された米国特許第6,773,951号明細書に開示される。この明細書の開示は参照してここにその全体を取り入れる。これに代わる手段として、たとえば、ＰＣＢピエゾエレクトロニクス社（ニューヨーク州、デピウ）によって製造されるＰＣＢセンサおよび振動計を含む、高温用動的圧力センサを本発明の燃焼パターン因子制御装置１０において利用することが可能で、これは本開示の範囲内である。
【００３９】
続いて図４Ａを参照すると、機器装備燃料噴射器１１０の火炎センサ１４０は燃料ノズル１１６内部に配置する、好ましくは等量比、温度のような燃焼特性に関する火炎特性を検出する光学センサ・アレイを備える。特に、火炎センサまたは光学センサ・アレイ１４０は燃料ノズル１１６よりも下流で発生する燃焼火炎のスペクトルおよび／または熱特性を検出するように構成され、適応される。一般に、これらの特性はここでは“化学発光特性”と呼ぶ。本実施例またはここに代替手段として記載した他の実施例では、光学センサ・アレイ１４０は燃料ノズル１１６の先端面から延びる、たとえばサファイア・ロッドのような複数の光案内ロッドを備える。このような方法で構成される光学センサ・アレイの例は米国特許出願公開番号第２００６／００００２１９号に開示される。この明細書の開示は参照してここにその全体を取り入れる。
【００４０】
これに付加して、燃料噴射器１１０には流量センサ４９０が設けられる。図示では、入口端部１１４に設けるように示されるが、流量センサ４９０は燃料流量を正確に測定できるのであれば、燃料経路に沿うどの地点でも配置することができる。したがって、この流量センサ４９０は独立した要素として具体化し、それだけでなく燃料噴射器と直接接しないように構成する。流量センサ４９０はこの目的に適したどのような形式でもよく、質量流量センサまたは体積流量センサとして具体化する。流量センサの例は２００７年８月２３日に出願されたスピヴァークらの米国特許出願第１１／８９５，１９６号明細書に記載されている。この明細書の開示は参照してここにその全体を取り入れる。
【００４１】
図４Ｂを参照すると、機器装備燃料噴射器１１０の別の実施例が示される。本発明のこの実施例または他の実施例では、動的圧力センサ１３０は燃料噴射器１１０の供給アーム１１５には配置しないが、燃料噴射器１１０の燃料ノズル１１６内部に配置されるか、または支持される。さらに、本発明のこの実施例または他の実施例では、火炎センサまたは光学センサ・アレイ１４０は燃料ノズル１１６の先端面から延びる１本ないしそれ以上の光ファイバ束を備える。この方法で構成した光学センサ・アレイの例はマイヤーの米国特許出願公開番号第２００５／０２４７０６６号に開示される。この明細書の開示は参照してここにその全体を取り入れる。
【００４２】
図５を参照すると、運転においては、機器装備燃料噴射器１１０の動的圧力センサ１３０が圧力値を表わす出力信号に基づいて信号処理器１７５で入力信号を分析する電子コントローラ１７０に正確な測定値に応じた出力信号を与える。燃料噴射器１１０への燃料流について燃焼安定性を維持するのに相応しい方法で調整するため電子コントローラ１７０は与えらた信号の分析結果に基づいて少なくともある特定の燃焼域の燃焼安定性を維持するように燃料噴射器１１０と組み合わせた燃料調整弁１１２に指令を与える。
【００４３】
運転においては、火炎センサまたは光学センサ・アレイ１４０はスペクトル分析計または類似の計器で分析する電子コントローラ１７０と組む信号処理器１７５に出力信号を与える。このスペクトル分析計は燃焼に関わる火炎の特性パラメータを導き出すように構成される。これらの特性パラメータは、たとえば燃焼器のある区域または象限内の燃料の等量比、火炎強度、火炎安定性および火炎温度を含む。さらに、パラメータには燃料中に含まれる不純物の存在、燃焼パラメータを生じさせる化学放出物またはラジカルを含む。この燃焼プロセスでの燃焼パラメータに関わる化学放出物を表わすスペクトル・データは光学センサ・アレイ１４０によって得ることができる。