CN103930633A - 用于海上风能装置的工作平台及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工作平台(6)和包括工作平台(6)的海上风能装置(2),其中工作平台(6)被配置借助焊接接头安装在海上风能装置(2)的塔架(4)的外壁(16)上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于海上风能装置的工作平台和具有该工作平台的海上风能装置。进一步地,本发明涉及制造海上风能装置的方法。
背景技术
通常,海上风能装置的工作平台是多用途单元。主要地,工作平台例如为服务工程师提供至风能装置的通路,并且允许例如从补给舰接收用于风能装置的的服务设备或备件,今天的工作平台使用极其大量的独立组件和数百个柱头螺栓和螺钉连接。例如,根据现有技术的典型的工作平台具有大约700个螺钉连接。每一个螺钉和柱头螺栓必须遵循复杂的施工图被插入(即用锤敲进)并且随后拧紧。进一步地,螺钉连接必须遵循复杂的施工图被检查以及重新扭转。
为了符合腐蚀保护的要求,暴露于严酷海洋大气条件下的每一个螺钉必须用特殊的帽或密封件进行封装。这在劳动力方面以及材料费用方面是成本密集的过程。
然而,尽管上述相当大的精力用于防腐蚀,螺钉和柱头螺栓连接容易出错并且仍代表工作平台的构造工作的薄弱环节。螺钉连接在强度和稳定性方面以及工作平台的抵抗腐蚀方面是有问题的。根据现有技术,需要严格的维修计划并且螺钉连接必须以固定的时间间隔进行检查而且必要时予以更换。这会导致高昂的维修费用。
此外,大量的独立组件不仅导致工作平台的复杂组装工作而且需要每个组件的防腐蚀处理。大量独立组件的防腐蚀处理是消耗成本和时间的过程。
发明内容
本发明的目的是提供改进的工作平台,包括工作平台的海上风能装置以及制造风能装置的方法。
根据本发明的一方面,提供用于海上风能装置的工作平台。工作平台被配置为被配置借助焊接接头安装在海上风能装置的塔架的外壁上。优选地,焊接接头是连接工作平台和风能装置的塔架的承重接头。有利地,由于放弃了螺钉连接,无需具体并且详尽的维修计划。这导致工作平台的维修成本降低。
根据本发明的另一个有利方面,工作平台包括多个预焊接平台节段。换句话说,对包括多个预焊接平台节段的工作平台存在模块化的构思。有利地,预焊接平台节段的组装或者制造可以在制造工厂执行而不在现场或者在海上条件下执行。这允许工作平台的十分灵活的设计或者构造以及十分灵活的生产。十分容易考虑客户规范和要求。
优选地如通过应用防腐蚀涂层如涂漆、粉末涂层或者电化学工艺如阴极浸漆,使预焊接平台节段经历防腐蚀处理。有利地,平台节段可以是使用现代涂漆或者涂覆技术来车间涂漆(cabin-painted)或者工厂处理的。这将导致符合海上高标准的高质量的防腐蚀涂层。
由于下文的考虑,工作平台的模块化的构思是进一步有利的。可能存在安装完整工作平台至塔架节段的外壁的构思。然而,包括工作平台的完整塔架节段必须涂覆有防腐蚀涂层。因此,如果高质量标准应该完成,则需要用于涂覆的大型涂漆车间或者设备。这些大型设备,如大型涂覆车间在生产设施处将导致非常高的防腐蚀处理费用。另一方面,在户外条件下例如在海上条件下在码头或者现场旁边涂漆或者涂覆塔架和工作平台也许无法达到从舱体涂漆或者工厂涂层可知涂漆质量。这将恶化防腐蚀构思并且用于海上设施的高质量标准将很可能不能完成。现有技术的解决方案应用许多用于制造工作平台的小组件。这导致工作平台的灵活设计。然而,工作平台的组装必须在现场执行并且是消耗时间和高成本的。平台组件可以在生产设施中被涂漆但是组装必须在螺栓的帮助下完成。此外,工作平台的不同的组件的耐受性被加总,并且因此完整平台至风能装置的塔架的调整特别是在海上条件下可能是挑战性。螺栓必须以给定顺序和用给定转矩被锤打和固定从而完成符合复杂组装计划的组装。在组装工作期间,防腐蚀涂层即油漆或涂层可能被刮擦或者损坏,这恶化了防腐蚀构思。
