CN107035414A - 用于可分离的叶片平台固持夹的方法及系统 - Google Patents

用于可分离的叶片平台固持夹的方法及系统 Download PDF

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Abstract

提供一种复合叶片组件(209)和涡扇发动机(10)。复合叶片组件(209)包括具有径向内根部(308)的复合叶片(202)。复合叶片组件(209)包括第一平台(210)以及在平台接头(214)处邻接第一平台(210)的周向相邻的第二平台(212)。第一平台(210)和第二平台(212)中的各个包括径向外表面(216)和沿径向向内延伸的附接部件(310)。平台接头(214)包括延伸穿过第一平台(210)和第二平台(212)的相邻边缘(304)的槽口(302)。槽口(302)构造成接收径向内根部(308)，并且径向内根部(308)构造成夹在附接部件(310)中间。叶片组件(209)包括构造成将复合叶片(202)的径向内根部(308)和附接构件(310)连结成一体结构的粘合系统(402)，以及构造成使附接部件(310)朝彼此偏置的固持夹(314)。

Description

用于可分离的叶片平台固持夹的方法及系统
技术领域
本公开的领域大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体而言，涉及用于增强叶片可旋转部件中的粘结接头的方法和系统。
背景技术
至少一些已知的燃气涡轮发动机将复合材料用于例如压缩机叶片中。在许多方面中，复合材料优于用于燃气涡轮发动机中的传统材料。在许多应用中，它们至少与传统材料一样强，并且在使用复合构件时实现的重量节省使它们的使用非常有吸引力。然而，在各种应用中，单独的复合材料的性质可为不足的。例如，进入芯部发动机入口的外来碎片将遇到增压器压缩机或高压压缩机的叶片。此类事件典型地引起对压缩机的叶片的损坏。在一些情况中，叶片的部分可与叶片的其它部分分离。
发明内容
在一个方面中，一种复合叶片组件包括包含径向内根部、径向外末端以及在其间延伸的翼型件的复合叶片。径向内根部包括燕尾部。复合叶片组件还包括包含第一平台以及在平台接头处邻接第一平台的周向相邻的第二平台的复合叶片组件。第一平台和第二平台中的各个包括径向外表面和沿径向向内延伸的附接部件。平台接头包括延伸穿过第一平台和第二平台的相邻边缘的轴向延伸的槽口。槽口构造成接收径向内根部，并且径向内根部构造成夹在附接部件中间。复合叶片组件包括构造成将复合叶片的径向内根部和附接部件连结成一体结构的粘合系统，以及构造成使附接部件朝彼此偏置的固持夹。
在另一个方面中，一种组装可分离的叶片的方法包括提供包括径向外末端、径向内根部以及在其间延伸的翼型件的压缩机叶片。该方法还包括提供一对平台部件，其中各个平台部件包括径向外平台表面和沿径向向内延伸的附接部件。该方法还包括将压缩机叶片和附接部件连结在一起，并且使用机械偏置部件将压缩机叶片和附接部件夹持在一起。
在又一个方面中，涡扇发动机包括包含多级压缩机的芯部发动机、由功率涡轮供能的增压器压缩机，该功率涡轮由芯部发动机中生成的气体驱动，以及复合叶片组件。复合叶片组件包括包含径向内根部、径向外末端以及在其间延伸的翼型件的复合叶片。径向内根部包括燕尾部。复合叶片组件还包括包含第一平台以及在平台接头处邻接第一平台的周向相邻的第二平台的复合叶片组件。第一平台和第二平台中的各个包括径向外表面和沿径向向内延伸的附接部件。平台接头包括延伸穿过第一平台和第二平台的相邻边缘的轴向延伸的槽口。槽口构造成接收径向内根部，并且径向内根部构造成夹在附接部件中间。复合叶片组件还包括构造成将复合叶片的径向内根部和附接部件连结成一体结构的粘合系统，以及构造成使附接部件朝彼此偏置的固持夹。该固持夹还可提供二次负载路径，以在粘合粘结失效的情况下将平台固持在一起。
技术方案1. 一种复合叶片组件，其包括：
复合叶片，所述复合叶片包括径向内根部、径向外末端以及在其间延伸的翼型件，所述径向内根部包括燕尾部；
