JP6469845B2 - ガスタービンエンジン内の光センサ用のシーリングシステム - Google Patents

Description

本願は、タービンエンジン、シーリング技術および光センサに関し、より詳細には、光センサ用のシーリングシステムに関する。

タービンエンジンでは、タービンの燃焼領域内の火炎スキャニングのために使用される光センサなどの光センサは、安全のために火炎を検出し、最適なエンジン作動を保証することができる必要がある。現在、このような光センサをシールするための様々な既存の技術および方法は、通常、タービンの燃焼領域からの湿った空気の僅かな漏れを、図１に示すような光センサ用の光学的バリヤを通って漏れさせる。レンズ封入ハウジング１０が、レンズ支持体１２に解放可能に取り付けられ、１つの圧力シール１４によってシールされていてもよい。シール１４は、多くの場合、漏れを生じる。湿った空気の漏れは、タービンの光学的感知領域において凝縮物を生じさせ、この凝縮物は多くの場合、光学的感知領域の信号プロセッサへ光信号を送信する光ファイバに液滴または湿分を形成させる。液滴または湿分は、信号プロセッサへ伝送される光信号の劣化を生じることがあり、その結果、実際には逆が正しいときに炎吹消え条件が存在することをシステムが誤って判定したときにタービンエンジンの過誤トリップを生じることがある。タービンエンジンの過誤トリップは、多くの場合、実質的な顧客不満足、実質的な収入の損失、タービン利用可能性の損失および生産性の損失を生じる。さらに、現在の技術および方法は、多くの場合、故障しやすくもある。さらに、多くの場合に蒸気問題に対応するために使用される電気加熱は、付加的な複雑さおよび実質的なコストを必要とする。つまり、光センサまたは火炎検出装置用の改良されたシーリングを提供する、より頑丈なシステムの必要性が存在する。

シールを通過する湿った空気の進入を防止するためにシール漏れをシールから離反するように逸らせかつ排出させる、タービンエンジンの光センサ用のシーリングシステムが開示される。シーリングシステムは、内側および外側の光学的ハウジングを有していてもよく、内側および外側の光学的ハウジングの間には第１および第２のシールが配置されていて、内側および外側の光学的ハウジングを半径方向に分離している。シーリングシステムは、第１および第２のシールの間に配置された、１つまたは複数のマニホールドリングを含む１つまたは複数の漏れマニホールドを有していてもよい。マニホールドリングは、第１および第２のシールの間に配置され、第１および第２のシールと接触していてもよく、これにより、第１および第２のシールが二重シールを形成することを可能にしており、二重シールにおいては、第１のシールが内側および外側の光学的ハウジングに係合し、第２のシールが内側および外側の光学的ハウジングに係合している。マニホールドリングは、第１のシールを通って漏れ出た漏れ空気を捕捉し、シーリングシステムを通って漏れる前にその漏れ空気を外側の光学的ハウジングにおける１つまたは複数の排気口を通じて排出するように構成されていてもよい。マニホールドリングは、漏れマニホールド内に内側の漏れ捕捉チャンバまたは外側の捕捉チャンバ、またはそれら両方を形成するように構成されていてもよい。

少なくとも１つの実施の形態では、光センサ用のシーリングシステムは、略管状の外側構成を有する外側の光学的ハウジングと、外側の光学的ハウジングにおける内側チャンバ内に配置された内側の光学的ハウジングとを有していてもよい。シーリングシステムは、内側の光学的ハウジングと外側の光学的ハウジングとの間に延びる第１のシールと、内側の光学的ハウジングと外側の光学的ハウジングとの間に延び、第１のシールから横方向に分離された第２のシールとを有していてもよい。１つまたは複数の排気口が、外側の光学的ハウジングを貫通して延びていてもよい。マニホールドリングは、内側の光学的ハウジングと外側の光学的ハウジングとの間に配置され、内側の光学的ハウジングの周囲に周方向に延びており、マニホールドリングは、マニホールドリングを通って半径方向外方へ延びた１つまたは複数の漏れポートを有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、内側の光学的ハウジングは、光学的構成部材であってもよく、マニホールドリングは、光学的構成部材と外側の光学的ハウジングとの間に配置されていてもよい。

