CN103106935A - 用于侦测同轴管之间的环形间隔件位置的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在同轴内和外管之间出现温度梯度时侦测所述内和外管之间的环形间隔件位置的装置。在该装置中，探头组件可在所述内管内移动。至少一个温度传感器连接至所述探头组件并配置成用以侦测所述内管的内表面的温度。驱动组件可操作以相对于所述内管移动所述探头组件。数据采集系统连接至所述至少一个温度传感器并配置成用以接收多个温度测量值以确定沿所述内表面的具有温度异常的至少一个位置，所述温度异常对应减小的温度梯度。

Description

用于侦测同轴管之间的环形间隔件位置的装置和方法

相关申请

本申请主张2011年11月3日申请的美国临时专利申请第61/555,375号的优先权。该临时专利申请的全文以引用的方式结合于本案中。

技术领域

本发明涉及核反应堆的燃料通道，尤其是涉及核反应堆的具有同轴管（例如，具有内部压力管的排管容器管（calandria tube））的燃料通道的环形间隔件。

背景技术

本发明涉及核反应堆的燃料通道，尤其是涉及核反应堆的具有同轴管（例如，具有内部压力管的排管容器管（calandria tube））的燃料通道的环形间隔件。核反应堆的一个例子是加拿大氘铀（CANada Deuterium Uranium，CANDU）反应堆。仅仅作为一种举例，CANDU反应堆为一种重水或轻水冷却的重水慢化裂变反应堆，其能够使用天然铀、低浓缩铀、回收铀、混合氧化物、可裂变和可转换锕系元素（actinides）以及前述材料的组合作为燃料。

CANDU反应堆中使用通常为夹紧盘簧（Garter Spring,GS）的环形间隔件（AS），以在燃料通道组件的两根管（例如前面提到内压力管（PT）和外排管容器管（CT））之间维持一个环隙。这些压力管PT位于反应堆排管容器管CT内，这些CT使PT与排管容器（Calandria）中的重水慢化剂（moderator）隔离。这些PT与CT之间的环隙通常填充环隙气体。在某些情况下，每个燃料通道组件使用四个环形间隔件，每个环形间隔件位于沿燃料通道长度上的特定轴向位置。这些间隔件位于他们正确的位置是很重要的，因为不正确的定位可能会导致热PT与较冷的CT发生接触。这种接触是不可接受的。

在一些实例中，燃料通道组件由一个PT、两个终端接头和相关的硬件组成。其中，该PT利用机械滚轧胀管连接方式连接至这两个终端接头。可以使用波纹管组件（bellowsassembly）来密封环隙的两端，其中波纹管组件滚轧连接至装料机侧管板并焊接至波纹管连接环。因此，在有些燃料通道组件实例中，这些PT与CT之间的环形空间是无法直接进入的。

密圈圆柱螺旋弹簧是一种已知的环形间隔件。例如，这种弹簧可以具有4.83毫米（0.190英寸）的外径，可以利用锆-2合金环形带线来形成一个圆环，并且可以由方形横截面（例如，1.02x1.02毫米(0.040x0.040英寸)）的锆合金线制成。这些间隔件可以防止这些PT与CT之间发生直接接触，这种直接接触是不可取的，因为氘浸入会导致局部氢浓度增加，从而造成产生气泡的几率增加。在一些实例中，每个通道组件中具有四个间隔件，相隔大约1.02米（40英寸），其位置朝燃料通道组件的出口端偏移。每个环形间隔件的位置对于确保他们能够满足各种功能、性能、安全、环境和界面系统要求而言是很重要的。

有一些环形间隔件是松配合（loose-fitting）间隔件，其具有夹紧盘簧和环形带线，环形带线被保持在夹紧盘簧的卷线形成的环形腔内。环形带线使环形间隔件沿燃料通道上的位置能够使用涡流检测（eddy current testing，ECT）技术（即，根据环形带线可由构成连续导电回路的材料制成这种事实）进行侦测。其它环形间隔件是紧配合（tight fitting）安装的，其可利用弹簧张力将他们拉紧到PT的外表面。

