用于检查管的一部分的内壁、特别是用于评估塑料管的劣化程度的设备和方法

技术领域

本发明涉及通过使管的一部分翻转来检查管的内壁的设备，该部 分管的截面在一圆弧上、特别是大约四分之一的圆周上开放。

本发明更特别但非唯一地涉及这种确定塑料管的劣化特征的设 备，所述塑料管尤其是聚乙烯管，更特别的是饮用水分配网中使用的 聚乙烯管。

背景技术

近些年来，为了实施或改造饮用水分配网，塑料材料、特别是聚 乙烯的使用明显增加。实际上，聚乙烯管具有许多优点：便于实施、 比金属管更耐腐蚀、吸引人的价格。

但是，一段时间以来，出现了聚乙烯管过早出现裂缝的问题，尤 其是在通过二氧化氯保证最终消毒的管网上。进行的研究表明，这些 裂缝是由于管道内壁的过早的劣化（dégradation）。劣化是由聚乙烯 与水接触的氧化造成的。氧化导致出现微裂缝，某些微裂缝可能穿过 管壁并通向外部。

存在一些可以量化聚乙烯的劣化的实验室实验技术。

特别是，一种实验室的实验测试在于使管的一部分翻转，该部分 的截面在一圆弧上开放，以检查翻转区以及可能存在的表现为裂缝形 式的材料的撕裂或分离。

该通过翻转检查管的方法被专门推荐用于聚乙烯管，但也可用于 其它塑料材料制成的管。

发明内容

本发明的目的尤其是提供在实验室和现场都能迅速且可重复地实 施管部分的翻转操作的设备。为此，该设备的重量应比较轻，并且容 易使用。

根据本发明，提出一种用于通过翻转管的一部分来检查管的内壁 的设备，该管的一部分的截面在一圆弧上、特别是约四分之一的圆周 上开放，该设备的特征在于，它包括：

—两个相邻的平行杆，滑动安装在框架中，并且可以在它们的平 面中移动，管的开口部分的凹面可以围绕杆接合，并且其几何轴线与 杆平行；

—推动部件，用于沿与杆的中间平面基本正交的方向进行推动， 该部件适于压靠管部分的外部凸起区域；

—分离部件，适于响应对管部分的凸起区域施加的推动而使杆分 开；

整个设备用于使管部分可以完全翻转到推动区的两侧。

有利的是，为了与管部分接触，推动部件包括可互换的柱形零件， 该零件的几何轴线与杆平行，且位于管部分与杆相对的凸起侧，柱形 零件在每个端部由推动件支撑，推动件由一杆移动。

柱形零件的直径有利地至少等于待翻转的管部分的厚度。柱形零 件的长度至少基本等于杆的长度。

最好，推动部件包括力放大部件，用于使柱形零件顶靠管部分移 动。该力放大部件可以手动启动或由电机启动。

杆的分离部件可以包括双凸轮，双凸轮适于与和每个杆相连的滑 动支撑件配合，该凸轮由推动件移动，以便在推动时使杆分离。

有利的是，该设备包括可移动的观察装置，带有光学放大部件， 特别是带有计数方块的放大镜，用于观察翻转的管部分的内表面。

观察装置可以包括数字图像采集装置，该装置最好连接到带有适 于确定管的劣化程度的软件的图像处理部件。

本发明还涉及塑料管、特别是聚乙烯管的劣化程度的分析方法， 根据该方法，取下一部分管，其一段圆弧被去掉，以使截面开口，该 方法的特征在于，用上面限定的设备使开口的管部分翻转，并观察翻 转区域的内壁，以确定管的劣化程度。

最好，管部分以推动部件的恒定移动速度进行翻转。

在黑色聚乙烯管的情况下，可以根据一个图列进行劣化的目测评 估，图列由管翻转部分的对应不同劣化水平的一组参考图示构成。

本发明还涉及用于实施上述方法的图列，其特征在于，该图列由 用上述设备进行翻转的管部分的对应不同劣化水平的一组参考图示构 成。

附图说明

除了上述设置外，本发明还包括一些其它设置，下面参照附图对 一些非限定实施例的描述将更清楚地表明这些设置。附图中：

图1是本发明设备的立体图，分离杆互相靠近，并且管的一部分 围绕它们安装。

图2是推动和杆分离开始时的设备的与图1不同角度下的更小比 例的图，为了便于看图，去掉了框架的大的前表面。

图3与图2类似，示出推动和管部分翻转结束时的设备，并且上 方示出从设备取出的翻转的管的一部分。

图4以更小的比例示出其上有观察装置的设备，观察装置由连接 到图像处理单元的数字图像采集装置构成。

图5表示劣化程度为零的黑色聚乙烯管的内表面的一部分。

图6与图5类似，示出劣化程度低的管的内表面的一部分。

图7-9与图6类似，示出劣化越来越严重的管的内表面部分。

具体实施方式

参照图1，可以看到用于使在一段圆弧上开放的管的一部分1翻 转的设备A。部分1具有沿大约四分之三圆周延伸的开放的环形，并 且沿四分之一圆周是开口的。该部分1在用于水分配网的塑料管、尤 其是黑色聚乙烯管上提取，并且外径通常为20mm-50mm，壁厚可以 在2-7mm之间变化。该实例不是限定的。设备A也可用于翻转其它 材料的管的部分，例如金属管的部分。

