CN101076632A - 双区无网洗浆机 - Google Patents
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Abstract
一种具有旋转的共轴过滤器的无网双区洗浆机,用于产生作用在给料上的离心力,从而在进一步处理原料之前将给料中含有的液体排出。次级过滤器围绕初级过滤器,以捕获通过脱水过程从给料中排出的活浆料纤维。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2004年4月16日提交的美国临时专利申请60/563,066的优先权。
技术领域
本发明涉及浆料的洗涤和/或增稠,更具体地,涉及一种具有两阶段脱水区、而无网带(wire belt)的洗浆机。
背景技术
多年来,制浆和造纸工业一直使用用于洗涤和/或增稠浆料和造纸原料的设备。现有技术中经常使用的一种设备(在Seifert等人的美国专利No.5,382,327中描述)是双接口增稠机(DNT)或者只是一种洗涤机,其在结构和工作模式上与滚筒型纸成型机比较相似,即,其主要部件是一对覆盖有网(wire)的滚筒以及滚筒在其中旋转的大桶。
DNT可以用作萃取装置,用于增稠原料,或者可以最初用来洗涤浆料纤维。操作中,浆料原料喂入到旋转的工作滚筒与其上携带的网之间的辊隙中。浆料在离心力的作用下脱水并在网上前进至第二辊或伏辊,进一步进行脱水。浆料在重力和刮刀的作用下从伏辊上去除并收集在传送装置上,该传送装置使已脱水的浆料从DNT运动到下游。
在许多这些现有技术的装置中,带有小孔的“网”的环形带或环围绕辊运行,并确定洗涤机的其它工作部件定位的空间。网可以优选地包括塑料材料,即聚酯。由于机器的产品是浆料,而不是其上不期望有网标记的片件,因此网可以是销钉接缝型的,其中网带的端部包括用金属“销钉”可释放地紧固在一起的交叠的环,金属“销钉”通过这些环插入。使用销钉接缝网使得网可以在磨损后更换,而不用将辊做成悬臂形式,而将辊做成悬臂形式是在网是不带接缝的环形带的情况下所必需的。此外,网增稠装置或洗涤机因网带而具有有限的转速,并且考虑到其它部件的磨损,因此机器的液压容量直接与转速相关。
在浆料的脱水过程中,浆料原料喂入到旋转的网上。离心力将带有杂质的流体和良好的纤维通过过滤网从浆料中向外甩出。
因此,有益的是具有浆料增稠或洗涤装置,这将不再使网带作为过滤介质,增加增稠装置的转速,以产生额外的离心力,从而将更多的流体从浆料中去除,并防止浪费良好浆料纤维。
发明内容
本发明提供了一种在脱水系统中用于从浆料原料中去除流体的浆料洗涤或增稠设备。该设备包括:喂入歧管,用于为该设备供应浆料原料;初级滚筒式旋转过滤器,用于从喂入歧管接收浆料原料并用于产生作用在浆料原料上的离心力以使液体排出;以及第一刮刀,其在浆料原料脱水后帮助将浆料原料从初级滚筒式过滤器的内表面上去除。
附图说明
图1示出洗涤机的一个实施例的正视图;
图2是图1的洗涤机的侧视图;
图3示出根据本发明的设备的内部部件的前透视图;
图4示出图3所示设备的后透视图;
图5是根据本发明的优选浆料喂料机的概略图,该浆料喂料机邻近图3所示设备中的内滚筒或初级滚筒定位;
图6是邻近图5所示的内滚筒的过滤表面喂入的成层的浆料喂料的简化横截面图;
图7是邻近图3所示设备中的内滚筒或初级滚筒定位的另一浆料喂料机的概略图;
图8是沿着图7中箭头8-8所示的平面剖开的倒置浆料喂料喷嘴的简化横截面图;
图9是根据本发明的其中一个可旋转过滤滚筒的另一实施例的简化示意性横截面,其中突出了浆料喂料与刮刀去除装置之间的加压辊的定位;