有利地,根据本发明方面的模块化构思为海上风能装置提供灵活和节约成本的工作平台。
根据本发明的另一个方面,平台、预焊接平台的组装和焊接可以借助仿制的(dummy)塔架节段来执行。因此,制造的平台节段将与真实的塔架节段完美的配合,真实的塔架节段与仿制的塔架节段完全相同。这简化了工作平台的现场组装。同样地,对于制造塔架和塔架节段,可以分别使用平台仿制和平台节段仿制。这将有助于焊接柱头螺栓和法兰在塔架节段处需要它们的精确位置中。有利地,平台节段和塔架节段可以在两个不同制造工厂中制造,其为十分灵活和节约成本的生产打开路径。
根据本发明的有利实施例,工作平台的平台节段构造为具有不同的承重能力。有利地,至少一个工作平台被加固并且构造为具有与工作平台的其它平台节段相比更高的承重的能力。现有技术的工作平台未被设计为如在风能装置的重部件的互换和更换期间承载重负荷。在根据本发明的方案的模块化构思中,可以考虑这方面。根据设想的承重能力,可以如借助附加梁加固一个或多个平台节段。有利地,加固节段可以设计为承载风能装置的变压器的负荷。这将允许现场更换或者升级变压器。在风力涡轮机的维修或者升级的情况中交换变压器期间,加固和重型的平台节段可以承受变压器的重量。
为了简化变压器的更换,根据本发明的另一个方面,加固平台节段包括至少一个可行走底板,如花钢板,其是可去除的。有利地,该可行走底板可以使用特定颜色涂漆,以标示相应底部是可去除的。另外,加固平台节段可以构造为采用重负荷轨道系统以代替可去除底板。在更换变压器期间,该重负荷轨道系统适合于承载变压器并且允许快速和容易地更换或升级变压器。
根据本发明的另一个方面,提供了包括塔架和工作平台的海上风能装置。根据本发明方面的工作平台借助焊接接头安装至塔架的外壁。有利地,工作平台和塔架的壁分别具有对应的固定法兰。法兰用于借助焊接接头连接工作平台和塔架的壁。
有利地并且与现有技术中已知的螺钉连接相反,当安装平台节段至塔架时,用于焊接接头的法兰提供具有轻微调整的可能性。对于螺钉连接而言,情况不是这样,因为孔是典型的预钻孔并且因而是不可改变的。根据现有技术必须使用额外的金属部件,如垫圈或板。有利地,根据本发明的方面在组装工作平台期间这些可以省略。
工作平台和塔架除了相应的固定法兰的表面之外的表面可以包括防腐蚀涂层。有利地,防腐蚀构思可以延伸至塔架。换句话说,塔架的表面可以在生产现场涂覆有防腐蚀涂层,并且应用防腐蚀涂层的海上工作可以最小化。这将提高防腐蚀保护的质量。
有利地,平台和平台节段分别具有固定法兰,其与塔架的壁上的其它固定法兰对应。法兰用于借助焊接接头将平台和平台节段分别与塔架连接。根据本发明的方案,平台除了固定的法兰的表面之外的表面包括防腐蚀漆或涂层。换句话说,在生产现场几乎平台的整个表面涂覆有防腐蚀漆、涂层或者层。因此,需要实现防腐蚀需求的其它海上工作是十分有限的。工作平台的法兰和塔架的法兰之间的焊缝会是需要防腐蚀处理即防腐蚀涂层的唯一部分。仅通过实例的方式,可以使用适合用于海上处理的漆为焊缝涂漆。这将导致十分节约成本的具有高质量标准的防腐蚀构思。
涂层构思在经过必要的修正之后适用于固定至塔架的壁的法兰和固定至工作平台的法兰。有利地,这些法兰可以使用焊接柱头螺栓固定至塔架节段。这样的柱头螺栓可以是中空截面梁的短部。塔架节段除了固定法兰的表面可以是在生产现场车间涂漆或者工厂涂覆的,。使用柱头螺栓是有利的因为其允许法兰与塔架表面间隔。这是对于平台节段的组装是有利的因为在焊接过程期间这里有分别到塔架和工作平台的法兰的容易通路。另外,在焊接期间从法兰至塔架的热传导可以最小化。
另外,用于更换重负荷的构思可以延伸至塔架构造。根据本发明的另一个方面,重负荷轨道系统的范围从加固平台节段进入塔架的内部。塔架的内部结构系统构造为或者设计为通过用于运载重负荷轨道系统的内部部件的重负荷梁的帮助而加固。
