CN101855676B - 用于在核反应堆中环形间隔件检测和重定位的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于检测和/或重定位用于保持核反应堆的排管式管中压力管位置的环形间隔件的装置。该方法包括以下步骤：振动地隔离压力管的区段；在所述被隔离的区段中振动所述压力管的壁；在所述被隔离的区段中在最少两个轴向位置处检测所述壁的振动；并且检测所述轴向位置中的一个或多个处的所述壁的振动水平相比其余轴向位置的减小。所述装置包括被插入压力管中的工具头，该工具头包括第一端和第二端以及位于每个所述端的夹紧块。夹紧块用于振动地隔离位于所述端之间的压力管的一个区段。该装置还包括可操作以振动所述压力管的多个压电致动器；以及用于测量所述压力管的振动的加速计。

Description

用于在核反应堆中环形间隔件检测和重定位的方法和装置
技术领域
本发明总体上涉及一种重定位环形元件(间隔件)的方法，这些环形元件被限制为关于与它们相关联的管纵向移动，这些间隔件被定位在管壁的一侧上，使得它们不是通过机械式重定位手段可直接触及的。
背景技术
本发明尤其可适用于重定位核反应堆，如反应堆中的间隔件。在
Figure GPA00001136801700012
反应堆中，包含括燃料棒束的压力管被各自定位在排管式管(calandria tube)之中。在压力管与排管式管之间必须保持一环形空间，以使得能够实现将热的压力管与相对较冷的排管式管以及在排管式管之外的空间内流动的重水慢化剂热隔离的气体循环。
环形空间是通过环形间隔件来保持的，环形间隔件是构成
Figure GPA00001136801700013
反应堆燃料通道的一个部件。这些间隔件保持了两个同轴管(内部压力管和外部排管式管)之间的径向间隔，并且帮助这些排管式管支撑这些内部压力管。存在两种在设计上不同的间隙配合(loose fit)和适贴配合(snug fit)的环形间隔件。
间隙配合的间隔件包括紧密缠绕的弹簧，弹簧由方形截面的线制成并且组装在环形的带线上以形成环圈。间隙配合间隔件的带线被焊接形成具有固定尺寸的连续的环。间隙配合间隔件的小直径略大于压力管的外直径。这样，间隔件围绕压力管间隙配合。间隔件仅通过摩擦而不通过弹簧张力保持在其安装位置。间隙配合的间隔件被使用在早期的
Figure GPA00001136801700014
反应堆中。
适贴配合的间隔件包括紧密缠绕的弹簧，弹簧由方形截面的线制成并且组装在环形的带线(girdle wire)上以形成环圈。带线没有被焊接，因此间隔件的有效小直径可以通过施加张力扩展缠绕的弹簧来增大。适贴配合的间隔件的设计使得当安装在压力管上时缠绕弹簧处于一定张力下而导致适贴配合。环形间隔件的设计使得它们不是刚性地固定在位置上。间隔件通过弹簧张力和摩擦而保持在位置上。适贴配合的间隔件一般保持它们最初希望的位置，然而，也许有可能间隔件可以从其希望的位置中移动，或者，在反应堆的操作过程中，可能希望移动间隔件的位置。
一般，在燃料通道中使用四个间隔件，每个间隔件被定位在不同的轴向位置上。为了提供所要求的支撑，这些环形间隔件必须被定位在适当的位置处；如果间隔件离开了位置，则热压力管可能与较冷的排管式管发生接触。在内部压力管与外部排管式管之间的这种接触是不可接受的。
在这样的反应堆中安装间隔件的过程中，或者，如以上建议的，在其操作过程中，多个间隔件可以从它们要求的位置移开，其结果是这些压力管将缺少在反应堆的操作中承载分布载荷所必要的支撑构造，并且可能由这些管的下垂而发生严重问题。因此，希望具有在安装之后或甚至在反应堆已经操作了一段时间之后检测并重定位(如果必要)这些间隔件的某种方式。间隔件的最佳位置在反应堆的工作寿命过程中可能略有改变。原始安装的间隔件的位置以贯穿反应堆寿命的支撑情况为根据的。然而，可能会希望在反应堆寿命的后期重定位间隔件以便更好的适应寿命终止的情况。在寿命后期重定位间隔件可能使反应堆的工作寿命延长数年，从而获得显著的经济效益。
这些环形间隔件被定位于这些压力管与这些排管式管之间并且不能通过机械手段直接触及。因为间隔件位置不是机械固定的，所以希望具有一种手段来检测它们的位置。
美国专利号4,613,477(“U.S.‘477)披露了一种用于重定位夹紧盘簧的方法，这些夹紧盘簧被用作在流体冷却的核反应堆的冷却剂管与排管式管之间的环形间隔件。这类夹紧盘簧不能通过机械手段直接触及。在U.S.‘477的方法中，电磁线圈沿着选定的燃料通道前进到邻近夹紧盘簧的位置，并且使电流脉冲经过线圈由此将电磁排斥力施加在夹紧盘簧上，排斥力在所要求的移位方向上具有分量。这种技术可适用于具有经焊接的带线的间隙配合间隔件。间隙配合间隔件的经焊接的带线形成了对于基于电磁的技术来说是必要的连续电路。电磁技术在适贴配合的间隔件上不工作，因为非焊接的带线不提供间隔件之中的连续电通路。
仍然存在着对用于检测和重定位适贴配合环形间隔件的装置和方法的一种需要。
