KR101727966B1 - 다중 샘플 커터들을 갖는 원주방향 샘플링 도구 및 샘플들을 얻는 방법 - Google Patents

다중 샘플 커터들을 갖는 원주방향 샘플링 도구 및 샘플들을 얻는 방법 Download PDF

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Abstract

관의 내벽으로부터 샘플들을 얻기 위한 원주방향 샘플링 도구는, 원통형 몸체, 이 원통형 몸체에 배치되는 샤프트, 제1 커터, 이 제1 커터에 경사지게 배치되는 제2 커터, 제3 커터, 이 제3 커터에 경사지게 배치되는 제4 커터를 갖는다. 제1, 제2, 제3 및 제4 커터들은 함께 회전하기 위하여 샤프트에 작동 가능하게 연결된다. 각각의 커터는 관으로부터 샘플들을 얻기 위해서 샤프트의 회전에 따라 퇴축 위치와 연장 위치 사이에서 반경방향으로 이동가능하다. 관의 내벽으로부터 샘플들을 얻기 위한 방법도 개시된다.

Description

다중 샘플 커터들을 갖는 원주방향 샘플링 도구 및 샘플들을 얻는 방법 {CIRCUMFERENTIAL SAMPLING TOOL HAVING MULTIPLE SAMPLE CUTTERS AND METHOD OF OBTAINING SAMPLES}
본 발명은 다중 샘플 커터들을 갖는 원주방향 샘플링 도구 및 그 운용방법에 관한 것이다.
CANDU 반응로와 같은 원자로들의 압력 관들의 사용 수명을 평가하는 한 방법은 관의 주기적 제거를 필요로 한다. 샘플들이 제거된 관으로부터 절단되고 중수소 함량에 대해 분석된다. 그 다음에 중수소 농도는 나머지 압력 관들의 사용 수명의 측정값으로서 사용된다. 이 접근법은 매우 값비싼데 왜냐하면 압력관을 제거하고 교체하는데 긴 정지(shutdown) 기간이 요구되기 때문이다.
(압력관 제거없이) 현장(in situ)에서 샘플링을 제공하려는 시도는 다수의 어려움을 보인다. 유용한 샘플을 얻는 것은 경질의 산화면과, 표면층 아래로부터 샘플 재료를 얻어야 하는 필요성에 의해 어려워진다. 관의 구조적 완전성을 보존하고 치명적인 잔류 응력을 회피하기 위해, 샘플링 깊이가 제어되어야 하고 샘플링된 영역은 모든 축들에서 기하학적 형상이 매끄럽게 변화하게 남겨져야 한다. 또한, 표면 재료 또는 샘플을 제거하는데 사용되는 기술은 과다한 가열을 포함하지 않아야 하는데, 이 가열이 이후의 분석의 결과에 영향을 미치기 때문이다. 다른 문제점은 압력 관에 남겨지는 입자들을 방지하고 분석을 위한 샘플의 회수 (recovery)이다.
그 내용 전체가 참조로서 본원에 포함되는, 1990년 5월 15일자로 허여된, 미국 특허 제 4,925,621 호는 상기 문제점들을 처리하는 압력관 샘플링에 유용한 샘플링 도구를 공개한다. 공개된 샘플링 도구는 압력관 제거가 불필요한 현장 시험을 허용한다. 샘플링 도구는 제거된 재료를 포착하기 위한 수단과 2개의 커터들을 포함한다. 두 커터들 모두를 압력관에서 축선방향으로 이동시켜, 제1 커터가 표면 산화층을 제거하고, 제2 커터가 분석을 위한 샘플을 제거한다. 커터들과 절단 작업은 사용 상태를 유지할 수 있도록 압력관의 완전성을 손상시키는 것을 회피하게 설계된다.
비록 상술한 샘플링 도구가 상기 문제점들을 처리하지만, 이는 압력관의 몇몇 부분들에서 샘플들을 얻는데 비실용적임이 입증된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, CANDU 타입 연료 채널에서, 압력관(10)이 롤 조인트(12; rolled joint)를 사용하여 말단 배관(end fitting; 도시생략)에 결합된다. 상술한 샘플링 도구는 롤 조인트 영역의 원주방향 리플(14; ripple)과 수소/중수소 농도의 높은 축선방향 구배(gradient)로 인해 롤 조인트 영역에서 유용한 샘플들을 얻기 힘들게 한다.
나아가서, 전술된 샘플링 도구는 단일 샘플을 따로따로 회수할 수밖에 없으며, 이는 또 다른 샘플을 얻을 수 있기 전에 샘플(그리고 산화층의 일부분)을 회수하도록 관으로부터 샘플링 도구가 제거되어야 할 필요가 있다는 것을 의미한다. 이것은 압력관으로부터 다중 샘플들을 얻는데 많은 시간을 소모하게 한다.
명칭이 "개선된 압력관 샘플링 도구들"이고 저자가 K. Wittich와 J. King인 회의 논문이 2000년 11월, 5차 국제 CANDU 유지보수 회의에 제출되었고 역시 샘플링 도구들을 개시한다. 명칭이 "압력관 롤 조인트 샘플링(원주방향 샘플링 도구 기술)"이고 저자가 B. Guler, J. King과, R. Wray인 회의 논문이 2005년 11월, 7차 국제 CANDU 유지보수 회의에 제출되었고 역시 샘플링 도구들을 개시한다. 두 논문 모두 캐나다 원자력 학회에 의해 발간되었다.
그러므로, 위에 식별된 문제점들 중 적어도 일부와 종래기술에 나타나는 불편함 중 적어도 일부를 처리하는 샘플링 도구 및 샘플 채집방법에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 목적은 관의 내벽의 일부분을 따라 원주방향으로 움직이는 2개의 커터들의 적어도 2개의 세트들을 갖는 샘플링 도구를 제공하는 것이다. 각각의 세트에 있어서, 제1 커터는 관의 내벽의 일부분을 제거하고, 제2 커터는 관의 내벽의 상기 일부분을 제거하여 드러난 관의 위치로부터 관의 내벽으로부터 샘플을 제거한다.
본 발명의 다른 목적은 각각의 세트의 커터들을 선택적으로 결합하기 위한 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 도구를 이용하여 관으로부터 샘플들을 얻기 위한 방법을 제공하는 것이다.
하나의 양상에서, 본 발명은 관의 내벽으로부터 샘플들을 얻기 위한 원주방향 샘플링 도구를 제공한다. 이 도구는, 중심축을 갖는 원통형 몸체, 중심축을 따라 원통형 몸체에 배치되는 샤프트(shaft), 이 샤프트를 회전시키기 위하여 샤프트에 작동가능하게 연결되는 모터, 원통형 몸체 내의 제1 개구(aperture), 샤프트에 의해 선택적으로 결합되는 제1 커터 조립체, 원통형 몸체 내의 제2 개구, 샤프트에 의해 선택적으로 결합되는 제2 커터 조립체, 및 제1 커터 조립체와 제2 커터 조립체를 선택적으로 결합하기 위하여 샤프트에 작동가능하게 연결되는 샤프트 액츄에이터를 갖는다. 제1 커터 조립체는, 함께 회전하도록 샤프트에 선택적으로 작동가능하게 연결되는 제1 커터, 이 제1 커터에 작동가능하게 연결되는 제1 액츄에이터, 함께 회전하도록 샤프트에 선택적으로 작동가능하게 연결되고 제1 커터에 대해 경사지게 배치되는 제2 커터, 및 이 제2 커터에 작동가능하게 연결되는 제2 액츄에이터를 포함한다. 제1 커터는, 이 제1 커터가 원통형 몸체 내에 배치되는 퇴축 위치(retracted position)와 제1 커터가 제1 개구를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 연장 위치(extended position) 사이에서 반경방향으로 움직일 수 있다. 제1 액츄에이터는, 샤프트가 제1 커터 조립체와 결합될 때 샤프트가 회전함에 따라, 퇴축 위치와 연장 위치 사이에서 제1 커터를 움직인다. 제2 커터는, 이 제2 커터가 원통형 몸체 내에 배치되는 퇴축 위치와 제2 커터가 제1 개구를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 연장 위치 사이에서 반경방향으로 움직일 수 있다. 제2 액츄에이터는, 샤프트가 제1 커터 조립체와 결합될 때 샤프트가 회전함에 따라, 퇴축 위치와 연장 위치 사이에서 제2 커터를 움직인다. 제1 커터가 연장 위치에 있을 때 제2 커터는 퇴축 위치에 있으며, 제2 커터가 연장 위치에 있을 때 제1 커터는 퇴축 위치에 있다. 제2 커터 조립체는, 함께 회전하도록 샤프트에 선택적으로 작동가능하게 연결되는 제3 커터, 이 제3 커터에 작동가능하게 연결되는 제3 액츄에이터, 함께 회전하도록 샤프트에 선택적으로 작동가능하게 연결되고 제3 커터에 대해 경사지게 배치되는 제4 커터, 및 이 제4 커터에 작동가능하게 연결되는 제4 액츄에이터를 포함한다. 제3 커터는, 이 제3 커터가 원통형 몸체 내에 배치되는 퇴축 위치와 제3 커터가 제2 개구를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 연장 위치 사이에서 반경방향으로 움직일 수 있다. 제3 액츄에이터는, 샤프트가 제2 커터 조립체와 결합될 때 샤프트가 회전함에 따라, 퇴축 위치와 연장 위치 사이에서 제3 커터를 움직인다. 제4 커터는, 이 제4 커터가 원통형 몸체 내에 배치되는 퇴축 위치와 제4 커터가 제2 개구를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 연장 위치 사이에서 반경방향으로 움직일 수 있다. 제4 액츄에이터는, 샤프트가 제2 커터 조립체와 결합될 때 샤프트가 회전함에 따라, 퇴축 위치와 연장 위치 사이에서 제4 커터를 움직인다. 제3 커터가 연장 위치에 있을 때 제4 커터는 퇴축 위치에 있다. 제4 커터가 연장 위치에 있을 때 제3 커터는 퇴축 위치에 있다. 샤프트 액츄에이터가 샤프트를 제1 커터 조립체와 결합시킬 때, 모터를 이용한 샤프트의 회전은 제1 커터가 연장 위치로 가게 하여 관의 내벽의 일부분을 자른 다음에 제2 커터가 연장 위치로 가게 하여 관의 내벽의 상기 일부분을 절단함으로써 드러난 관의 위치로부터 관의 내벽으로부터 제1 샘플을 절단하게 한다. 샤프트 액츄에이터가 샤프트를 제2 커터 조립체와 결합시킬 때, 모터를 이용한 샤프트의 회전은 제3 커터가 연장 위치로 가게 하여 관의 내벽의 다른 부분을 자른 다음에 제4 커터가 연장 위치로 가게 하여 관의 내벽의 상기 다른 부분을 절단함으로써 드러난 관의 위치로부터 관의 내벽으로부터 제2 샘플을 절단하게 한다.