漏れマニホールドは、少なくとも部分的に内側および外側の光学的ハウジングの間に配置されていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、マニホールドリングは、漏れマニホールド内に配置されていてもよい。漏れマニホールドは、円筒状であってもよい。マニホールドリングは、一貫した横断面積を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、排気口は、複数の孔から形成されている。別の実施の形態では、排気口は、少なくとも１つのスロットまたは複数のスロットから形成されていてもよい。

少なくとも１つの実施の形態では、マニホールドリングは、凹面状の内面を有していてもよい。マニホールドリングの凹面状の内面は、マニホールドリングの周囲に周方向に延びていてもよい。マニホールドリングは、凹面状の外面を有していてもよい。マニホールドリングの凹面状の外面は、マニホールドリングの周囲に周方向に延びていてもよい。マニホールドリングの高圧側表面は、第１のシールの側面と接触しており、マニホールドリングの低圧側表面は、第２のシールの側面と接触している。これにより、第１のシールは、内側および外側のハウジングに押し付けられて第１のシールを形成し、第２のシールは、内側および外側のハウジングに押し付けられて第２のシールを形成し、これにより、二重シールを形成する。

タービンエンジンの作動中、タービンエンジンの高圧側からの空気流漏れが生じることがある。シーリングシステムは、タービンエンジンの高圧側に配置された第１のシールを通って空気流の僅かな漏れを通過させてもよい。漏れ空気が第１のシールを流過すると、空気は、漏れマニホールドの内側および外側の漏れ捕捉チャンバに収集される。内側の漏れ捕捉チャンバに収集された漏れ空気は、マニホールドリングの１つまたは複数の漏れポートを通って、漏れマニホールドの外側の漏れ捕捉チャンバ内へ流れてもよい。空気流が漏れマニホールドの外側の漏れ捕捉チャンバに進入すると、空気流は、１つまたは複数の排気口を介して外側の光学的ハウジングを通って排出されてもよく、これは、第１のシールの両側に大気圧ゾーンを維持する。その結果、第１のシールを横切る漏れが、タービンエンジンの光学的感知部分に進入し、タービンエンジンの過誤トリップにつながる問題を生じることが防止される。

光センサをシールするためのシステムのこれらの特徴およびその他の特徴は、以下の詳細な説明、図面および添付の請求項に記載されている。

従来技術のシーリングシステムの断面側面図である。 本開示の１つの実施の形態による、光センサをシールするためのシステムの断面側面図である。 図２内の詳細線３−３におけるシーリングシステムの断面側面図の詳細図である。 マニホールドリングの透視図である。 マニホールドリングの別の実施の形態の透視図である。 外側の光学的ハウジングの外面の部分図である。 外側の光学的ハウジングの外面の別の実施の形態の部分図である。 図２内の詳細線３−３におけるシーリングシステムの代替的な実施の形態の断面側面図の詳細図である。

図２から図８に示すように、シール２２，２４を通過する湿った空気の進入を防止するためにシール漏れをシール２２，２４から離反するように逸らせかつ排出させる、タービンエンジンの光センサ用のシーリングシステム２０が開示される。シーリングシステム２０は、内側および外側の光学的ハウジング２６，２８を有していてもよく、内側および外側の光学的ハウジング２６，２８の間に第１および第２のシール２２，２４が配置されていて、内側および外側の光学的ハウジング２６，２８を半径方向に分離している。シーリングシステム２０は、第１および第２のシール２２，２４の間に配置された、１つまたは複数のマニホールドリング３２を含む１つまたは複数の漏れマニホールド３０を有していてもよい。マニホールドリング３２は、第１および第２のシール２２，２４の間に配置され、第１および第２のシール２２，２４と接触していてもよい。これにより、第１および第２のシール２２，２４が二重シールを形成することを可能にしており、二重シールにおいては、第１のシール２２が内側および外側の光学的ハウジング２６，２８に係合し、第２のシール２４が内側および外側の光学的ハウジング２６，２８に係合している。マニホールドリング３２は、第１のシール２２を通って漏れ出た漏れ空気を捕捉し、シーリングシステム２０を通って漏れる前にその漏れ空気を外側の光学的ハウジング２８における１つまたは複数の排気口３４を通じて排出するように構成されていてもよい。マニホールドリング３２は、漏れマニホールド３０内に内側の漏れ捕捉チャンバ３６または外側の漏れ捕捉チャンバ３８、またはそれら両方を形成するように構成されていてもよい。