提供这一背景信息的目的是使本申请人认为具有与本发明可能相关的信息为人所知。这并非必然地打算承认、也不应被解释为以上信息的任何部分构成与本发明形成对照的现有技术。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种检测具有与内管相接触的内圆柱表面以及与大致同轴的外管相接触的外圆柱表面的环形间隔件的方法，所述方法包括以下步骤：振动地隔离所述内管的区段；在所述被隔离的区段中振动所述内管的壁；在所述被隔离的区段中在最少两个轴向位置处检测所述壁的振动；并且检测所述轴向位置中的一个或多个处的所述壁的振动水平相比其余轴向位置的减小，其中所述振动水平的减小表示在检测到所述振动的变化的所述轴向位置处或其附近存在所述环形间隔件。
根据本发明的另一方面，提供了一种在轴向上重定位具有与内管相接触的内圆柱表面以及与大致同轴的外管相接触的外圆柱表面的环形间隔件的方法，该方法包括以下步骤：振动地隔离邻近所述环形间隔件的所述内管的壁的区段；使所述环形间隔件从加载状态进入未加载状态，从而其仅接触所述内管；通过以希望的频率振动所述壁的被隔离的区段来振动所述环形间隔件，使得所述环形间隔件从初始位置纵向移位到所要求的位置，由此所述环形间隔件的振动产生足以克服所述环形间隔件在所述内管上的张力的加速度。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于检测和/或重定位环形间隔件的装置，所述环形间隔件具有与内管相接触的内圆柱表面以及与总体上同轴的外管相接触的外圆柱表面，所述装置包括：具有第一端以及第二端的工具头(tool head)；分别位于所述工具头的第一和第二端处的第一和第二夹紧块组件；与所述工具头相关联并且可操作以振动所述内管的一个或多个压电致动器；以及与所述工具头相关联用于测量所述内管的振动的两个或更多加速计。
附图说明
图1描绘了内部压力管、外部排管式管以及环形间隔件的布置。
图2是反应堆的示意图，示出包括燃料通道环形间隔件、内部压力管以及外部排管式管的关键部件。
图3A描绘了根据本申请的一个实施例的工具头，图3B描绘了被定位在内部压力管之中的图3A的工具头。
图4描绘了简化视图，示出具有和不具有装载的环形间隔件的压力管在振型形式(mode shape)上的差异，视图A——圆形截面的梁振型(beammode)，视图B——由于存在来自环形间隔件的反作用力而‘改变的’圆形截面的梁振型。
图5描绘了对于双端固支梁(clamped-clamped beam)的振型的轴向变化。箭头表示间隔件运动的方向(离开反节点并且朝向节点)。
图6是对于具有圆形截面的双端固支梁的周向和轴向的振动节型(nodalpattern)的曲线图。
图7示出了800mm的一段压力管对频率的频率响应函数的曲线图，图示了当不存在排管式管/压力管的接触(没有加载环形间隔件)时以及当存在排管式管/压力管通过间隔件(加载的环形间隔件)接触时在响应上的差异。
图8示出了对于(1，1)振型附近的频率范围，频率响应比相对间隔件的轴向位置的曲线图。环形间隔件沿压力管被定位在450mm处。曲线图清楚地显示频率响应比对应于加载的间隔件位置出现局部最低点。
图9示出了对于(2，1)振型附近的频率范围，频率响应比相对间隔件的轴向位置的曲线图。环形间隔件沿压力管被定位在450mm处。曲线图清楚地显示频率响应比对应于加载间隔件位置出现局部最低点。
图10示出了对环形间隔件与压力管之间的单次碰撞的加速计响应相对时间的曲线图。加速计3被定位为最接近于间隔件，加速计1被定位为最远离间隔件。
具体实施方式
本发明的装置和方法可用于检测和/或重定位围绕第一管的一个或多个环形间隔件，其中第一管被定位在第二管之中并且总体上与之同轴(例如，见图1)。在图1中描绘的例子中，环形间隔件保持第一管(例如，内管)与第二管(例如，外管)之间的径向间隔。一般多于一个的环形间隔件一起工作以便保持第一管与第二管之间的径向间隔。
在本发明的具体例子中，内管是压力管，外管是排管式管并且间隔件是适贴配合的环形间隔件，如在
Figure GPA00001136801700041
核反应堆中将会发现的。在另一个具体例子中，间隔件是间隙配合的环形间隔件。如本领域技术人员应易于理解，本申请的装置和方法可以使用在其他应用中，其中内管被定位在外管之中并且与其同轴，并且这些管通过一个或多个环形间隔件保持间隔的关系。
如以下将更详细地说明，在此提供了用于检测环形间隔件、重定位环形间隔件、或者检测并重定位环形间隔件的装置以及方法。所述方法基于了对插入压力管内部的例如工具头的装置的使用。
在核反应堆，如反应堆的情况下，当反应堆被关闭时装置(工具头)被插入压力管中。图2描绘了在
Figure GPA00001136801700052
反应堆中部件的布置的例子。装置(工具头)使用标准的、现有的输送机被送到压力管中。输送机被定位在燃料通道的一端处并且可以与燃料通道端部形成密封连接。输送机能够将闭合塞从燃料通道的端部移开，以便允许进入压力管。输送机可以将工具引入到
Figure GPA00001136801700053
燃料通道之中并且将它定位在沿燃料通道的任何长度处。输送机提供用于定位工具的机械界面并且为工具提供服务连接，如电源、控制/反馈信号、气压源、或液压源。合适的输送机的例子是AECL燃料通道检测系统。
工具头
现在参见图3A和图3B，工具头100的尺寸适合插入到例如核反应堆中的压力管200的第一管之中，并且包括用于环形间隔件的检测、重定位、以及检测/重定位的致动器和传感器。工具头100被配置为与输送机(未示出)操作性相关联，并且适合于在湿环境中使用，例如反应堆中将于压力管200和外部排管式管400中会存在的环境。
