JP2012132443A5

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Publication number: JP2012132443A5
Application number: JP2011272983A
Authority: JP
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2031-12-14

Claims

ガスタービンエンジンのガス−燃料混合物の当量比を実時間で観測するためのシステムであって、
ガス−燃料混合物を通して直接的に、またはレーザビームを燃料ノズルの中央胴体もしくはバーナ管の表面から反射させることによって間接的に、レーザビームを伝送するために複数の燃料ノズル上に配列された、複数の光プローブと、
前記伝送されたレーザビームを前記複数の光プローブから受けるための１つまたは複数の検出器と、
前記ガスタービンエンジンの前記ガス−燃料混合物の前記当量比を実時間で確定するために第２高調波検出によって固定された波長変調分光法（ＷＭＳ）の技術を使用して前記１つまたは複数の検出器からの信号を収集し処理するデータ収集サブシステムとを含み、
前記複数の光プローブが、第１及び第２の光プローブを備え、前記第１の光プローブおよび前記第２の光プローブが、前記バーナ管上に、円周方向または軸方向に装着され、それにより、前記燃料ノズルの前記表面から反射した後、前記第１及び第２の光プローブの間を伝送された前記レーザビームが、前記表面において最適な角度を張る経路を追従する、
システム。
複数のレーザデバイスと、複数の制御器と、レーザビームを前記燃料ノズル内の前記ガス−燃料混合物を通して案内するための前記複数の光プローブとをさらに含む、請求項１記載のシステム。
前記複数の光プローブが、前記燃料ノズルのバーナ管上に配列され、前記燃料ノズルが、前記ガスタービンエンジンの環状の燃焼室の上、または燃焼剤缶（combustor can）の中に装着される、請求項１または２に記載のシステム。
前記複数の光プローブが、前記バーナ管上の複数の位置に装着された、ファイバに結合されたセンサプローブを備える、請求項１乃至３のいずれかに記載のシステム。
前記第１の光プローブが、前記ガス−燃料混合物を通して、または前記燃料ノズルの表面上に、前記レーザビームを伝送するように構成され、前記燃料ノズルが、前記中央胴体または前記バーナ管を備える、請求項１乃至４のいずれかに記載のシステム。
前記第２の光プローブが、前記燃料−空気混合物を通して直接的に、または前記燃料ノズルの前記表面からの反射によって間接的に、伝送された前記レーザビームを受けるように構成される、請求項１乃至５のいずれかに記載のシステム。
前記第１の光プローブおよび前記第２の光プローブが、前記バーナ管上で互いに隣接して置かれる、請求項１乃至６のいずれかに記載のシステム。
前記複数のレーザデバイスが、近赤外レーザまたは中赤外レーザに基づく、請求項２記載のシステム。
レーザビームの前記波長が、約１０００ｎｍから約４０００ｎｍまでに及ぶ、請求項１乃至８のいずれかに記載のシステム。
前記レーザデバイスのうちの１つが、吸収測定のための高速近赤外の同調ダイオードレーザ（ＴＤＬ）を備える、請求項２記載のシステム。
信号対ノイズ比を改善し、振動または窓の汚れによる透過率変化を自動的に補正するために、第１高調波信号および第２高調波信号を測定するためのロックイン増幅器をさらに備える、請求項１乃至１０のいずれかに記載のシステム。
前記レーザビームを分割し、前記ガスタービンエンジン内の複数の燃料ノズルの前記燃料−空気混合物を通して伝送するためのビーム分割器または光スイッチをさらに備える、請求項１乃至１１のいずれかに記載のシステム。
ガスタービンエンジンのガス−燃料混合物の実時間の当量比を観測する方法であって、
前記エンジンの複数の燃料ノズル近傍に配列された複数の光プローブを使用して、ガス−燃料混合物を通してレーザビームを送受信するステップと、