図２および図３に示すように、光センサをシールするシーリングシステム２０は、光学的構成部材４０またはその他の同様の材料の深さにわたって二重シーリングを提供するように構成されていてもよい。シーリングシステム２０は、外側の光学的ハウジング２８における内側チャンバ４２内に配置された内側の光学的ハウジング２６を有していてもよい。シーリングシステム２０は、内側および外側の光学的ハウジング２６，２８の間に延びる第１のシール２２と、第１のシール２２から横方向に分離された、内側および外側の光学的ハウジング２６，２８の間に延びる第２のシール２４とを有していてもよい。第１および第２のシール２２，２４は、漏れマニホールド３０によって分離されてもよい。漏れマニホールド３０は、内側および外側の光学的ハウジング２６，２８によって画定されていてもよい。シーリングシステム２０は、内側および外側の光学的ハウジング２６，２８の間で漏れマニホールド３０内に配置されたマニホールドリング３２を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、内側の光学的ハウジング２６は、光学的構成部材４０であってもよく、少なくとも図８に示すように、マニホールドリング３２は、光学的構成部材４０と外側の光学的ハウジング２８との間に配置されていてもよい。マニホールドリング３２は、マニホールドリング３２を通って半径方向外方へ延びる１つまたは複数の漏れポート４４を有していてもよい。

シーリングシステム２０は、外側の光学的ハウジング２８を通って延びる１つまたは複数の排気口３４を有していてもよく、排気口３４は、マニホールドリング３２における漏れポート４４とともに、漏れマニホールド３０内に捕捉された漏れ流体のための排出通路を提供する。図６および図７に示すように、排気口３４は、１つの孔であってもよい１つの排気口３４、外側の光学的ハウジング２８の周囲に周方向にほぼ１００％延びた孔、一列、ランダムまたはその他の適切な構成に配置された複数の排気口３４などの多数の構成から形成されてよいが、これらに限定されない。排気口３４は、複数の周方向に延びたスロットなどの、１つまたは複数のスロットから形成されていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、１つまたは複数の排気口３４は、マニホールドリング３２の中心線４６と整列していてもよい。しかしながら、別の実施の形態では、排気口３４は、排気口３４の別の領域に配置されていてもよい。排気口３４は、図２および図３に示すように、半径方向外方へ延びているか、マニホールドリング３２の中心線４６に対して非直交かつ非平行に延びていてもよい。

図２に示すような少なくとも１つの実施の形態では、シーリングシステム２０の外側の光学的ハウジング２８は、略管状の外側構成を有していてもよいが、別の実施の形態では、外側の光学的ハウジング２８は、その他の構成または形状を有していてもよい。外側の光学的ハウジング２８は、内側チャンバ４２内に内側の光学的ハウジング２６を受け入れるように構成されていてもよい。内側の光学的ハウジング２６は、光学的感知装置４８の様々な部分を収容してもよい。例えば、内側の光学的ハウジング２６は、ガラスレンズであってもよいが、それに限定されない光学的構成部材４０を収容してもよい。レンズにより、光はシーリングシステム２０を通過し、１つまたは複数の信号プロセッサ５０への送信のために光ファイバケーブルのファイバと接触することができる。信号プロセッサ５０は、光ファイバから受信された光信号に基づいて、タービンエンジン２０１の燃焼領域に火炎が存在するか否かの判定を助けるために使用されてもよい。

シーリングシステム２０は、内側の光学的ハウジング２６と外側の光学的ハウジング２８との間に延びる一対のシール２２，２４を有していてもよい。図２に示すように、第１のシール２２は第２のシール２４から横方向に分離されていてもよい。第１および第２のシール２２，２４は、内側の光学的ハウジング２６の周囲に周方向に配置されていてもよく、光学的材料４０の深さを横切って配置されていてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、第１および第２のシール２２，２４は、あらゆる適切な材料から形成されていてもよく、含浸黒鉛などのパッキング材料を含んでもよいが、これに限定されない。第１および第２のシール２２，２４のパッキング材料は、流体、気体、またはそれらの組合せの僅かな漏れをタービンエンジンの高圧側５２において通過させるように構成されていてもよい。