图10是根据本发明的其中一个可旋转过滤滚筒的另一实施例的简化示意性横截面,其中示出了洗涤水供给喷嘴相对于行进中的浆料垫(mat)的定位;和
图11是又一实施例的简化示意性横截面,示出多组喂料头(feed header)和刮刀去除装置。
具体实施方式
将参照附图描述本发明。图1示出浆料增稠或脱水设备5的结构。该结构借助电机10运转,包括用于输送给料的流料箱20和用于增稠浆料的初级滚筒式过滤器30。
给料输送到类似于现有技术的增稠机或洗涤机的设备5。如图3所示,流料箱20将一股给料输送到初级滚筒式过滤器30的内表面32上。将被增稠或脱水的给料经由喂入管线(未示出)从一般的原料供应泵(未示出)喂入到流料箱20。
图1和2中所示的电机10驱动图4中所示的容纳在支承轴颈12中的轮轴2。电机10通过带14使初级滚筒式过滤器30旋转。流料箱20将给料输送到内表面32。滚筒式过滤器30的旋转产生离心力,该离心力由电机10的设定速度控制。随着初级滚筒式过滤器30旋转,该力吸引给料中的流体和其它杂质。除了液体以外,该离心力足够强以至于使活的(viable)小浆料纤维通过初级过滤器的网的网眼体。流体、杂质和活纤维称为初级滚筒式过滤器30的初级排出物。网眼体的开口尺寸足够大,以保证使可能包括在给料中的初级排出物完全流过。
自流料箱20喷射的给料被引导到初级滚筒式过滤器30的内表面32上的一高点处。因为喷射力使液体通过网眼体,所以一些原料立即部分地脱水。良浆材料(accepts material)可以由刮浆刀50从滚筒30的内部刮掉,由刮浆刀组件收集的良浆(accepts)通过出口管51输送出。
返回到图3和4,初级排出物通过初级滚筒式过滤器30的网眼体过滤,并由次级滚筒式过滤器40的内表面42捕获或接收。次级滚筒式过滤器40围绕初级滚筒式过滤器30并与初级滚筒式过滤器30同轴,次级滚筒式过滤器优选地具有比初级过滤器30更细微的网眼体。电机10也使次级滚筒式过滤器40旋转,这是因为滚筒32和40共同安装到通过轮毂16固定到轮轴2的表面62上。离心力同样产生在次级过滤器40周围的浆料上。在附图所示的实施例中,次级过滤器40的网眼体具有比初级过滤器小的开口,从而主要排出液体,即次级排出物,而不是浆料纤维。在本发明的一个方面,次级滚筒式过滤器40的作用是利用离心力“捕获”并保存从初级过滤器30排出的可接受的纤维,并继续脱水过程。可选择地,另外的滚筒式过滤器可以加入到设备中,从而进一步过滤并“捕获”通过次级过滤器40的网眼体的良好纤维。
如图所示,初级和次级滚筒式过滤器都附接到共同的驱动装置。或者,这两个过滤器可以被单独驱动,以进行g力优化。初级滚筒式过滤器用约30-120的g力驱动,次级滚筒式过滤器用约60-300的g力驱动,以提供期望的滤液透明度和生产量。也可以为滚筒式过滤器中的一个过滤器或两个过滤器提供变速驱动,使得将g载荷和洗涤效率可以控制在较宽的工作参数范围内。如上所述,与许多现有技术的装置不同,在本发明中网或类似的旋转网不集中或设置在滚筒周围以便与滚筒形成辊隙,以从位于辊隙区域中的浆料悬浮液中榨取液体。因此,设备5所受的载荷量更小,可以实现更高的转速,并且可以获得增加的液压容量并使分离效率更细。
离心力的连续施加使给料的液体组分通过初级和次级过滤器的网而被榨取出来,同时悬浮在其中的浆料材料由网眼体保持,并在初级和次级滚筒式过滤器30、40的内表面32、42上形成一层。通过次级排出物榨取的液体通过端口60从设备5中排出。正如本领域技术人员所知的,液体常常带有极细小的固体颗粒,例如墨、PSA等。希望这些固体与液体载体一同通过端口排出。正如所示出的,在滚筒40的内表面42上行进的次级良浆材料经由刮刀52去除并通过出口管道55行进。