工具头100包括夹紧块组件2、连接器16、压电致动器6、加速计8、以及涡电流空隙探头10。
夹紧块组件
如图3A和图3B所示，工具头100包括位于工具头100的第一端和第二端的夹紧块组件2。每个夹紧块组件2能够可移除地附接在连接器16上，并且适于围绕连接器16旋转。每个夹紧块组件2包括夹紧构件20，夹紧构件20可从缩回位置移动到伸出位置。在缩回位置，夹紧构件20不妨碍工具头100在压力管200中的移动。在伸出位置，夹紧构件20与压力管200的内表面相接合。理想地，夹紧构件20不损坏压力管200的内表面，或不损坏到超过可容许的限度。每个夹紧块组件2以及夹紧构件20可操作以用于压力管顶管(jacking)(以下进一步讨论)，并且还用来振动地隔离压力管200(以下进一步讨论)的第一和第二端部处每个夹紧块组件2之间的压力管200的区段。
连接器16由从输送机提供的液体压力来致动。连接器16的致动在夹紧块组件2与工具头100之间产生了力矩。当夹紧块组件2被夹紧到压力管200上并且连接器16被致动时，力矩被施加到压力管200上。施加到压力管200上的这个力矩有效地提升压力管200离开排管式管400。这个操作可以用来去除在环形间隔件12上的任何负载并且致使环形间隔件12脱离与排管式管400的接触。要求去除环形间隔件12上的负载以便允许环形间隔件12被自由地移动。
压电致动器
工具头100包括压电致动器6，压电致动器6可操作以将振动施加到压力管200的内表面上。一般，工具头中仅包括一个压电致动器6。然而，如果希望和/或如果必要的话，多于一个的压电致动器6可以被结合在工具头100中。
压电致动器6包括支承垫22，支承垫可从缩回位置移动到伸出位置。在缩回位置中，支承垫22不妨碍工具头100在压力管200之中的移动。在伸出位置中，使支承垫22与压力管200的内壁进行接触。
压电致动器6相对于夹紧块组件2的位置影响了压电致动器6提供动力以便以希望的振型振动压力管的能力。压电致动器6在其行程(或冲程)以及其能够施加的力方面具有局限性。振动压力管200所要求的力和冲程的量取决于压电致动器6相对于振型并且因此也相对于夹紧块组件2的位置，所述位置限定了振动的压力管的区段的长度，并且由此影响振动的振型。存在着允许压电致动器6更好地产生所希望的振型形式的位置或位置范围。总的来说，必须在力与冲程之间实现一种平衡。一般，要求较小冲程的位置同时要求较大的力，反之亦然。压电致动器6的这些性能特征与特定的振型的力和冲程要求相匹配。
当支承垫22与压力管200的内壁相接触时，压电致动器6可操作以便以受控的方式振动压力管200的一部分。压电致动器6通过使用放大器(未示出)和信号发生器(未示出)被控制，这样可以使得它以希望的频率来操作。压电致动器6的振动频率的选择将取决于多种非限制因素，如，操作条件、使用的材料、用户爱好、法规要求和/或类似的因素。在一个实施例中，压电致动器6以压力管200的固有频率产生振动。在一个实施例中，压电致动器6产生大约100Hz至大约1500Hz的频率范围内的振动。在一个实施例中，压电致动器6产生对应于(1，1)振型的大致400Hz的振动。在一个实施例中，压电致动器6产生对应于(2，1)振型的大致625Hz的振动。在本发明的一个实施例中，压电致动器6产生对应于(3，1)振型的大致1096Hz的振动。
如以上指出的，每个夹紧块组件2以及多个组件夹紧构件20可操作以便振动地隔离压力管200的第一和第二端部处的每个夹紧块组件2之间的压力管200的区段。在压电致动器6的致动之前，组件夹紧构件20可以被移动到伸出位置，与压力管200的内表面相接触。当组装构件20是在伸出位置中时，在每个夹紧块组件2之间的压力管200的部分与压力管200的其余部分振动地隔离。使用在这里，“振动地隔离”应被理解为是指通过压电致动器6在由夹紧构件20限定的压力管200的部分之中产生的振动与压力管200的其余部分保持分开或离开，以此使振动对压力管200的其余部分的影响最小化或消除。
加速计
工具头100包括多个加速计8，加速计8检测压力管200的振动。一个或多个加速计8还可以被用来检测在环形间隔件12的移动过程(以下进一步讨论)中环形间隔件12与压力管200的外部表面之间的碰撞。
在工具头100中的加速计8的数目和定位随所打算的用途而改变。这些加速计一般是成对使用的，位于在工具中的大体相同的轴向位置处的两个加速器8构成一对，其中一个加速计8被定位为用来测量在压力管200的垂直顶部处的加速度，一个加速计8被定位为用来测量在压力管200的垂直底部处的加速度。
一般存在至少六个加速计8(即，三个加速计对)，然而，可以使用额外的加速计8对。理想地，工具头100包括安装成为六对的12个加速计8。在图3A的实施例中，工具头100包括十二个加速计8。图3A和图3B的实施例在工具的轴向中心线的任一侧上提供三个加速计8对，允许工具头测量工具头中心的任一侧上的环形间隔件12的位置，所述位置对应于j＝2振型的反节点位置。在其他实施例中，仅存在定位于工具轴向中心的一侧上的六个加速计8(三对)。在本发明的一个具体实施例中，工具结合了用于在工具中轴向移动这些加速计的装置，以提高检测分辨率。这可以通过将加速计8安装在工具头100中的可移动附接部件中来完成，可移动附接部件可以通过任何标准机械手段(如，电动机、以及导向螺杆、或液压汽缸)在工具头100中轴向移动。