在许多情况下，因为紧配合间隔件的设计不包括经焊接的环形带线，涡流技术无法确实地定位紧配合间隔件。在确定间隔件沿燃料通道组件轴向长度上的位置方面，松或紧配合间隔件还存在其它别的挑战。

发明内容

一方面，本发明提供了一种用于在同轴内和外管之间出现温度梯度时侦测所述内和外管之间的环形间隔件位置的装置。探头组件可在所述内管内移动。至少一个温度传感器连接至所述探头组件并配置成用以侦测所述内管的内表面的温度。驱动组件可操作以相对于所述内管移动所述探头组件。数据采集系统连接至所述至少一个温度传感器并配置成用以接收多个温度测量值以确定沿所述内表面的具有温度异常的至少一个位置，所述温度异常对应减小的温度梯度。

另一方面，本发明提供了一种用于侦测同轴内和外管之间的环形间隔件位置的方法。所述内和外管之间具有温度梯度。在所述方法中，插入探头组件至所述内管，所述探头组件包括至少一个温度传感器。侦测所述内管的内表面上的多个位置的温度。确定沿所述内表面的具有温度异常的至少一个位置，所述温度异常对应减小的温度梯度。

通过考虑下面的详细说明和附图，本发明的其它方面将变得更加明显。

附图说明

图1是CANDU核反应堆的堆芯的立体图。

图2是CANDU核反应堆燃料通道组件的剖开示意图。

图3是安装在CANDU核反应堆燃料通道内的环形间隔件的立体图。

图4是使用热分布测量来定位燃料通道组件的压力管和排管容器管之间的环形间隔件的装置的立体图。

图5是包裹在排管容器管外侧的加热电缆的立体图。

图6是以可操作的方式连接至图5的加热电缆的加热器控制箱的正视图。

图7是安装在被加热器包裹的排管容器管上的玻璃纤维绝缘管的一个区段的立体图。

图8是穿过绝缘材料延伸至排管容器管外表面的恒温器温包的立体图。

图9是可视监控排管容器管的外部温度的数字温度计和读数显示装置的立体图。

图10是连接至加热器控制箱以指示加热器何时在加热的指示灯的立体图。

图11是用于获得压力管内侧的温度分布的第一配置的探头组件的立体图。

图12A和图12B是图11的探头组件两端的两个具有轮子的定心组件的立体图。

图13是图11的探头组件的温度探头的第一阵列，包括径向阵列的温度探头。

图14是图11的探头组件的温度探头的第一阵列，包括径向阵列的温度探头。

图15和图16描绘了探头组件的另一种温度探头，包括在探测组件同一径向位置沿轴向排成一排的温度探头。

图17和图18描绘了用于对压力管内侧提供局部冷却的水套。

图19是连接至探头组件的冷空气产生器的立体图，冷空气产生器提供冷却至低于周围环境温度的预定温度的空气。

图20是用于将冷空气产生器的出口管插入探头组件的内部的接头的立体图。

图21是探头组件的管体在短长度配置情况下的立体图，其中管体的末端被封闭。

图22是探头组件的管体在长长度配置情况下的立体图，其中管体的末端开放。

图23是用于导引探头组件穿过压力管的驱动系统的立体图。

图24是图23的驱动系统的详细视图。

图25是用于导引探头组件穿过压力管的电脑控制的驱动系统和数据采集系统的立体图。

具体实施方式

在对本发明的实施例进行详细描述之前，应当理解本发明不限于以下描述所阐述的或以下附图所例示的元件构造和安排的细节。本发明可采用其它实施例并以不同的方式进行实施。例如，在此公开的装置和方法是结合核燃料通道的应用背景来进行介绍和描述的，其为了侦测夹紧盘簧或其它环形间隔件。然而，在此公开的装置和方法也可以应用在其它应用和环境中，以侦测不同于环形间隔件的其它目标。仅仅作为举例，这些装置和方法可用于井下钻井应用以侦测临近钻井设备或位于钻井设备周围的目标，用于管道中以侦测相邻的设备、结构支撑或其它目标的位置，以及应用于其它想要的应用场合。

