CN102597737A - 具有清洗系统的取样工具 - Google Patents

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Abstract

一种用于从管子的内壁获取样本的取样工具，该取样工具包括可操作地与轴连接的第一切削器子组件和第二切削器子组件。在轴移动时，第一致动器和第二致动器使第一切削器子组件和第二切削器子组件在缩入位置与伸出位置之间移动。阀门选择性地将位于第一切削器子组件和第二切削器子组件中的一者上的喷口与清洗流体供应器流体地连通。在切削管子的一部分内壁期间，阀门将清洗流体经由喷口排出到管子的内壁上。

Description

具有清洗系统的取样工具
技术领域
本发明涉及具有清洗系统的取样工具。
背景技术
一种对诸如CANDU(坎杜)型反应堆等核反应堆中的压力管的使用寿命进行估算的方法需要周期性地移除管子。从移除的管子上切取样品并分析氘含量。然后，将氘浓度用作剩余压力管的使用寿命的量度。此方法由于需要长期停工以移除并替换压力管，所以成本非常高。
尝试提供“原地”进行取样(不用移除压力管)的技术存在许多困难。坚硬的氧化物表面以及从该表面层下面获取样本材料的要求使得难于获取有用的样本。为了保持管子的完整结构并避免有害的残余应力，必须控制取样深度并且遗留的取样区域必须在几何结构上沿所有的轴线平滑地变化。此外，用于移除表面材料或样本的技术必须不涉及过度加热，因为这会影响后续分析的结果。另一个困难是：回收分析样本以及防止颗粒遗留在压力管中。
1990年5月15日授权的美国专利No.4,925,621的全部内容以引用的方式并入本文，该专利针对上述困难公开了一种用于压力管取样的轴向取样工具。所公开的取样工具允许“原地”检测而不需要移除压力管。该取样工具包括两个切削器以及用于捕获被移除的材料的装置。通过在压力管中轴向地移动两个切削器，一个切削器移除表面氧化物层，而另一个切削器移除用于分析的样本。切削器和切削操作设计成避免损坏压力管的整体性，以使压力管处于正常使用。
尽管该轴向取样工具克服了上述困难，但是为了避免样本被重水污染，需要在切削管子的内壁之前将压力管隔离并且排干。
在2000年11月的第五届国际CANDU堆维护会议(InternationalCANDU Maintenance Conference)上，由作者K.Wittich和J.King发表的题目为“Advanced Pressure Tube Sampling Tools”的会议论文也公开了取样工具。在2005年11月的第七届国际CANDU堆维护会议上，由作者B.Guler、J.King和R.Wray发表的题目为“Innovationin Pressure Tube Rolled Joint Sampling(Circumferential Sampling ToolTechnology)”的会议论文也公开了取样工具。这两篇论文都由Canadian Nuclear Society(加拿大核学会)出版。
因此，需要如下取样工具：其能够克服上述困难中的至少一些困难和现有技术中所存在的不便之处中的至少一些不便之处。
发明内容
本发明的目的在于提供一种取样工具，该取样工具允许“原地”检测，而不需要预先隔离并排干压力管。所述取样工具具有沿着管子的内壁的一部分移动的至少两个切削器。一个切削器移除管子内壁的一部分，另一个切削器从通过移除管子的内壁的一部分而露出的管子中的位置上从管子内壁上移除样本。该取样工具包括清洗流体喷口，用于在切削内壁的上述部分和样本中的至少一者的期间排出清洗流体。排出的清洗流体至少部分地移除切削位置处的重水。
在一个方面中，本发明提供一种用于从管子的内壁获取样本的取样工具。所述取样工具包括具有中心轴线的圆筒体以及设置在所述圆筒体中的孔。在所述圆筒体中沿着所述中心轴线设置有轴。所述轴是可移动的。第一切削器子组件可操作地与所述轴连接。所述第一切削器子组件具有第一切削器。所述第一切削器子组件可在缩入位置与伸出位置之间移动，其中，在所述缩入位置，所述第一切削器在距离所述中心轴线第一距离处设置在所述圆筒体内，在所述伸出位置，所述第一切削器在距离所述中心轴线第二距离处穿过所述孔至少部分地伸出。所述第二距离大于所述第一距离。当所述轴移动至第一位置时，所述第一切削器子组件移动至所述伸出位置，从而使得所述第一切削器切削所述管子的一部分内壁。第二切削器子组件可操作地与所述轴连接。所述第二切削器子组件具有第二切削器。所述第二切削器子组件可在缩入位置与伸出位置之间移动，其中，在所述缩入位置，所述第二切削器在距离所述中心轴线第三距离处设置在所述圆筒体中，在所述伸出位置，所述第二切削器在距离所述中心轴线第四距离处穿过所述孔至少部分地伸出。所述第四距离大于所述第三距离。当所述轴移动至第二位置时，所述第二切削器子组件移动至所述伸出位置，从而使得所述第二切削器在通过用所述第一切削器切削所述管子内壁的所述部分所露出的位置处从所述管子内壁上切削所述样本。第一致动器可操作地与所述第一切削器子组件连接，用于在所述轴移动至所述第一位置时使所述第一切削器子组件在所述缩入位置与所述伸出位置之间移动。第二致动器可操作地与所述第二切削器子组件连接，用于在所述轴移动至所述第二位置时使所述第二切削器子组件在所述缩入位置与所述伸出位置之间移动。所述第一切削器子组件和所述第二切削器子组件中的至少一者具有喷口。阀门选择性地将所述喷口与清洗流体供应器流体地连通。所述阀门固定在所述第一切削器子组件和所述第二切削器子组件中的一者上，使得所述阀门随着所述第一切削器子组件和所述第二切削器子组件中具有所述喷口的所述至少一者移动。当所述第一切削器子组件和所述第二切削器子组件中具有所述喷口的所述至少一者处于所述伸出位置时，所述阀门将所述喷口与所述清洗流体供应器流体地连通，从而在由所述第一切削器和所述第二切削器中的相应一者进行切削期间，经由所述喷口将清洗流体喷出至所述管子的内壁上。所述清洗流体被排出至所述第一切削器和所述第二切削器中的所述相应一者的区域中。