滚筒上有小孔体的功能是用作过滤介质,其抵抗离心力的作用将来自给料的纤维和给料的其它所需固体组分保持在其内表面上,这是使所保留浆料脱水的主要因素。如图3和4所示的叶片35、33沿着初级和次级滚筒式过滤器30、40的周边定位。这些叶片产生了开口,这些开口可以由电磁开关或其它的常规控制装置控制,以使叶片之间的开口更小或更大。通过调节叶片之间的开口,能够根据增稠过程的标准和条件来改变通过过滤介质的流速和压力。除了过滤器开放面积和通过过滤器的材料量以外,浆料垫(mat)稠度由喂入流、喂入浓度以及相对转速控制。
第一刮浆刀50和相关联的出口管51将已增稠/已脱水的浆料从初级过滤器的内表面32上去除。已增稠/已脱水的浆料从初级滚筒式过滤器30的内表面32转移到造纸系统中的下游处理。类似于螺旋推进器的传送带(未示出)或者其它传送装置可以与出口管51协同工作,以帮助转移浆料。当浆料垫与刮浆刀接触时,浆料垫可以变成由空气支持起来的。可以采用空气的定向操纵喷射,以使浆料垫保持由空气支持起来,并将浆料垫从洗涤机5中吹入到刮刀收集组件中。或者,可以利用真空从洗涤机5中吸引浆料。应当指出,可以在初级良浆从洗涤机5中去除之前对其进行附加的增稠操作。
为次级滚筒式过滤器40的内表面42上的已脱水浆料提供第二刮浆刀组件52和相关联的收集管55,去除过程与上面相同。第二刮浆刀52的目的是清理过滤介质并恢复堵塞在次级过滤器42的过滤介质表面上的任何纤维。
为了从过滤介质释放浆料的浆料垫,可以使用压力足够高以高过相反的g力的水的逆流洗涤,在第一刮浆刀组件50的上游或在其前缘撞击滚筒表面。未被第一刮浆刀组件50收集的浆料将再次滤出到初级滚筒式过滤器30上。可以利用水在第二刮浆刀52前缘处的第二次逆流洗涤来收集保留在次级滚筒式过滤器40上的浆料,从而使过滤介质在一段时间之后不会堵塞。
在本发明的可选择实施例中,可以使用非接触的刮浆刀将增稠后的浆料垫从初级和次级滚筒式过滤器30、40的过滤介质上去除。例如,示例性地提及水或空气的极细高压喷射流或风扇,其从内部吹到纤维浆料垫之下并使浆料垫脱离过滤介质或者从后面吹以将浆料垫吹出。
在可选择的操作方法中,可以使用脉冲系统来提高脱水等级并更好地使浆料增稠。这可以通过如下方式实现,即,使第一和第二刮浆刀50、52和与其相关联的旋转滚筒有选择地间歇接触,从而在初级和次级滚筒式过滤器30、40每两转或更多转之后去除已增稠的浆料。这使得离心力施加到浆料的时间更长,从而迫使液体从浆料中排出。
在洗涤机5中,用于初级和次级滚筒式过滤器30、40的过滤介质可以更换。在一个实施例中,过滤介质是插入到初级和次级滚筒式过滤器30、40中的滤筒的形式。在另一实施例中,过滤介质可以适当地安装并张紧到初级或次级滚筒式过滤器30、40上。
图5示出根据本发明的优选的浆料喂入装置或流料箱20。这里,流料箱是具有切向方向或旋涡状入口90的气旋分离器,浆料悬浮物在高压条件下通过该入口90喂入,正如本领域所熟知的,从而随着浆料悬浮物通过该旋风器行进而使其受到旋转模式的影响。该气旋分离器包括锥体部分72,该锥体的直径从入口向旋风器的立方体顶点端74减小。流料箱整体上是具有轴线95、基部93和封闭的顶点端74的截头锥体的形式。入口90横向偏离轴线95。
包括大致平面形外壳表面76的细长喷嘴在轴线95的横向偏离位置从锥体切向延伸,细长喷嘴为槽形开口78形式。浆料悬浮物通过该槽形开口78离开气旋器,其中该开口邻近初级过滤器30的内表面32定位。
槽形开口表示细长尺寸是平行于内滚筒32的表面定向的细长开口,所述表面在内滚筒32旋转期间邻近开口78定位。