추가 양상에서, 샤프트 액츄에이터는 중심축을 따라 샤프트를 움직인다.
또 다른 양상에서, 샤프트 액츄에이터는 샤프트와 함께 모터를 움직인다.
추가 양상에서, 모터는 구동 하우징 내측에 배치되고 샤프트 액츄에이터는 이 구동 하우징을 움직인다.
또 다른 양상에서, 샤프트 액츄에이터가 제1 커터 조립체와 샤프트를 결합시킬 때, 모터는 제1 방향으로 샤프트를 회전시키고, 샤프트 액츄에이터가 제2 커터 조립체와 샤프트를 결합시킬 때, 모터는 상기 제1 방향으로 샤프트를 회전시킨다.
추가 양상에서, 샤프트 액츄에이터는 인덱싱 모터(indexing motor)와 인덱싱 리드 스크류(indexing lead screw)를 포함한다. 인덱싱 리드 스크류는 원통형 몸체에 연결되는 인덱싱 리드 스크류 너트 내에 수용된다. 인덱싱 모터로 인덱싱 리드 스크류를 회전시키는 것은 중심축을 따라 샤프트를 움직이게 한다.
또 다른 양상에서, 제1 커터는 제2 커터보다 넓고 제3 커터는 제4 커터보다 넓다.
추가 양상에서, 샤프트가 회전함에 따라 연장 위치의 제1 커터에 의해 형성되는 원호(arc)는 샤프트가 회전함에 따라 연장 위치의 제2 커터에 의해 형성되는 원호보다 길고, 샤프트가 회전함에 따라 연장 위치의 제3 커터에 의해 형성되는 원호는 샤프트가 회전함에 따라 연장 위치의 제4 커터에 의해 형성되는 원호보다 길다.
또 다른 양상에서, 제1 리셉터클(receptacle)은 제1 커터에 의해 잘린 관의 내벽의 일부분을 수용하기 위하여 제1 커터에 연결되어 있고, 제2 리셉터클은 제2 커터에 의해 잘린 제1 샘플을 수용하기 위하여 제2 커터에 연결되어 있고, 제3 리셉터클은 제3 커터에 의해 잘린 관의 내벽의 다른 부분을 수용하기 위하여 제3 커터에 연결되어 있고, 제4 리셉터클은 제4 커터에 의해 잘린 제2 샘플을 수용하기 위하여 제4 커터에 연결되어 있다.
추가 양상에서, 본 발명은 관의 내벽으로부터 샘플들을 얻는 방법을 제공한다. 본 방법은: 내벽에 대하여 제1 커터를 움직이는 단계; 내벽의 원주방향을 따라 원호형상으로 제1 커터를 움직여 관의 내벽의 일부분을 잘라내는 단계; 관의 내벽으로부터 이격되도록 제1 커터를 움직이는 단계; 관의 내벽의 일부분을 자름으로써 드러난 관의 제1 표면에 대하여 제2 커터를 움직이는 단계; 제1 표면을 따라 원호형상으로 제2 커터를 움직여 제1 샘플을 잘라내는 단계; 제1 표면으로부터 이격되도록 제2 커터를 움직이는 단계; 내벽에 대하여 제3 커터를 움직이는 단계; 내벽의 원주방향을 따라 원호형상으로 제3 커터를 움직여 관의 내벽의 다른 부분을 잘라내는 단계; 관의 내벽으로부터 이격되도록 제3 커터를 움직이는 단계; 관의 내벽의 다른 부분을 자름으로써 드러난 관의 제2 표면에 대하여 제4 커터를 움직이는 단계; 제2 표면을 따라 원호형상으로 제4 커터를 움직여 제2 샘플을 잘라내는 단계; 제2 표면으로부터 이격되도록 제4 커터를 움직이는 단계; 를 포함한다.
추가 양상에서, 또한 본 발명은: 제1 및 제2 커터들을 포함하는 제1 커터 조립체를 샤프트와 결합하는 단계; 그리고 제3 및 제4 커터들을 포함하는 제2 커터 조립체를 샤프트와 결합하는 단계; 를 포함한다. 제1 및 제2 커터들을 이동시키는 단계는 제1 커터 조립체와 결합된 샤프트를 회전시키는 단계를 포함한다. 제3 및 제4 커터들을 이동시키는 단계는 제2 커터 조립체와 결합된 샤프트를 회전시키는 단계를 포함한다.
또 다른 양상에서, 또한 본 발명은: 제1 리셉터클에 관의 내벽의 잘린 일부분을 수용하는 단계; 제2 리셉터클에 제1 샘플을 수용하는 단계; 제3 리셉터클에 관의 내벽의 잘린 다른 부분을 수용하는 단계; 그리고 제4 리셉터클에 제2 샘플을 수용하는 단계; 를 포함한다.
추가 양상에서, 관의 내벽의 잘린 일부분은 산화층의 적어도 일부를 포함하고, 관의 내벽의 잘린 다른 부분은 산화층의 적어도 일부를 포함한다.
또 다른 양상에서, 본 발명은 관의 내벽으로부터 샘플들을 얻기 위한 원주방향 샘플링 도구를 제공한다. 이 도구는, 중심축을 갖는 원통형 몸체, 이 원통형 몸체 내의 개구, 중심축을 따라 원통형 몸체에 배치되는 샤프트, 함께 회전하도록 샤프트에 작동가능하게 연결되는 제1 커터, 이 제1 커터에 작동가능하게 연결되는 제1 액츄에이터, 함께 회전하도록 샤프트에 작동가능하게 연결되고 제1 커터에 대해 경사지게 배치되는 제2 커터, 이 제2 커터에 작동가능하게 연결되는 제2 액츄에이터, 함께 회전하도록 샤프트에 작동가능하게 연결되고 제1 및 제2 커터들에 대해 경사지게 배치되는 제3 커터, 이 제3 커터에 작동가능하게 연결되는 제3 액츄에이터, 함께 회전하도록 샤프트에 작동가능하게 연결되고 제1 커터, 제2 커터 및 제3 커터에 대해 경사지게 배치되는 제4 커터, 및 이 제4 커터에 작동가능하게 연결되는 제4 액츄에이터를 포함한다. 제1 액츄에이터는, 샤프트가 회전함에 따라, 퇴축 위치와 연장 위치 사이에서 제1 커터를 움직인다. 제2 커터는, 이 제2 커터가 원통형 몸체 내에 배치되는 퇴축 위치와 제2 커터가 개구를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 연장 위치 사이에서 반경방향으로 움직일 수 있다. 제2 액츄에이터는, 샤프트가 회전함에 따라, 퇴축 위치와 연장 위치 사이에서 제2 커터를 움직인다. 제3 커터는, 이 제3 커터가 원통형 몸체 내에 배치되는 퇴축 위치와 제3 커터가 개구를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 연장 위치 사이에서 반경방향으로 움직일 수 있다. 제3 액츄에이터는, 샤프트가 회전함에 따라, 퇴축 위치와 연장 위치 사이에서 제3 커터를 움직인다. 제4 커터는, 이 제4 커터가 원통형 몸체 내에 배치되는 퇴축 위치와 제4 커터가 개구를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 연장 위치 사이에서 반경방향으로 움직일 수 있다. 제4 액츄에이터는, 샤프트가 회전함에 따라, 퇴축 위치와 연장 위치 사이에서 제4 커터를 움직인다. 제1 커터가 연장 위치에 있을 때, 제2 커터, 제3 커터 및 제4 커터는 각각 퇴축 위치에 있다. 제2 커터가 연장 위치에 있을 때, 제1 커터, 제3 커터 및 제4 커터는 각각 퇴축 위치에 있다. 제3 커터가 연장 위치에 있을 때, 제1 커터, 제2 커터 및 제4 커터는 각각 퇴축 위치에 있다. 제4 커터가 연장 위치에 있을 때, 제1 커터, 제2 커터 및 제3 커터는 각각 퇴축 위치에 있다. 샤프트의 회전은 제1 커터가 연장 위치로 가게 하여 관의 내벽의 일부분을 자른 다음에 제2 커터가 연장 위치로 가게 하여 관의 내벽의 상기 일부분을 절단함으로써 드러난 관의 위치로부터 관의 내벽으로부터 제1 샘플을 절단하게 한다. 관 내에 상기 도구를 재위치시킨 후, 샤프트의 회전은 제3 커터가 연장 위치로 가게 하여 관의 내벽의 다른 부분을 자른 다음에 제4 커터가 연장 위치로 가게 하여 관의 내벽의 상기 다른 부분을 절단함으로써 드러난 관의 위치로부터 관의 내벽으로부터 제2 샘플을 절단하게 한다.
또 다른 양상에서, 제2 커터는 제1 커터에 수직으로 배치되고, 제3 커터는 제2 커터에 수직으로 배치되고, 제4 커터는 제3 커터에 수직으로 배치되고, 제1 커터는 제4 커터에 수직으로 배치된다. 제1 커터는 제3 커터에 반대로 배치되고, 제2 커터는 제4 커터에 반대로 배치된다.
추가 양상에서, 구동 모터는 원통형 몸체 내에 배치되고 샤프트를 회전시키기 위하여 샤프트에 작동가능하게 연결된다.