在进一步的方面中，所述喷口是第一喷口，所述第一切削器子组件具有所述第一喷口。所述第二切削器子组件具有第二喷口。
在另外的方面中，所述阀门选择性地将所述第一喷口及所述第二喷口与所述清洗流体供应器流体地连通。当所述轴移动至所述第一位置时，所述阀门将所述第一喷口与所述清洗流体供应器流体地连通，当所述轴移动至所述第二位置时，所述阀门将所述第二喷口与所述清洗流体供应器流体地连通。
在进一步的方面中，所述阀门是第一阀门，其固定在所述第一切削器子组件上。所述第一阀门选择性地将所述第一喷口与所述清洗流体供应器流体地连通。第二阀门固定在所述第二切削器子组件上。所述第二阀门选择性地将所述第二喷口与所述清洗流体供应器流体地连通。当所述轴移动至所述第一位置时，所述第一阀门将所述第一喷口与所述清洗流体供应器流体地连通，当所述轴移动至所述第二位置时，所述第二阀门将所述第二喷口与所述清洗流体供应器流体地连通。
在另外的方面中，所述阀门在轴向上位于所述第一切削器子组件与所述第二切削器子组件之间。
在进一步的方面中，当所述第一阀门将所述第一喷口与所述清洗流体供应器流体地连通时，所述第二阀门阻止所述第二喷口与所述清洗流体供应器之间的流体连通，而当所述第二阀门将所述第二喷口与所述清洗流体供应器流体地连通时，所述第一阀门阻止所述第一喷口与所述清洗流体供应器之间的流体连通。
在另外的方面中，所述轴是可旋转的，所述轴的所述第一位置和所述第二位置是角向位置。
在进一步的方面中，所述阀门是滑阀。
在另外的方面中，所述第一切削器子组件与所述第二切削器子组件相反地设置。
在进一步的方面中，所述轴在轴向上是可移动的，所述轴的所述第一位置和所述第二位置为相对于所述圆筒体的所述轴的纵向位置。
在另外的方面中，所述阀门是提升阀。
在进一步的方面中，所述第一切削器子组件相对于所述第一切削器和所述第二切削器的切削方向位于所述第二切削器子组件的前方。
在另外的方面中，所述喷口是第一喷口，所述第一切削器子组件和所述第二切削器子组件中具有所述第一喷口的所述至少一者还具有第二喷口。
在进一步的方面中，所述第一喷口相对于所述第一切削器和所述第二切削器的切削方向位于所述第一切削器和所述第二切削器中的所述相应一者的前方。所述第二喷口穿过所述第一切削器和所述第二切削器中的所述相应一者延伸。
在另外的方面中，所述喷口穿过所述第一切削器和所述第二切削器中的所述相应一者延伸。
在进一步的方面中，所述喷口相对于所述第一切削器和所述第二切削器的切削方向，位于所述第一切削器和所述第二切削器中的所述相应一者的前方。
在另外的方面中，所述阀门通过销钉固定在所述第一切削器子组件和所述第二切削器子组件中的一者上。
在进一步的方面中，所述清洗流体是轻水。
在另外的方面中，所述清洗流体供应器为设置在所述圆筒体的外部的储存器并且用软管与所述喷口流体地连通。
对本发明而言，当文中需要进行如下区分时，术语“重水”用于表示水中的氢由它的更重的同位素氘(2H)所取代的水。相反地，术语“轻水”用于表示含有同位素氕的水。
虽然本发明的各实施例具有至少一个上述目的和/或方面，但不必具有全部的上述目的和/或方面。应该理解的是，本发明的尝试实现上述目的而产生的一些方面可以不满足这些目的，并且/或者可以满足这里没有具体列举的其它目的。
根据以下说明、附图以及权利要求书，本发明实施例的其它的和/或可选择的特点、方面以及优点将变得显而易见。
附图说明
为了更好地理解本发明、本发明的其它方面以及其它特点，请参考结合附图的以下说明，其中：
图1是轴向取样工具的纵向剖视图；
图2是图1的轴向取样工具的切削器组件的放大图；
图3是图1的轴向取样工具的一部分的局部切除的俯视图；
图4是图1的轴向取样工具中所设置的坡道件的透视图；
图5是周向取样工具的侧视图；
图6是图5的周向取样工具的沿图5中的A-A线截取的剖视图；
图7是图6的周向取样工具的一部分剖视图的放大图；
图8是图5的周向取样工具的剖视图，该剖视图中的大部分为沿着图5中的D-D线截取的视图，而一部分是沿着图5的E-E线和F-F线截取的视图；
图9是图7的周向取样工具的切削器组件的剖视图，其示出在切削器组件中流动的清洗流体(灰色部分)；
图10是图7的周向取样工具的切削器组件的剖视图，其示出在切削器组件中被阻止流向喷口的清洗流体(灰色部分)；
图11是用于周向取样工具的切削器组件的可选实施例的剖视图；以及
图12是被获取样本的压力管的一部分的剖视图。
具体实施方式
将说明本发明的用于从核反应堆的压力管获取分析氘含量的样本的取样工具。然而，应该理解的是，该取样工具能被用于从其它类型的管子或拱形表面收集其它类型的样本。
将参照图1至图4说明作为取样工具的实施例的轴向取样工具100。