图1描绘了一种CANDU反应堆（仅仅作为一种范例，其被称为CANDU 6）的堆芯的立体图。大致上呈圆柱形的容器（被称为排管容器10）含有重水慢化剂。排管容器10具有环形外壳14和位于第一端22和第二端24的管板18。多个燃料通道组件28穿过排管容器10，从第一端22延伸到第二端24。

如图2所示，每个燃料通道组件28中具有排管容器管32，该排管容器管32在排管容器10的重水慢化剂与CT 32内的结构之间形成第一边界。压力管（PT）36构成了燃料通道组件28的内壁。PT 36为反应堆冷却剂和燃料组件40提供了一个管道。CT 32和PT 36形成同轴管组件，而CT 32和PT 36之间的间隙定义了一个环形空间44。CT 32作为这对同轴管的外管，PT 36作为这对同轴管的内管。该环形空间44通常填充有循环气体，例如干燥的二氧化碳、氮气、空气或者以上气体的混合物。该环形空间44和气体可以作为环隙气体系统的一部分。该环隙气体系统具有两个主要功能。第一，CT 32和PT 36之间的气体边界为PT36内的热的反应堆冷却剂及燃料与相对低温的CT 32之间提供热绝缘。第二，该环隙气体系统通过环隙气体中水分的出现来提示排管容器管、压力管36或它们的连接位置发生泄漏。

一系列环形间隔件48位于CT 32和PT 36之间（即，位于PT 36的外表面36_E和CT 32的内表面32_I之间）。图3描绘了一种这样的间隔件。在功能上，这些环形间隔件48维持了PT 36与其对应CT 32之间的规定间隙，同时允许环隙气体穿过和绕过环形间隔件48。环形间隔件48的其它功能包括容纳PT 36和CT 32之间的相对轴向移动，同时限制对这些PT 36和CT 32的磨损、刮擦、变形或损坏。虽然环形间隔件48通常设计成在反应堆的正常工作条件下一般限制热量从PT 36传递至重水慢化剂，这些环形间隔件48提供PT 36和CT 32之间位于燃料通道组件28两端之间的唯一潜在直接传导点。由于环形间隔件48位于燃料通道环形空间44中，其温度受热的PT 36（在一些实例中，在正常反应堆操作中约300摄氏度）影响，也可能受较冷的CT 32（在一些实例中，在正常反应堆操作中约80摄氏度）影响，其取决于该环形间隔件48与哪个元件接触。如果环形间隔件48同时与两根管接触，其很可能出现在PT 36与CT 32温度之间变化的温度梯度。

继续参考图3，如上述讨论的，环形间隔件48被容纳在PT 36和CT 32之间的环形空间44内。虽然在图3的图示中环形间隔件48是一个包括夹紧盘簧52和环形带线56的松配合间隔件，但该环形间隔件48也可以是一个不包含环形带线的紧配合间隔件，或可以采用多种其它适合在PT 36和CT 32之间维持所需空间的形式。在一些实施例中，夹紧盘簧52由具有一定长度的卷线60形成。卷线60的两端64、68可以连接使得该夹紧盘簧52形成一个圆环72。如果有的话，该环形带线56可被保持于夹紧盘簧52的卷线60形成的环形腔80内。夹紧盘簧52的尺寸可设计成使得夹紧盘簧紧密地套在PT 36上，且在一些实施例中，夹紧盘簧52具有弹性使得夹紧盘簧52的尺寸在安装过程中可被扩大至大于PT 36的外径，而一旦定位之后，夹紧盘簧52与PT 36紧密牢固地配合。夹紧盘簧52可由镍铬基合金制成，例如因科耐尔（Inconel）X-750合金。在其它实施例中，夹紧盘簧52可由其它合金制成，包括锆基合金，例如锆（ZIRCALOY）合金或锆铌铜（zirconium-niobium-copper）合金。在其它实施例中，夹紧盘簧52可由包括（但不限于）锆、铌、铜组合的合金制成。