根据本发明的另一个方面,提供制造海上风能装置的方法。风能装置包括塔架和具有安装至塔架的壁的多个平台节段的工作平台。首先,至少一个平台节段是预焊接的。随后,至少一个平台节段焊接在塔架的外壁上从而建立承重焊接接头。
有利的,在预焊接各个平台节段之后,并且在焊接平台节段在塔架的外壁上之前,至少一个预焊接平台节段的表面可以涂覆有防腐蚀涂层。
另外,所述焊接平台节段至塔架的外壁上包括:焊接所述平台节段和所述塔架的对应的固定法兰。对应固定法兰之间的焊接接头将建立工作平台和塔架之间的承重焊接接头。平台节段和/或塔架除了固定法兰的表面之外的表面可以涂覆有防腐蚀涂层。
关于根据本发明的方案的工作平台和风能装置所叙述的相同或相似优点也适用于该用于制造海上风能装置的方法。
附图说明
参考附图,本发明进一步的目的将由本发明的示例实施例的以下描述而产生,其中:
图1是根据本发明实施例的简化的海上风能装置。
图2和图3是示出了根据本发明实施例的风能装置的简化详细视图。
图4是图3的片段,示出了根据本发明实施例的工作平台的径向梁的简化详细视图。
图5是示出了根据本发明实施例的工作平台的简化俯视图。
图6是沿着图5中的VI-VI线的简化横截面图,示出了上升梯子。
图7是沿着图5中的VII-VII线的简化横截面图,示出了加固平台节段。
图8是沿着图5中的VIII-VIII线的简化横截面图,示出了正常(不加固)平台节段。
图9是示出了根据本发明实施例的塔架节段和工作平台的简化、立体和分解图。
图10是塔架节段和安装至塔架节段的工作平台的简化立体图。
图11和12是示出了根据图10的实施例的塔架节段和安装至塔架节段的工作平台的简化侧视图。
图13至图21是示出了工作平台和塔架的内部结构系统(塔架本身被省略)的简化立体图,示出了根据本发明的另一个实施例的工作平台的改装和塔架的内部结构系统以用于从塔架的内部结构系统移出变压器至加固平台节段。
具体实施方式
图1是具有塔架4和工作平台6的简化的海上风能装置2。塔架4是建立于海洋8中合适的水下基座上并且承载轮毂10,轮毂10自身承载风轮叶片12。在塔架4的建立期间,在海上组装多个塔架节段。
图2是示出了塔架节段14和分别焊接至塔架4和塔架节段14的外壁16的工作平台6。工作平台6包括安全扶手18,安全扶手18在工作平台6的外周围绕工作平台6。通过也被焊接至塔架节段14的壁16的上升梯子20可接近工作平台6。服务工程师可以使用上升梯子20经由工作平台6进入风能装置2。工作平台6经由径向梁22固定至塔架节段14,径向梁22是工作平台6的承重结构的一部分。对于正常即不加固平台节段,径向梁22是连接至塔架4的唯一的承重结构。加固平台节段借助另外的支撑梁24来支撑和加固。
塔架节段14包括多个固定法兰26。优选地,使用柱头螺栓15将固定法兰26焊接至塔架节段14的壁16上(参考图4说明进一步的细节)。工作平台6包括多个对应的固定法兰26,固定法兰26优选地焊接至径向梁22和支撑梁24。工作平台6借助一方面工作平台6处的法兰26和另一方面塔架4的法兰26的相应法兰表面之间的焊缝,被固定即焊接至塔架4即塔架4的壁16。
图3是示出了塔架节段14的进一步的简化详细视图。图2和图3从垂直视角示出了塔架节段14。图2的观察方向在图3中借助标记为“II”的箭头来表示,并且图3的观察方向在图2中借助标记为“III”的箭头来表示。
工作平台6包括具有多个径向梁22并且仅作为实例方式而言两个支撑梁24的加固平台节段28(见图2)。加固平台节段28设置在图3的右手侧。在图3的左手侧存在工作平台6的正常平台节段30,其意味着正常节段30没有被加固并且仅通过径向梁22支撑。优选地,径向梁22和支撑梁24是中空截面的钢梁。
径向梁22的法兰26和塔架4的固定法兰26的法兰表面之间的焊接接头在图4的更详细视图中示出,图4是图3的片段。该片段部分在图3中由参考标号为“IV”的矩形指示。