涡电流空隙测量探头
工具头100还包括涡电流空隙测量探头10以获得多个测量值来证实环形间隔件12是处于压力管顶管之后的未加载位置中。涡电流空隙测量探头10的这种使用是本领域的技术人员所知道的。在图3A和图3B的实施例中，工具头100包括两个涡电流空隙探头10以使得能够同时测量压力管200之上和之下的空隙。在其他实施例中，仅具有用于测量压力管之下的空隙的一个涡电流空隙探头10。在本发明的一个具体实施例中，工具头100包括三个涡电流空隙探头10，以测量压力管之上、之下以及到一侧上的空隙。
脐带部件
工具头100被配置为与脐带部件(umbilical)30操作上相关联。脐带部件30包括合适的电缆以及液压的和/或气压的软管，以将工具头100连接到反应堆之外的动力单元和控制系统(未示出)上。反应堆之外的动力单元包括液压动力源(泵、阀门)以及电源。该单元是动力和放大的来源，并且可以被定位为邻近反应堆，接近用于输送机的这些设施。
控制站
工具头100可由控制站(未示出)操作，控制站理想地位于远离反应堆的低辐射环境中。控制站包括了诸如用于转换器的信号调节、用于数据采集的装置、以及操作者界面之类的这些项目。特殊用途的软件被包括以控制工具头100并分析产生于环形间隔件12检测、移动和/或检测及移动过程的数据。专用程序(例如在用户手册中概述的)被包括以在环形间隔件12检测和/或环形间隔件12重定位中指导/指示操作者。应当清楚的是，工具头100可以作为套件被包括，以改装现有机器。
方法
在反应堆的操作过程中，也许有可能使环形间隔件12沿压力管200轴向移动。环形间隔件12的这种移动可以由反应堆的振动和/或热循环引起。当发生环形间隔件12的轴向移动时，重定位环形间隔件12可能是必要的或希望的。可替代地或额外地，可能环形间隔件12的初始位置不是最佳的或所希望的，再次这里可能必须或希望将环形间隔件12从第一位置重定位到第二位置。
工具头100可以被用于(i)检测环形间隔件12，(ii)重定位环形间隔件12，和/或(iii)在重定位过程中检测环形间隔件12。基于振动的技术被用于既检测又重定位环形间隔件12。以下讨论提供了使用本发明的装置检测和/或重定位环形间隔件的方法的细节，然而，应当清楚的是，对以下的方法可以做出改变而不背离本发明。这些方法在本申请的范围之内。
环形间隔件检测
环形间隔件12的检测是通过监测由环形间隔件12的存在引起的压力管200振动的响应中的变化而实现的。
在压力管200中工具头100被插入到初始位置。初始位置可能接近使用者预期环形间隔件12所在的位置。或者，如果例如使用者不知道环形间隔件12预期在哪里，那么工具头100的初始位置可以是压力管200之中的任意位置。
在将工具头定位在选定的位置之后，夹紧构件20被致动以移动到与内管的壁相接触并且将压力施加在其上，使得内管的区段与该管的其余部分振动地隔离。振动隔离被用来建立一种用于检测变化而不影响管的其余部分的一致的环境。随后通过压电致动器的作用来振动被隔离的区段并且在三个或更多轴向位置进行加速度测量以确定频率响应。来自不同轴向位置的测量值被比较，并且频率响应的相对变化指示加载的间隔件的存在。
图5描绘了对于双端固支梁的第一和第二轴向振型形式的曲线图。使用在这里，“双端固支梁”可以用定位在压力管200的希望位置上的工具头100来建立，每个夹紧块组件2被致动以将组件夹紧构件20从缩回位置移动到伸出位置，由此振动地隔离压力管200的一部分。
图6描绘了具有圆形截面的双端固支梁的周向和轴向振型形式。
环形间隔件12的位置的检测基于在加载的环形间隔件12的附近振动的压力管200的顶部和底部处的振动响应的差异。环形间隔件12首先在管的底部附近与排管式管400相接触，并且首先在这个位置将力传递给压力管200。检测是通过使用压电致动器6激发压力管200的随机振动并使用加速计8在三个或更多轴向位置处测量压力管200的顶部位置和底部位置两处的压力管200的响应来实现的。在压力管区段的固有频率上监测加速度，在所述固有频率上预期的最大加速度是最高的。环形间隔件12的存在首先在压力管200的底部处改变了压力管壁的局部加速度和偏离。这在周向振型形式中产生了一种不对称。在使用中，工具头100被定位在压力管200的内部并且使用工具压电致动器6激发随机振动。
在多个轴向位置处进行顶部位置与底部位置处的压力管加速度之间的比较，以识别间隔件位置。这图示在图4提供的这些视图中。视图A描绘了在压力管中的梁振型(beam mode)的简化的轴向截面视图。在顶部位置和底部位置(在图4中对应地表示为at和ab)处进行加速度测量。视图B示出当受到来自加载的环形间隔件12的反作用力影响时的‘改变的’梁振型的简化的视图。环形间隔件12的存在是通过比较沿压力管200的不同轴向位置处的测量值at和ab来确定的。在缺少环形间隔件12时，at和ab的绝对值是大致相等的。然而，当加载的环形间隔件12存在时，在at和ab之间存在差值。与at的值相比，ab的值的减小一般在20-40％的范围内。在任何给定的频率下，在压力管的顶部和底部处测量的加速度的绝对值之比被定义为在该频率下的频率响应函数。