如图6所示,离开开口78并喂入初级过滤器的内表面32的悬浮物是分层喂料100的形式,其包括悬浮固体和从浆料悬浮物中带出的湿气的层状分层的布置。较重的细小纤维(fines)和较短的过滤料主要位于邻近初级过滤器的内表面32的第一层80中。距离内表面最远的顶层84主要包括长纤维和轻的细小纤维,而中间层82包括细小纤维和纤维的混合物。
通过采用如图6所示的分层喂料,由于长纤维和轻材料与过滤介质表面稍稍隔开,因此流体生产量得以提高。如果这些长纤维和轻材料直接抵靠滚筒,则它们易于形成增稠的浆料垫,阻挡细小纤维(fines)不受阻碍地进入网眼中的开口。在其它情况下,可以期望包括这种类型的喷嘴喂料器,其中图6所示的分层喂料倒置。即,转接器等可以与喷嘴相关联,以将图6所示的喂料倒置,使得较轻的细小纤维和长纤维邻近滚筒的内表面,而短纤维和较重的纤维置于远离所述表面的“顶”层。也可以通过使锥体72的定位从图5所示的具体布置旋转180°来实现此种类型的分层喂料倒置布置。
图7示出另一实施例,其中使用倒置喷嘴178代替图5所示的喷嘴78。喷嘴178包括位于从浆料悬浮物在气旋锥体72内旋转时顺时针旋转接近2-3点钟位置的喷出口200。止于狭缝204的细长封闭的辐射式通道202在倒置位置将悬浮物喂入过滤器表面32。
如图8所示,采用离开气旋分离器的这种类型的喷嘴使浆料悬浮物的取向从图6所示的位置翻转,使得较轻、较长的纤维84沿着表面32布置,细小纤维和中间纤维的中间层82置于层84之上,重的细小纤维和短纤维的稠密层80在层82的上方延伸。
根据图7和8所示的实施例,由于较长、较轻的纤维用作过滤介质的补充以帮助过滤并回收损失,因此可以提高洗涤效率。如上面可以看出的,在上述情况下可以选择图5和6所示的分层喂料,其中液压容量需要增加。
图9示出另一实施例,示出初级过滤器30具有位于流料箱20与刮刀50之间的压辊188。在本发明的这个方面,浆料悬浮物在经由刮刀50去除的浆料垫的上游沿着初级过滤器的内表面32受到该辊辊隙的挤压,以增强浆料垫的稠度。虽然该图中所示的布置示出了与初级过滤器协同工作的一压辊,但是该压辊或多个压辊也可以与次级过滤器联合使用,也可以提高所去除的浆料垫的稠度。
也可以沿着旋转滚筒中任一个或两个滚筒增加洗涤喷头。图10示出这样的一种布置,其中洗涤喷头190设置在流料箱20与刮刀50之间,以将洗涤水供给到行进的浆料垫。诸如图11所示的其它布置也是可以的,其中多个喂料头和多个刮刀可以沿着旋转的过滤介质布置。如图11所示,第二组或下游组喂料头和刮刀去除装置设置在第一组的下游。下游头20b和下游刮刀50b沿着单一的可旋转过滤表面提供多个浆料喂入和去除循环。这是一种极为节省成本的设计。
初步结果已经显示,双区洗涤机在从可能包括例如复印纸、OCC和混杂的办公废品的浆料中去除灰、墨和粘着物以及细小纤维方面是有效的。目前,优选的是,内网介质比外网介质开得更大。目前的数据显示,用60微米的过滤介质去除灰是最优的,用200微米的过滤介质去除细小纤维是最优的。过滤介质可以例如包括具有约30-600微米的开口的尼龙、聚酯或其它聚合物网筛。目前,具有正方形开口的机织聚合物介质是优选的。然而,楔形网过滤器滤筒也可以作为可接受的过滤介质。例如,具有约0.001-0.010英寸的狭缝开口的楔形网滤筒可以具有0.020-0.045英寸厚的光滑网。初步结果表明,双区洗涤机显示出增强的灰去除性能,同时显示出最小的纤维损失。
示例性的工作参数包括:共轴设置的内和外滚筒都具有约300cm的长度。在一个实施例中,内滚筒具有约250cm的直径。因此,该设备紧凑,从而对占地面积的要求降低。施加在浆料上的g力一般可以为约50-350G。双区洗涤机的初始喂入稠度可以为约0.1-10%,优选地为约0.5-5.0%。