轴向取样工具100具有圆筒体122，圆筒体122具有中心(纵向)轴线124。在圆筒体122上形成有孔128。设置在圆筒体122中的切削器组件130与孔128径向对齐。轴向取样工具100与定位系统(未示出)连接，定位系统允许轴向取样工具100在压力管中精确地轴向(即，纵向)定位。
轴向取样工具100包括支撑切削器组件130的托架132。托架132与能够沿着中心轴线124移动的轴136连接。托架132安装在多个辊子上，该多个辊子将在下文更详细地说明。辊子使托架132能够轴向位移。通过使用用于使轴136移动的装料机来移动托架132。
切削器组件130包括沿纵向彼此相邻设置的氧化物切削器子组件102和样本切削器子组件103。虽然氧化物切削器子组件102和样本切削器子组件103彼此隔开，但可以预期的是，它们可以彼此邻接。氧化物切削器子组件102包括：氧化物切削器104，其用于切削管子的一部分内壁；氧化物盒保持件164；以及氧化物容器160，其用于收集被切削管子的内壁的氧化物部分。样本切削器子组件103包括：样本切削器105，其用于从管子的内壁切削样本；样本盒保持件176；以及样本容器172，其用于收集样本。氧化物切削器104和样本切削器105是弯曲的，并且具有与压力管的曲率半径足够近似的曲率半径，以便在切削样本之后避免压力管中的尖锐边缘和应力集中。氧化物切削器104附近的片夹(chip clip)108限定出氧化物容器160，样本切削器105附近的片夹108限定出样本容器172。氧化物切削器104利用螺纹紧固件连接至氧化物切削器盒156。氧化物切削器盒156利用卡口型支座与氧化物盒保持件164连接。类似地，样本切削器105利用螺纹紧固件连接至样本切削器盒168，并且样本切削器盒168利用卡口型支座与样本盒保持件176连接。
在氧化物盒保持件164下面和样本盒保持件176下面分别设置有两叠的盘形弹簧(Belleville spring)178，以便偏压氧化物切削器104和样本切削器105远离中心轴线124。可以预期的是，可以使用其它类型的弹簧来代替盘形弹簧178。
氧化物切削器104和样本切削器105每个可以在靠近中心轴线124的缩入位置和远离中心轴线124的伸出位置之间移动，其中，在缩入位置，氧化物切削器104和样本切削器105设置在圆筒体122的内部；在伸出位置，氧化物切削器104和样本切削器105穿过孔128部分地伸出，以从管子的内壁上切削氧化物部分和样本。氧化物切削器104和样本切削器105的缩入或伸出与轴136的位置相关联。轴136的沿着中心轴线124的不同位置触发致动器，该致动器用于驱动氧化物切削器104和样本切削器105的伸出和缩入。用于氧化物切削器104的致动器由两个辊子182组成，该两个辊子182与氧化物切削器子组件102连接。用于样本切削器105的致动器由辊子188组成，该辊子188与样本切削器子组件103连接。可以预期的是，可以将单个辊子182连接至氧化物切削器子组件102，或者可以将两个辊子188连接至样本切削器子组件103。还可以预期的是，氧化物切削器子组件102和样本切削器子组件103可以由除辊子以外的其它类型致动器来驱动。
如图4所示，在圆筒体122的与孔128相对的内部设置有坡道件190。坡道件190适于收容辊子182和188。坡道件190具有上坡部分190a和190b、平坦部分190c以及下坡部分190d和190e。上坡部分190a、190b和下坡部分190d、190e每个都适于收容两个辊子182和辊子188中的一个辊子。在轴136由装料机沿着如图2所示切削方向192朝着坡道件190推动时，轴136到达第一位置。辊子182滚过上坡部分190a，从而使氧化物切削器104穿过孔128伸出。氧化物切削器104到达管子的内壁，从而从管子的内壁上切削氧化物部分。在辊子182滚过平坦部分190c的同时，氧化物切削器104保持伸出以切削氧化物部分。然后，辊子182滚到下坡部分190d上，从而使氧化物切削器104移回它的缩入位置。在轴136继续沿着切削方向192朝着第二位置移动时，辊子188滚过上坡部分190b，从而使样本切削器105穿过孔128伸出并且对已移除氧化物层的位置切削样本。在辊子182滚过平坦部分190c的同时，样本切削器105保持伸出以切削样本。在辊子188滚到下坡部分190e上时，样本切削器105移回它的缩入位置。样本切削器子组件103的总高度高于氧化物切削器子组件102的总高度，管子的内壁的样本切削得比氧化物部分深。这是通过在样本切削器105和样本切削器盒168之间设置垫片(未示出)实现的。坡道部分190b和190e比坡道部分190a和190d短，样本也比氧化物部分短。结果，如图12所示，由样本切削器105产生的切口的深度Ds大于由氧化物切削器104产生的切口的深度Do。样本切削器105也比氧化物切削器104窄，因此由样本切削器105产生的切口的宽度Ws小于由氧化物切削器104产生的切口的宽度Wo。可以预期的是，坡道件190可以具有可选择的形状以便生成不同的切削样式。