在许多应用中，为了核实环形间隔件48的位置从而确保环形间隔件48满足各种功能、性能、安全、环境和关联系统要求，有必要侦测每个环形间隔件48的位置。本发明的多个实施例提供了通过侦测每个环形间隔件48对CT 32和PT 36之间的温度梯度的响应而经由CT 32和PT 36其中之一或两者的热分析（thermal analysis）或热分布测量（profiling）来定位环形间隔件48的装置和方法。在一些实施例中，在不使用涡流检测的情况下，安装在PT36上的紧配合夹紧盘簧的位置的识别可在约15毫米或更好的误差范围内。

图4至图25描绘了根据本发明一些实施例的实验室环境中（lab-based）的侦测装置100和方法，用于确定CT 32和PT 36之间的环形间隔件48的位置。CT 32悬置在两个3x3格子架（lattice site stand）104的中央格子位置之间（图4）。装置100的第一端包括终端接头108，连同间隙配合的压力管中心。该终端接头并没有设置衬管（liner tube）。衬管保护套可用于第一端终端接头以保持压力管以及提供统一的工具递送表面。四个夹紧盘簧52或其它环形间隔件48设置在PT 36和CT 32之间。在一些实施例中，夹紧盘簧52可紧配合在PT 36上。应当注意的是，也可以设置多余或少于四个（包括零个）的环形间隔件48。在实施这个侦测方法之前，不需要知道环形间隔件的数量，该侦测方法可同时侦测环形间隔件48的数量和位置。

再参考图4的装置10，CT 32的外表面32_E上紧紧地包着加热器112，例如BriskHeat FE加热电缆（图5）。加热器可沿CT 32以螺旋方式缠绕。例如，缠绕的加热电缆的线距可以约为2.5英寸。加热器控制箱116（图6）可安装在CT 32的第一端，或者安装在任何其它合适的位置。安装的加热电缆112可被绝缘材料120覆盖，例如直径6英寸（铁管尺寸）、厚度2英寸的ASJ（All Service Jacket）玻璃纤维管绝缘材料，如图7所示。绝缘材料120可以为多段3英尺长的绝缘材料。

如图8所示，恒温器温包124可安装在CT 32的外表面32_E上的一个位置（例如，CT 32的中点），其穿过绝缘材料120。恒温器温包124可与图6的加热器控制箱116连接以维持CT 32外表面32E在高于周围环境温度的预设温度。如图9所示，也可以使用数字温度计128让操作者能够以可视方式监控CT 32外表面32_E的温度。无论其为何种构造，温度计128确认CT 32外表面32_E被加热至高于周围环境温度的预设温度。这可以作为实验室环境中的环形间隔件定位方法的初始步骤加以执行，而且可以模拟对CT 32外表面32_E的加热（例如，利用可运行反应堆里的慢化剂液体对其进行加热）。如图10所示，指示灯132可以安装在加热器控制箱116上以提供加热器112何时打开或关闭的视觉指示。

图11描绘了根据本发明一个实施例的探头组件136。如图12A和图12B所示（图11的详细视图），在一些实施例中，探头组件136包括内侧和外侧定心组件（centering assembly）140，虽然在其它实施例中也可以使用单一定心组件。

探头组件136的任意和所有定心组件140可设有一个、两个或多个轮子142。当探头组件136在PT 36内轴向移动时，这些轮子142与PT 36的内表面36_I接触并在PT 36的内表面36_I上滚动，以协助平顺地移动和导引探头组件136。这种轮子142的例子描绘于图12A和图12B。

在探头组件136的一种配置（称为圆周（绝对）配置）中，提供了至少一个径向温度传感器阵列144。多个弹簧式（spring-loaded）（即，径向向外偏压）导引块146在多个轴向位置（例如，在所示的构造中是两个位置）沿探头组件136的圆周设置。每个导引块146可以携带一个或多个温度探头150。在所示的构造中，每个径向阵列的导引块146设置单一温度探头150，使得位于每个轴向位置的这些导引块146一起提供温度探头150的径向阵列。温度探头150可以是以任何方式配置的热敏电阻或热电偶探头（例如，热敏电阻配置在一个组件上、热电偶探头配置在另一个组件上、混合有热敏电阻和热电偶探头的组合配置在任意一个或同时配置在两个组件上，以及类似配置）。在一些仅作为举例的实施例中，每个温度探头150设置成突出对应导引块146的外表面0.002英寸，以确保温度探头150与PT 36的内表面36_I接触（见图13和图14）。这些导引块146的外表面可以是如图13所示的基本平的表面，或者如图14所示的绕中轴线的弧面。这些导引块146包括锥形外端面146A以利于更容易地插入PT 36。