このようなスペクトル・データから燃焼反応を決定し、周方向燃焼パターン因子を決定する。先に述べた米国特許出願公開番号第２００５／０２４７０６６号はこのような燃焼データの使用方法について説明する。このデータを受け取ると直ちに電子コントローラ１７０は燃料噴射器１１０への燃料流について周方向燃焼パターン因子を調整するように火炎センサ１４０からの信号の分析結果に基づいて燃料噴射器１１０と組み合わせた弁装置１１２に指令を与える。これに代えて、またはこれに付加して、イオン・センサを利用することができる。この方法によれば、燃焼プロセスでの組成物を検出し、それによって等量比を突き止め、燃料流を下記に規定される周方向燃焼パターン因子を減少するように調整することができる。
【００４４】
上記のように、本発明方法と共に使用するため燃焼パターン因子制御装置１００の各機器装備燃料噴射器はそれぞれ燃料噴射器を通過する燃料量を検出する流量センサを備える。ここに記載する実施例に従って、この流量センサは１３７９０ｈＰａ（２００ｐｓｉｇ）から１０３４２５ｈＰａ（１５００ｐｓｉｇ）の系統圧力で運転するように構成され、適応される。また、流量センサは流量の２５％から１００％までの範囲を扱うことができ、燃料ノズルへの平均燃料流量の約±２０％まで調整できるように設計される。燃料噴射器内の流量センサの位置は燃料ノズルに流れる燃料を正確に検出するように配置する限り変えることができる。この流量センサ１４０の模範的な位置は図４Ａに示される。流量センサ１４０は、たとえば質量流量センサまたは体積流量センサである。このような質量流量センサ４９０は燃料噴射器を通過する燃料を正確に測定する能力がある。この測定で得られるデータは単独で、あるいは他のデータと組み合わせて１基ないしそれ以上の燃流噴射器を通過する燃料流を調整するために使用する。質量流量センサの例は２００７年８月２３日に出願されたスピヴァークらの米国特許出願第１１／８９５，１９６号に記載されている。上記のように、この明細書の開示は参照してここにその全体を取り入れる。
【００４５】
図５に示されるように、燃料噴射器１１０内の各センサは電子コントローラ１７０と直接交信することを考えてもよいが、動的圧力センサ１３０および火炎センサ１４０、さらには燃料噴射器内部またはそこに装着する他のセンサからの入力信号を受信するためセンサ・インターフェースは各燃料噴射器１１０の内部に配置することを考慮する。このセンサ・インターフェースは電子コントローラ１７０と交信し、同時に燃料調整弁１１２とも交信するように構成され、適応される。センサ・インターフェースが電子コントローラ１７０と交信するためのデジタル通信手段を備えることは予め見通す。
【００４６】
先に簡単に述べたように、少なくとも１基あるいは全部の燃料噴射器は火炎センサ１４０、温度センサまたは流量センサ４９０で検出される異常に高い燃焼パターン因子を含む、望ましくない燃焼条件に応じて燃料噴射器１１０への燃料流を調整するように構成される専用の燃料調整弁１１２を備える。特に、燃料調整弁１１２は検出した１０００Ｈｚまでの周波数で平均燃料流量の約±２０％までの望ましくない燃焼条件に比例して燃料流を調整するように構成される。コーンウェルらの米国特許出願公開番号第２００７／０１５１２５２号は燃焼パターン因子制御装置１００の機器装備燃料噴射器１１０と共に使用する多様な高速燃料調整弁の実施例を開示する。これに代わる実施例では、コーンウェルらによって提案される高速燃料調整弁に代えて、あるいはそれと共に使用するため全開または全閉だけの単純な２位置弁および他の電気−機械式可変容量弁で代用することができる。
【００４７】
機器装備燃料噴射器１１０への燃料流を比例動作で、および／または脈動運動で調整し、あるいは分配するため弁アクチュエータを燃焼パターン因子制御装置１００と共に使用する。これは本開示の範囲内である。これらの弁アクチュエータは、たとえば電磁作動式弁アクチュエータ、磁気ひずみ弁アクチュエータ、圧電式弁アクチュエータ、空洞圧電燃料調整を利用する弁アクチュエータ、ＭＥＭ形アクチュエータ（熱、流体または機械増幅器）、電力計形弁アクチュエータおよび回転形弁アクチュエータを含む。