또 다른 양상에서, 제1 액츄에이터는 중심축에 대해 일반적으로 평행하게 배치되는 제1 구동 바(actuation bar)를 포함한다. 제1 구동 바는 그 제1 단부에서 제1 롤러를 갖고, 그 제2 단부에서 제2 롤러를 갖고, 그 제1 및 제2 단부들 사이에서 적어도 하나의 제3 롤러를 갖는다. 제2 액츄에이터는 중심축에 대해 일반적으로 평행하게 배치되는 제2 구동 바를 포함한다. 제2 구동 바는 그 제1 단부에서 제4 롤러를 갖고, 그 제2 단부에서 제5 롤러를 갖고, 그 제1 및 제2 단부들 사이에서 적어도 하나의 제6 롤러를 갖는다. 제3 액츄에이터는 중심축에 대해 일반적으로 평행하게 배치되는 제3 구동 바를 포함한다. 제3 구동 바는 그 제1 단부에서 제7 롤러를 갖고, 그 제2 단부에서 제8 롤러를 갖고, 그 제1 및 제2 단부들 사이에서 적어도 하나의 제9 롤러를 갖는다. 제4 액츄에이터는 중심축에 대해 일반적으로 평행하게 배치되는 제4 구동 바를 포함한다. 제4 구동 바는 그 제1 단부에서 제10 롤러를 갖고, 그 제2 단부에서 제11 롤러를 갖고, 그 제1 및 제2 단부들 사이에서 적어도 하나의 제12 롤러를 갖는다. 연장 경사부(extension ramp)는 원통형 몸체에 연결된다. 연장 경사부는 제1, 제2, 제3 및 제4 커터들을 향하여 중심축에 대해 일반적으로 평행하게 연장된다. 연장 경사부는 중심축 주위에서 원호를 형성한다. 퇴축 경사부(retraction ramp)는 원통형 몸체에 연결된다. 퇴축 경사부는 연장 경사부와 제1, 제2, 제3 및 제4 커터들을 향하여 중심축에 대해 일반적으로 평행하게 연장된다. 퇴축 경사부는 중심축 주위에서 원호를 형성한다. 제1 홀더는 제1 커터에 연결된다. 제1 홀더는 중심축에 대해 경사지게 내부에 형성되는 적어도 하나의 슬롯을 갖는다. 제1 홀더의 적어도 하나의 슬롯은 내부에 적어도 하나의 제3 롤러를 수용한다. 제2 홀더는 제2 커터에 연결된다. 제2 홀더는 중심축에 대해 경사지게 내부에 형성되는 적어도 하나의 슬롯을 갖는다. 제2 홀더의 적어도 하나의 슬롯은 내부에 적어도 하나의 제6 롤러를 수용한다. 제3 홀더는 제3 커터에 연결된다. 제3 홀더는 중심축에 대해 경사지게 내부에 형성되는 적어도 하나의 슬롯을 갖는다. 제3 홀더의 적어도 하나의 슬롯은 내부에 적어도 하나의 제9 롤러를 수용한다. 제4 홀더는 제4 커터에 연결된다. 제4 홀더는 중심축에 대해 경사지게 내부에 형성되는 적어도 하나의 슬롯을 갖는다. 제4 홀더의 적어도 하나의 슬롯은 내부에 적어도 하나의 제12 롤러를 수용한다. 제1, 제2, 제3 및 제4 커터들은 중심축에 대해 평행한 방향으로 연장 경사부와 퇴축 경사부 사이에 배치된다. 제1 롤러가 연장 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 제3 롤러는 제1 홀더의 적어도 하나의 슬롯 내에서 움직여, 제1 홀더가 중심축으로부터 이격되도록 반경방향으로 움직이게 하여 제1 커터가 연장 위치로 가게 한다. 제2 롤러가 퇴축 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 제3 롤러는 제1 홀더의 적어도 하나의 슬롯 내에서 움직여, 제1 홀더가 중심축을 향하여 반경방향으로 움직이게 하여 제1 커터가 퇴축 위치로 가게 한다. 제4 롤러가 연장 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 제6 롤러는 제2 홀더의 적어도 하나의 슬롯 내에서 움직여, 제2 홀더가 중심축으로부터 이격되도록 반경방향으로 움직이게 하여 제2 커터가 연장 위치로 가게 한다. 제5 롤러가 퇴축 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 제6 롤러는 제2 홀더의 적어도 하나의 슬롯 내에서 움직여, 제2 홀더가 중심축을 향하여 반경방향으로 움직이게 하여 제2 커터가 퇴축 위치로 가게 한다. 제7 롤러가 연장 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 제9 롤러는 제3 홀더의 적어도 하나의 슬롯 내에서 움직여, 제3 홀더가 중심축으로부터 이격되도록 반경방향으로 움직이게 하여 제3 커터가 연장 위치로 가게 한다. 제8 롤러가 퇴축 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 제9 롤러는 제3 홀더의 적어도 하나의 슬롯 내에서 움직여, 제3 홀더가 중심축을 향하여 반경방향으로 움직이게 하여 제3 커터가 퇴축 위치로 가게 한다. 제10 롤러가 연장 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 제12 롤러는 제4 홀더의 적어도 하나의 슬롯 내에서 움직여, 제4 홀더가 중심축으로부터 이격되도록 반경방향으로 움직이게 하여 제4 커터가 연장 위치로 가게 한다. 제10 롤러가 퇴축 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 제12 롤러는 제4 홀더의 적어도 하나의 슬롯 내에서 움직여, 제4 홀더가 중심축을 향하여 반경방향으로 움직이게 하여 제4 커터가 퇴축 위치로 가게 한다.
추가 양상에서, 적어도 하나의 스프링은 제1 커터가 연장 위치에 있을 때 관의 내벽에 대해 제1 커터를 편향시키기(biasing) 위하여 제1 커터에 연결되고, 적어도 하나의 스프링은 제2 커터가 연장 위치에 있을 때 관의 내벽에 대해 제2 커터를 편향시키기 위하여 제2 커터에 연결되고, 적어도 하나의 스프링은 제3 커터가 연장 위치에 있을 때 관의 내벽에 대해 제3 커터를 편향시키기 위하여 제3 커터에 연결되고, 적어도 하나의 스프링은 제4 커터가 연장 위치에 있을 때 관의 내벽에 대해 제4 커터를 편향시키기 위하여 제4 커터에 연결된다.
또 다른 양상에서, 제1 커터는 제2 커터보다 넓고 제3 커터는 제4 커터보다 넓다.
추가 양상에서, 샤프트가 회전함에 따라 연장 위치의 제1 커터에 의해 형성되는 원호는 샤프트가 회전함에 따라 연장 위치의 제2 커터에 의해 형성되는 원호보다 길고, 샤프트가 회전함에 따라 연장 위치의 제3 커터에 의해 형성되는 원호는 샤프트가 회전함에 따라 연장 위치의 제4 커터에 의해 형성되는 원호보다 길다.
본 발명의 실시예들은 상술한 목적들 및/또는 특징들 중 하나 이상을 각각 갖지만, 이들 모두를 반드시 가지는 것은 아니다. 상술한 목적들을 달성하고자 시도하여 얻어진 본 발명의 몇몇 특징들은 이러한 목적들을 만족하지 않을 수 있고 및/또는 본원에서 상세히 언급하는 다른 목적들을 만족하지 않을 수 있음을 알아야 한다.
본 발명의 추가적인 및/또는 대안적인 특성들, 특징들, 및 장점들은 하기의 설명, 동봉한 도면들, 및 첨부한 청구범위로부터 명백해진다.
본 발명, 뿐만 아니라 그 다른 양상들 및 또 다른 특징들의 보다 나은 이해를 위해, 첨부 도면들과 연계하여 사용되는 하기의 설명을 참조한다.
도 1은 롤 조인트 영역을 나타내는 압력관의 일부분의 단면도이다.
도 2는 원주방향 샘플링 도구의 사시도이다.
도 3은 양 커터 조립체들이 구동 모듈로부터 분리된 상태로 도 2의 선 A-A를 따라 취해진 도 2의 원주방향 샘플링 도구의 단면도이다.
도 4는 커터 조립체들 중 하나가 구동 모듈과 결합된 상태로 도 2의 선 A-A를 따라 취해진 도 2의 원주방향 샘플링 도구의 단면도이다.
도 5는 커터 조립체들 중 다른 하나가 구동 모듈과 결합된 상태로 도 2의 선 A-A를 따라 취해진 도 2의 원주방향 샘플링 도구의 단면도이다.
도 6은 구동 모듈을 나타내는 도 2의 선 B-B를 따라 취해진 도 2의 원주방향 샘플링 도구의 단면도이다.
도 7은 도 2의 선 C-C를 따라 취해진 도 2의 원주방향 샘플링 도구의 단면도이다.
도 8은 도 7의 선 D-D를 따라 취해진 도 2의 원주방향 샘플링 도구의 단면도이다.
도 9는 도 2의 원주방향 샘플링 도구의 연장 경사부의 단부 도면이다.
도 10은 도 9의 연장 경사부의 측면도이다.
도 11은 도 2의 원주방향 샘플링 도구의 퇴축 경사부의 단부 도면이다.
도 12는 도 11의 퇴축 경사부의 측면도이다.
도 13은 샘플이 도 2의 원주방향 샘플링 도구를 사용하여 얻어진 압력관의 일부분의 단면도이다.