复合叶片组件，其包括第一平台以及在平台接头处邻接所述第一平台的周向相邻的第二平台，所述第一平台和所述第二平台中的各个包括径向外表面和沿径向向内延伸的附接部件，所述平台接头包括延伸穿过所述第一平台和所述第二平台的相邻边缘的轴向延伸的槽口，所述槽口构造成接收所述径向内根部，所述径向内根部构造成夹在所述附接部件中间；
粘合系统，其构造成将所述复合叶片的所述径向内根部和所述附接部件连结成一体结构；以及
固持夹，其构造成使所述附接部件朝彼此偏置。
技术方案2. 根据技术方案1所述的组件，其特征在于，所述固持夹由金属材料和复合材料中的至少一种形成。
技术方案3. 根据技术方案1所述的组件，其特征在于，所述固持夹包括偏置部件，所述偏置部件联接于远离所述偏置部件正交地延伸的一对腿部。
技术方案4. 根据技术方案1所述的组件，其特征在于，所述固持夹构造成接合所述附接部件的周向相对面。
技术方案5. 根据技术方案1所述的组件，其特征在于，所述固持夹构造成在所述附接部件和所述叶片的所述径向内根部上施加夹持力。
技术方案6. 根据技术方案1所述的组件，其特征在于，所述固持夹构造成抵抗所述复合叶片和所述复合叶片组件的分离。
技术方案7. 根据技术方案1所述的组件，其特征在于，所述复合叶片包括增压器压缩机的复合叶片。
技术方案8. 一种组装可分离的叶片的方法，所述方法包括：
提供包括径向外末端、径向内根部以及在其间延伸的翼型件的压缩机叶片；
提供一对平台部件，各个平台部件包括径向外平台表面和沿径向向内延伸的附接部件；
将所述压缩机叶片和所述附接部件连结在一起；并且
使用机械偏置部件将所述压缩机叶片和所述附接部件夹持在一起。
技术方案9. 根据技术方案8所述的方法，其特征在于，提供一对平台部件包括提供一对平台部件，各个平台部件包括所述一对平台部件的所述径向外平台表面的相邻边缘中的轴向延伸的槽口。
技术方案10. 根据技术方案8所述的方法，其特征在于，将所述压缩机叶片和所述附接部件连结在一起包括使用施加于所述压缩机叶片和所述附接部件的相邻面的粘合剂将所述压缩机叶片和所述附接部件连结在一起。
技术方案11. 根据技术方案8所述的方法，其特征在于，将所述压缩机和所述附接部件连结在一起包括将所述压缩机叶片和所述附接部件粘结在一起。
技术方案12. 根据技术方案8所述的方法，其特征在于，使用机械偏置部件将所述压缩机叶片和所述附接部件夹持在一起包括将相应的固持夹腿部附接于所述附接部件的周向相对面中的各个。
技术方案13. 根据技术方案12所述的方法，其特征在于，将固持夹附接于所述附接部件的周向相对面包括使用联接于所述相应的固持夹腿部的偏置部件使所述附接部件的所述周向相对面偏置。
技术方案14. 根据技术方案12所述的方法，其特征在于，将固持夹附接于所述附接部件的周向相对面包括将所述固持夹附于所述附接部件的所述周向相对面和所述压缩机叶片。
技术方案15. 一种涡扇发动机，其包括：
芯部发动机，其包括多级压缩机；
增压器压缩机，其由功率涡轮供能，所述功率涡轮由所述芯部发动机中生成的气体驱动；
复合叶片组件，其包括：
复合叶片，所述复合叶片包括径向内根部、径向外末端以及在其间延伸的翼型件，所述径向内根部包括燕尾部；
复合叶片组件，其包括第一平台以及在平台接头处邻接所述第一平台的周向相邻的第二平台，所述第一平台和所述第二平台中的各个包括径向外表面和沿径向向内延伸的附接部件，所述平台接头包括延伸穿过所述第一平台和所述第二平台的相邻边缘的轴向延伸的槽口，所述槽口构造成接收所述径向内根部，所述径向内根部构造成夹在所述附接部件中间；以及
固持夹，其由金属材料和复合材料中的至少一种形成，并且构造成使所述附接部件朝彼此偏置。
技术方案16. 根据技术方案15所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括粘合系统，其构造成将所述复合叶片的所述径向内根部和所述附接部件连结成一体结构。
技术方案17. 根据技术方案15所述的发动机，其特征在于，所述固持夹包括偏置部件，所述偏置部件联接于远离所述偏置部件正交地延伸的一对腿部。
技术方案18. 根据技术方案15所述的发动机，其特征在于，所述固持夹构造成接合所述附接部件的周向相对面。
技术方案19. 根据技术方案15所述的发动机，其特征在于，所述固持夹构造成在所述附接部件和所述叶片的所述径向内根部上施加夹持力。