【００４８】
本発明の方法および装置に従って、ガスタービン・エンジンの燃料流を調整し、望ましい燃焼パターン因子を得る過程では、１個ないしそれ以上の弁を利用する。この弁は、たとえば燃焼安定性制御装置のような他のエンジン制御装置と組み合わせて使用する。
【００４９】
上述したように、燃料調整弁はいずれかの適する手段で作動するが、好ましい態様によれば、電気−機械駆動式を含む。このような弁は、これに限られないが、たとえば可変容量弁および２位置弁である高速脈動弁を含む。しかしながら、先に述べたように、コーンウェルらの米国特許出願公開番号第２００７／０１５１２５２号に記載の弁あるいはこの変形である弁を利用することができる。
【００５０】
図６および図７は本発明の方法と共に使用する装置の図式的表示および詳細である。図６は上述した燃料噴射器のような複数の機器装備燃料噴射器１２０を含む、代表的装置６００を示す。燃料噴射器に一体の弁が設けられ、これは独立したハウジング内部に配置され、燃料管を用いてそれぞれ燃料噴射器似１２０と接続している。燃料は燃料制御装置６０１から分配マニホールド１８を経由して弁６１２に流れ、そこから燃料噴射器１２０に供給される。弁６１２を制御するため上述したようなデジタル電子コントローラ２０が燃料制御装置６０１と共に構成される。
【００５１】
使用においては、上述した各センサから得られるデータを利用して全自動デジタル電子制御装置である電子コントローラ２０が各燃料噴射器１２０ａ−１２０ｈと組み合わせた１個ないしそれ以上の弁を操作し、そこを通過する燃料を調整する。したがって、たとえばセンサから与えられる検出信号で望ましくない燃焼条件が指示された場合、その燃焼条件を改善するためそれぞれの弁６１２の開度を調節し、燃料を調整する。弁６１２が特定の質量または体積流量の範囲内で圧力変化を生じさせ、所定の燃料量になるように調整する可変容量弁である場合、その後の増加する燃料流量を調整することも可能である。燃料噴射器１２０ａ−１２０ｈと共に脈動弁を使用する場合、燃料流はデジタル電子コントローラ２０で決定する周方向燃焼パターン因子を改善するのに燃料の増加または減少が必要か、否かに応じて望ましい持続時間だけいずれかの周波数を保って調整する。
【００５２】
本発明に従って、２位置弁は、好ましくは部分負荷運転のために使用する。この用途では、２位置弁は安定燃焼を維持するため特定区域についての燃空比を調整ことで、低出力条件でのエンジン運転性を改善する。低出力運転時には、全ての燃料噴射器に少量の燃料しか分配されず、燃焼を継続することが難しくなる。典型的には、部分負荷は燃焼器の全周での不均質な燃焼のために周方向燃焼パターン因子を改善しない。しかしながら、部分負荷は許容限界を超えるタービン入口温度に到達せず、したがって、本発明の目的と矛盾しない。
【００５３】
さらに、図６には、明白に示されないが、１基ないしそれ以上の燃料噴射器１２０ａ−１２０ｈは多重燃料回路で燃料を供給することができる。たとえば、各燃料噴射器への燃料は主燃料およびパイロット燃料回路、あるいは共通の燃料回路で供給する。これらの各燃料回路から流入する燃料、そして燃料噴射器１２０内の主燃料およびパイロット燃料回路を通過する燃料は噴射器組立て体内に内蔵した独立した弁を用いて調整する。これに代えて、１個ないしそれ以上の弁を燃料噴射器に燃料を導く燃料管に配置してもよい。１個ないしそれ以上の弁は比例弁であるか、および／または１個ないしそれ以上の弁は脈動弁である。一態様に従って、パイロット燃料の流れは２位置弁によって調整し、主燃料の流れは比例弁で調整する。
【００５４】
一例として、低出力運転の場合、あるいは望ましくない燃焼条件の場合、特定の燃料噴射器、たとえば燃料噴射器１２０ａ、１２０ｃ、１２０ｄへの燃料を減少させるか、あるいは遮断することができる。他の燃料噴射器への燃料はそのときの流量を維持するか、増加するか、あるいはより少量に減少させる。さらに、１系統だけの燃料回路によって１基ないしそれ以上の燃料噴射器への燃料流を調整することは好ましい。たとえば、エンジン運転条件に合う調整が必要な場合、特定の燃料噴射器内の主燃料回路だけを通過する燃料流はその燃料噴射器への主燃料が流れる比例弁を通過する燃料流を調整することで、より減少させることができる。