图7描绘了存在和不存在加载的环形间隔件情况下的压力管的一个区段的频率响应函数谱的曲线图。图7的曲线图示出了存在和不存在加载的环形间隔件情况下的频率响应函数在一定的频率范围内存在显著的差异。这种关系允许通过分析确定的频率范围中的加速度来实现间隔件检测。
图8是描绘了对于(1，1)振型的范围内的频率作为沿压力管的轴向位置的函数的频率响应比的曲线图。加载的环形间隔件位于800mm长的压力管段的450mm的轴向位置处。测试是以400N的环形间隔件载荷进行的。描绘的频率响应函数显示出在对应于环形间隔件的轴向位置处的大致0.6的最小值。
图9描绘了对于(2，1)振型的范围内的频率作为沿压力管的轴向位置的函数的频率响应比的曲线图。加载的环形间隔件被定位在450mm的轴向位置处。描绘的频率响应函数显示出在对应于环形间隔件的轴向位置处的大致0.76的最小值。
压力管顶管
在反应堆操作了一端时间之后，环形间隔件12与压力管200和外部排管式管400相接触(加载状态)。为了重定位环形间隔件12，必须使环形间隔件12脱离与排管式管400的接触(未加载状态)，以使环形间隔件12自由移动。将环形间隔件12从加载状态移动到未加载状态是通过使用工具头100在压力管200上施加力矩而实现的。这个过程也被本领域技术人员称为压力管顶管或顶管。一个或多个涡电流空隙探头10被用来测量压力管到排管式管的空隙，以确认环形间隔件12处于未加载状态。因此，涡电流空隙探头10也可以被用来确定是否有必要在压力管200上施加力矩。
工具头100被配置为使用夹紧块组件2在压力管200上施加力矩。如以上所指出的，夹紧块组件2可操作以围绕连接器16旋转。为了施加力矩，工具头100被定位在压力管200之中并且组件构件20被移动到伸出位置。每个夹紧块组件2被旋转(在彼此相反的方向上)并且力矩被施加在平行于压力管轴线的垂直平面中。所施加的力矩有效地将内部压力管200提升离开外部排管式管400，由此使环形间隔件12脱离与排管式管400的接触并且使环形间隔件12自由移动。因此，通过在压力管200上施加力矩，环形间隔件12被从加载状态移动到未加载状态。这种压力管顶管还被用在被称为间隙配合间隔件的环形间隔件类型的情况中。
环形间隔件重定位
环形间隔件12的重定位是通过以受控的方式振动压力管的一个区段来实现的。为了重定位环形间隔件12，工具头100被定位在压力管200中的相对于环形间隔件12的希望的位置处。理想地，环形间隔件12的位置是如以上讨论所确定的。一旦工具头100被定位在所希望的位置，每个夹紧块组件2被致动以将组件夹紧构件20从缩回位置移动到伸出位置，由此振动地隔离压力管200的一部分。这种振动隔离提供了定位在两个夹紧块组件20之间的压力管200的标准固定长度以用于对环形间隔件12的基于振动的重定位。工具头100被用来在压力管200上施加力矩，以抬起压力管并且将负载从环形间隔件12上去除。在一些情况下，如果环形间隔件通常是在未加载的状态下，那么可以移动适贴配合环形间隔件12而不对压力管进行顶管。环形间隔件12的未加载是通过使用涡电流空隙探头10测量压力管到排管式管的空隙来确认的。涡电流空隙探头10提供了用来确定需要施加在压力管200上的力矩的量的信息。
一旦处于适当位置上，并且环形间隔件12处于未加载的位置，则压电致动器6中的支承垫22从缩回位置被移动到伸出位置。压电致动器6可操作从而以希望的频率来振动压力管200。振动频率被选择为与隔离的压力管的区段的固有频率相匹配。一般，(2，1)振型被用于间隔件重定位，因为这种振型提供了对于由压电致动器对提供的动力对比所产生的压力管加速度的峰值而言最高的效率。然而，可以使用其他更高的振型，如，(2，2)和(2，3)。对于具有800mm的有效振动长度的装满水的压力管，626Hz、793Hz以及1096Hz的频率分别对应于(2，1)、(2，2)和(2，3)振型。压力致动器6的振动频率的选择将取决于多种非限制的因素，如操作条件、实际的压力管尺寸、工具头的阻尼效果、使用者的喜好、法规要求和/或类似因素。在致动过程中可以通过监测产生的压力管加速度来调整所产生的振动的频率，以匹配实际的固有频率。振动同样引起环形间隔件12振动。环形间隔件12中的这些振动产生的加速度高至足以克服间隔件中的弹簧张力并且允许间隔件从压力管的表面提升。理想地，工具头100被定位为将环形间隔件12初始地放置在由振动产生的振型的节点与反节点之间。这些振动一般使环形间隔件12离开反节点朝向节点移动(图4)。这在示出双端固支梁的两个轴向振型形式的图4中被图形化地示出。环形间隔件12相对于振型形式的相对位置决定了间隔件移动的方向。可以使用多种振型。所希望使用的振型数(modenumber)越大，产生相当的加速度所要求的动力的量就越大。
重定位过程中的环形间隔件监测
在一个示例中，在环形间隔件12的移动过程中对环形间隔件12的移动进行监测。这在环形间隔件12在移动过程中振动的情况下是使用加速计8检测环形间隔件12与压力管200之间的高频碰撞来实现的。位于工具头100上的不同位置处的多个加速计被使用。加速计检测到碰撞时的时间以及碰撞幅值上的差异被用来确定间隔件的位置和移动。