본 발명의 원주방향 샘플링 도구가 중수소 함량에 대해 분석될 원자로들의 압력관들로부터 샘플들을 얻기 위해 사용되는 것으로 설명된다. 그러나 원주방향 샘플링 도구는 다른 타입들의 관들 또는 궁형(arcuate) 표면들로부터 다른 타입들의 샘플들을 채집하는데 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
도 2에서, 원주방향 샘플링 도구(20)의 일 실시예가 설명된다. 도구(20)는 중심축(22)을 갖는 원통형 몸체(21)를 갖는다. 도구(20)는 3개의 메인 섹션들, 즉 캐리지(carriage) 모듈(23), 구동 모듈(24), 및 유압 조절기 모듈(25)을 갖는다. 캐리지 모듈(23), 구동 모듈(24), 및 유압 조절기 모듈(25)은 가요성 조인트(26)들을 통하여 연결되어 있다. 조인트(26)들은 도구(20)가 결속됨 없이 늘어진 압력관을 통하여 이동할 수 있도록 한다. 도면들에 도시된 원통형 몸체(21)의 중심축(22)은 동축상인 각각의 모듈(23, 24, 25)들의 중심축들로 야기되는 축에 상응한다는 것을 알 수 있을 것이다. 원통형 몸체(21)는 도구(20)가 압력관 내에 배치될 때 도구(20)를 지지하기 위한 다수의 베어링 패드(27; bearing pad)들을 갖는다. 베어링 패드(27)들은 유압 조절기 모듈(25) 내에 수용된 유압 조절기(도시생략)를 갖는 유압 시스템에 의해 유압적으로 작동된다. 개구(28 및 29)들은 캐리지 모듈(23) 내에 형성된다. 하기에 상술하는 커터 조립체(30 및 31)들은 개구(28 및 29)들과 각각 종방향 정렬되어 캐리지 모듈(23) 내에 배치된다. 커터 조립체(30)는 캐리지(32)에 의해 유지된다. 캐리지(32)는 스플라인 커플러(34; splined coupler)를 통하여 구동 샤프트(36)에 선택적으로 연결된다. 마찬가지로, 커터 조립체(31)는 캐리지(33)에 의해 유지된다. 캐리지(33)는 스플라인 커플러(35)를 통하여 구동 샤프트(36)에 선택적으로 연결된다. 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 캐리지(32, 33)들은 그 스플라인 커플러(34, 35)들이 서로 마주하도록 캐이지 모듈(23) 내에 배치된다. 구동 샤프트(36)는, 이하에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 구동 모듈(24) 내에 배치되는 전기 구동 모터(38)에 작동가능하게 연결된다. 전기 구동 모터(38)는 이하에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 커터 조립체(30 및 31)들을 선택적으로 회전시키기 위해 사용된다. 전기 모터(38)는 바람직하게는, DC 모터이지만, 다른 타입들의 모터들이 고려될 수 있다.
원주방향 샘플링 도구(20)는 원주방향 샘플링 시스템의 일부이고, 그 특성들 중 일부가 간략하게 설명된다. 도구(20)는 압력관에서 도구(20)의 정확한 축선방향 및 각도 위치결정을 허용하는 위치결정 시스템에 연결된다. 도구(20)가 압력관 내에서 밀리지 않을 때 차폐 슬리브(shielding sleeve)는 도구(20) 상에 배치되어, 개구(28)를 닫는다. 도구(20), 위치결정 시스템, 및 차폐 슬리브는 지지 카트(support cart) 상에 배치되고, 바람직하게는 카트의 위치결정을 용이하게 하도록 휠(wheel)을 갖는다.
각각의 커터 조립체(30 및 31)들은 2개의 샘플들을 채집할 수 있다. (롤 조인트 영역을 포함하는) 압력관의 내벽으로부터 샘플을 얻기 위해, 카트는 먼저 비어 있는 관의 개방된 단부 근처의 위치에서 구른다. 관의 개방된 단부는 그 위에 배치된 말단 배관(end fitting)을 갖는다. 그 다음에 차폐 슬리브가 말단 배관에 연결된다. 위치결정 시스템은 샘플이 관 안에서 채집되는 각도 및 축선방향 위치를 설정하는데 사용된다. 하기에 제공되는 커터 조립체(30, 31)들의 설명으로부터 이해할 수 있듯이, 커터 조립체(30, 31)들은 샘플을 채집하는데 중력을 사용하므로, 샘플이 일반적으로 관의 상반부로부터(즉, 9시 및 3시 방향 위치들 사이에서) 채집된다. 그 다음에 도구(20)는 커터 조립체(30)가 샘플이 채집되는 위치와 정렬되도록 관 내에서 가압된다. 도구(20)는 이 위치에 고정되고 베어링 패드(26)들이 관의 내벽에 대해 가압됨으로써 도구(20)를 제 위치에 유지하도록 작동된다. 그 다음에 구동 샤프트(36)는, 이하에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 구동 샤프트(36)의 스플라인부(40)가 도 3에 도시된 바와 같이 2개의 커플러(34, 35)들 사이에 배치되는 분리 위치로부터 도 5에 도시된 바와 같이 커플러(34)와 결합하는 위치까지 움직이도록, 축선방향으로 움직인다. 그 다음에 구동 모터(38)가 작동되어, 커터 조립체(30)를 중심축(22) 둘레에서 회전하게 한다. 회전할 때, 커터 조립체는 그 원주 방향에서 관의 내벽의 일부분을 절단하여, 샘플을 얻는다. 이 단계에 관한 추가 세부사항은 커터 조립체(30)를 설명할 때 하기에 제공된다. 그 다음에 도구(20)는 잠금해제되고, 베어링 패드(26)들이 해제된다.
그 다음에 도구(20)는, 커터 조립체(30)가 제2 샘플이 채집될 위치와 정렬되도록 (각도방향 및/또는 축선방향으로) 관 내에서 움직인다. 도구(20)는 이 위치에 고정되고 베어링 패드(27)들이 작동된다. 그 다음에 구동 모터(38)가 작동되어, 커터 조립체(30)를 중심축(22) 둘레에서 회전하게 하여, 제2 샘플을 얻는다. 그 다음에 도구(20)는 잠금해제되고, 베어링 패드(27)들이 해제된다.
그 다음에 도구(20)는, 커터 조립체(31)가 제3 샘플이 채집될 위치와 정렬되도록 (각도방향 및/또는 축선방향으로) 관 내에서 움직인다. 도구(20)는 이 위치에 고정되고 베어링 패드(27)들이 작동된다. 그 다음에 구동 샤프트(36)는, 구동 샤프트(36)의 스플라인부(40)가 커플러(34)와 결합하는 위치로부터 도 4에 도시된 바와 같이 커플러(35)와 결합하는 위치까지 움직이도록, 축선방향으로 움직인다. 그 다음에 구동 모터(38)가 작동되어, 커터 조립체(30)가 회전되는 방향으로 커터 조립체(31)를 중심축(22) 둘레에서 회전하게 하여, 제3 샘플을 얻는다. 그 다음에 도구(20)는 잠금해제되고, 베어링 패드(27)들이 해제된다.
도구(20)가 재위치되는 동안 구동 샤프트(36)가 커터 조립체(30, 31)들과 결합하지 않도록 각 샘플이 얻어진 이후에, 본 경우에서와 같이, 구동 샤프트(36)의 스플라인부(40)가 커플러(34 또는 35)로부터 결합해제될 수 있다는 것을 생각해 볼 수 있다.
그 다음에 도구(20)는, 커터 조립체(31)가 제4 샘플이 채집될 위치와 정렬되도록 (각도방향 및/또는 축선방향으로) 관 내에서 움직인다. 도구(20)는 이 위치에 고정되고 베어링 패드(27)들이 작동된다. 그 다음에 구동 모터(38)가 작동되어, 커터 조립체(31)를 중심축(22) 둘레에서 회전하게 하여, 제4 샘플을 얻는다. 그 다음에 도구(20)는 잠금해제되고, 베어링 패드(27)들이 해제된다.
커터 조립체(30, 31)들이 샘플들을 채집하기 위해 사용되는 순서는 상기에 설명된 것들과 상이할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 커터 조립체(31)는 제1 및 제4 샘플들을 채집하기 위해 사용될 수 있고, 커터 조립체(30)는 제2 및 제3 샘플들을 채집하기 위해 사용될 수 있다. 또한 4개의 샘플들보다 적게 채집될 수 있음도 알 수 있을 것이다.
일단 모든 샘플들이 채집되면, 도구(20)는 차폐 슬리브 내로 퇴축된다. 그 다음에 커터 조립체(30, 31) 내에 수용된 샘플들은 카트 내에 수용된 플라스크들로 전달된다. 그 다음에 차폐 슬리브는 말단 배관으로부터 분리되고 카트는 압력관으로부터 이격되도록 구른다. 마지막으로, 샘플들을 수용하는 플라스크들이 회수된다. 상기 단계들은 샘플들을 얻기 위해 압력관 내에서 도구(20)를 움직이는 하나의 가능한 방법에 관한 것이다. 도구(20)를 움직이는 다른 방법들이 가능하며 고려될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 7 및 8을 참조하여, 커터 조립체(30)가 설명된다. 커터 조립체(31)는 커터 조립체(30)와 동일하므로, 편의상 설명되지 않는다. 그렇지만, 커터 조립체(31)의 적어도 일부는 커터 조립체(30)와 상이할 수 있음을 생각해 볼 수 있다. 예를 들어, 커터 조립체(31)는 더욱 넓고 및/또는 더욱 깊은 절취부를 제공하도록 수정될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 커터 조립체(30)는 2개의 산화물 커터(50A, 50B)들과 2개의 샘플 커터(52A, 52B)들을 갖는다. 2개의 산화물 커터(50A, 50B)들은 서로 반대로 배치된다. 유사하게 2개의 샘플 커터(52A, 52B)들은 서로 반대로 배치된다. 샘플 커터(52A, 52B)들은 산화물 커터(50A, 50B)들에 수직으로 배치된다. 산화물 커터(50A, 50B)들과 샘플 커터(52A, 52B)들은 서로 다른 각도들로 배치될 수 있음을 생각해 볼 수 있다. 커터 조립체(30)(및 커터 조립체(31))는 하나의 산화물 커터와 하나의 샘플 커터만을 가질 수 있음을 생각해 볼 수 있다. 산화물 커터(50A, 50B)들과 샘플 커터(52A, 52B)들은 바람직하게는 카바이드(carbide)로 만들어진다. 산화물 커터(50A, 50B)들은 아래에 추가로 설명하는 이유로 그 상응하는 샘플 커터(52A, 52B)들보다 넓다.
산화물 커터(50A)는 산화물 커터 카트리지(56A)에 조임 나사(54A; threaded fastener)에 의해 연결된다. 칩 클립(58A; chip clip)은 산화물 커터 카트리지(56A)에 연결되어 있다. 칩 클립(58A)은, 후술하는 바와 같이, 산화물 커터(50A), 산화물 커터 카트리지(56A), 및 칩 클립(58A) 사이에 형성된 리셉터클(60A) 내에서 산화물 커터(50A)에 의해 절단되는 관의 부분을 유지한다. 산화물 커터 카트리지(56A)는 총검(bayonnet)-타입 장착부(62A; mount)에 의해 산화물 카트리지 홀더(64A)에 연결된다.