【００５５】
図７は図６の装置６００に類似する別の装置７００を示す。図７の燃料噴射器１１０は先に述べたような要素を装備し、したがって、ガスタービン・エンジンを望ましい運転パラメータの範囲内に維持するためデジタル電子コントローラ２０に対してフィードバック信号を出力する。
【００５６】
燃料調整モードでは、デジタル電子コントローラ２０からの指令に従って弁装置は１基ないしそれ以上の機器装備燃料噴射器１１０ａ−１１０ｈを通過する平均燃料流量の一定の割合だけ分配するように使用する。
【００５７】
低出力条件に合わせる部分負荷では、デジタル電子コントローラ２０からの指令に従って各機器装備燃料噴射器１１０ａ−１１０ｈに装着した弁装置（たとえば、図２参照）は燃料流の全量を止めるか、燃料流の全量を流すかのどちらかである。主燃料回路およびパイロット燃料回路を有する機器装備燃料噴射器の場合、各燃料噴射器の主燃料回路および／またはパイロット燃料回路は積極的に調整し、および／または部分負荷に合わせることができる。この方法をなし遂げるのに使用する弁は上述した実施例に記載されるいずれかの弁である。
【００５８】
当業者は燃焼ガスがガスタービン・エンジンに供給される前に望ましい周方向燃焼パターン因子を保っているならば、より効果的に運転できることを容易に理解する。より均一な温度分布および燃焼生成物分布は燃焼器出口で周方向燃焼パターン因子を下げることで達成することができる。この周方向燃焼パターン因子は燃焼器内の燃料分布を加減して調整する。一般には、先に述べたように、燃焼パターン因子はガスタービン・エンジンに向かう燃焼ガスの平均燃焼器出口温度（Ｔ4）を用いて規定する。
【００５９】
燃焼パターン因子＝［Ｔmax−Ｔ4／（Ｔ4−Ｔ3）］
ここで、Ｔ3は燃焼器入口温度であり、Ｔmaxは燃焼器最大温度である。
【００６０】
本発明に従って、燃焼器内の燃料分布は上記の機器装備燃料噴射器と組み合わせる燃料調整弁を用いて積極的に制御する。たとえば、燃焼条件はそのときの燃焼プロセスに適した等量比を突き止めるため（たとえば、ＯＨおよび／またはＣＨラジカル放出レベル）を検出し、および／または監視して使用する。等量比が決まると直ちに周方向燃焼パターン因子を下げるため燃料流の調整を行う。下記により詳しく説明されるように、望ましい燃焼パターン因子を得るため燃料の調整および／または部分負荷に合わせて調整する。
【００６１】
燃焼装置の等量比は化学量論的燃料−酸化剤比に対する燃料−酸化剤比の割合として定義される。元単位よりも大きい、すなわち１よりも大きい等量比は使用される燃料および酸化剤に関係なく、完全な燃焼のために必要な量と比べて燃料−酸化剤混合気内に酸化剤よりも豊富に燃料を含むことを表わす。元単位よりも小さい等量比は燃料−酸化剤混合気内に等量的に過剰な酸化剤を含み、希薄混合気または燃料の不足状態を表わす。
【００６２】
図５と共に図２を参照すると、監視または検出した燃焼条件および／または突き止めた等量比に応じて燃焼パターン因子制御装置は望ましい周方向燃焼パターン因子を得るため燃料調整モードで選択的に、あるいはプログラムに従って運転する。電子エンジン制御装置（たとえば、全自動デジタル電子制御装置）は燃料噴射器１１０ｂ、１１０ｄ、１１０ｆ、１１０ｇへの燃料について燃料噴射器１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅ、１１０ｈよりも燃料割合を少なく分配し、燃焼器内の燃焼パターン因子を調整するように燃料噴射器１１０ｂ、１１０ｄ、１１０ｆ、１１０ｇの弁装置に対して指令を与える。この場合、燃料を望ましい流量に調整するため適する可変容量弁を作動させる。これに代えて、燃料圧力を調整して全燃料量を減少するために脈動弁を可変容量弁に代えて利用してもよい。コーンウェルらの特許出願明細書（米国特許出願公開番号第２００７／０１５１２５２号）に記載される弁もこの方法で使用することができる。