图10是描绘在定位在工具头100的不同位置上的加速计8处检测到的、作为时间函数的加速度的图表。(三个加速计8各自被表示为1、2和3)。数据是从单个环形间隔件12对于压力管200的碰撞中获取的。在这个例子中，加速计3被定位为在轴向上与环形间隔件12相距27mm处并且接近压力管顶部。加速计2被定位为在轴向上与环形间隔件12相距76mm处并且也是接近压力管顶部。加速计1被定位为在轴向上与环形间隔件12相距87mm处并且被定位为接近压力管底部。从图表中会发现，加速计8被定位成距离碰撞越远，加速计响应的开始在时间上发生的就越晚。波前以大致1700m/s移动。加速计进一步远离环形间隔件的碰撞，则初始加速度峰值就减小。时间延迟和幅值的减小可以被用来确定环形间隔件12碰撞的位置。
套件
应当清楚的是，工具头100，和/或工具头100的部件可以作为套件被包括。这样的套件可以任选地包括使用说明书和/或用于操作工具头100的软件。
在本说明书中提到的所有公开文件、专利以及专利申请都是用于表示本发明所属领域的技术人员的技术水平的，并且以相同的程度通过引用结合在此，就如同每个单独的公开文件、专利或专利申请是被明确地并且单独地表示通过引用被结合的。
以上对本发明做了说明，显而易见的是对本发明可以做出多种方式的改变。这些改变不应被认为是违背本发明的精神和范围，并且所有对本领域的普通技术人员来说显而易见的变化都是意图被包括在所附权利要求的范围之内。

Claims (18)

1.一种检测具有与内管相接触的内圆柱表面以及与大致同轴的外管相接触的外圆柱表面的环形间隔件的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)振动地隔离所述内管的一个区段；
(b)在所述被隔离的区段中振动所述内管的壁；
(c)在所述被隔离的区段中在最少两个轴向位置处测量所述壁的振动；并且
(d)检测所述轴向位置中的一个或多个处的所述壁的振动水平相比其余轴向位置的减小，
其中所述振动水平的减小表示在检测到所述振动的减小的所述轴向位置处或其附近存在所述环形间隔件。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述振动地隔离所述内管的区段的步骤包括在第一和第二位置处将压力施加在所述内管的壁的内表面上，所述所述第一和第二位置限定所述被振动地隔离的区段的边界。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述振动所述内管的壁的步骤使用处于所述内管的固有频率上的振动。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述振动所述内管的壁的步骤使用处于大约100Hz至大约1500Hz的频率范围内的振动。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述振动所述内管的壁的步骤使用处于大约400Hz、大约625Hz或大约1096Hz的频率上的振动。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述测量步骤包括计算在所述一个或多个轴向位置处、于所述内管的顶部和底部测量得到的振动频率的频率响应比。
7.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述测量步骤包括在每一个所述一个或多个轴向位置计算在所述内管的顶部和底部测量的振动频率频率响应比，并且还包括检测所述频率响应比的下降，所述频率响应比的下降表示在检测到频率响应比的所述下降的轴向位置处或其附近存在所述环形间隔件。
8.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述内管是压力管并且所述外管是反应堆燃料通道的排管式管。
9.一种在轴向上重定位具有与内管相接触的内圆柱表面以及与大致同轴的外管相接触的外圆柱表面的环形间隔件的方法，该方法包括以下步骤：
(a)振动地隔离邻近所述环形间隔件的所述内管的壁的区段；
(b)使所述环形间隔件从加载状态进入未加载状态；和
(c)通过以希望的频率振动所述壁的被隔离的区段来振动所述环形间隔件，使得所述环形间隔件从初始位置纵向移位到一新的位置，由此所述环形间隔件的振动产生足以克服所述环形间隔件在所述内管上的张力的加速度。
10.如权利要求9所述的方法，其中，在步骤(a)之前，使用包括以下步骤的方法来确定所述环形间隔件的初始位置，所述步骤包括：
(i)在所述被隔离的区段内振动所述内管的壁；
(ii)在所述被隔离的区段内两轴位置最小处测量所述壁的振动；以及
(iii)在一个或多个所述轴位置处，与其余的轴位置相比，检测所述壁的振动水平的减小，
其中，所述振动水平的减小表示在或临近检测到振动减小的所述轴位置处出现环形间隔件。
11.如权利要求9或10所述的方法，其中，所述振动地隔离所述内管的区段的步骤包括在第一和第二位置将压力施加在所述内管的壁的内表面上，所述第一和第二位置限定所述振动地隔离的区段的边界。
12.如权利要求9或10所述的方法，其中，所述环形间隔件被从所述初始位置移动到需要的位置，其中，在步骤(c)之后，使用包括以下步骤的方法来确定所述环形间隔件的新位置，所述步骤包括：
(i)在所述被隔离的区段内振动所述内管的壁；
(ii)在所述被隔离的区段内两轴位置最小处测量所述壁的振动；以及
(iii)在一个或多个所述轴位置处，与其余的轴位置相比，检测所述壁的振动水平的减小，