设备A具有直角平行六面体形的框架2，在图1中，框架的外周 壁是竖直的。框架的上部敞开。作为非限定性例子，该框架的宽度可 以约为150mm，高度约为220mm，深度约为55mm。

两个相邻的杆3a、3b滑动安装在它们几何轴线的共同平面内，图 1中该平面为水平面。每个杆3a、3b在端部由镫形支撑件4a、4b的 分支支撑，镫形的支撑件滑动安装在设在框架2的竖直纵向壁上的水 平沟槽5中。

一些压缩弹簧R设在框架2的横向壁及相对的支撑件4a、4b的 表面之间，以便相向推压这些支撑件，并使在起始位置可互相接触的 杆3a、3b相互靠近。

如图1所示，管的开口部分1的凹面可以接合在靠近的杆3a、3b 的周围，部分1的开口弧形向上。部分1布置成具有和杆组3a、3b 相同的垂直平分面。每个支撑件4a、4b的侧边带有指销6a、6b，指 销穿过设在框架2的竖直大表面上的长条形开口7a和7b。指销6a、 6b向外突出，并压靠构成分离部件的呈向上U形的双凸轮9的倾斜斜 面8a、8b。斜面8a、8b向上汇集，使得凸轮9的上升导致指销6a、 6b、支撑件4a、4b及杆3a、3b的分离。框架2的每一侧设有指销6a、 6b和一凸轮9。

一个推动部件P用于顶靠部分1的外凸区域。该推动部件P包括 与杆3a、3b的几何轴线的平面正交的杆10（图2、3），因此，当杆 3a、3b处于水平面时，杆10是垂直的。

杆10的竖直移动由力放大部件11保证，力放大部件尤其带有齿 轮机构，特别是蜗轮蜗杆副。力放大部件的动作由轴12的旋转驱动来 保证，这或者是借助手动启动的曲柄或飞轮（未示出），或者是借助马 达，尤其是电机（未示出）

双镫形或灯笼形的推动件13固定在杆10的上端。该推动件包括 底板14（图2、3），其中设有中心孔，杆10的螺纹端穿过该中心孔， 以便通过螺母固定推动件13。板14的每个侧端与具有矩形中心开口 的框15（图2、3）连在一起，框15位于与框架的相邻竖直大表面平 行的平面中。框15的水平上边缘支撑一可互换柱形零件16的端部， 柱形零件16的几何轴线与杆3a、3b平行，构成推动构件。该柱形零 件16初始时顶靠与部分1的开口弧端部等距的其外母线与部分1接 触。

该设备有利地具有可移动的观察装置17（图4），其带有光学放大 部件，特别是带有限定单位面积、例如3.1mm²的计数方块的放大镜 18。在该方块中，观察者可以对检测区的一定数量的特征线条或元素 进行计数。装置17可以包括位于设备框架2上的可移动的支撑外壳 19。放大镜18位于外壳19上表面的中心。置于外壳的开口上表面之 上的观察装置17使得可以检查翻转的管部分的内表面。

观察装置17可以包括数字图像采集装置20，其物镜保持在放大 镜18之上，或处在放大镜18的位置，以便获取翻转的管部分的被检 查的内表面的数码照片。有利地，图像采集装置20连接到图像处理部 件21，图像处理部带有适于确定管的劣化程度的软件。最好设有显示 部件22，并与处理部件21连接，以便显示图像和/或结果。

根据本发明，为了评估聚乙烯管道的劣化状态，进行如下操作。

在实验室或现场，在要检查的聚乙烯管道上取下轴向长度可以约 为10mm的一个环。通常，管道外径为20-50mm，壁厚在2-7mm之 间变化。

在取下的圆环中切割约四分之一圆周的弧形，以便得到在大约四 分之三圈上延伸的截面开口的一个部分。

设有可以形成四分之三圈的环的装置（未示出）。该装置由重叠的 锥形靠模构成，完整的管环穿在这些锥形靠模上。根据管的内径，完 整的环在或低或高的位置停止其行程。两个相互呈90°角放置的刀片， 在以手动方式使刀片与环接触后，可以切割在四分之三圈上延伸的开 口环。根据管道内壁的肮脏状态，操作者可以借助清洁抹布或湿布进 行清洁。

由四分之三圈的环形成的试样构成了部分1，其被置于本发明的 设备A中。杆3a、3b互相接触，部分1如图1所示，它的开口部分 向上。柱形推动零件16选择成使得它的直径与部分1的直径和厚度相 适应。