図３に示すように、漏れマニホールド３０は、第１のシール２２と第２のシール２４との間に配置されていてもよい。漏れマニホールド３０は、内側の光学的ハウジング２６の半径方向外側に配置されていてもよい。内側の光学的ハウジング２６の外面と、外側の光学的ハウジング２８の内面とは、漏れマニホールド３０の一部を画定していてもよい。別の実施の形態では、光学的構成部材４０の外面と、外側の光学的ハウジング２８の内面とが、漏れマニホールド３０の一部を画定していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、漏れマニホールド３０は、内側の光学的ハウジング２６の周囲に周方向に延びていてもよい。

少なくとも１つの実施の形態では、シーリングシステム２０のマニホールドリング３２は、漏れマニホールド３０内に配置されていてもよく、二重シールを形成するために、第１および第２のシール２２，２４が外側の光学的ハウジング２８の側面と内側の光学的ハウジング２６とに押し付けられた状態に維持するために利用されてもよい。マニホールドリング３２は、内側の光学的ハウジング２６または光学的構成部材４０の半径方向外側に配置されていてもよい。マニホールドリング３２は、内側の光学的ハウジング２６と外側の光学的ハウジング２８との間に配置されていてもよい。別の実施の形態では、マニホールドリング３２は、光学的構成部材４０と外側の光学的ハウジング２８との間に配置されていてもよい。図２に示すように、少なくとも１つの実施の形態では、マニホールドリング３２は、内側の光学的ハウジング２６の周囲に部分的にまたは周方向に延びていてもよい。別の実施の形態では、マニホールドリング３２は、その他の非円筒状の形状を有していてもよい。少なくとも１つの実施の形態では、マニホールドリング３２は、一貫した横断面積を有していてもよく、略円筒状であってもよい。マニホールドリング３２は、図２に示すように、内側の漏れ捕捉チャンバ３６と外側の漏れ捕捉チャンバ３８とを部分的に画定している砂時計形であってもよい。別の実施の形態では、図８に示すように、マニホールドリング３２は、マニホールドリング３２の半径方向内側および外側に配置された漏れマニホールド３０を有する略矩形であってもよい。

マニホールドリング３２は、マニホールドリング３２を通って延びる１つまたは複数の漏れポート４４を有していてもよい。マニホールドリング３２は、凹面状の内面５４および凹面状の外面５６を有していてもよい。凹面状の内面および外面５４，５６は、マニホールドリング３２の高圧側表面５８および低圧側表面６０が第１および第２のシール２２，２４の幅だけ延び、それぞれ第１のシール２２の側面６２および第２のシール２４の側面６４に係合することを可能にしながら、内側および外側の漏れ捕捉チャンバ３６，３８を形成している。マニホールドリング３２は、図４および図５に示すように、１つの孔であってもよい１つの漏れポート４４、マニホールドリング３２の周囲に周方向にほぼ１００％延びた孔、一列またはランダムに配置された複数の漏れポート４４、１つまたは複数のスロット、またはその他の適切な構成を含んでもよい。少なくとも１つの実施の形態では、１つまたは複数の漏れポート４４は、マニホールドリング３２の中心線４６に沿って配置されていてもよい。しかしながら、別の実施の形態では、漏れポート４４は、マニホールドリング３２の別の領域に配置されていてもよい。漏れポート４４は、図２および図３に示すように、半径方向外方へ延びているか、マニホールドリング３２の中心線４６に対して非直交かつ非平行に延びていてもよい。

図２および図３は、シーリングシステム２０の様々な構成部材の特定の構成例を示しているが、シーリングシステム２０は、より多数または少数の構成部材を使用することを含んでもよい、構成部材のその他の構成を含んでもよい。例えば、シーリングシステム２０は、例示的に、一対のシール２２，２４、マニホールドリング３２、漏れマニホールド３０、漏れポート４４および排気口３４を含むように示されている。しかしながら、シーリングシステム２０は、シーリングシステム２０において、より多数のシール２２，２４、マニホールドリング３２、漏れマニホールド３０、漏れポート４４、排気口３４、またはあらゆる数のあらゆるその他の構成部材を含んでもよい。このように、シーリングシステム２０は、本明細書に提供された説明または例に限定されない。