在所示的装置中，探头组件136设有第一和第二组多个弹簧式导引块146，每组导引块146对应于一个定心组件140。在这种设置中，这两组导引块（及对应探头150）在轴向上相互间隔开。如上所述，在其它构造中，本发明的其它实施例中可设置单一阵列的温度探头150。如下面更详细的描述，一些实施例中的单一或多个阵列的温度探头150可被轴向运送或驱动至PT 36的其它一个或多个区段以获得PT 36的其它一个或多个区段或整个内表面36_I的温度分布的数据。

图15和图16描绘了本发明的另一种构造的探头组件236，称为轴向探头组件。在这种构造中，多个温度探头250设置成轴向阵列，每个温度探头250位于一个唯一的轴向位置。在所示的构造中，所有温度探头250在共同的径向位置上对齐排列成一排。图15和图16所示的实施例中，所有温度探头250安装至承载梁252（例如，有机玻璃梁），承载梁252弹簧式（例如，径向向外偏压）连接至探头组件236的穿孔管体254。在所示的构造中，该承载梁252牢固地连接在一对导引块246之间，这对导引块246相对于管体254而被弹性偏压。与图13和图14的导引块146一样，这些导引块246包括锥形外端面246A。这些温度探头250可使用对应的紧固件256（例如，固定螺丝）各自地固定至承载梁252。每个温度探头250可被定位成使得，当探头组件236插入PT 36时，每个温度探头256与PT 36的内表面36_I接触。这排温度探头250可包含以任何想要的方式排列的热电偶、热敏电阻或其组合。如下面更详细的描述，这排温度探头250可绕PT 36的轴线旋转以获得PT 36的内表面36_I或至少其一个长度方向区段的温度分布的数据。探头组件250然后可被运送或驱动至PT 36的其它一个或多个区段以获得PT 36的其它一个或多个区段或整个内表面36_I的温度分布的数据。

可选择地，或者除此以外，该系统和方法可以使用一个或多个非接触式温度传感器800或“热成像装置”以采集代表PT 36内表面36_I的各位置温度的数据。例如，一个或多个红外相机800可设置在探头组件136、236上，插入PT 36中并操作以侦测其温度分布，以及输出代表其温度分布的对应电信号。仅仅用于举例说明，图19所示的探头组件236具有一个非接触式温度传感器800。

图17和图18描绘了与图11-16的任何一种探头组件结合使用的水套（water jacket）300。所示的水套300包括中央支撑轴302和一卷水管304。这卷水管用于从水套300的入口306传送冷却水至出口308。水套300的外径可与PT 36的内径大约一样大或稍大于PT 36的内径，使得这卷水管304挤压在PT 36的内表面36_I上。水套300可被供应冷水（例如，轴向供应至压力管的中间）以在探头组件136、236或邻近探头组件136、236的位置产生局部冷却效果。因此，水套300可作为一种主动散热器以在临近PT 36的温度侦测之前或侦测过程之中增强PT 36内表面36_I和CT 32外表面32_E（其可能被加热）之间的温度梯度。例如，如果水套300安装至探头组件136的末端，流过这卷水管304的冷水可以冷却PT 36的位于水套300位置的内表面36_I，之后探头组件136可沿PT 36轴向移动以将其中一阵列的温度探头150带至与PT 36冷却区段相邻的轴向位置，从而在该冷却区段对PT 36的内表面36_I进行温度测量。作为另一种方式，水套300可充分接近（例如，紧挨着一个或多个温度探头150）以产生类似的PT 36冷却效果，而无需后续移动探头组件136以进行上述温度测量。当然，水套300也可与图15和图16的探头组件236结合使用，并产生类似的效果。应当理解的是，水套300可以运送水或其它热交换流体。