现在参照图2，将更具体地说明在由氧化物切削器104切削氧化物部分和由样本切削器105切削样本的期间用于在切削位置排出清洗流体的清洗流体通道网络140。清洗流体通道网络140穿过切削器组件130延伸并且由清洗流体供应器107(如图1所示)馈送清洗流体。清洗流体优选的是轻水。清洗流体供应器107为位于圆筒体122内的储存器的形式。可以预期的是，可以使用其它类型的清洗流体供应器107。例如，可以从外部储存器提供液压，并且将外部储存器的液压软管接入轴向取样工具100中(如图1中的虚线所示)。清洗流体供应器107利用软管108与清洗流体通道网络140连接。由轴125驱动位移活塞123。通过轴136的移动，轴125使位移活塞123朝着清洗流体供应器107的中心移动，从而使清洗流体供应器107中的流体增压。在下文将更详细地说明两个滑阀116a和116b控制流体在软管108与清洗流体通道网络140之间的流动。
清洗流体通道网络140包括氧化物切削器子组件102中的通道和样本切削器子组件103中的通道。氧化物切削器子组件102中的通道与提升阀116a连接并且在氧化物喷口110a和110b处结束。样本切削器子组件103中的通道与提升阀116b连接并且在样本喷口112a和112b处结束。
氧化物喷口110a和110b相对于切削方向192分别位于氧化物切削器104的切削边缘的前方和后方。氧化物喷口110a和110b用于在氧化物部分的切削位置排出清洗流体。样本喷口112a和112b相对于切削方向192分别位于样本切削器105的切削边缘的前方和后方。样本喷口112a和112b用于在样本部分的切削位置排出清洗流体。在可选择的实施例中，氧化物切削器子组件102包括只有一个氧化物喷口110a或110b，样本切削器子组件103包括只有一个样本喷口112a或112b。在另一个可选择的实施例中，仅氧化物切削器子组件102或样本切削器子组件103具有喷口。
在切削位置排出清洗流体允许操作者在不排干压力管的情形下对样本的氘浓度进行可靠的分析。由位于切削器组件130和清洗流体供应器107之间的两个提升阀116a和116b控制清洗流体向清洗流体通道网络140的排放。提升阀116a和116b通过软管108与清洗流体供应器107连接。提升阀116a利用销钉109固定在氧化物切削器子组件102上。提升阀116b利用销钉(未示出)固定在样本切削器子组件103上。这些销钉确保提升阀116a与氧化物切削器子组件102一致地移动，并且确保提升阀116b与样本切削器子组件103一致地移动。当氧化物切削器子组件102向上移动时，提升阀116a向上移动，并且当样本切削器子组件103向上移动时，提升阀116b向上移动。
在操作中，将轴向取样工具100插入压力管中，并且通过使用定位系统来调节位置将轴向取样工具100移动至压力管中的所期望的纵向位置处。通过使用装料机使轴136移动至第一位置，从而使氧化物切削器子组件102沿着切削方向192朝着坡道件190移动。辊子182向上骑跨在坡道部分190a上，从而氧化物切削器104进入与压力管接合的状态。同时，提升阀116a移动并远离中心轴线124，并且将清洗流体输送至氧化物切削器子组件102中的清洗流体通道网络140，并且最后经由氧化物喷口110a和110b喷出。在辊子182沿着上坡部分190a和平坦部分190c滚动直到辊子182从下坡部分190d降下时，氧化物切削器104移除氧化物部分同时在压力管中留下凹槽。在辊子182从下坡部分190d降下时，提升阀116a朝着中心轴线124移动，从而阻止在清洗流体供应器107和氧化物切削器子组件102之间的流体连通。在切削期间，在氧化物部分进入氧化物切削器104和片夹108之间的开口时卷曲并被捕获在氧化物容器160中。
随后，轴136移动至第二位置，从而使样本切削器子组件103朝着坡道件190移动。在辊子188向上骑跨在坡道部分190b和平坦部分190c上时，样本切削器105在管子中的由氧化物切削器104切削氧化物层的位置从管子的内壁上切削样本。同时，位移活塞123移动以将清洗流体供应器107加压，提升阀116b远离中心轴线124移动，将清洗流体输送至样本切削器子组件103内部的清洗流体通道网络140，并且最后经由样本喷口112a和112b喷出。在辊子188沿着上坡部分190b和平坦部分190c滚动直到辊子188从下坡部分190e降下时，样本切削器105移除样本同时在压力管中留下凹槽。在辊子188从下坡部分190e降下时，提升阀116b朝着中心轴线124移动，从而阻止在清洗流体供应器107和样本切削器子组件103之间的流体连通。在切削期间，在样本进入样本切削器105与片夹108之间的开口时卷曲并被捕获在样本容器172中。
现在参考图5至图12说明取样工具的另一个实施例的周向取样工具200。
参照图5，周向取样工具200具有圆筒体222，圆筒体222具有中心(纵向)轴线224。圆筒体222具有设置在外表面上的多个承压垫226，该多个承压垫226在周向取样工具200设置在压力管的内部时用于支撑周向取样工具200。在圆筒体222上形成有孔228。切削器组件230设置在圆筒体222中并与孔228径向对齐。
周向取样工具200与定位系统连接，定位系统允许轴向取样工具200在压力管中精确地轴向和角向定位。在周向取样工具200上设置有防护套筒(未示出)，用于在不使用周向取样工具200时将孔228关闭。周向取样工具200、定位系统以及防护套筒均设置在支撑车(未示出)上，支撑车优选地安装有轮子以利于支撑车定位。
参照图6，周向取样工具200包括支撑切削器组件230的托架232。托架232利用联接器234与输出轴236连接，联接器234利用花键与输出轴236连接。电动机238用于使输出轴236旋转，从而依次旋转托架232和切削器组件230。电动机238优选地是直流电动机，然而，也可以预期为其它类型的电动机。可以预期的是，电动机238可以以不同的方式与切削器组件230联接。例如，电动机238的输出轴236可以与驱动轴连接，而驱动轴与托架232连接。