技术方案20. 根据技术方案15所述的发动机，其特征在于，所述固持夹构造成抵抗所述复合叶片和所述复合叶片组件的分离。
附图说明
当参照附图阅读下列详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其它的特征、方面和优点，在该附图中，相似的标记在所有附图中表示相似的部件，其中：
图1为根据本公开的示例性实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意图。
图2为关于可与图1中示出的涡扇发动机一起使用的一排叶片的沿径向向内观看的平面图。
图3为部分组装的叶片组件的透视图。
图4为组装的叶片组件的透视图。
图5为组装的叶片组件的另一透视图。
除非另外指出，否则本文中提供的附图意在示出本公开的实施例的特征。这些特征认为是适用于多种系统，其包括本公开的一个或更多个实施例。就此而言，附图不意在包括本文中公开的实施例的实践所需的、本领域技术人员已知的所有常规特征。
部件列表
10燃气涡轮发动机
12纵向轴线
14风扇区段
16芯部涡轮发动机
18外壳
20环形入口
22低压(LP)压缩机
24高压(HP)压缩机
26燃烧区段
28HP涡轮
30LP涡轮
32喷气排气喷嘴区段
34HP轴或转轴
36LP轴或转轴
37芯部空气流动路径
38可变桨距风扇
40风扇叶片
42盘
44桨距变化机构(PCM)
46功率齿轮箱
48可旋转前毂
50机舱
52出口导叶
54下游区段
56旁通空气流通路
58一定量的空气
60入口
62第一部分
64第二部分
66燃烧气体
68HP涡轮定子导叶
70HP涡轮转子叶片
72LP涡轮定子导叶
74LP涡轮转子叶片
76风扇喷嘴排气区段
78热气体路径
200排
202叶片
204盘或转子
206平台
208相邻对
209平台组件
210第一平台
212第二平台
214平台接头
216径向外表面
302槽口
304相邻边缘
306凹形切口
308径向内根部
310附接部件
312径向内表面
314固持夹
316径向内表面
316腿部
318偏置部件
320周向相对面
400间隙
402粘合系统。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求中，将参照一定数量的用语，其应当限定为具有以下意义。
单数形式"一"、"一个"和"该"包括复数参照，除非上下文另外清楚地指出。
"可选"或"可选地"意思是随后描述的事件或情形可或可不发生，并且描述包括其中事件发生的情况，以及其中其不发生的情况。
如本文中遍及说明书和权利要求使用的近似语言可应用于修饰可在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下可容许地改变的任何数量表达。因此，由用语或多个用语如"大约"、"近似"和"大致"修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况中，近似语言可对应于用于测量值的器具的精度。此处和遍及说明书和权利要求，范围限制可组合和/或互换，此类范围被识别并且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。
本文中描述的复合叶片组件的实施例提供成本有效方法，其用于通过使用固持器夹来将叶片的三个件保持在一起而固持可分离的叶片，即使将叶片的部分保持在一起的粘合系统完全地解散。复合叶片组件包括使用粘合系统和固持夹连结在一起的复合叶片和复合叶片组件，该粘合系统构造成将复合叶片和复合叶片组件连结成一体结构，该固持夹构造成将复合叶片和复合叶片组件夹持在一起。复合叶片包括径向内根部、径向外末端，以及在其间延伸的翼型件，径向内根部包括燕尾部。复合叶片组件包括第一平台以及在平台接头处邻接第一平台的周向相邻的第二平台。第一平台和第二平台中的各个包括径向外表面和沿径向向内延伸的附接部件。平台接头包括轴向延伸的槽口，其延伸穿过第一平台和第二平台的相邻边缘。槽口构造成接收径向内根部，并且径向内根部构造成夹在附接部件中间。