图19描绘了另一种主动冷却PT 36的内表面36_I的装置。可使用冷空气产生器400（例如，EXAIR公司生产的“ColdGun”）来供应冷却至周围环境温度以下的预定温度的空气。冷空气可被吹进PT 36内，绕过和/或流过探头组件136、236。例如，图20描绘了一个接头404，接头404用于将冷空气产生器400的出口管408插入至图15和图16的探头组件236的内部。探头组件236的管体254侧面穿孔形成孔隙259并具有开放末端254A以让冷空气流出而与PT 36的内表面36_I接触。

如图21和图22所示，探头组件236的管体254可配置成具有不同的轴向长度对应不同轴向长度的温度探测构造。为了简化图示，在此没有画出温度探头250或非接触式温度传感器800。在短长度配置情形下，管体254的端部可被封闭（例如，端盖258盖在末端254A），使得局部冷却经由孔隙259来实现。在长长度配置情形下，管体254的末端254A可以开放（例如，移除端盖258）以获得大面积压力管冷却。冷空气可通过末端254而不是这些孔隙259提供，或者可以同时通过末端254A和孔隙259两者提供。

如图23所示，用于导引探测组件136、236穿过PT 36的推杆504可包括多段管（例如，四个7英尺长的ABS管）。也可以提供驱动系统500来驱动（经由推杆504）探头组件136、236穿过PT 36。在一个构造中，驱动系统500可包括两个螺纹（例如，3/8-16）驱动杆508，连同相关的支架521和多个夹具516（图24）。在一个基本配置中，探头组件136、236可被手动驱动（手动操作连接至驱动杆508的曲柄520）或通过手持工具驱动，例如无绳钻头。在温度测量之间或者温度探头150、250正在测量PT 36内表面36_I的温度时，探头组件136、236可被驱动以相对稳定的速度通过PT 36。然而，在其它实施例中，探头组件136、236可利用计算机控制的驱动系统500’（包括一个或多个电动马达524）进行驱动以提供可预计和可编程的驱动速度。这样，位置数据可连同温度探头150、250获取的温度数据一起被提供至数据采集系统（DAS）以产生代表PT 36的内表面36_I的温度分布的协调输出。如图25所示，代表温度测量值的信号可经由温度探头导线528并通过GEC接线盒532传递至一台计算机（例如笔记本电脑536），该计算机用于捕获、存储、处理和显示采集到的数据。代表位置数据的信号（例如，来自马达编码器）可被直接或间接通过马达导线540传递回该电脑536。在一些配置中，温度和/或位置数据可实时显示。

通过在CT 32外表面32_E和PT 36内表面36_I之间产生温度梯度并获得PT 36内表面36_I的温度分布，每个环形间隔件48的位置可以被侦测到。在本发明的上述描述的实施例中，这可以通过观测每个环形间隔件48区域的局部温度变化来实现。上述测试设置给出了在特定实验室环境下的确定环形间隔件48位置的几个具体结构和方法，但本发明并不限于这些结构，本发明可以利用多种设备以多种其它方式来实施。温度分布测量可用于侦测环形间隔件48在燃料通道组件中的位置，其也可适应于其它特定工具组件、测试设置及/或用于实验室环境（例如，在将燃料通道组件装配进反应堆之前）、可运行反应堆、已关闭的反应堆或闲置的反应堆的处理。在可运行反应堆或已关闭的反应堆上运用时，CT 32外表面32_E和PT36内表面36_I之间的温度梯度可利用CT 32外侧的热的慢化剂液体来产生，和/或，当燃料40已被移除PT 36时，视情况，利用冷却PT 36的内表面36_I（例如，以上述任何一种方式，或以其它方式）来产生。

在一些实施例中，在此描述和例示的装置和方法侦测到的温度梯度可以利用温度低于PT 36内表面36_I的慢化剂液体来产生。这种慢化剂温度较低的状态可以这样实现：让慢化剂充分冷却（或甚至主动冷却慢化剂）和/或以类似于上述冷却装置的方式来加热PT 36内表面。