现在参照图7和图8，更详细地说明切削器组件230。切削器组件230包括氧化物切削器子组件202和样本切削器子组件203。氧化物切削器子组件202包括：氧化物切削器204，其用于切削管子的一部分内壁；氧化物盒保持件264；以及氧化物容器260，其用于收集管子的内壁的氧化物部分。氧化物切削器204利用螺纹紧固件254与氧化物切削器盒256连接。氧化物切削器盒256与片夹258连接。片夹258将氧化物切削器204所切削的管子的一部分保持在氧化物容器260内，该氧化物容器260形成在氧化物切削器204、氧化物切削器盒256以及片夹258之间。氧化物切削器盒256利用卡口型支座262与氧化物盒保持件264连接。样本切削器子组件203包括：样本切削器205，其用于从管子的内壁上切削样本；样本盒保持件276；以及样本容器272，其用于收集样本。样本切削器205利用螺纹紧固件266与样本切削器盒268连接。样本切削器盒268与片夹270连接。片夹270将样本切削器205所切削的样本保持在样本容器272内，该样本容器272形成在样本切削器205、样本切削器盒268以及片夹270之间。样本切削器盒268利用卡口型支座274与样本盒保持件276连接。
氧化物切削器204和样本切削器205设置于在径向上彼此相反设置。可以预期的是，氧化物切削器204和样本切削器205可以设置为彼此呈其它角度。例如，可以预期的是，氧化物切削器204和样本切削器205可以设置为彼此垂直。氧化物切削器204和样本切削器205优选地由碳化物制成。氧化物切削器204比样本切削器205宽，其原因将在下文进一步阐述。
在氧化物盒保持件264与样本盒保持件276之间设置有两叠的盘形弹簧278，以便偏压氧化物切削器204和样本切削器205彼此远离。螺纹紧固件280插在样本盒保持件276中并且抵靠在氧化物盒保持件264上，从而保持两个保持件264和276之间的弹簧278。可以预期的是，可以使用其它类型的弹簧来代替盘形弹簧278。
各氧化物切削器204和样本切削器205可以在靠近中心轴线224的缩入位置和远离中心轴线224的伸出位置之间移动，其中，在缩入位置，氧化物切削器204和样本切削器205设置在圆筒体222的内部；在伸出位置，氧化物切削器204和样本切削器205穿过孔228部分地伸出，以切削管子的内壁。氧化物切削器204和样本切削器205的缩入或伸出与输出轴236的位置相关联。输出轴236的不同位置触发不同的致动器，该不同的致动器用于驱动氧化物切削器204和样本切削器205的伸出和缩入。用于氧化物切削器204的致动器由四个弹簧284和与样本切削器盒268的任意侧连接的两个辊子282组成。在四个弹簧284中，两个弹簧284利用两个弹簧帽286与氧化物盒保持件264连接，另外的两个弹簧284利过两个弹簧帽286与样本盒保持件276连接。弹簧284朝着氧化物切削器204的缩入位置偏压氧化物切削器204。用于样本切削器205的致动器由四个弹簧284和与氧化物切削器盒256的任意侧连接的两个辊子288组成。弹簧284朝着样本切削器205的缩入位置偏压样本切削器205。可以预期的是，可以使用只有一个辊子282或只有一个辊子288。还可以预期的是，氧化物切削器204和样本切削器205可以由除辊子以外的其它类型致动器来驱动。例如，可以预期的是，可以用固定凸轮代替辊子282、288。
在圆筒体222的与孔228相对的内部设置有坡道件290。坡道件290适于收容辊子282和288。坡道件290具有上坡部分、平坦部分以及下坡部分。在输出轴236朝着第一位置旋转时，辊子282滚到坡道件290上，从而使氧化物切削器204穿过孔228伸出，并且在辊子282滚过坡道件290的平坦部分时，氧化物切削器104保持处于伸出位置。然后，辊子282滚到坡道件290的下坡部分上，并且氧化物切削器204移回它的缩入位置。类似地，在输出轴236朝着第二位置旋转时，辊子288滚过坡道件290的上坡部分，样本切削器205移动至它的伸出位置，并且在辊子288在坡道件290的平坦部分上滚动时，样本切削器205保持处于伸出位置。在辊子288从坡道件290滚下时，样本切削器205移回它的缩入位置。可以预期的是，坡道件290可以具有可选择的形状以便生成不同的切削样式。
现在参照图9和图10，将说明在由氧化物切削器204切削管子的一部分内壁和由样本切削器205切削样本期间用于在切削位置排出清洗流体的清洗流体通道网络240。清洗流体通道网络240穿过切削器组件230延伸并且由清洗流体供应器207馈送清洗流体。清洗流体优选的是轻水。清洗流体供应器207为位于圆筒体222内的储存器(如图6所示)的形式。可以预期的是，可以使用其它类型的清洗流体供应器207。例如，可以从外部储存器提供液压，并且将外部储存器的液压软管接入周向取样工具200中(如图6中的虚线所示)。清洗流体供应器207利用软管208与清洗流体通道网络240连接。在下文将更详细地说明具有活塞217和219的滑阀216控制流体在软管208与清洗流体通道网络240之间的流动。