然后，或者手动，或者通过未示出的电机使推动部件P动作，以 便使杆10上升，杆10推动柱形零件16顶向部分1的下凸起部分，部 分1的端部由杆3a、3b保持。通过斜面8a、8b与指销6a、6b配合， 这些杆3a、3b随着零件16的上升而互相分离。

由水平的柱形零件16施加的应力导致管道的环的翻转。柱形零件 16可以根据管的壁厚互换。凸轮9便于环的翻转，凸轮9在零件16 的行程开始时导致两个杆3a、3b的分开。水平柱形零件16的竖直行 程由挡块（未示出）停止，挡块根据部分1所出自的管的直径来调节。 在回位弹簧R的作用下，两个滑动杆3a、3b使环的两个外边缘相互 靠近。

杆3a、3b的分离和柱形零件16对部分1外表面的推动的共同作 用使部分1相对展平，如图2所示，然后完全翻转。该部分1基本上 在180°上卷绕在柱形零件16上，呈U形钉的形状，其外表面是部分 1的内表面。

这样，则可以在部分1仍处于设备A上时进行对部分1的内表面 的观察。

可以借助U形的保持构件22使翻转的试样保持在该状态，保持 构件22水平地接合在部分1的翻转的分支的两侧，以便使试样在与柱 形零件16分离后保持在该状态。这样，得到如图3所示的样品23， 可以保留样品23，以便进行补充分析。

管道部分1的完全翻转最好以恒定速度实现。翻转后，管部分的 内壁具有凸起的曲率半径，而进行操作前其具有凹陷的曲率半径。翻 转的管外壁的曲率半径基本等于柱形零件16的半径，而柱形零件16 的半径等于部分1的壁厚的至少两倍。

一旦实施了翻转操作，将带有放大的观察装置17置于管部分1 的内表面之上。结合在光学装置中的补充照明有利于进行观察。在调 整放大系统后，或者实施内壁的拍照，或者进行裸眼观察。

为了实现管内壁的劣化相的拍照，将数字图像采集装置20固定在 观察装置上。形成的数码照片传输给图像处理软件21。处理软件21 可以使形成的照片二元化。二元化在于区分材料的脆弱区域和未变坏 区域。在从照片得到的二元化对象的基础上，软件还可以用于测量限 定它们的物理参数（例如：宽度、长度、面积、粗糙度、费雷特直径 等）。

这样，得到的结果传输给尤其由工作表构成的显示部件22。该工 作表可以通过对限定二元对象的物理参数的研究，通过二分法 （dichotomie）确定被研究的聚乙烯管道内壁的脆化现象的强度，特 别是在从未劣化状态到非常强劣化状态的七个离散级别的尺度上。

作为变型，可以利用由图5-9示出的一组参考照片或图示构成的 图列（abaque），进行劣化状态的视觉评估，并且可以在包括多个离 散级别的尺度上评估管的劣化水平。操作者通过与图列的比较确定被 研究的管的劣化水平。

图5-9的参考照片表示周围管道内壁的一个区域。借助具有计数 方块的放大镜类型的放大装置进行翻转部分1的观察。通过与图5-9 的图示的比较，可以通过考虑未劣化的黑色聚乙烯区域的数量和尺寸， 按照四个级别目测地评估劣化现象的强度。

图5对应于零劣化水平N0，具有未劣化聚乙烯的单一黑色区域。

图6对应于劣化水平N1，其特征在于，存在100个以上的宽度小 于0.10mm的黑色碎片区域，对应于在面积为3.1mm²的矩形中的未劣 化聚乙烯。

图7对应于劣化水平N2，具有2-20个宽度小于0.2mm的黑色连 续区域。

图8对应于劣化水平N3，具有20-100个宽度大于0.2mm的黑色 碎片区域，对应于未劣化聚乙烯。

最后，图9对应于最大劣化水平N4，其特征在于，沿翻转的柱形 区母线方向出现形状为白色区域24的大裂缝。

在将翻转区域与图5-9的图列比较之后，操作者可以根据观察到 的劣化程度决定渗漏管道的更新或维修。

上面提到的操作以及构成图列的图5-9涉及黑色聚乙烯管道。对 于不同的塑料材料，所提供的通常指示仍然保留，但未劣化区域的颜 色将与所考虑塑料的颜色相对应。

例如，如果操作者观察到N0到N1的劣化水平，不需要更换管道， 而是可以进行一个简单的维修。

如果劣化水平等于N2，可以考虑在比较近的将来更换管道。

如果劣化水平等于N3或N4，应立即更换管道。

根据本发明的设备和方法使得可以不仅在实验室、并且也可在现 场评估发生泄漏的管道的状态。

作为预防，这种评估甚至可以在泄漏发生之前进行，以便确定是 否在近期或远期考虑更换管道。