应当清楚的是，本发明同时设计了“被动”定位方法和“主动”定位方法。其中，在被动定位方法中，不需要人工热源或散热器来增强PT 36与CT 32之间的温度梯度；而在主动定位方法中，其利用一个单独的热源和/或散热器来产生或增强温度梯度并因而增强了侦测环形间隔件48位置的能力（即，仅在定位环形间隔件48的目的上）。在被动方法中，温度读取（记录）/绘图仪将温度变化绘制到PT 36内表面36_I上以通过局部温度异常（在这个异常位置，PT 36内表面36_I的温度与CT 32外表面32_E的温度最接近，换句话说，具有减小的温度梯度）来确定燃料通道组件的各部件之间的“热泄漏”（heat leak）效果。主动方法可以在执行温度记录/绘制之前，在PT 36内使用连续或特定脉冲“热源”，或连续或特定脉冲“散热器”。与被动方法一样，温度读取（记录）/绘图仪将温度变化绘制到PT 36内表面36_I上以通过局部温度来确定燃料通道组件的各部件之间的“热泄漏”效果。然而，在主动方法中，通过对PT 36内表面36_I进行局部预加热或预冷却，该“热泄漏”被增强了。PT 36与CT 32之间通过环形间隔件48发生接触或几乎接触的位置将出现局部温度梯度，如上所述，该局部温度梯度由例如位于PT 36不同圆周位置（例如，6点钟位置或附近位置）或沿圆周连续分布的一个或多个温度探头150、250（或非接触式温度传感器）侦测到。

应当理解的是，无论内侧和外侧中的哪一侧是热的一侧，应用热测绘（thermal mapping）来定位环形间隔件48的概念都是有效的。换句话说，将PT 36内表面36_I加热至高于CT 32外表面32_E的温度，也可以得到较好的效果。

而且，在此公开的任何热测绘方法都可以辅以监控“热泄漏”区域的超声波测试（UT）（剪切和/或纵向）的速度变化。该超声波速度变化将会是受该局部温度差异影响的结果，而该局部温度差异对应于环形间隔件48与PT 36之间的接触位置。

虽然上述描述是结合核反应堆中燃料通道组件的同轴管之间的环形间隔件的侦测来进行，应当理解的是，本发明可应用于其它应用场合以侦测位于一根管之外的目标的位置（以及能够利用相对于该管的热梯度来进行热探测）。这种目标并不必要环绕该管或者呈环形，也不必要位于同轴管之间的空间。因此，本发明的诸多方面可应用在管道修理和维护、钻井系统以及类似场合。

Claims (29)

1.一种用于在同轴内和外管之间出现温度梯度时侦测所述内和外管之间的环形间隔件位置的装置，其特征在于，所述装置包括：

探头组件，所述探头组件可在所述内管内移动；

至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器连接至所述探头组件并配置成用以侦测所述内管的内表面的温度；

驱动组件，所述驱动组件可操作以相对于所述内管移动所述探头组件；以及

数据采集系统，所述数据采集系统连接至所述至少一个温度传感器并配置成用以接收多个温度测量值以确定沿所述内表面的具有温度异常的至少一个位置，所述温度异常对应减小的温度梯度。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个温度传感器包括多个温度探头，当所述探头组件定位在所述内管内时，所述多个温度探头可定位而与所述内管的内表面接触。

3.如权利要求2所述的装置，其中这些温度探头在第一轴向位置排列成环形阵列。

4.如权利要求3所述的装置，还包括多个第二组温度探头，这些第二组温度探头在第二轴向位置排列成环形阵列。

5.如权利要求2所述的装置，其中这些温度探头沿轴向排列成一排。

6.如权利要求2所述的装置，其中这些温度探头连接至所述探头组件以被沿径向向外的方向偏压。

7.如权利要求1所述的装置，其中还包括主动加热装置和主动冷却装置其中之一，所述主动加热装置和主动冷却装置其中之一配置成用以建立或增强所述内管的内表面和所述外管的外侧之间的热梯度。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述主动冷却装置连接至所述探头组件并配置成用以冷却所述内表面。