清洗流体通道网络包括氧化物切削器子组件202中的通道240a和240b以及样本切削器子组件203中的通道240c和240d。通道240a与活塞217连接并且与通道240b连接，而通道240c与活塞219连接并且与通道240d连接。通道240b在两个氧化物喷口210处结束，而通道240d在两个样本喷口212处结束。注意的是，图中仅示出了各喷口210和212中的一个喷口。氧化物喷口210在管子的一部分内壁的切削位置排出清洗流体，而样本喷口212在样本的切削位置排出清洗流体。一个氧化物喷口210位于氧化物切削器盒256中，并且相对于切削方向292(即，如图8所示的输出轴236的旋转方向)位于氧化物切削器204的切削边缘的前方。另一个氧化物喷口210位于氧化物切削器204中，并且相对于切削方向292位于氧化物切削器204的切削边缘的后方。类似地，两个样本喷口212分别位于样本切削器205的切削边缘的前方和后方。可以预期的是，清洗流体通道网络240可以是两个独立的网络，一个网络包括通道240a和240b，另一个网络包括通道240c和240d。还可以预期的是，周向取样工具200可以包括仅与氧化物喷口210连接的清洗流体通道网络240，以及仅与样本喷口212连接的清洗流体通道网络240。在可选择的实施例中，氧化物切削器子组件202包括位于氧化物切削器204的前方或后方的单个氧化物喷口。类似地，在样本切削器205的前方或后方设置单个样本喷口212。
滑阀216的两个活塞217和219由轴221连接在一起。活塞217和219交替地向上移动，以打开氧化物切削器子组件202中的通道240a和240b以及样本切削器子组件202中的通道204c和240d。正如下文中更详细地说明，活塞217和219的运动取决于切削器组件230的位置并因此取决于输出轴236的位置。更具体而言，滑阀216的活塞217对进入氧化物切削器子组件202中的清洗流体的流动进行控制，而滑阀216的活塞219对进入样本切削器子组件203中的清洗流体的流动进行控制。可以预期的是，滑阀216可以包括只有活塞217或者只有活塞219，以分别仅向氧化物切削器204或者仅向样本切削器205供应清洗流体。还可以预期的是，周向取样工具200可以包括两个独立的滑阀，各滑阀选择性地将氧化物切削器子组件202及样本切削器子组件203中的一者与清洗流体供应器207连通。
在样本切削器子组件203与活塞219之间固定有销钉209。销钉209确保活塞217与氧化物切削器子组件202一致地移动，并且确保活塞219与样本切削器子组件203一致地移动。可以预期的是，销钉209可以可选择地位于氧化物切削器子组件202与活塞217之间。还可以预期的是，活塞217可以利用第一销钉固定在氧化物切削器子组件202上并且利过第二销钉固定在样本切削器子组件203上。
通过将清洗流体通道网络240加压来确保清洗流体的排出，并且由于上述液压，清洗流体经由喷口210和212喷射在切削位置上。
现在说明滑阀216的操作方式。滑阀216与输出轴236可操作地连接，以允许两个活塞217和219分别随着氧化物切削器子组件202和样本切削器子组件203的移动而一致地打开和关闭。可以预期的是，滑阀216可以不连接至与切削器组件230连接的相同轴上，但仍然将滑阀216设置成随着切削器组件230的移动而调整其开口。
当输出轴236朝着氧化物切削器104穿过孔228伸出的第一位置旋转时，活塞217远离中心轴线224移动，从而允许氧化物切削器子组件202与清洗流体供应器207之间的流体连通。活塞219移动更靠近中心轴线224，从而阻止样本切削器子组件203与清洗流体供应器207之间的流体连通。当输出轴236朝着样本切削器105穿过孔228伸出的第二位置旋转时，活塞219远离中心轴线224移动，从而允许样本切削器子组件203与清洗流体供应器207之间的流体连通。活塞217移动更靠近中心轴线224，从而阻止氧化物切削器子组件202与清洗流体供应器207之间的流体连通。
为了从压力管(包括轧制接头区域)的内壁获取样本，将周向取样工具200插入管子中。定位系统用于设定要在管子内收集样本的角向和轴向位置。切削器组件230利用重力收集样本。结果，样本通常从管子的上半部(即，9点钟位置与3点钟位置之间)进行收集。将周向取样工具200锁定在切削组件230与期望切取样本的位置对齐的位置，并且通过使承压垫226推压管子的内壁来保持周向取样工具200处于适当的位置。然后，驱动电动机238以切入压力管的内壁中。
电动机238使托架232沿着图16中的箭头292所示的方向转动，从而使切削器组件230沿着相同的方向转动。输出轴236朝着第一位置旋转。当辊子282遇到坡道件290并滚到坡道件290上时，氧化物切削器子组件202和活塞217向上移动。氧化物切削器子组件202的移动引起氧化物切削器204穿过孔228移动至其伸出位置。活塞217的移动使得引起氧化物切削器子组件202与清洗流体供应器207之间的流体连通。
在辊子282在坡道件290上滚时，氧化物切削器204沿着管子的内壁的圆周以弧形移动并从管子的内壁上切削氧化物层。同时，活塞217打开通道240a和240b，清洗流体流过通道240a和240b并经由切削位置处的氧化物喷口210喷出。清洗流体取代管子内壁的正在被切削部分中的重水。在优选实施例中，氧化物切削器204切削得比氧化物层稍深，以便确保完全地移除氧化物。在氧化物层被切削时，片夹258使得氧化物层的碎屑卷曲进入氧化物容器260内。