图4中存在第一固定法兰261,其例如经由柱头螺栓15安装例如焊接至塔架4的壁16。第一法兰261包括面对工作平台6的邻近第二法兰262的相应法兰表面的第一法兰表面。第二法兰262安装例如焊接至工作平台6的径向梁22。第一和第二法兰表面由焊缝连接并且进而提供在工作平台6和塔架4之间的承重焊接接头。柱头螺栓15还允许具有在需要时以清洁方法从塔架4分离工作平台6的位置。例如,如果平台节段28、30在运输或者安装期间被严重损坏,则可能是这种情况。
工作平台6和塔架节段14具有防腐蚀表面涂层,其符合风能装置2的防腐蚀保护规格。防腐蚀涂层可以是合适的涂料或者电镀例如热浸镀锌层。防腐蚀涂层可以在生产现场应用至风能装置2的相应部件。因此,可以使用现代高质量的表面涂层技术。塔架节段14和工作平台6唯一没有防腐蚀涂层的部分分别是塔架节段14和工作平台6(即,工作平台6的径向梁22)的第一和第二法兰261、263的第一和第二法兰表面262、264。在工作平台6的组装期间,几乎没有防腐蚀涂层的唯一表面是第一和第二法兰表面262、264之间的焊缝。为了提供根据防腐蚀规格的防腐蚀保护,焊缝可以由合适的技术处理,例如,合适的喷漆工艺。在实施中,首先焊接区域被去氧化。焊接区域后续被清洁并且接地。另外,可以应用中间涂层和两层漆。由于焊接接头位于海水可以接触焊接的飞溅区,因此焊接接头必须经受最高的腐蚀标准,如DIN C5M(其中C5是最高等级,而M代表海上)。所有合适的焊接技术可以应用至此组装。这包括使用和不使用填充金属的焊接技术,包括搅拌摩擦焊。在一个实施例中(未示出),可以应用适合于固定至塔架4和/或工作平台6上的搅拌摩擦焊装置。为了执行第一和第二法兰261、262的焊接操作,法兰可以以合适的方式压在一起。
图5是示出了根据本发明另一个实施例的工作平台6的简化俯视图。工作平台6,仅作为实例而言,包括加固平台节段28和两个正常节段30。工作平台6的平台节段28、30在法兰26处由焊接连接固定至塔架节段14的壁16。正常节段30仅在径向梁22处焊接至塔架4。加固平台节段28在径向梁22和另外的支撑梁24(不可见)处由焊接接头焊接至塔架节段14。为了将风能装置2的位置发信号至海上交通,工作平台6在安全扶手18处包括标灯(beacon fire)46。
加固平台节段28进一步包括第一和第二吊车支撑件54、56,其用于固定其上的吊车。第一吊车支撑件54用于安装手动驱动辅助吊车38,第二吊车支撑件56用于安装其上的船用液压吊车40。吊车支撑件54、56有利地固定在加固平台节段28的包括支撑梁24的那些径向梁22上。因此,吊车特别是船用液压吊车40起重能力因此可以更高。
图6是沿着图5中的VI-VI线的简化横截面图。存在上升梯子20,其在另外的固定法兰26处经由焊接接头固定至塔架节段14的壁16。上升梯子20可以按照与平台节段28、30相同的方式被预焊接并且涂覆有防腐蚀涂层。有利地,上升梯子20整合到风能装置2的防腐蚀构思中。在组装上升梯子20后,仅需要利用有防腐蚀层涂覆固定法兰26处的焊缝。
图7是沿着图5中的VII-VII线的简化横截面图,示出了加固平台节段28的横截面图。径向梁22和支撑梁24在固定法兰26处焊接至塔架节段14的壁16。
图8是沿着图5中的VIII-VIII线的简化横截面图。示出了正常平台节段30。平台节段30由径向梁22支撑,径向梁22仅在固定法兰26处安装至塔架节段14的壁16。由于承重焊接接头,正常平台节段30的承重结构十分简单。另外的支撑梁可以省略并且平台节段30可以构造为径向梁22是唯一的支撑梁。