유사하게, 샘플 커터(52A)는 조임 나사(66A)에 의해 샘플 커터 카트리지(68A)에 연결된다. 칩 클립(70A)이 샘플 커터 카트리지(68A)에 연결된다. 칩 클립(70A)은, 후술하는 바와 같이, 샘플 커터(52A), 샘플 커터 카트리지(68A), 및 칩 클립(70A) 사이에 형성된 리셉터클(72A) 내의 샘플 커터(52A)에 의해 절단되는 샘플을 유지한다. 샘플 커터 카트리지(68A)는 총검-타입 장착부(74A)에 의해 샘플 카트리지 홀더(76A)에 연결된다.
커터(50B 및 52B)들은 상응하는 커터 카트리지들과 카트리지 홀더들에 연결되고 커터(50A 및 52A)들과 같이 상응하는 칩 클립, 리셉터클, 및 나사들을 갖는다. 그러므로, 편의상 이러한 요소들은 커터(50A 및 52A)들의 그것들과 동일한 부재번호에 접미사 B를 추가하여 표기하고, 상세히 다시 설명하지 않는다.
각각의 커터(50A, 50B, 52A, 52B)들은 커터가 원통형 몸체(21) 내에 배치되는 퇴축 위치와 커터가 관의 내벽을 자르기 위해 개구(28)를 통해 부분적으로 연장하는 연장 위치 사이에서 반경방향으로 이동할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 그 퇴축 및 연장 위치들에서 산화물 커터(50A)와 중심축(22) 사이의 거리는 그 퇴축 및 연장 위치들에서 산화물 커터(50B)와 중심축(22) 사이의 거리에 상응하고, 그 퇴축 및 연장 위치들에서 샘플 커터(52A)와 중심축(22) 사이의 거리는 그 퇴축 및 연장 위치들에서 샘플 커터(52A)와 중심축(22) 사이의 거리에 상응한다. 도 7에서, 커터(50A, 52A, 및 52B)들은 그 각각의 퇴축 위치에 있고 커터(50A)는 그 연장 위치에 있다.
각각의 커터(50A, 50B, 52A, 및 52B)는 커터 조립체가 회전할 때 두 위치들 사이에서 움직이도록 액츄에이터를 구비한다. 달리 지시된 것을 제외하고, 각각의 커터(50A, 50B, 52A, 및 52B)에 대한 액츄에이터들은 동일하고 커터(50A, 50B, 52A, 및 52B)들을 동일한 방식으로 구동한다. 그러므로 산화물 커터(50A)의 액츄에이터만이 상세히 설명된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 산화물 커터(50A)의 액츄에이터는 중심축(22)에 일반적으로 평행하게 배치된 구동 바(132A)를 포함한다. 구동 바(132A)는 그 제1 단부에서 롤러(134A), 그 제2 단부에서 롤러(136A), 이 두 단부들 사이에서 2개의 롤러(138A)들을 갖는다. 도시된 바와 같이, 롤러(134A)는 후술하는 이유로 롤러(136A)보다 넓다. 샘플 커터(52A 및 52B)들을 위한 액츄에이터에서, 단부 롤러들의 상대적인 롤러 폭은, 후술하는 이유(즉, 롤러(134A)에 상응하는 롤러가 롤러(136A)에 상응하는 롤러보다 좁다)로 반대이다. 2개의 롤러(138A)들은 산화물 카트리지 홀더(64A)의 하부 부분에 형성된 2개의 슬롯(140A)들에 수용된다. 도시된 바와 같이, 2개의 슬롯들이 중심축(22)에 대해 일정 각도로 배치된다. 구동 바(132A)는 2개의 부분(142A, 144A)들로 만들어진다. 부분(142A)은 부분(144A) 내에 수용되고 부분(144A)에 대해 축선방향으로 이동할 수 있다. 접시 스프링(146A)들의 스택들은 2개의 부분(142A, 144A)들을 서로 멀어지게 편향시킨다.
연장 경사부(150)는 원통형 몸체(21)의 상부 부분 내에 배치되고 이에 연결된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 연장 경사부(150)는 중심축(22) 둘레에 원호를 형성한다. 연장 경사부(150)는 커터 조립체(30)를 향해 중심축에 대해 일반적으로 평행하게 연장한다. 후술하는 바와 같이, 롤러(134A)는 연장 경사부(150) 상에서 굴러 산화물 커터(50A)를 그 연장 위치로 이동시킨다.
퇴축 경사부(152)는 원통형 몸체(21)의 하부 부분 내에 배치되고 이에 연결된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 퇴축 경사부(152)는 중심축(22) 둘레에서 원호를 형성한다. 퇴축 경사부(152)는 커터 조립체(30)와 연장 경사부(150)를 향해 중심축에 일반적으로 평행하게 연장한다. 후술하는 바와 같이, 롤러(136A)는 퇴축 경사부(152) 상에서 굴러 산화물 커터(50A)를 그 퇴축 위치로 이동시킨다.
도 9 및 10에 도시된 바와 같이, 연장 경사부(150)는 긴 경사 부분(154)들과 짧은 경사 부분(156)을 갖는다. 산화물 커터(50A, 50B)의 액츄에이터들의 넓은 롤러(134A, 134B)들은 긴 경사 부분(154)들 상에서 구른다. 좁은, 샘플 커터(52A, 52B)들의 액츄에이터들의 상응하는 롤러들은 짧은 경사 부분(156) 상에서 구른다.
도 11 및 12에 도시된 바와 같이, 퇴축 경사부(152)는 연장 경사부(150)보다 길고, 유사하게 긴 경사 부분(155)들과 짧은 경사 부분(157)을 갖는다. 산화물 커터(50A, 50B)들의 액츄에이터들의 좁은 롤러(136A, 136B)들은 퇴축 경사부(152)의 짧은 경사 부분(157) 상에서 구른다. 넓은, 샘플 커터(52A, 52B)들의 액츄에이터들의 상응하는 롤러들은 퇴축 경사부(152)의 긴 경사 부분(155)들 상에서 구른다.
구동 샤프트(36)의 스플라인부(40)가 스플라인 커플러(34)에 결합할 때, 구동 모터(38)가 도 7의 화살표(158)로 표시된 방향으로 커터 조립체(30)를 회전시킴에 따라, 롤러(134A)는 연장 경사부(150)의 긴 부분(154)들 상에서 구른다. 이는 구동 바(132A)가 도 8에서 왼쪽을 향해 축선방향으로 움직이도록 한다. 구동 바(132A)가 (도 8에서 볼 때) 왼쪽으로 움직임에 따라, 롤러(138A)들은 슬롯(140A)에 대해 가압되고, 이는 중심축(22)에 대한 이들의 각도로 인해 산화물 카트리지 홀더(64A)가 위쪽으로 움직이게 한다. 그러므로, 산화물 커터(50A)는 개구(28)를 통해 그 연장 위치로 이동한다. 롤러(134A)가 경사부(150) 상에서 구름에 따라, 산화물 커터(50A)는 관의 내벽의 외주를 따라 원호형상으로 움직이고 관의 내벽으로부터 산화물 층을 절단한다. 바람직한 실시예에서, 산화물 커터(50A)는 산화물의 완전한 제거를 보장하기 위해 산화물 층보다 약간 깊게 절단한다. 칩 클립(58A)은 산화물 층의 칩이 절단될 때 리셉터클(60A) 내에서 돌돌 말리게 한다. 접시 스프링(146A)은 관의 표면에 대해 산화물 커터(50A)를 편향시켜 절단력을 제공하고, 표면이 불균일하여도 커터가 표면과의 접촉을 유지할 수 있게 한다. 구동모터(38)가 회전을 계속함에 따라, 롤러(134A)가 연장 경사부(150A)에서 떨어져 구를 때 롤러(136A)는 퇴축 경사부의 짧은 부분 상에서 구른다. 이는 구동 바(132A)가 도 8에서 우측을 향해 축선방향으로 이동하게 한다. 구동 바(132A)가 (도 8에서 볼 때) 우측으로 움직임에 따라, 롤러(138A)들은 슬롯(140A)에 대해 가압되고, 이는 중심축(22)에 대한 이들의 각도로 인해, 산화물 카트리지 홀더(64A)가 아래로 움직이게 한다. 그러므로, 산화물 커터(50A)가 그 퇴축 위치로 이동한다. 일단 산화물 커터(50A)가 관의 내벽과 더 이상 접촉하지 않으면, 산화물 층의 칩이 리셉터클(60) 내에 떨어진다.
구동 모터(38)가 회전을 계속함에 따라, 샘플 커터(52A)의 액츄에이터는 유사한 방식으로 그 연장 및 퇴축 위치 사이에서 샘플 커터(52A)를 이동시킨다. 그러나, 이 액츄에이터의 롤러가 연장 경사부(150)의 짧은 부분(156) 상에서 구르므로, 관의 내벽의 표면에 대해 움직일 때 샘플 커터(52A)에 의해 형성되는 원호는 관의 내벽의 표면에 대해 움직일 때 산화물 커터(50A)에 의해 형성되는 원호보다 짧다. 그러므로 샘플 칩이 산화물 층 칩보다 짧다.
연장 위치에 있을 때, 샘플 커터(52A)는 산화물 커터(50A)보다 중심축(22)으로부터 멀리 배치되어, 샘플 커터(52A)가 산화물 커터(50A)보다 깊게 절단하도록 한다. 이는 샘플 커터(52A)와 샘플 커터 카트리지(68A) 사이에 심(shim; 도시생략)들을 제공함으로써 달성된다. 그러므로, 도 13에 도시된 바와 같이, 샘플 커터(52A)에 의해 만들어지는 절취부의 깊이(Ds)는 산화물 커터(50A)에 의해 만들어지는 절취부의 깊이(Do)보다 깊다. 또한, 이미 설명한 바와 같이, 샘플 커터(52A)는 산화물 커터(52A)보다 좁다. 그러므로, 도 13에 도시된 바와 같이, 샘플 커터(52A)에 의해 만들어지는 절취부의 폭(Ws)은 산화물 커터(50A)에 의해 만들어지는 절취부의 폭(Wo)보다 작다. 샘플 커터(50A)에 의해 만들어지는 더 깊고, 좁고, 짧은 절취부는 샘플에 산화물이 없음을 보장하여 압력관의 사용 수명을 판정하는데 사용될 수 있는 샘플의 중수소 농도의 신뢰성있는 분석을 보장한다.