盘形弹簧278将氧化物切削器204偏压在管子的表面上，从而使氧化物切削器204与管子的不平坦表面保持接触，并且也允许周向取样工具200用于压力管多种管径的情形中。当辊子282通过坡道件290时，弹簧284朝着圆筒体222的内壁往回偏压切削器组件230，因此氧化物切削器204回到它的缩入位置。同时，活塞217向下移动并关闭通道240a、240b，从而阻止氧化物切削器子组件202与清洗流体供应器207之间的流体连通。一旦氧化物切削器204不再与管子的内壁接触，氧化物层的碎屑就掉入氧化物容器260内。
然后，输出轴236继续朝着第二位置旋转。当辊子288遇到坡道件290并滚到坡道件290上时，切削器组件230向上移动，从而使样本切削器204穿过孔228伸出。同时，通过输出轴236的旋转，活塞219移动并远离中心轴线224，以打开通道240c和240d，并且允许样本切削器子组件204与清洗流体供应器207之间的流体连通。在辊子288在坡道件290上滚动时，样本切削器205沿着管子内壁的圆周以弧形移动，并且在管子中的由氧化物切削器204切削了氧化物层的位置处从管子的内壁上切削样本。清洗流体流过通道240c和240d，从而取代内壁的正在被切削样本部分中的重水，并且经由样本喷口212喷出。
在切取样本时，片夹270使得样本碎屑卷曲进入样本容器272内。盘形弹簧278将样本切削器205偏压在管子的表面上，从而使样本切削器205与管子的不平坦表面保持接触。当辊子288通过坡道件290时，弹簧284朝着圆筒体222的内壁往回偏压切削器组件230，因此样本切削器205回到它的缩入位置，并且活塞219关闭通道240c、240d。一旦样本切削器205不再与管子的内壁接触，样本碎屑就掉入样本容器272内。
在图11所示的可选实施例中，切削器组件230设置有用作挡片231a、231b的橡胶片。可以预期的是，挡片231a、231b可以是金属的。挡片231a和231b分别从氧化物切削器子组件202和样本切削器子组件203延伸。挡片231a和231b用于阻止管子中流动的重水把被切削内壁的位置所注入的轻水冲走。挡片231a是氧化物切削器盒256的一部分，但可以选择地为氧化物盒保持件264的一部分。类似地，挡片231b是样本切削器盒268的一部分，但可以选择地为样本盒保持件276的一部分。同样可选择地，通过将挡片定位在切削器204、205的上游，每个子组件202、203可以只使用一个挡片231a、231b。挡片231a和231b不必完好地密封切口的位置，只要它们使得重水从切削位置移开即可。
因为辊子282比辊子288大，所以样本切削器205比氧化物切削器204对压力管的内壁切削得深。可以预期的是，辊子282可以和辊子288一样高，并且样本切削器子组件103的总高度高于氧化物切削器子组件102的总高度。这是通过在样本切削器205与样本切削器盒268之间设置垫片(未示出)实现的。如图12所示，因此由样本切削器205产生的切口的深度Ds大于由氧化物切削器204产生的切口的深度Do。样本切削器205比氧化物切削器204窄，因此由样本切削器205产生的切口的宽度Ws小于由氧化物切削器204产生的切口的宽度Wo。由于辊子288的直径比辊子282的直径小，所以由样本切削器205在其抵靠着管子内壁的表面移动时限定的弧短于由氧化物切削器204在其抵靠着管子内壁的表面移动时限定的弧。因此，样本碎屑比氧化物层碎屑短。由样本切削器205产生的更深、更窄并且更短的切口确保样本中没有氧化物，从而确保用于确定压力管使用寿命的样本的氘浓度的可靠分析。同样，如上所述，通过取代正被切削区域中的重水，能够在不必隔离并排干压力管的情形下获取样本的氘浓度的可靠分析。此外，由于氧化物切削器204和样本切削器205围绕管子内壁的圆周移动，所以它们不受管子轴向上表面变化的影响。因此，周向取样工具200可以用于在压力管的轧制接头区域中获取样本。
一旦完成样本收集，则将周向取样工具200解锁，松开承压垫226，并且使周向取样工具220缩回防护套筒中。然后，将样本容器272中所收容的样本转移到支撑车中所设置的烧瓶中。可以重复上述步骤(从设定要收集的样本的角向和轴向位置为开始)，以便在管子的其它位置获取其它样本。一旦收集了全部样本，则使防护套筒与端部安装件分离并且支撑车滚动离开压力管。最后，取回容纳有样本的烧瓶。上述步骤涉及一种可以在压力管内运送周向取样工具200以获取样本的方法。应该理解的是，其它运送周向取样工具200的方法也是可能的并且是可预期的。
对本领域技术人员而言，对本发明上述实施例所做的修改和改进是显而易见的。上述说明是解释性的而非限制性的。因此，本发明的范围希望仅由权利要求书的范围来限定。

Claims (20)

1.一种用于从管子的内壁获取样本的取样工具，包括：
圆筒体，其具有中心轴线；
孔，其设置在所述圆筒体上；
轴，其沿着所述中心轴线设置在所述圆筒体中，所述轴是可移动的；
第一切削器子组件，其可操作地与所述轴连接，所述第一切削器子组件具有第一切削器，所述第一切削器子组件可在缩入位置与伸出位置之间移动，其中，在所述缩入位置，所述第一切削器在距离所述中心轴线第一距离处设置在所述圆筒体内，在所述伸出位置，所述第一切削器在距离所述中心轴线第二距离处穿过所述孔至少部分地伸出，所述第二距离大于所述第一距离，当所述轴移动至第一位置时，所述第一切削器子组件移动至所述伸出位置，从而使得所述第一切削器切削所述管子的一部分内壁；