タービンエンジンの作動中、タービンエンジンの高圧側５２からの空気流漏れが生じることがある。シーリングシステム２０は、タービンエンジンの高圧側５２に配置された第１のシール２２を通って空気流の僅かな漏れが通過することを許容する。漏れ空気が第１のシール２２を通過すると、空気は、漏れマニホールド３０の内側および外側の漏れ捕捉チャンバ３６，３８に収集される。内側の漏れ捕捉チャンバ３６に収集された漏れ空気は、マニホールドリング３２の１つまたは複数の漏れポート４４を通って漏れマニホールド３０の外側の漏れ捕捉チャンバ３８内へ流入してもよい。空気流が漏れマニホールド３０の外側の漏れ捕捉チャンバ３８に進入すると、空気流は、１つまたは複数の排気口３４を介して外側の光学的ハウジング２８を通って排出されてもよく、これは、第１のシール２２の両側に大気圧ゾーンを維持する。その結果、第１のシール２２を横切る漏れが、タービンエンジン２０１の光学的感知部分４８に進入し、タービンエンジンの過誤トリップにつながる問題を生じることが防止される。

上記説明は、本発明を例示、説明および記述するという目的で提供されている。これらの実施の形態に対する変更および適応は、当業者に明らかになるであろうし、本発明の範囲または思想から逸脱することなく成し得るものである。

Claims (9)

1. 光センサ用のシーリングシステム（２０）であって、
   略管状の外側構成を有する外側の光学的ハウジング（２８）と、
   前記外側の光学的ハウジング（２８）における内側チャンバ（４２）内に配置された内側の光学的ハウジング（２６）と、
   前記内側の光学的ハウジング（２６）と前記外側の光学的ハウジング（２８）との間に延びる第１のシール（２２）と、
   前記内側の光学的ハウジング（２６）と前記外側の光学的ハウジング（２８）との間に延びかつ前記第１のシール（２２）から横方向に分離された第２のシール（２４）と、
   前記外側の光学的ハウジング（２８）を貫通して延びる少なくとも１つの排気口（３４）と、
   前記内側の光学的ハウジング（２６）と前記外側の光学的ハウジング（２８）との間にかつ前記内側の光学的ハウジング（２６）の周囲に周方向に配置されたマニホールドリング（３２）であって、該マニホールドリング（３２）を貫通して半径方向外方へ延びる少なくとも１つの漏れポート（４４）を有するマニホールドリング（３２）と、
   少なくとも部分的に前記内側および外側の光学的ハウジング（２６，２８）の間に配置された漏れマニホールド（３０）と、を備え、
   前記マニホールドリング（３２）は前記漏れマニホールド（３０）内に配置されており、
   前記マニホールドリング（３２）の高圧側表面（５８）は、前記第１のシール（２２）の側面（６２）と接触しており、前記マニホールドリング（３２）の低圧側表面（６０）は、前記第２のシール（２４）の側面（６４）と接触しており、
   前記マニホールドリング（３２）は、前記第１のシール（２２）を通って漏れ出た漏れ空気を捕捉し、前記少なくとも１つの排気口（３４）を通じてその漏れ空気を排出するように構成されている
   ことを特徴とする、光センサ用のシーリングシステム（２０）。
2. 前記漏れマニホールド（３０）は、円筒状である、請求項１記載のシーリングシステム（２０）。
3. 前記マニホールドリング（３２）は、一貫した横断面積を有する、請求項１記載のシーリングシステム（２０）。
4. 前記少なくとも１つの排気口（３４）は、複数の孔から形成されている、請求項１記載のシーリングシステム（２０）。
5. 前記少なくとも１つの排気口（３４）は、少なくとも１つのスロットから形成されている、請求項１記載のシーリングシステム（２０）。
6. 前記少なくとも１つの排気口（３４）は、複数のスロットである、請求項５記載のシーリングシステム（２０）。
7. 前記マニホールドリング（３２）は、凹面状の内面（５４）を有しており、前記マニホールドリング（３２）の前記凹面状の内面（５４）は、前記マニホールドリング（３２）の周囲に周方向に延びている、請求項１記載のシーリングシステム（２０）。
8. 前記マニホールドリング（３２）は、凹面状の外面（５６）を有しており、前記マニホールドリング（３２）の前記凹面状の外面（５６）は、前記マニホールドリング（３２）の周囲に周方向に延びている、請求項１記載のシーリングシステム（２０）。
9. 前記少なくとも１つの漏れポート（４４）は、前記マニホールドリング（３２）の中心線（４６）に沿って配置されている、請求項１記載のシーリングシステム（２０）。

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