其中，所述振动水平的减小表示在或临近检测到振动减小的所述轴位置处出现环形间隔件；
并且根据需要重复步骤(a)至(c)以便将所述环形间隔件移动到关于所述内管的所述需要的位置上。
13.如权利要求9或10所述的方法，其中，包括步骤：在第一和第二位置将压力施加在所述内管的壁的内表面上，所述第一和第二位置限定所述振动地隔离的区段的边界，并且其中，所述环形间隔件被从所述初始位置移动到需要的位置，其中，在步骤(c)之后，使用包括以下步骤的方法来确定所述环形间隔件的新位置，所述步骤包括：
(i)在所述被隔离的区段内振动所述内管的壁；
(ii)在所述被隔离的区段内两轴位置最小处测量所述壁的振动；以及
(iii)在一个或多个所述轴位置处，与其余的轴位置相比，检测所述壁的振动水平的减小，
其中，所述振动水平的减小表示在或临近检测到振动减小的所述轴位置处出现环形间隔件；
并且根据需要重复步骤(a)至(c)以便将所述环形间隔件移动到关于所述内管的所述需要的位置上。
14.如权利要求9或10所述的方法，其中，在步骤(c)中，所述环形间隔件的振动持续一段预定长度的时间。
15.如权利要求9或10所述的方法，其中，所述内管是压力管并且所述外管是反应堆燃料通道的排管式管。
16.一种用于检测、重定位、或检测和重定位环形间隔件的装置，所述环形间隔件具有与内管相接触的内圆柱表面以及与总体上同轴的外管相接触的外圆柱表面，所述装置包括：
(a)具有第一端以及第二端的工具头；
(b)分别位于所述工具头的第一和第二端处的第一和第二夹紧块组件；
(c)与所述工具头相关联并且可操作以振动所述内管的一个或多个压电致动器；以及
(d)与所述工具头相关联用于测量所述内管的振动的一个或多个加速计。
17.如权利要求16所述的装置，其中，所述装置还包括涡流空隙测量探头。
18.如权利要求16或17所述的装置，其中，所述装置还包括脐带部件，所述脐带部件由电缆以及液压和/或气压的软管构成，用于将所述工具头连接到外部动力源、外部控制站或外部动力源和外部控制站。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RO126167B1 (ro) 2007-09-11 2014-03-28 Atomic Energy Of Canada Limited Metodă şi aparat pentru detectarea şi repoziţionarea unui distanţier inelar în reactoare nucleare
CA2734346C (en) * 2010-06-16 2018-09-04 Atomic Energy Of Canada, Ltd. Fuel channel annulus spacer
CA2727490C (en) * 2011-01-14 2016-07-12 Ge-Hitachi Nuclear Energy Canada Inc. Nuclear reactor vertically movable platform assembly
CA2727484C (en) * 2011-01-14 2016-08-02 Ge-Hitachi Nuclear Energy Canada Inc. Nuclear reactor retubing assembly
WO2013142952A1 (en) 2012-03-30 2013-10-03 Atomic Energy Of Canada Limited Support structure detection
EP2979070A4 (en) * 2013-03-28 2017-04-05 Atomic Energy of Canada Limited Support structure location and load measurement
KR101568075B1 (ko) 2014-01-29 2015-11-10 한국수력원자력 주식회사 중수로 연료관의 처짐량 측정장치
WO2017066881A1 (en) * 2015-10-23 2017-04-27 Atomic Energy Of Canada Limited / Énergie Atomique Du Canada Limitée Test apparatus and instrumented conduit for use with same
CA3070234A1 (en) * 2017-07-18 2019-01-24 Candu Energy Inc. Method and apparatus for detection and positioning of objects by vibration

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4613477A (en) * 1983-12-12 1986-09-23 Dableh Joseph H Method of repositioning annular spacers in calandria structures and apparatus therefor