虽然已经参照本发明的一些优选实施例详细描述了本发明,但是其它实施例也是可以的。因此,所附权利要求的精神和范围不应限制到对这里所包含的优选实施例的描述。
Claims (34)
1.一种在脱水系统中用于从浆料原料中去除流体的浆料增稠设备,包括:
喂入歧管,用于为该设备供应浆料原料;
初级滚筒式过滤器,用于从所述喂入歧管接收所述浆料原料并用于产生抵抗所述浆料原料以使液体排出的离心力,所述初级滚筒式过滤器不带有任何与其接触的相关网元件;和
第一去除装置,用于将所述浆料原料从所述初级滚筒式过滤器的表面上去除。
2.根据权利要求1的浆料增稠设备,还包括围绕所述初级滚筒式过滤器的用于收集流过所述初级过滤器的浆料纤维的次级滚筒式过滤器,所述次级滚筒式过滤器不带有任何与其接触的相关网元件。
3.根据权利要求2的浆料增稠设备,还包括用于将所述浆料原料从所述次级滚筒式过滤器的表面上去除的第二去除装置。
4.根据权利要求2的浆料增稠设备,其中,所述次级滚筒式过滤器具有比所述初级滚筒式过滤器小的开口。
5.根据权利要求2的浆料增稠设备,其中,所述初级和次级滚筒式过滤器都可围绕公共轴线旋转并产生将流体从所述浆料原料中排出的离心力。
6.根据权利要求5的浆料增稠设备,还包括用于将流体从所述设备中排出的出口。
7.根据权利要求1的浆料增稠设备,还包括邻近所述初级滚筒式过滤器并位于所述喂入歧管与所述第一去除装置之间的压辊。
8.根据权利要求1的浆料增稠设备,还包括邻近所述初级滚筒式过滤器并位于所述喂入歧管与所述第一去除装置之间的水洗喷嘴。
9.根据权利要求1的浆料增稠设备,其中,所述喂入歧管和第一去除装置限定为第一对喂入歧管和去除装置,所述脱水系统还包括与所述初级滚筒式过滤器协同工作的另一对喂入歧管和去除装置。
10.一种对浆料原料进行脱水的方法,包括如下步骤:
a.将浆料原料输送到无网的旋转初级过滤器;
b.向所述浆料原料施加离心力;
c.通过所述旋转初级过滤器从所述浆料原料中排出流体、小的浆料纤维和杂质;
d.将包括纤维和其它材料的初级良浆收集在所述旋转初级过滤器上;以及
e.将所述初级良浆从所述初级过滤器中去除。
11.根据权利要求10的方法,还包括如下步骤:在旋转的无网次级过滤器上接收所述小的浆料纤维和杂质。
12.一种无网浆料增稠系统,包括:
两个滚筒式过滤器,利用离心力将水和杂质从浆料原料中排出,并具有用于向所述过滤器供应浆料原料的喂入管线。
13.用于增稠浆料原料的方法,包括:
a.提供带有第一过滤介质的第一可旋转滚筒;
b.提供带有第二过滤介质的第二可旋转滚筒;
c.将浆料原料悬浮物喂入到所述第一可旋转滚筒中;
d.使所述浆料原料悬浮物在所述第一可旋转滚筒中受到离心力的作用,以通过所述第一过滤介质将液体、小纤维和杂质排出并收集来自所述第一过滤介质的初级良浆;
e.使所述排出的液体、小纤维和杂质前进至所述第二可旋转滚筒中;和
f.使所述排出的液体、小纤维和杂质在所述第二可旋转滚筒中受到离心力的作用,以通过所述第二过滤介质将液体排出并收集来自所述第二过滤介质的次级良浆。
14.根据权利要求13的方法,还包括在所述第一可旋转滚筒的周边周围提供第一叶片装置,以调节所述浆料悬浮物通过所述第一过滤介质的流量。
15.根据权利要求13的方法,还包括在所述第二可旋转滚筒的周边周围提供第二叶片装置,以调节所述浆料悬浮物通过所述第二过滤介质的流量。
16.根据权利要求13的方法,其中,所述第二过滤介质具有比所述第一过滤介质更细小的网眼。
17.根据权利要求13的方法,其中,所述步骤(c)包括将所述浆料悬浮物的分层喂料喂入所述第一可旋转滚筒的内表面上。