第二切削器子组件，其可操作地与所述轴连接，所述第二切削器子组件具有第二切削器，所述第二切削器子组件可在缩入位置与伸出位置之间移动，其中，在所述缩入位置，所述第二切削器在距离所述中心轴线第三距离处设置在所述圆筒体中，在所述伸出位置，所述第二切削器在距离所述中心轴线第四距离处穿过所述孔至少部分地伸出，所述第四距离大于所述第三距离，当所述轴移动至第二位置时，所述第二切削器子组件移动至所述伸出位置，从而使得所述第二切削器在通过用所述第一切削器切削所述管子内壁的所述部分所露出的位置处从所述管子内壁上切削所述样本；
第一致动器，其可操作地与所述第一切削器子组件连接，用于在所述轴移动至所述第一位置时使所述第一切削器子组件在所述缩入位置与所述伸出位置之间移动；
第二致动器，其可操作地与所述第二切削器子组件连接，用于在所述轴移动至所述第二位置时使所述第二切削器子组件在所述缩入位置与所述伸出位置之间移动；
所述第一切削器子组件和所述第二切削器子组件中的至少一者具有喷口；
阀门，其选择性地将所述喷口与清洗流体供应器流体地连通，所述阀门固定在所述第一切削器子组件和所述第二切削器子组件中的一者上，使得所述阀门随着所述第一切削器子组件和所述第二切削器子组件中具有所述喷口的所述至少一者移动，当所述第一切削器子组件和所述第二切削器子组件中具有所述喷口的所述至少一者处于所述伸出位置时，所述阀门将所述喷口与所述清洗流体供应器流体地连通，从而在由所述第一切削器和所述第二切削器中的相应一者进行切削期间，经由所述喷口将清洗流体喷出至所述管子的内壁上，所述清洗流体被排出至所述第一切削器和所述第二切削器中的所述相应一者的区域中。
2.根据权利要求1所述的取样工具，其中，
所述喷口是第一喷口，所述第一切削器子组件具有所述第一喷口；并且
所述第二切削器子组件具有第二喷口。
3.根据权利要求2所述的取样工具，其中，
所述阀门选择性地将所述第一喷口及所述第二喷口与所述清洗流体供应器流体地连通；并且
当所述轴移动至所述第一位置时，所述阀门将所述第一喷口与所述清洗流体供应器流体地连通，当所述轴移动至所述第二位置时，所述阀门将所述第二喷口与所述清洗流体供应器流体地连通。
4.根据权利要求2所述的取样工具，其中，
所述阀门是第一阀门，其固定在所述第一切削器子组件上，所述第一阀门选择性地将所述第一喷口与所述清洗流体供应器流体地连通；并且
所述取样工具还包括固定在所述第二切削器子组件上的第二阀门，所述第二阀门选择性地将所述第二喷口与所述清洗流体供应器流体地连通；
当所述轴移动至所述第一位置时，所述第一阀门将所述第一喷口与所述清洗流体供应器流体地连通，当所述轴移动至所述第二位置时，所述第二阀门将所述第二喷口与所述清洗流体供应器流体地连通。
5.根据权利要求4所述的取样工具，其中，
所述阀门在轴向上位于所述第一切削器子组件与所述第二切削器子组件之间。
6.根据权利要求4所述的取样工具，其中，
当所述第一阀门将所述第一喷口与所述清洗流体供应器流体地连通时，所述第二阀门阻止所述第二喷口与所述清洗流体供应器之间的流体连通，而当所述第二阀门将所述第二喷口与所述清洗流体供应器流体地连通时，所述第一阀门阻止所述第一喷口与所述清洗流体供应器之间的流体连通。
7.根据权利要求1所述的取样工具，其中，
所述轴是可旋转的，所述轴的所述第一位置和所述第二位置是角向位置。
8.根据权利要求7所述的取样工具，其中，
所述阀门是滑阀。
9.根据权利要求7所述的取样工具，其中，
所述第一切削器子组件与所述第二切削器子组件相反地设置。
10.根据权利要求1所述的取样工具，其中，
所述轴在轴向上是可移动的，所述轴的所述第一位置和所述第二位置为相对于所述圆筒体的所述轴的纵向位置。
11.根据权利要求10所述的取样工具，其中，
所述阀门是提升阀。
12.根据权利要求10所述的取样工具，其中，
所述第一切削器子组件相对于所述第一切削器和所述第二切削器的切削方向位于所述第二切削器子组件的前方。
13.根据权利要求1所述的取样工具，其中，
所述喷口是第一喷口，所述第一切削器子组件和所述第二切削器子组件中具有所述第一喷口的所述至少一者还具有第二喷口。
14.根据权利要求13所述的取样工具，其中，
所述第一喷口相对于所述第一切削器和所述第二切削器的切削方向位于所述第一切削器和所述第二切削器中的所述相应一者的前方；并且
所述第二喷口穿过所述第一切削器和所述第二切削器中的所述相应一者延伸。
15.根据权利要求1所述的取样工具，其中，
所述喷口穿过所述第一切削器和所述第二切削器中的所述相应一者延伸。
16.根据权利要求1所述的取样工具，其中，
所述喷口相对于所述第一切削器和所述第二切削器的切削方向位于所述第一切削器和所述第二切削器中的所述相应一者的前方。
17.根据权利要求1所述的取样工具，其中，
所述阀门通过销钉固定在所述第一切削器子组件和所述第二切削器子组件中的一者上。
18.根据权利要求1所述的取样工具，其中，
所述清洗流体是轻水。
19.根据权利要求1所述的取样工具，其中，
所述清洗流体供应器为设置在所述圆筒体外部的储存器并且用软管与所述喷口流体地连通。
20.根据权利要求1所述的取样工具，其中，
所述清洗流体供应器为设置在所述圆筒体内的储存器。
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