【００６３】
監視または検出した燃焼条件および／または突き止めた等量比に応じて燃焼パターン因子制御装置は低出力条件のもとでは部分負荷モードで選択的に、あるいはプログラムに従って運転する。先に述べたように、この制御モードに従う運転は本発明の目的と矛盾せず、本発明の燃焼パターン因子を積極的に制御する方法および装置と共に利用することができる。部分負荷モードによる運転では、電子エンジン制御装置（たとえば、全自動デジタル電子制御装置）は燃料噴射器１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅ、１１０ｆ、１１０ｈの弁装置を全開位置に動かすように指令を与え、同時に、燃料噴射器１１０ｂ、１１０ｄ、１１０ｇの弁装置を全閉位置に移動し、望ましいエンジン運転パラメータを維持するように指令を与える。この場合、可変容量弁または２位置弁を利用するが、おそらく２位置弁が可変容量弁よりも素早く動作し、より早くエンジン運転パラメータを維持することができる。
【００６４】
上述したように、等量比およびそれと関係する燃焼パターン因子に相関する化学反応を監視し、および／または検出する光学センサに代えて、あるいはそれと共に燃焼制御フィードバックを提供する手段として燃焼制御フィードバックを与える、燃料噴射器に装着する流量センサを利用してもよい。特に、各燃料噴射器を通過する既知の流量信号（質量流量および／または体積流量）は各燃料噴射器の間で均一な燃料供給を維持し、小さい値の周方向燃焼パターン因子を発生するために使用することができる。
【００６５】
図１−図７を参照して先に述べたように、ガタービン・エンジン１０の燃焼パターン因子を制御する方法は燃料を周方向に配置した１基ないしそれ以上の燃料噴射器（たとえば、図２の燃料噴射器１１０ａ−１１０ｈ）を通してガスタービン・エンジンの燃焼室に吹き出し、燃焼室内の初期周方向燃焼パターン因子を決定し、燃焼室内に変更された周方向燃焼パターン因子を生じるため初期周方向燃焼パターン因子に基づいて選択した１基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料流を調整する過程を含む。上記のように、弁を利用する調整を実行する。
【００６６】
燃焼室内の初期周方向燃焼パターン因子を決定する過程は燃焼器内部の化学発光特性を検出し、この化学発光特性を等量比と相関させ、この等量比に基づいて初期周方向燃焼パターン因子を計算する過程を含む。この計算は図５および図７に示されるような電子コントローラ２０または電子コントローラ１７０で処理する。
【００６７】
化学発光特性は、好ましくは光学的に獲得する。これは、たとえば図４Ａおよび図５の光学センサ・アレイ１４０によってなし遂げる。本発明では、センサ・アレイ１４０からの信号を電子コントローラ１７０に入力する。図示の実施例あるいは本発明に従う他の実施例では、化学発光特性の分析を電子コントローラ１７０内の信号処理器１７５で実行する。全自動デジタル電子制御装置として具体化される電子コントローラ１７０は１基ないしそれ以上の燃料噴射器への燃料流を調整し、燃焼室内の周方向燃焼パターン因子を変更するため適切な出力をその燃料噴射器と組み合わせた１個ないしそれ以上の弁６１２に出力する。
【００６８】
これに代えて、本発明の別の実施態様に従って、燃焼室内の初期周方向燃焼パターン因子を決定する過程は燃焼器出口の複数の周方向位置で温度を測定し、この測定した温度に基づいて初期周方向燃焼パターン因子を計算することを含む。この初期周方向燃焼パターン因子を決定する代替方法では、初期周方向燃焼パターン因子はガスタービンに到達する燃焼ガスの流入前に燃焼室出口に近い燃焼室内の多数の周方向位置で温度を直接検出して決定する。この温度は燃焼器に配置する熱電対のようなセンサによって直接検出するか、あるいは光学的検出方法またはイオン・プローブの使用によって検出する。