图9是示出了根据本发明实施例的塔架节段14和工作平台6的简化、立体和分解图。在塔架节段14的壁16处存在多个固定法兰26。通过将正常平台节段30的径向梁22焊接至在塔架节段14处的相应固定法兰26,正常平台节段30固定至塔架节段14的壁16。加固平台节段28包括附加的支撑梁24,其焊接到塔架节段14的壁16上的合适的固定法兰26。上升梯子20固定到这样一种合适的法兰26,其如果与用于塔架节段14的壁16处的正常和加固平台节段30、38的固定法兰26相比则具有更小的承重能力。
图10是根据本发明实施例的塔架节段14和工作平台6的简化立体图。工作平台6是完全装备并且安装在塔架节段14上的。多个花钢板32用作平台节段28、30上的可行走底板。这些底板中的至少一个,根据图10的实施例的塔门34前方的两个底板可以是可去除的。加固平台节段28设计为采用重负荷轨道系统代替这些可去除底板36。这些可以是有利的,特别是对于位于塔架节段14内的变压器的交换。加固平台节段28进一步包括手动驱动辅助吊车38和船用液压吊车40以承载重负荷。在工作平台6外围靠近扶手18的底部处存在围绕工作平台6的缆线通道42。这对于提供电源至工作平台6的不同单元可能是有利的。
图11和12是示出了根据图10的实施例的塔架节段14和工作平台6的其它简化侧视图。图11和图12的视角是垂直的。图11的观察方向在图12中借助标记为“XI”的箭头来表示并且图12的观察方向在图11中借助标记为“XII”的箭头来表示。
图13至图21是示出了工作平台6和塔架4的内部结构系统的简化立体图,其中塔架节段14本身在图中省略。
图13示出了初始状态,其中变压器44表示位于塔架4内的重负荷。变压器44可以由合适的液压单元45提升。塔架4内的可行走花钢板32是可去除的(见图15)。另外,标灯46安装至工作平台6,将风能装置2的位置发信号给航海交通。此信号装置也是可去除的。
另外,存在门组件47,门组件47由例如螺栓安装在焊接至塔架4的法兰上。在图13中,门组件47与塔架4间隔。在去除或者安装变压器44期间,可以通过将完整的门组件47拧松离开塔架4从而去除完整的门组件47。在正常操作中,需要门以用于服务个人及用于运输塔架4内的工具。然而,在去除或者安装变压器44期间,可能需要至塔架4的较大的通路开口。为什么可以装配可去除的门组件是为了具有较大的开口以在需要时将变压器44移入或移出塔架4。
在图14中,门组件已经去除。在图15中,另外,标灯46和花钢板32被去除并且变压器44被提升。为了加固塔架4的内部结构系统48,如图16中所示出的,辅助重负荷梁50可以插入该结构系统48中。另外,加固平台节段28处的可去除底板36可以被去除,并且重负荷轨道系统52的外部可以被安装(见图17和图18)。另外,重负荷轨道系统52延伸进塔架4内部(见图19)并且因此承载范围从塔架4的内部至加固平台节段28的、用于变压器44的重负荷轨道系统52。随后,变压器44被移动到塔4的中心部分,并且被设置到重负荷轨道系统52的内部(见图20)。变压器可以通过塔架4的门34转移至加固平台节段28(见图21)。现在变压器44可以供应至合适的载体,例如,用于维修、升级或更换变压器44的服务船舶。
可选择地,根据未示出的实施例,塔架4可以被设置为仅有一个工作平台节段28、30以代替三个节段。这个平台节段28、30可以是加固的或者不加固的。根据风力涡轮机塔架4的大小和客户/生产需求,模块化化构思应用至两个、三个或更多该平台节段28、30。
另外,360°工作平台构思可以是风力涡轮机2的救援构思的一部分。这样的工作平台6允许在紧急情况中无论吊舱相对于塔架4是怎样的角度位置,都将人员从吊舱吊下来。该方案可能是除了加固平台节段28之外还提供正常“轻重量的”平台节段30的原因。
尽管已经在上文参考具体实施例描述好本发明,但是本发明不应当限于这些实施例并且本领域技术人员将毫无疑问想到落入所要求保护的发明的范围内的进一步的改进。
Claims (17)
1.一种用于海上风能装置(2)的工作平台(6),其特征在于,所述工作平台(6)被配置借助焊接接头安装在所述海上风能装置(2)的塔架(4)的外壁(16)上。