일단 샘플이 샘플 커터(52A)에 의해 절단되고 샘플 커터(52A)가 그 퇴축 위치로 복귀되었으면, 구동 모터(38)가 정지된다. 그 다음에 도구(20)는 상이한 위치로부터 제2 샘플을 얻기 위해 압력관 내에서 재배치된다. 일단 도구(20)가 재배치되면, 커터 조립체(30)를 계속 회전시키도록 구동 모터(38)가 켜지고 이는 커터(50A, 52A)에 대해 상술한 것과 같은 방식으로 산화물 커터(50B)가 다른 산화물 칩을 자르게 하고 샘플 커터(52B)가 다른 샘플을 자르게 한다.
일단 샘플이 샘플 커터(52B)에 의해 절단되고 샘플 커터(52B)가 그 퇴축 위치로 복귀되었으면, 구동 모터(38)가 정지된다. 구동 샤프트(36)의 스플라인부(40)는 스플라인 커플러(34)로부터 결합해제된다. 그 다음에 도구(20)는 압력관 내에서 재배치된다. 일단 도구(20)가 재배치되면, 구동 샤프트(36)의 스플라인부(40)는 스플라인 커플러(35)와 결합된다. 그 다음에 제3 샘플 및 제4 샘플은 커터 조립체(30)에 대해 상술한 것과 같은 방식으로 커터 조립체(31)에 의해 얻어질 수 있다.
이미 설명한 바와 같이, 커터 조립체(30, 31)들이 샘플들을 채집하기 위해 사용되는 순서는 전술한 것들과 상이할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
그러므로, 도구(20)는, 유익하게는, 도구(20)가 카트에 포함된 플라스크들에 샘플들을 전달하도록 차폐 슬리브 내에서 퇴축되어야 하기 전에 4개의 샘플들이 절단될 수 있게 한다. 또한, 4개보다 적은 샘플들이 채집될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
커터 조립체(30, 31)들의 커터들이 관의 내벽의 원주 둘레에서 움직이므로, 이것들은 관의 축선방향으로의 표면 변화에 의해 영향받지 않는다. 그러므로, 도구(20)는 압력관의 롤 조인트 영역에서 샘플들을 얻기 위해 사용될 수 있다.
도 6을 참조하여, 구동 샤프트(36)를 회전시키고 이 구동 샤프트(36)를 축선방향으로 움직여 구동 샤프트가 스플라인 커플러(34, 35)에 결합 및 결합해제되도록 하는 구동 조립체(200)가 설명된다.
구동 조립체(200)의 주된 구성요소들은 구동 모터(38), 인덱싱 모터(202) 및 구동 하우징(204)이다. 구동 모터(38) 및 인덱싱 모터(202)는 도시된 바와 같이 구동 하우징(204) 내에 배치된다. 구동 하우징(204)은 구동 모듈(24) 내에 배치된다. 구동 하우징(204)은 도구(20)가 젖은 환경에서 작동하도록 하기 위해 방수인 것이 바람직하다.
구동 모터(38)의 출력 샤프트(206)는 구동 출력 샤프트(208)에 연결된다. 구동 출력 샤프트(208)는 구동 하우징(204)을 통하여 연장되고 베어링(210)들에 의해 구동 하우징(204) 내에서 회전가능하게 지지된다. 구동 출력 샤프트(208)는 구동 샤프트(36)에 연결되는 유니버설 조인트(212) (또는 가요성 구동 커플링의 또 다른 타입)에 연결된다. 이러한 구성은 캐리지 모듈(23)이 (예를 들어 늘어져 있는 압력관으로 인해) 구동 모듈(24)과 동축이 아니더라도 구동 모터(38)로부터 구동 샤프트(36)에 토크가 전달될 수 있도록 한다.
구동 하우징(204)은 구동 모듈(24) 내에 연결되는 2개의 지지부(214, 216)들 사이에 배치된다. 샤프트(218)는 지지부(214)로부터 지지부(216)로 연장된다. 구동 하우징(24)은 샤프트(218)에 장착된다. 구동 하우징(24)과 샤프트(218) 사이에 배치된 리니어 베어링(220)은 구동 하우징(24)이 샤프트(218)를 따라 슬라이딩될 수 있도록 한다. 인덱싱 모터(202)는 구동 하우징(24)을 통하여 연장하는 인덱싱 리드 스크류(222)에 연결된다. 인덱싱 리드 스크류(222)는 지지부(216)를 통과하여 지지부(216)에 연결되는 인덱싱 리드 스크류 너트(224)에 수용된다. 인덱싱 모터(202)를 이용하여 인덱싱 리드 스크류(222)를 선회시킴으로써, 구동 하우징(204)은 샤프트(218)를 따라 슬라이딩된다. 이해될 수 있는 바와 같이, 구동 하우징(204)이 슬라이딩되는 방향은 인덱싱 리드 스크류(222)가 선회하는 방향에 따른다. 구동 샤프트(36)가 전술된 바와 같이 구동 모터(38)에 연결되므로, 구동 하우징(204)의 움직임은 구동 샤프트(36)가 중심축(22)을 따라 이동하도록 야기시킬 수도 있다. 그러므로, 인덱싱 리드 스크류(222)를 선회시킴으로써, 구동 샤프트(36)는, 구동 조립체(30)와 결합되는 위치(도 5)와, 구동 조립체(31)와 결합되는 위치(도 4)와, 양 구동 조립체(30, 31)들로부터 결합해제되는 위치(도 3) 사이에서 움직일 수 있다. 또 다른 타입의 액츄에이터들이 중심축(22)을 따라 구동 샤프트(36)를 움직이도록 사용될 수 있음을 생각할 수 있을 것이다. 예를 들어, 구동 하우징(204)과 지지부(216) 사이에 배치되는 리니어 유압 피스톤과 같은 리니어 액츄에이터가 사용될 수 있다.
본 발명의 상술한 실시예들에 대한 수정들 및 개선들이 당업자에게 명백해질 수 있다. 상술한 설명은 제한하고자 하는 것이 아니라 예시를 위한 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 범위에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 관의 내벽으로부터 샘플들을 얻기 위한 원주방향 샘플링 도구로서,
    중심축을 갖는 원통형 몸체;
    상기 중심축을 따라 상기 원통형 몸체에 배치되는 샤프트;
    상기 샤프트를 회전시키기 위하여 샤프트에 작동가능하게 연결되는 모터;
    상기 원통형 몸체 내의 제1 개구;
    상기 샤프트에 의해 선택적으로 결합되는 제1 커터 조립체로서,
    상기 원통형 몸체 내의 제2 개구;
    상기 샤프트에 의해 선택적으로 결합되는 제2 커터 조립체; 및
    상기 제1 커터 조립체와 상기 제2 커터 조립체를 선택적으로 결합하기 위하여 샤프트에 작동가능하게 연결되는 샤프트 액츄에이터; 를 포함하며,
    상기 제1 커터 조립체는, 함께 회전하도록 상기 샤프트에 선택적으로 작동가능하게 연결되는 제1 커터, 상기 제1 커터에 작동가능하게 연결되는 제1 액츄에이터, 함께 회전하도록 상기 샤프트에 선택적으로 작동가능하게 연결되고 제1 커터에 대해 경사지게 배치되는 제2 커터, 및 상기 제2 커터에 작동가능하게 연결되는 제2 액츄에이터를 포함하며;
    상기 제1 커터는, 상기 제1 커터가 상기 원통형 몸체 내에 배치되는 퇴축 위치와 상기 제1 커터가 상기 제1 개구를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 연장 위치 사이에서 반경방향으로 움직일 수 있으며;
    상기 제1 액츄에이터는, 상기 샤프트가 상기 제1 커터 조립체와 결합될 때 상기 샤프트가 회전함에 따라, 상기 퇴축 위치와 상기 연장 위치 사이에서 상기 제1 커터를 움직이며;
    상기 제2 커터는, 상기 제2 커터가 상기 원통형 몸체 내에 배치되는 퇴축 위치와 상기 제2 커터가 상기 제1 개구를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 연장 위치 사이에서 반경방향으로 움직일 수 있으며;
    상기 제2 액츄에이터는, 상기 샤프트가 상기 제1 커터 조립체와 결합될 때 상기 샤프트가 회전함에 따라, 상기 퇴축 위치와 상기 연장 위치 사이에서 상기 제2 커터를 움직이고, 상기 제1 커터가 상기 연장 위치에 있을 때 상기 제2 커터는 상기 퇴축 위치에 있고, 상기 제2 커터가 상기 연장 위치에 있을 때 상기 제1 커터는 상기 퇴축 위치에 있으며;
    상기 제2 커터 조립체는, 함께 회전하도록 상기 샤프트에 선택적으로 작동가능하게 연결되는 제3 커터, 상기 제3 커터에 작동가능하게 연결되는 제3 액츄에이터, 함께 회전하도록 상기 샤프트에 선택적으로 작동가능하게 연결되고 상기 제3 커터에 대해 경사지게 배치되는 제4 커터, 및 상기 제4 커터에 작동가능하게 연결되는 제4 액츄에이터를 포함하며;
    상기 제3 커터는, 상기 제3 커터가 상기 원통형 몸체 내에 배치되는 퇴축 위치와 상기 제3 커터가 상기 제2 개구를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 연장 위치 사이에서 반경방향으로 움직일 수 있으며;
    상기 제3 액츄에이터는, 상기 샤프트가 상기 제2 커터 조립체와 결합될 때 상기 샤프트가 회전함에 따라, 상기 퇴축 위치와 상기 연장 위치 사이에서 상기 제3 커터를 움직이며;
    상기 제4 커터는, 상기 제4 커터가 상기 원통형 몸체 내에 배치되는 퇴축 위치와 상기 제4 커터가 상기 제2 개구를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 연장 위치 사이에서 반경방향으로 움직일 수 있으며;
    상기 제4 액츄에이터는, 상기 샤프트가 상기 제2 커터 조립체와 결합될 때 상기 샤프트가 회전함에 따라, 상기 퇴축 위치와 상기 연장 위치 사이에서 상기 제4 커터를 움직이고, 상기 제3 커터가 상기 연장 위치에 있을 때 상기 제4 커터는 상기 퇴축 위치에 있고, 상기 제4 커터가 상기 연장 위치에 있을 때 상기 제3 커터는 상기 퇴축 위치에 있으며;
    상기 샤프트 액츄에이터가 상기 샤프트를 상기 제1 커터 조립체와 결합시킬 때, 상기 모터를 이용한 상기 샤프트의 회전은 상기 제1 커터가 상기 연장 위치로 가게 하여 상기 관의 내벽의 일부분을 자른 다음에 상기 제2 커터가 상기 연장 위치로 가게 하여 상기 관의 내벽의 상기 일부분을 절단함으로써 드러난 상기 관의 위치로부터 상기 관의 내벽으로부터 제1 샘플을 절단하게 하며;