18.根据权利要求17的方法,其中,所述分层喂料包括所述浆料悬浮物的多层布置,其具有邻近所述内表面铺放的短纤维和重的细小纤维的第一层。
19.根据权利要求18的方法,其中,所述多层布置包括叠置在所述第一层上并远离所述内表面的长纤维和轻的细小纤维的顶层。
20.根据权利要求13的方法,其中,所述第二可旋转滚筒与所述第一可旋转滚筒共轴并围绕所述第一可旋转滚筒设置。
21.一种增稠浆料原料悬浮物的设备,包括:
a.带有第一过滤介质的第一可旋转滚筒;
b.带有第二过滤介质的第二可旋转滚筒;
c.将浆料原料悬浮物喂入所述第一可旋转滚筒中的装置;
d.用于使所述第一和第二可旋转滚筒旋转以在其中产生离心力的装置,由此所述第一可旋转滚筒中的浆料原料悬浮物将撞击在所述第一过滤介质上,初级良浆形成在所述第一过滤介质上,来自所述浆料原料悬浮物的液体和其它材料通过所述第一过滤介质排出并与所述第二过滤介质接触,从而次级良浆将聚集在所述第二过滤介质上;
e.用于收集聚集在所述第一过滤介质上的良浆材料的装置;
f.用于收集形成在所述第二过滤介质上的良浆材料的装置;和
g.用于将通过所述第一和第二过滤介质的材料从所述设备中输送出的装置。
22.如权利要求21的设备,其中,所述第二过滤介质的网眼比所述第一过滤介质的更细小。
23.如权利要求21的设备,其中,所述第二可旋转滚筒与所述第一可旋转滚筒共轴并围绕所述第一可旋转滚筒。
24.如权利要求21的设备,其中,所述第一可旋转滚筒包括第一组可调节叶片装置,该第一组可调节叶片装置围绕所述第一可旋转滚筒的周边,用于有选择地调节所述叶片中各叶片之间的间隙,从而调节所述浆料原料悬浮物通过所述第一可旋转滚筒的流量。
25.如权利要求24的设备,其中,所述第二可旋转滚筒包括第二组可调节叶片装置,该第二组可调节叶片装置围绕所述第二可旋转滚筒的周边,用于有选择地调节所述第二组叶片中各叶片之间的间隙,从而调节所述浆料悬浮物通过所述第二过滤介质的流量。
26.适于将浆料悬浮物喂入过滤介质表面的流料箱喂料器,所述喂料器设备包括:气旋分离器,其为具有中心轴线、基部端和封闭顶点端的封闭截头锥体的形式;位于所述基部端并横向偏离所述轴线的入口,用于在进入所述锥体时将旋转向量引入所述浆料悬浮物;喂入槽形歧管,在所述基部端与所述封闭顶点端之间连接到所述锥体,用于为所述浆料悬浮物提供出口。
27.如权利要求26的流料箱喂料器设备,其中,所述喂入槽形歧管包括背离截头锥体延伸的外壳部分。
28.如权利要求27的流料箱喂料器设备,其中,所述喂入槽形歧管横向偏离所述轴线。
29.如权利要求27的流料箱喂料器设备,其中,所述外壳具有背离所述截头锥体延伸的第一腿和止于狭缝的辐射式部分。
30.向过滤器表面喂入浆料悬浮物的方法,包括:
a.提供分离器;
b.使所述浆料悬浮物进入所述分离器;
c.在所述分离器中形成所述悬浮物的分层布置,包括较重的细小纤维、短纤维和杂质的第一层以及长纤维和较轻的细小纤维的第二层;以及
d.将所述分层布置喂入所述过滤器表面。
31.如权利要求30的方法,其中,所述步骤(d)包括使所述第一层邻近所述过滤器表面,所述第二层叠置在所述第一层之上。
32.如权利要求30的方法,其中,所述步骤(d)包括使长纤维和较轻的细小纤维的所述第二层邻近所述过滤器表面,所述第一层叠置在所述第二层之上。
33.如权利要求30的向过滤器表面喂入浆料悬浮物的方法,还包括形成细小纤维和纤维的中间层,所述中间层位于所述第一层与第二层之间。
34.如权利要求28的向过滤器表面喂入浆料悬浮物的方法,其中,所述分离器是如权利要求26-29中任一项的流料箱喂料器设备。
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