9.如权利要求8所述的装置，其中所述主动冷却装置是液体冷却套，所述液体冷却套包括中央支撑轴和一卷用于输送冷的热交换流体的管。

10.如权利要求8所述的装置，其中所述主动冷却装置是冷空气产生器。

11.如权利要求1所述的装置，其中所述驱动组件包括电脑控制的驱动系统。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述驱动组件配置成用以提供位置数据至所述数据采集系统以与所述温度测量值相关联从而形成所述内管的内表面的温度图。

13.如权利要求12所述的装置，还包括显示装置，所述显示装置配置成用以实时显示所述温度图。

14.如权利要求1所述的装置，其中所述探头组件包括具有轮子的定心组件。

15.如权利要求1所述的装置，其中所述驱动组件包括至少一个螺纹杆，所述螺纹杆配置成当转动时，所述螺纹杆沿轴向滑动所述探头组件使之穿过所述内管。

16.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个温度传感器包括非接触式热成像装置。

17.一种用于侦测同轴内和外管之间的环形间隔件位置的方法，所述内和外管之间具有温度梯度，其特征在于，所述方法包括：

插入探头组件至所述内管，所述探头组件包括至少一个温度传感器；

侦测所述内管的内表面上的多个位置的温度；以及

确定沿所述内表面的具有温度异常的至少一个位置，所述温度异常对应减小的温度梯度。

18.如权利要求17所述的方法，其中侦测所述内表面上的多个位置的温度的步骤包括提供多个与所述内表面接触的温度探头。

19.如权利要求18所述的方法，其中侦测所述内表面上的多个位置的温度的步骤包括：

用这些温度探头侦测所述内表面的第一轴向位置的多个温度；

用驱动组件移动这些温度探头至所述内表面的第二轴向位置，所述驱动组件连接至所述探头组件；以及

侦测所述第二轴向位置的多个温度。

20.如权利要求18所述的方法，其中侦测所述内表面上的多个位置的温度的步骤包括：在所述探头组件位于第一位置的情况下，侦测所述内表面的多个沿轴向隔开的位置的温度。

21.如权利要求20所述的方法，还包括移动所述探头组件至第二位置，并侦测所述内表面的多个沿轴向隔开的其它位置的温度。

22.如权利要求17所述的方法，其中侦测所述内表面上的多个位置的温度的步骤包括：用非接触式热成像装置侦测所述温度。

23.如权利要求17所述的方法，还包括使所述内和外管其中之一成为热侧并使所述内和外管其中另一成为冷侧，以及至少主动加热所述热侧或主动冷却所述冷侧以建立或增强所述内和外管之间的热梯度。

24.如权利要求23所述的方法，其中通过将来自冷空气产生器的冷空气吹到所述内表面上来主动冷却所述内表面。

25.如权利要求23所述的方法，其中通过在所述探头组件上提供液体冷却套并让冷的热交换流体流过所述液体冷却套来主动冷却所述内表面。

26.如权利要求17所述的方法，其中通过确定沿所述内表面上的多个位置来侦测所述内和外管之间的多个环形间隔件，每一个这些位置具有对应于减小的温度梯度的温度异常。

27.如权利要求17所述的方法，还包括：

驱动所述探头组件至所述内管内的多个位置；

收集对应所述至少一个温度传感器的位置的位置数据；以及

关联温度数据和位置数据以形成所述内表面的温度图。

28.如权利要求27所述的方法，还包括实时显示所述温度图。

29.一种用于侦测与管相邻的目标位置的装置，所述管具有内表面，其特征在于，所述装置包括：

探头组件，所述探头组件携带至少一个温度探头并可在所述管内轴向移动；

定心组件，所述定心组件连接至所述探头组件，所述定心组件将所述探头组件定位在所述管内的一个位置，其中在这个位置，所述温度探头侦测所述管的内表面的温度；以及

热交换器，所述热交换器连接至所述探头组件并可操作以改变所述管内表面的被所述温度探头侦测的温度。

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