    상기 샤프트 액츄에이터가 상기 샤프트를 상기 제2 커터 조립체와 결합시킬 때, 상기 모터를 이용한 상기 샤프트의 회전은 상기 제3 커터가 상기 연장 위치로 가게 하여 상기 관의 내벽의 다른 부분을 자른 다음에 상기 제4 커터가 상기 연장 위치로 가게 하여 상기 관의 내벽의 상기 다른 부분을 절단함으로써 드러난 상기 관의 위치로부터 상기 관의 내벽으로부터 제2 샘플을 절단하게 하는, 원주방향 샘플링 도구.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 샤프트 액츄에이터는 상기 중심축을 따라 상기 샤프트를 움직이는, 원주방향 샘플링 도구.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 샤프트 액츄에이터는 상기 샤프트와 함께 상기 모터를 움직이는, 원주방향 샘플링 도구.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 모터는 구동 하우징 내측에 배치되고 상기 샤프트 액츄에이터는 상기 구동 하우징을 움직이는, 원주방향 샘플링 도구.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 샤프트 액츄에이터가 상기 제1 커터 조립체와 상기 샤프트를 결합시킬 때, 상기 모터는 제1 방향으로 상기 샤프트를 회전시키고, 상기 샤프트 액츄에이터가 상기 제2 커터 조립체와 상기 샤프트를 결합시킬 때, 상기 모터는 상기 제1 방향으로 샤프트를 회전시키는, 원주방향 샘플링 도구.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 샤프트 액츄에이터는 인덱싱 모터와 인덱싱 리드 스크류를 포함하고, 상기 인덱싱 리드 스크류는 상기 원통형 몸체에 연결되는 인덱싱 리드 스크류 너트 내에 수용되며;
    상기 인덱싱 모터로 상기 인덱싱 리드 스크류를 회전시키는 것은 상기 중심축을 따라 상기 샤프트를 움직이게 하는, 원주방향 샘플링 도구.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 커터는 상기 제2 커터보다 넓고 상기 제3 커터는 상기 제4 커터보다 넓은, 원주방향 샘플링 도구.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 샤프트가 회전함에 따라 상기 연장 위치의 상기 제1 커터에 의해 형성되는 원호는 상기 샤프트가 회전함에 따라 상기 연장 위치의 상기 제2 커터에 의해 형성되는 원호보다 길고;
    상기 샤프트가 회전함에 따라 상기 연장 위치의 상기 제3 커터에 의해 형성되는 원호는 상기 샤프트가 회전함에 따라 상기 연장 위치의 상기 제4 커터에 의해 형성되는 원호보다 긴, 원주방향 샘플링 도구.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 커터에 의해 잘린 상기 관의 내벽의 상기 일부분을 수용하기 위하여 상기 제1 커터에 연결되어 있는 제1 리셉터클;
    상기 제2 커터에 의해 잘린 상기 제1 샘플을 수용하기 위하여 상기 제2 커터에 연결되어 있는 제2 리셉터클;
    상기 제3 커터에 의해 잘린 상기 관의 내벽의 상기 다른 부분을 수용하기 위하여 상기 제3 커터에 연결되어 있는 제3 리셉터클; 및
    상기 제4 커터에 의해 잘린 상기 제2 샘플을 수용하기 위하여 상기 제4 커터에 연결되어 있는 제4 리셉터클; 을 포함하는, 원주방향 샘플링 도구.
  10. 관의 내벽으로부터 샘플들을 얻는 방법으로서,
    상기 내벽에 대하여, 샤프트에 선택적으로 작동가능하게 연결되는 제1 커터를 움직이는 단계;
    상기 내벽의 원주방향을 따라 원호형상으로 상기 제1 커터를 움직여 상기 관의 내벽의 일부분을 잘라내는 단계;
    상기 관의 내벽으로부터 이격되도록 상기 제1 커터를 움직이는 단계;
    상기 관의 내벽의 상기 일부분을 자름으로써 드러난 상기 관의 제1 표면에 대하여, 상기 샤프트에 선택적으로 작동가능하게 연결되는 제2 커터를 움직이는 단계;
    상기 제1 표면을 따라 원호형상으로 상기 제2 커터를 움직여 제1 샘플을 잘라내는 단계;
    상기 제1 표면으로부터 이격되도록 상기 제2 커터를 움직이는 단계;
    상기 내벽에 대하여, 상기 샤프트에 선택적으로 작동가능하게 연결되는 제3 커터를 움직이는 단계;
    상기 내벽의 원주방향을 따라 원호형상으로 상기 제3 커터를 움직여 상기 관의 내벽의 다른 부분을 잘라내는 단계;
    상기 관의 내벽으로부터 이격되도록 상기 제3 커터를 움직이는 단계;
    상기 관의 내벽의 상기 다른 부분을 자름으로써 드러난 상기 관의 제2 표면에 대하여, 상기 샤프트에 선택적으로 작동가능하게 연결되는 제4 커터를 움직이는 단계;
    상기 제2 표면을 따라 원호형상으로 상기 제4 커터를 움직여 제2 샘플을 잘라내는 단계; 및
    상기 제2 표면으로부터 이격되도록 상기 제4 커터를 움직이는 단계; 를 포함하는, 샘플들을 얻는 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 및 제2 커터들을 포함하는 제1 커터 조립체를 샤프트와 결합하는 단계; 그리고
    상기 제3 및 제4 커터들을 포함하는 제2 커터 조립체를 상기 샤프트와 결합하는 단계; 를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 커터들을 이동시키는 단계는, 상기 샤프트에 작동가능하게 연결된 모터로, 상기 제1 커터 조립체와 결합된 상기 샤프트를 회전시키는 단계를 포함하고;
    상기 제3 및 제4 커터들을 이동시키는 단계는, 상기 샤프트에 작동가능하게 연결된 모터로, 상기 제2 커터 조립체와 결합된 상기 샤프트를 회전시키는 단계를 포함하는, 샘플들을 얻는 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    제1 리셉터클에 상기 관의 내벽의 잘린 상기 일부분을 수용하는 단계;
    제2 리셉터클에 상기 제1 샘플을 수용하는 단계;
    제3 리셉터클에 상기 관의 내벽의 잘린 상기 다른 부분을 수용하는 단계; 및
    제4 리셉터클에 상기 제2 샘플을 수용하는 단계; 를 포함하는, 샘플들을 얻는 방법.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 관의 내벽의 잘린 상기 일부분은 산화층의 적어도 일부를 포함하고, 상기 관의 내벽의 잘린 상기 다른 부분은 산화층의 적어도 일부를 포함하는, 샘플들을 얻는 방법.
  14. 관의 내벽으로부터 샘플들을 얻기 위한 원주방향 샘플링 도구로서,
    중심축을 갖는 원통형 몸체;
    상기 원통형 몸체 내의 개구;
    상기 중심축을 따라 상기 원통형 몸체에 배치되는 샤프트;
    함께 회전하도록 상기 샤프트에 작동가능하게 연결되는 제1 커터;
    상기 샤프트가 회전함에 따라, 퇴축 위치와 연장 위치 사이에서 상기 제1 커터를 움직이기 위하여 상기 제1 커터에 작동가능하게 연결되는 제1 액츄에이터,
    함께 회전하도록 상기 샤프트에 작동가능하게 연결되고 상기 제1 커터에 대해 경사지게 배치되는 제2 커터;
    상기 샤프트가 회전함에 따라, 퇴축 위치와 연장 위치 사이에서 상기 제2 커터를 움직이기 위하여 상기 제2 커터에 작동가능하게 연결되는 제2 액츄에이터;
    함께 회전하도록 상기 샤프트에 작동가능하게 연결되고 상기 제1 및 제2 커터들에 대해 경사지게 배치되는 제3 커터;
    상기 샤프트가 회전함에 따라, 퇴축 위치와 연장 위치 사이에서 상기 제3 커터를 움직이기 위하여 상기 제3 커터에 작동가능하게 연결되는 제3 액츄에이터;
    함께 회전하도록 샤프트에 작동가능하게 연결되고 상기 제1 커터, 상기 제2 커터 및 상기 제3 커터에 대해 경사지게 배치되는 제4 커터; 및
    상기 샤프트가 회전함에 따라, 퇴축 위치와 연장 위치 사이에서 상기 제4 커터를 움직이기 위하여 상기 제4 커터에 작동가능하게 연결되는 제4 액츄에이터; 를 포함하며,
    상기 제1 커터는, 상기 제1 커터가 상기 원통형 몸체 내에 배치되는 퇴축 위치와 상기 제1 커터가 상기 개구를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 연장 위치 사이에서 반경방향으로 움직일 수 있으며;
    상기 제2 커터는, 상기 제2 커터가 상기 원통형 몸체 내에 배치되는 퇴축 위치와 상기 제2 커터가 상기 개구를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 연장 위치 사이에서 반경방향으로 움직일 수 있으며;
    상기 제3 커터는, 상기 제3 커터가 상기 원통형 몸체 내에 배치되는 퇴축 위치와 상기 제3 커터가 상기 개구를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 연장 위치 사이에서 반경방향으로 움직일 수 있으며;
    상기 제4 커터는, 상기 제4 커터가 상기 원통형 몸체 내에 배치되는 퇴축 위치와 상기 제4 커터가 상기 개구를 통해 적어도 부분적으로 연장하는 연장 위치 사이에서 반경방향으로 움직일 수 있으며;
    상기 제1 커터가 상기 연장 위치에 있을 때, 상기 제2 커터, 상기 제3 커터 및 상기 제4 커터는 각각 상기 퇴축 위치에 있으며;
    상기 제2 커터가 상기 연장 위치에 있을 때, 상기 제1 커터, 상기 제3 커터 및 상기 제4 커터는 각각 상기 퇴축 위치에 있으며;
    상기 제3 커터가 상기 연장 위치에 있을 때, 상기 제1 커터, 상기 제2 커터 및 상기 제4 커터는 각각 상기 퇴축 위치에 있으며;
    상기 제4 커터가 상기 연장 위치에 있을 때, 상기 제1 커터, 상기 제2 커터 및 상기 제3 커터는 각각 상기 퇴축 위치에 있으며;
    상기 샤프트의 회전은 상기 제1 커터가 상기 연장 위치로 가게 하여 상기 관의 내벽의 일부분을 자른 다음에 상기 제2 커터가 상기 연장 위치로 가게 하여 상기 관의 내벽의 상기 일부분을 절단함으로써 드러난 상기 관의 위치로부터 상기 관의 내벽으로부터 제1 샘플을 절단하게 하고;
    상기 관 내에 상기 도구를 재위치시킨 후, 상기 샤프트의 회전은 상기 제3 커터가 상기 연장 위치로 가게 하여 상기 관의 내벽의 다른 부분을 자른 다음에 상기 제4 커터가 상기 연장 위치로 가게 하여 상기 관의 내벽의 상기 다른 부분을 절단함으로써 드러난 상기 관의 위치로부터 상기 관의 내벽으로부터 제2 샘플을 절단하게 하는, 원주방향 샘플링 도구.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 제2 커터는 상기 제1 커터에 수직으로 배치되고, 상기 제3 커터는 상기 제2 커터에 수직으로 배치되고, 상기 제4 커터는 상기 제3 커터에 수직으로 배치되고, 상기 제1 커터는 상기 제4 커터에 수직으로 배치되며;
    상기 제1 커터는 상기 제3 커터에 반대로 배치되고, 상기 제2 커터는 상기 제4 커터에 반대로 배치되는, 원주방향 샘플링 도구.