图1为根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机10的示意性截面图。在示例性实施例中，燃气涡轮发动机10以高旁通涡扇喷气发动机实施。如图1中示出的，涡扇发动机10限定轴向方向A(平行于出于参考提供的纵向轴线12延伸)和径向方向R。大体上，涡扇10包括风扇区段14以及设置在风扇区段14下游的芯部涡轮发动机16。
在示例性实施例中，芯部涡轮发动机16包括近似管状的外壳18，其限定环形入口20。外壳18包围成串流关系的包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24的压缩机区段；燃烧区段26；包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30的涡轮区段；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接于HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接于LP压缩机22。压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段以及喷嘴区段32一起限定芯部空气流动路径37。
在示例性实施例中，风扇区段14包括可变桨距风扇38，其具有成间隔开的关系联接于盘42的多个风扇叶片40。风扇叶片40从盘42沿径向向外延伸。各个风扇叶片40能够借助于风扇叶片40操作性地联接于适合的桨距变化机构(PCM)44绕着桨距轴线P关于盘42旋转，该适合的桨距变化机构(PCM)44构造成改变风扇叶片40的桨距。在其它实施例中，桨距变化机构(PCM)44构造成共同地一致地改变风扇叶片40的桨距。风扇叶片40、盘42以及桨距变化机构44能够由横跨功率齿轮箱46的LP轴36绕着纵向轴线12一起旋转。功率齿轮箱46包括多个齿轮，用于将风扇38关于LP轴36的旋转速度调节成更有效的旋转风扇速度。
盘42由可旋转前毂48覆盖，可旋转前毂48空气动力学地定轮廓成促进空气流穿过多个风扇叶片40。另外，风扇区段14包括环形风扇壳或外机舱50，其沿周向包绕风扇38和/或芯部涡轮发动机16的至少一部分。在示例性实施例中，机舱50构造成由多个周向间隔的出口导叶52关于芯部涡轮发动机16支承。此外，机舱50的下游区段54可在芯部涡轮发动机16的外部分之上延伸，以便限定其间的旁通空气流通路56。
在涡扇发动机10的操作期间，一定量的空气58通过机舱50和/或风扇区段14的相关联入口60进入涡扇10。在一定量的空气58经过横跨风扇叶片40时，一定量的空气58的第一部分62指引或发送到旁通气流通路56中，而一定量的空气58的第二部分64指引或发送到芯部空气流动路径37中，或更具体而言，到LP压缩机22中。第一部分62与第二部分64之间的比率通常称为旁通比。第二部分64的压力接着在其发送穿过高压(HP)压缩机24并且到燃烧区段26中时增大，其中第二部分64与燃料混合并且焚烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66发送穿过HP涡轮28，其中来自燃烧气体66的热和/或动能的一部分经由联接于外壳18的HP涡轮定子导叶68和联接于HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70的连续级抽取，因此引起HP轴或转轴34旋转，这接着驱动HP压缩机24的旋转。燃烧气体66接着发送穿过LP涡轮30，其中热和动能的第二部分经由联接于外壳18的LP涡轮定子导叶72和联接于LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片74的连续级从燃烧气体66抽取，这驱动LP轴或转轴36和LP压缩机22的旋转和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后发送穿过芯部涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32，以提供推进推力。同时，第一部分62的压力在第一部分62在其从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前发送穿过旁通空气流通路56时显著地增大，也提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30以及喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78，用于将燃烧气体66发送穿过芯部涡轮发动机16。