【００６９】
温度センサからの信号出力は、この後電子コントローラ２０または電子コントローラ１７０のようなコントローラに対してフィードバックする。この後、コントローラは燃焼高温域への燃料流を減少させ、その高温域の温度を下げるように燃料流を僅かに絞り、あるいは別の方法で燃料を薄めるため相対温度の高い値を示す領域に燃料を供給する弁に対して指令を与える。
【００７０】
本発明のさらに別の実施態様に従って、ガスタービン・エンジンの燃焼パターン因子を制御する方法は１基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料量を測定し、１基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料量を比較し、最良の燃焼パターン因子を達成するため各燃料噴射器への等量の燃料流を維持するように１基ないしそれ以上の燃料噴射器を通過する燃料量を調整する過程を含む。この場合、燃料量は、たとえば体積流量または質量流量を検出することで見出す。上述したように、燃料量は、たとえば弁前後の圧力降下を変えるように弁を作動させて調整する。
【００７１】
この流量は弁の前あるいは弁の後で測定する。弁前後の圧力降下、したがって、複数の燃料噴射器を通過する流量は望ましい燃焼パターン因子になるようにそれぞれの燃料噴射器に適した同じ流量を維持する。１個ないしそれ以上の流量センサ（たとえば、質量流量センサ４９０）から与えられる流量信号を電子コントローラ２０または電子コントローラ１７０にフィードバック信号として入力し、この後コントローラで設定値と流量信号とを比較し、そのときの偏差を取り除くように弁を調節する。
【００７２】
さらに、本発明に従って、好ましい燃焼パターン因子を保証する代替方法はガスタービン・エンジンの全ての燃料噴射器に供給する燃料を正確に等量に保って分配することである。流量センサ４９０のような多重流量センサを利用することで、電子コントローラ２０（図６および図７）または電子コントローラ１７０（図５）のようなコントローラにフィードバックし、コントローラが各流量センサからの検出値を比較し、それぞれの弁を各燃料噴射器に対して等量の燃料を分配するように調整し、望ましい燃焼パターン因子を得る。
【００７３】
流量センサからのフィードバック情報を利用して、たとえば燃焼パターン因子を含む、燃焼条件を監視しながら、燃料流を調整することができる。必要であれば、再度望ましい燃焼パターン因子を維持するため変更した燃料流量は１個ないしそれ以上の弁６１２をより遅く閉じ、一時的にその動作を中止し、または逆方向に動作させる指令を与えて減少してもよい。ガスタービンの燃焼条件が都合よく変化したとき、１基ないしそれ以上の燃料噴射器への燃料の減少を再開する。このようなフィードバック情報は本発明に従って設計し、構成し、操作するガスタービンの運転中のどの時間でも利用することができる。
【００７４】
一実施態様に従って、燃料流の調整は独立して設けられ、または２位置弁と組み合わせる比例弁あるいは脈動弁として具体化した可変容量弁でなし遂げる。燃料流を調整する過程は燃料噴射器の脈動弁を通過する燃料を調整すること、あるいは比例弁を用いて流量を調整することを含む。この脈動弁は、たとえば全開位置および全閉位置だけを有する電磁弁である。これに代えて、上述したような異なる配置の弁であってもよい。
【００７５】
電子コントローラ１７０からの指令に従って燃料流の調整は、たとえば燃料噴射器１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｅ、１２０ｆ、１２０ｇのような燃料噴射器への燃料を維持しながら、たとえば燃料噴射器１２０ａ、１２０ｄ、１２０ｈのような選択した燃料噴射器と組み合わせる比例弁の流量を調整し、あるいは脈動弁によって燃料流を調整することを含む。各弁の、したがって各燃料噴射器への燃料流を独立して制御し、調整する。各燃料噴射器を通過する燃料流は上記のように測定した質量および／または体積流量値によって確認する。