2.根据权利要求1所述的工作平台(6),包括多个预焊接平台节段(28、30)。
3.根据权利要求2述的工作平台(6),其中,所述平台节段被构造成具有不同的承重能力。
4.根据权利要求3所述的工作平台(6),其中,与所述工作平台(6)的其它平台节段(30)相比,所述平台节段(28、30)中的至少一个是加固平台节段(28)并且被构造为具有较高的承重能力。
5.根据权利要求4所述的工作平台(6),其中,所述加固平台节段(28)包括可行走底板(32),并且其中,至少一个底板(36)是可去除的,并且所述加固平台节段(28)构造为采用重负荷轨道系统(52)代替可去除底板(36)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的工作平台(6),其中,所述工作平台(6)具有固定法兰(26),其与所述塔架(4)的壁(16)上的固定法兰(26)对应并且用于借助焊接接头连接所述工作平台(6)和所述塔架(4)。
7.根据权利要求6所述的工作平台(6),其中,所述工作平台(6)除了固定法兰(26)的法兰表面(262、264)之外的表面包括防腐蚀涂层。
8.一种用于包括根据前述权利要求中的一项所述的塔架(4)和工作平台(6)的海上风能装置(2)的塔架节段(14),其中,所述塔架节段(14)包括固定法兰(26),其与所述工作平台(6)处的固定法兰(26)对应并且用于借助焊接接头连接所述工作平台(6)和所述塔架(4)。
9.根据权利要求8所述的塔架节段(14),其中,固定法兰(26)借助柱头螺栓(15)安装至所述塔架节段(14)的外壁(16)上。
10.一种海上风能装置(2),其包括根据权利要求1至7中的一项所述的塔架(4)和工作平台(6),其中所述工作平台(6)借助焊接接头安装至所述塔架节段(14)的外壁(16)上。
11.根据权利要求10所述的海上风能装置(2),其中,所述工作平台(6)和所述塔架(4)的所述外壁(16)分别具有对应的固定法兰(26),其用于借助焊接接头连接所述工作平台(6)和所述塔架(4)的壁(16),并且其中,所述工作平台(6)和所述塔架(4)除了相应的固定法兰(26)的法兰表面(262、264)之外的表面包括防腐蚀涂层。
12.根据权利要求10所述的海上风能装置(2),包括根据权利要求5所述的工作平台(6),其中,所述重负荷轨道系统(52)的范围为从所述加固平台节段(28)到进入所述塔架(4)的内部,并且其中,所述塔架(4)的塔架内部结构系统(48)构造为通过插入用于承载所述重负荷轨道系统(52)的内部部分的重负荷梁(50)而被加固。
13.一种制造海上风能装置(2)的方法,所述海上风能装置(2)包括塔架(4)和具有安装在所述塔架(4)的壁(16)上的多个平台节段(28、30)的工作平台(6),所述方法包括以下步骤:
14.预焊接至少一个平台节段(28、30),
15.焊接至少一个平台节段(28、30)至所述塔架(4)的外壁(16)上以建立承重焊接接头。
16.根据权利要求13所述的方法,进一步包括用于在预焊接平台节段(28、30)之后并且在将平台节段(28、30)焊接至所述塔架(4)的外壁(16)上之前,利用防腐蚀涂层涂覆至少一个预焊接平台节段(28、30)的表面的步骤。
17.根据权利要求13或14所述的方法,其中,将平台节段(28、30)焊接至所述塔架(4)的外壁(16)上的步骤包括:焊接平台节段(28、30)和所述塔架(4)的对应的固定法兰(26),以建立承重焊接接头,并且其中利用防腐蚀涂层涂覆平台节段(28、30)的表面的步骤包括:利用防腐蚀涂层涂覆平台节段(28、30)和/或所述塔架(4)除了固定法兰(26)的表面之外的表面。
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