涡扇发动机10仅经由实例在图1中描绘，并且在其它示例性实施例中，涡扇发动机10可具有包括例如涡桨发动机的任何其它适合的构造。
图2为关于可与涡扇发动机10(图1中示出)一起使用的一排200复合叶片202的沿径向向内观看的平面图。在示例性实施例中，排200形成在旋转机器(如HP压缩机24)的盘或转子204上。多个平台206以相邻对208绕着转子204沿周向间隔。各个对208形成复合叶片组件209的一部分。复合叶片组件209包括第一平台210和第二平台212。第一平台210和周向相邻的第二平台212邻接在平台接头214处。第一平台210和第二平台212中的各个包括径向外表面216。
图3为根据本公开的示例性实施例的部分组装的复合叶片组件209的透视图。在示例性实施例中，平台接头214包括延伸穿过第一平台210和第二平台212的相邻边缘304的轴向延伸的槽口302。槽口302在边缘304中的各个中由凹形切口306形成。槽口302大小确定和定位成接收叶片202的径向内根部308。径向内根部308构造成夹在附接部件310中间，附接部件310从第一平台210和第二平台212的径向内表面312沿径向向内延伸。固持夹314包括联接或形成在偏置部件318的相对端处的一对腿部316。固持夹314构造成接合附接部件310的周向相对面320，并且构造成使附接部件310以夹持方式朝彼此偏置。
图4为根据本公开的示例性实施例的组装的复合叶片组件209的透视图。在示例性实施例中，附接部件310从第一平台210和第二平台212的径向内表面316沿径向向内延伸。在示例性实施例中，附接部件310由间隙400相对于彼此分离，间隙400提供了空间，其中叶片202的径向内根部308接收在附接部件310之间并且夹在其中间。粘合系统402施加在叶片202的径向内根部308的相邻面与附接部件310中的各个之间。尽管描述为粘合系统，但粘合系统402可包括将叶片202的径向内根部308粘结于附接部件310中的各个的其它形式。
图5为根据本公开的示例性实施例的组装的复合叶片组件209的另一透视图。在示例性实施例中，附接部件310从第一平台210和第二平台212的径向内表面316沿径向向内延伸。在示例性实施例中，附接部件310由间隙400相对于彼此分离，间隙400提供了空间，其中叶片202的径向内根部308接收在附接部件310之间并且夹在其中间。粘合系统402施加在叶片202的径向内根部308的相邻面与附接部件310中的各个之间。尽管描述为粘合系统，但粘合系统402可包括将叶片202的径向内根部308粘结于附接部件310中的各个的其它形式。
在操作期间，压缩机(如增压器压缩机22)的叶片202可由可进入入口20的外来物体沿大致轴向方向经受撞击。此类撞击可将相当大力给予叶片202，这以纯粹地破坏粘合粘结而结束，该粘合粘结用于与其它构件形成叶片202以制造例如复合叶片组件209。为了便于在外来物体撞击事件之后将复合叶片组件209保持在可接受的性能特征内，固持夹314构造成使用腿部316来接合附接部件310的周向相对面320，腿部316联接或形成在偏置部件318的相对端处。固持夹314将附接部件310夹持于径向内根部308，以在于外来物体撞击之后保持附接部件310和径向内根部308以一体结构粘结在一起方面，支持粘合系统402。其它发动机条件也可引起粘合粘结失效，如由不平衡或一般疲劳引起的极端摩擦条件，然而固持夹提供二次负载路径以有助于整体产品可靠性。
复合叶片固持系统的方法和系统的以上描述的实施例提供了用于在如外来物体撞击的事件期间减少叶片部分的分离的实现的成本有效且可靠的器件。更具体而言，本文中描述的方法和系统便于在粘合系统在事件期间完全解散时保持包含的叶片的可分离部分。因此，本文中描述的方法和系统便于在应用中使用复合材料，在该应用中复合材料的性质中的一种需要以成本有效且可靠的方式支持。