【００７６】
１基ないしそれ以上の燃料噴射器は１個または複数の弁に代替手段としての弁と燃料噴射器とを直接結ぶ燃料管を用いて接続することができる。しかしながら、弁と燃料噴射器との間の距離を短くすることは燃料装置内で流体脈動の減衰を減少するのに好ましい。どの配置を用いても各燃料噴射器への燃料流は独立して制御する。
【００７７】
これに代えて、主燃料回路のような１系統の燃料回路を通過する燃料流は比例弁のような各燃料噴射器に設けられる電気−機械式弁を用いて独立に制御し、一方パイロット燃料回路のような別の燃料回路を通過する燃料流は複数の燃料噴射器に共通の１個の弁によって制御する。電子コントローラ１７０はどの配置を用いてもこのような弁を制御するように構成され、適応される。
【００７８】
選択した燃料噴射器に限定して行う燃料の調整は選択した燃料噴射器を流動する燃料量を調整するため選択した燃料噴射器と一体の電気−機械式可変容量弁を調整することを含む。この可変容量弁の調整は電子コントローラ１７０から指令を発する。この可変容量弁は、先に述べたように、個別の燃料噴射器と一つに組み合わせるか、あるいは燃料供給系統のような系統内に燃料噴射器に単に近づけて配置する。この弁は弁前後の圧力降下の範囲を調整することができ、質量流量の範囲内であるように具体化する。ただし、本発明に従って、この弁は平均燃料流量付近で約±２０％だけ燃料量を調整するため開度を変えるように構成され、適応される。
【００７９】
流量センサから得られる情報に基づいて電子コントローラ２０および電子コントローラ１７０は１基ないしそれ以上の燃料噴射器への燃料流の調整が許容し得る燃焼パターン因子を維持するのに必要か、否かを決定する。上記のように、各燃料噴射器を通過する燃料流を計測し、同時に弁で行われた調整を確認するために流量センサを利用する。
【００８０】
上記のように、電子コントローラ２０および電子コントローラ１７０は全自動デジタル電子制御装置として具体化し、あるいは、これに代えて、他のエンジン運転パラメータを制御する、独立した全自動デジタル電子制御装置と共に、それと直接交信する補助制御ユニットとして具体化する。これに代えて、各燃料噴射器に直接付属させるか、あるいはそれに近接して配置する分散形電子制御ユニットとして構成してもよい。この分散形電子制御ユニットはお互いの間で交信することができ、関連する情報を他の電子制御ユニットに中継し、比較しながら各燃料噴射器に適した燃料流量について決定する。したがって、温度データ、等量比に関係する流量、スペクトル・データ、したがって燃焼パターン因子または他の測定パラメータは分散形電子制御ユニット間で互いに比較することができる。この比較に続いてそれぞれのパラメータ（たとえば、温度データ、燃料流量、スペクトル・データ）が望ましい燃焼パターン因子を示すポイントになるように燃料噴射器と組み合わせた弁を調整する。
【００８１】
本発明の燃焼パターン因子を積極的に制御する方法および装置が好ましい実施例について説明されたが、当業者が本発明の本質と範囲とから離れることなく、変更および変形をなし得ることは容易に理解される。
【符号の説明】
【００８２】
１４…  燃焼室
２０、１７０…  電子コントローラ
１１０ａ−１１０ｈ、１２０ａ−１２０ｈ…  燃料噴射器
１１２…  燃料調整弁
１１６…  燃料ノズル
１３０…  圧力センサ
１４０…  火炎センサ
４９０…  流量センサ
【図１】
2009216098.tif 000003
【図２】
2009216098.tif 000004
【図３】
2009216098.tif 000005
【図４Ａ】
2009216098.tif 000006
【図４Ｂ】
2009216098.tif 000007
【図５】
2009216098.tif 000008
【図６】
2009216098.tif 000009
【図７】
2009216098.tif 000010
【外国語明細書】
2009216098000001.pdf