  16. 청구항 14에 있어서, 구동 모터는 상기 원통형 몸체 내에 배치되고 상기 샤프트를 회전시키기 위하여 상기 샤프트에 작동가능하게 연결되는, 원주방향 샘플링 도구.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 제1 액츄에이터는 상기 중심축에 대해 평행하게 배치되는 제1 구동 바를 포함하고, 상기 제1 구동 바는 그 제1 단부에서 제1 롤러를 갖고, 그 제2 단부에서 제2 롤러를 갖고, 상기 제1 및 제2 단부들 사이에서 적어도 하나의 제3 롤러를 가지며;
    상기 제2 액츄에이터는 상기 중심축에 대해 평행하게 배치되는 제2 구동 바를 포함하고, 상기 제2 구동 바는 그 제1 단부에서 제4 롤러를 갖고, 그 제2 단부에서 제5 롤러를 갖고, 상기 제1 및 제2 단부들 사이에서 적어도 하나의 제6 롤러를 가지며;
    상기 제3 액츄에이터는 상기 중심축에 대해 평행하게 배치되는 제3 구동 바를 포함하고, 상기 제3 구동 바는 그 제1 단부에서 제7 롤러를 갖고, 그 제2 단부에서 제8 롤러를 갖고, 상기 제1 및 제2 단부들 사이에서 적어도 하나의 제9 롤러를 가지며;
    상기 제4 액츄에이터는 상기 중심축에 대해 평행하게 배치되는 제4 구동 바를 포함하고, 상기 제4 구동 바는 그 제1 단부에서 제10 롤러를 갖고, 그 제2 단부에서 제11 롤러를 갖고, 상기 제1 및 제2 단부들 사이에서 적어도 하나의 제12 롤러를 가지며;
    상기 도구는:
    상기 원통형 몸체에 연결되는 연장 경사부;
    상기 원통형 몸체에 연결되는 퇴축 경사부;
    상기 제1 커터에 연결되는 제1 홀더;
    상기 제2 커터에 연결되는 제2 홀더;
    상기 제3 커터에 연결되는 제3 홀더; 및
    상기 제4 커터에 연결되는 제4 홀더; 를 포함하며,
    상기 연장 경사부는 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 커터들을 향하여 상기 중심축에 대해 평행하게 연장되고, 상기 연장 경사부는 상기 중심축 주위에서 원호를 형성하며;
    상기 퇴축 경사부는 상기 연장 경사부와 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 커터들을 향하여 상기 중심축에 대해 평행하게 연장되고, 상기 퇴축 경사부는 상기 중심축 주위에서 원호를 형성하며;
    상기 제1 홀더는 상기 중심축에 대해 경사지게 내부에 형성되는 적어도 하나의 슬롯을 갖고, 상기 제1 홀더의 적어도 하나의 상기 슬롯은 내부에 적어도 하나의 상기 제3 롤러를 수용하며;
    상기 제2 홀더는 상기 중심축에 대해 경사지게 내부에 형성되는 적어도 하나의 슬롯을 갖고, 상기 제2 홀더의 적어도 하나의 상기 슬롯은 내부에 적어도 하나의 상기 제6 롤러를 수용하며;
    상기 제3 홀더는 상기 중심축에 대해 경사지게 내부에 형성되는 적어도 하나의 슬롯을 갖고, 상기 제3 홀더의 적어도 하나의 상기 슬롯은 내부에 적어도 하나의 상기 제9 롤러를 수용하며;
    상기 제4 홀더는 상기 중심축에 대해 경사지게 내부에 형성되는 적어도 하나의 슬롯을 갖고, 상기 제4 홀더의 적어도 하나의 상기 슬롯은 내부에 적어도 하나의 상기 제12 롤러를 수용하며;
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 커터들은 상기 중심축에 대해 평행한 방향으로 상기 연장 경사부와 상기 퇴축 경사부 사이에 배치되며;
    상기 제1 롤러가 상기 연장 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 상기 제3 롤러는 상기 제1 홀더의 적어도 하나의 상기 슬롯 내에서 움직여, 상기 제1 홀더가 상기 중심축으로부터 이격되도록 반경방향으로 움직이게 하여 상기 제1 커터가 상기 연장 위치로 가게 하며;
    상기 제2 롤러가 상기 퇴축 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 상기 제3 롤러는 상기 제1 홀더의 적어도 하나의 상기 슬롯 내에서 움직여, 상기 제1 홀더가 상기 중심축을 향하여 반경방향으로 움직이게 하여 상기 제1 커터가 상기 퇴축 위치로 가게 하며;
    상기 제4 롤러가 상기 연장 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 상기 제6 롤러는 상기 제2 홀더의 적어도 하나의 상기 슬롯 내에서 움직여, 상기 제2 홀더가 상기 중심축으로부터 이격되도록 반경방향으로 움직이게 하여 상기 제2 커터가 상기 연장 위치로 가게 하며;
    상기 제5 롤러가 상기 퇴축 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 상기 제6 롤러는 상기 제2 홀더의 적어도 하나의 상기 슬롯 내에서 움직여, 상기 제2 홀더가 상기 중심축을 향하여 반경방향으로 움직이게 하여 상기 제2 커터가 상기 퇴축 위치로 가게 하며;
    상기 제7 롤러가 상기 연장 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 상기 제9 롤러는 상기 제3 홀더의 적어도 하나의 상기 슬롯 내에서 움직여, 상기 제3 홀더가 상기 중심축으로부터 이격되도록 반경방향으로 움직이게 하여 상기 제3 커터가 상기 연장 위치로 가게 하며;
    상기 제8 롤러가 상기 퇴축 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 상기 제9 롤러는 상기 제3 홀더의 적어도 하나의 상기 슬롯 내에서 움직여, 상기 제3 홀더가 상기 중심축을 향하여 반경방향으로 움직이게 하여 상기 제3 커터가 상기 퇴축 위치로 가게 하며;
    상기 제10 롤러가 상기 연장 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 상기 제12 롤러는 상기 제4 홀더의 적어도 하나의 상기 슬롯 내에서 움직여, 상기 제4 홀더가 상기 중심축으로부터 이격되도록 반경방향으로 움직이게 하여 상기 제4 커터가 상기 연장 위치로 가게 하며;
    상기 제10 롤러가 상기 퇴축 경사부 상에서 구를 때, 적어도 하나의 상기 제12 롤러는 상기 제4 홀더의 적어도 하나의 상기 슬롯 내에서 움직여, 상기 제4 홀더가 상기 중심축을 향하여 반경방향으로 움직이게 하여 상기 제4 커터가 상기 퇴축 위치로 가게 하는, 원주방향 샘플링 도구.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 커터가 상기 연장 위치에 있을 때 상기 관의 내벽에 대해 상기 제1 커터를 편향시키기 위하여 상기 제1 커터에 연결되는 적어도 하나의 스프링;
    상기 제2 커터가 상기 연장 위치에 있을 때 상기 관의 내벽에 대해 상기 제2 커터를 편향시키기 위하여 상기 제2 커터에 연결되는 적어도 하나의 스프링;
    상기 제3 커터가 상기 연장 위치에 있을 때 상기 관의 내벽에 대해 상기 제3 커터를 편향시키기 위하여 상기 제3 커터에 연결되는 적어도 하나의 스프링; 및
    상기 제4 커터가 상기 연장 위치에 있을 때 상기 관의 내벽에 대해 상기 제4 커터를 편향시키기 위하여 상기 제4 커터에 연결되는 적어도 하나의 스프링; 을 포함하는, 원주방향 샘플링 도구.
  19. 청구항 14에 있어서, 상기 제1 커터는 상기 제2 커터보다 넓고 상기 제3 커터는 상기 제4 커터보다 넓은, 원주방향 샘플링 도구.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 샤프트가 회전함에 따라 상기 연장 위치의 상기 제1 커터에 의해 형성되는 원호는 상기 샤프트가 회전함에 따라 상기 연장 위치의 상기 제2 커터에 의해 형성되는 원호보다 길고;
    상기 샤프트가 회전함에 따라 상기 연장 위치의 상기 제3 커터에 의해 형성되는 원호는 상기 샤프트가 회전함에 따라 상기 연장 위치의 상기 제4 커터에 의해 형성되는 원호보다 긴, 원주방향 샘플링 도구.
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