複数の光プローブの内の第１及び第２の光プローブであって、バーナ管上に円周方向または軸方向に装着された前記第１及び第２の光プローブの間に前記レーザビーム伝送するステップであって、前記燃料ノズルの前記表面から反射した後、前記第１及び第２の光プローブの間を伝送された前記レーザビームが、前記表面において最適な角度を張る経路を追従する、前記ステップと、
前記ガス−燃料混合物を通して直接的に、または前記燃料ノズルの表面からの反射によって間接的に、伝送された前記レーザビームを１つまたは複数の検出器によって感知するステップと、
検出器信号をデータ収集サブシステムによって収集するステップと、
第２高調波検出によって固定された波長変調分光法（ＷＭＳ）の技術を使用して記録された信号を処理して、前記ガス−燃料混合物の前記当量比を実時間で確定するステップとを含む、方法。
線強度およびレーザ設定点を確定するために同調ダイオードレーザを校正するステップをさらに含む、請求項１３記載の方法。
ガスタービンエンジンのガス−燃料混合物の当量比を実時間で観測するためのシステムを製造する方法であって、
吸収測定のための最適波長を有するレーザビームを発生する同調ダイオードレーザを設けるステップと、
燃料ノズル近傍に、ガス−燃料混合物を通して直接的に、または前記レーザビームを前記燃料ノズルの表面から反射させることによって間接的に、前記レーザビームを送受信するために、複数の光プローブを設けるステップと、
前記レーザビームの反射性を改善するために、前記燃料ノズルの前記表面を研磨または塗装するステップと、
前記光プローブからの前記レーザビームを検出するために、１つまたは複数の検出器を設けるステップと、
前記燃料−空気混合物の前記当量比を実時間で確定するために、第２高調波検出によって固定された波長変調分光法（ＷＭＳ）の技術を使用して前記１つまたは複数の検出器からの信号を収集し処理するためのデータ収集サブシステムを設けるステップとを含み、
前記複数の光プローブを設けるステップが、第１及び第２の光プローブを設けるステップを含み、前記第１の光プローブおよび前記第２の光プローブが、前記バーナ管上に、円周方向または軸方向に装着され、それにより、前記燃料ノズルの前記表面から反射した後、前記第１及び第２の光プローブの間を伝送された前記レーザビームが、前記表面において最適な角度を張る経路を追従する、
方法。
信号対ノイズ比、自動透過補正を改善し、校正の必要性をなくすために、第１高調波（１ｆ）信号および第２高調波（２ｆ）信号を同時に再生するために、前記検出器信号を復調するためのレーザ制御器およびロックイン増幅器を設けるステップをさらに含む、請求項１５記載の方法。
前記信号ビームを第１の信号ビームと第２の信号ビームとに分割するためのビーム分割器を設けるステップと、前記第１の信号ビームを前記ガスタービンエンジンの前記燃料−空気混合物を通して伝送するステップと、レーザ設定点を確定するために前記第２の信号ビームを静的セルを通して伝送するステップとをさらに含む、請求項１５または１６記載の方法。
ガスタービンエンジンのガス−燃料混合物の当量比を実時間で観測するためのシステムであって、
ガス−燃料混合物を通して直接的に、またはレーザビームを燃料ノズルの中央胴体もしくはバーナ管の表面から反射させることによって間接的に、レーザビームを伝送するために複数の燃料ノズル上に配列された、複数の光プローブと、
前記レーザビームを分割し、前記複数の燃料ノズルの前記ガス−燃料混合物を通して伝送するためのビーム分割器と、
前記伝送されたレーザビームを前記複数の光プローブから受けるための１つまたは複数の検出器と、
前記ガスタービンエンジンの前記ガス−燃料混合物の前記当量比を実時間で確定するために第２高調波検出によって固定された波長変調分光法（ＷＭＳ）の技術を使用して前記１つまたは複数の検出器からの信号を収集し処理するデータ収集サブシステムとを含む、システム。