尽管本公开的各种实施例的特定特征可在一些附图中示出并且在其它附图中未示出，但这仅是为了方便。根据本公开的原理，附图的任何特征可与任何其它附图的任何特征组合来参照和/或要求权利。
该书面的描述使用实例以公开实施例(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践实施例(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种复合叶片组件(209)，其包括：
复合叶片(202)，所述复合叶片(202)包括径向内根部(308)、径向外末端以及在其间延伸的翼型件(202)，所述径向内根部(308)包括燕尾部；
复合叶片组件(209)，其包括第一平台(210)以及在平台接头(214)处邻接所述第一平台(210)的周向相邻的第二平台(212)，所述第一平台(210)和所述第二平台(212)中的各个包括径向外表面(216)和沿径向向内延伸的附接部件(310)，所述平台接头(214)包括延伸穿过所述第一平台(210)和所述第二平台(212)的相邻边缘(304)的轴向延伸的槽口(302)，所述槽口(302)构造成接收所述径向内根部(308)，所述径向内根部(308)构造成夹在所述附接部件(310)中间；
粘合系统(402)，其构造成将所述复合叶片(202)的所述径向内根部(308)和所述附接部件(310)连结成一体结构；以及
固持夹(314)，其构造成使所述附接部件(310)朝彼此偏置。
2.根据权利要求1所述的组件(209)，其特征在于，所述固持夹(314)由金属材料和复合材料中的至少一种形成。
3.根据权利要求1所述的组件(209)，其特征在于，所述固持夹(314)包括偏置部件(318)，所述偏置部件(318)联接于远离所述偏置部件(318)正交地延伸的一对腿部(316)。
4.根据权利要求1所述的组件(209)，其特征在于，所述固持夹(314)构造成接合所述附接部件(310)的周向相对面(320)。
5.根据权利要求1所述的组件(209)，其特征在于，所述固持夹(314)构造成在所述附接部件(310)和所述叶片(202)的所述径向内根部(308)上施加夹持力。
6.根据权利要求1所述的组件(209)，其特征在于，所述固持夹(314)构造成抵抗所述复合叶片(202)和所述复合叶片组件(209)的分离。
7.根据权利要求1所述的组件(209)，其特征在于，所述复合叶片(202)包括增压器压缩机(22)的复合叶片(202)。
8.一种涡扇发动机(10)，其包括：
芯部发动机(16)，其包括多级压缩机(24)；
增压器压缩机(22)，其由功率涡轮(30)供能，所述功率涡轮(30)由所述芯部发动机(16)中生成的气体驱动；
复合叶片组件(209)，其包括：
复合叶片(202)，所述复合叶片(202)包括径向内根部(308)、径向外末端以及在其间延伸的翼型件(202)，所述径向内根部(308)包括燕尾部；
复合叶片组件(209)，其包括第一平台(210)以及在平台接头(214)处邻接所述第一平台(210)的周向相邻的第二平台(212)，所述第一平台(210)和所述第二平台(212)中的各个包括径向外表面(216)和沿径向向内延伸的附接部件(310)，所述平台接头(214)包括延伸穿过所述第一平台(210)和所述第二平台(212)的相邻边缘(304)的轴向延伸的槽口(302)，所述槽口(302)构造成接收所述径向内根部(308)，所述径向内根部(308)构造成夹在所述附接部件(310)中间；以及
固持夹(314)，其由金属材料和复合材料中的至少一种形成，并且构造成使所述附接部件(310)朝彼此偏置。
9.根据权利要求8所述的发动机，其特征在于，所述发动机还包括粘合系统(402)，其构造成将所述复合叶片(202)的所述径向内根部(308)和所述附接部件(310)连结成一体结构。
10.根据权利要求8所述的发动机，其特征在于，所述固持夹(314)包括偏置部件(318)，所述偏置部件(318)联接于远离所述偏置部件(318)正交地延伸的一对腿部(316)。
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