US4909980A (en) * 1986-07-23 1990-03-20 Ontario Hydro Electromagnetic apparatus for positioning objects located behind a conductive wall
CA2517421A1 (en) * 2004-08-27 2006-02-27 Framatome Anp, Inc. Apparatus and method for moving a ferromagnetic element

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4704577A (en) * 1986-04-18 1987-11-03 Westinghouse Electric Corp. Eddy currents probe for measuring a gap between a tube and an antivibration bar
US4908980A (en) * 1988-10-31 1990-03-20 Daniel Sherman Flying insect control device
CA2026467A1 (en) * 1990-09-28 1992-03-29 Ralph G. Moyer Intertube thermal conductance rate limiting device
US5174164A (en) * 1991-09-16 1992-12-29 Westinghouse Electric Corp. Flexible cable
US6450104B1 (en) * 2000-04-28 2002-09-17 North Carolina State University Modular observation crawler and sensing instrument and method for operating same
GB2437547B (en) * 2006-04-28 2010-07-14 Genesis Oil And Gas Consultant Method and apparatus for inspecting pipes
RO126167B1 (ro) 2007-09-11 2014-03-28 Atomic Energy Of Canada Limited Metodă şi aparat pentru detectarea şi repoziţionarea unui distanţier inelar în reactoare nucleare
US9196387B2 (en) * 2011-11-03 2015-11-24 Atomic Energy Of Canada Limited Apparatus and method for detecting position of annulus spacer between concentric tubes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4613477A (en) * 1983-12-12 1986-09-23 Dableh Joseph H Method of repositioning annular spacers in calandria structures and apparatus therefor
US4909980A (en) * 1986-07-23 1990-03-20 Ontario Hydro Electromagnetic apparatus for positioning objects located behind a conductive wall
CA2517421A1 (en) * 2004-08-27 2006-02-27 Framatome Anp, Inc. Apparatus and method for moving a ferromagnetic element

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Joseph H. Dableh et al.DESIGN AND DEVELOPMENT OF COMPACT, DURABLE ELECTROMAGNETIC PULSE POWER COILS FOR REPOSITIONING OF COOLANT TUBE SPACERS IN CANDU NUCLEAR REACTORS.《IEEE Transactions on Energy Conversion》.1986,(第4期),第1-8页. *
JosephH.Dablehetal.DESIGNANDDEVELOPMENTOFCOMPACT DURABLE ELECTROMAGNETIC PULSE POWER COILS FOR REPOSITIONING OF COOLANT TUBE SPACERS IN CANDU NUCLEAR REACTORS.《IEEE Transactions on Energy Conversion》.1986

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