CN109083612A - 一种防喷器液压锁紧装置及锁紧方法 - Google Patents
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Abstract
一种防喷器液压锁紧装置及锁紧方法,属于海洋工程领域中的钻井控制关键设备,该装置包括锁紧装置缸体,锁紧滑块及液压弹簧制动装置。锁紧装置缸体位于防喷器液压缸端部,并与其相连;锁紧滑块置于锁紧装置缸体内,其两端由液压推动,以锁定防喷器锁紧杆位置;液压弹簧制动装置缸体位于锁紧装置缸体外,通过穿入锁紧装置缸体内的制动活塞及制动轴,带动制动闸片抱紧锁紧滑块,以完成对锁紧滑块的锁紧,防止其后移,进而确保防喷器锁紧杆的锁紧。本发明,装置结构更为紧凑,失效安全的设计本申请装置更为安全可靠,并且,本申请所提供的装置结构简单,易于安装。
Description
技术领域
本发明涉及海洋钻井工程领域,尤其涉及对闸板防喷器的锁紧装置。
背景技术
闸板防喷器是石油开采中钻井和完井过程最重要的井控设备。闸板防喷器的主要特点:一是闸板密封能力强且可靠度高、耐高压、能够长时间保持闭合状态封闭井口;二是防喷器内可配备关闭各种规格类型钻杆、套管、油管的闸板,亦可配备关闭空井的全封闸板,及配备在紧急状况下剪断钻杆的剪切闸板。
闸板防喷器关闭后,防喷器锁紧杆需要在固定位置保持相对较长的一段时间,但在井口压力的作用下,防喷器锁紧杆可能由于锁紧滑块的移动而无法完全锁紧。防喷器锁紧杆未被锁紧将会影响防喷器的密封效果,甚至造成井内油气外泄,封井失败。因此,必须要确保防喷器锁紧杆的锁紧,才能使防喷器的封井工作更加安全有效。
现有的闸板防喷器的锁紧装置,其中的锁紧滑块在锁紧状态下依旧会后移,导致锁紧杆无法完全锁紧。因此目前需要提供一种新的锁紧结构,以避免上述问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种防喷器液压锁紧装置及用于该装置的防喷器液压锁紧方法。
首先,为实现上述目的,提出一种防喷器液压锁紧装置,包括:套管,所述套管内容纳有防喷器锁紧杆;所述防喷器锁紧杆,在所述套管内沿所述套管在松开位置和锁紧位置之间上下移动以锁紧所述防喷器或松开所述防喷器;还包括:锁紧装置缸体,与所述套管相交设置;锁紧滑块,设置在所述锁紧装置缸体内,沿所述锁紧装置缸体内腔在第一位置和第二位置之间左右滑动;所述锁紧滑块的底端设有锁紧斜面,所述锁紧斜面的右端还设有锁紧滑块通孔,所述锁紧滑块通孔上下贯穿所述锁紧滑块;所述锁紧滑块通孔的内径不小于所述防喷器锁紧杆的直径,所述锁紧滑块处于所述锁紧装置缸体内腔左侧的第一位置时,所述锁紧滑块通孔容纳所述防喷器锁紧杆穿过并在所述锁紧位置和所述松开位置之间上下移动;所述锁紧滑块处于所述锁紧装置缸体内腔右侧的第二位置时,所述防喷器锁紧杆的顶端与所述锁紧滑块的锁紧斜面抵接,以使所述防喷器锁紧杆在所述锁紧位置固定;液压弹簧制动装置,与所述锁紧装置缸体连接,当所述锁紧滑块位于所述第二位置时,所述液压弹簧制动装置挤压抱紧所述锁紧滑块,固定所述锁紧滑块。
可选的,上述的防喷器液压锁紧装置中,所述锁紧缸体的至少一个端部还设有液压接头,所述液压接头用以向所述锁紧缸体内输入高压油,以推动所述锁紧滑块在所述锁紧装置缸体内,在位于所述锁紧装置缸体内部左侧的第一位置和位于所述锁紧装置缸体内部右侧的第二位置之间滑动。
可选的,上述的防喷器液压锁紧装置中,所述锁紧滑块靠近所述液压接头的端部还设有凹陷区域,所述凹陷区域为环形,构成容纳所述高压油的腔体。
可选的,上述的防喷器液压锁紧装置中,所述液压弹簧制动装置包括沿所述锁紧装置缸体的轴线相对设置的至少1对。
可选的,上述的防喷器液压锁紧装置中,所述液压弹簧制动装置包括:制动外套筒,与所述锁紧装置缸体的外壁连接;所述制动外套筒内,由靠近所述锁紧装置缸体的一端到远离所述锁紧装置缸体的一端还依次设有:制动闸片,设置在所述制动外套筒内与所述锁紧装置缸体连接的一端,用以在所述锁紧滑块位于所述第二位置时,挤压抱紧所述锁紧滑块;制动轴,一端与所述制动闸片连接,另一端连接制动活塞;制动活塞,所述制动活塞的一侧与所述制动外套筒的内壁形成封闭所述制动轴、所述制动闸片的制动腔;所述制动腔的外壁还开设有液压连接头,用以向所述制动腔内注入高压油;制动弹簧,设置在所述制动活塞的另一侧与所述制动外套筒的封闭端之间,用以推动所述制动活塞、所述制动轴,将所述制动闸片挤压抱紧所述锁紧滑块。
可选的,上述的防喷器液压锁紧装置中,所述制动闸片与所述锁紧滑块接触的一面设有弧度,所述弧度与所述锁紧滑块的侧面的弧度相贴合。
可选的,上述的防喷器液压锁紧装置中,所述防喷器锁紧杆的顶部为顶端斜面,所述顶端斜面具有与所述锁紧滑块底端的锁紧斜面相同的倾斜角度,所述锁紧斜面为自所述锁紧斜面的右端向左下倾斜。
其次,为实现上述目的,还提出一种防喷器液压锁紧方法,在锁紧所述防喷器时,固定所述防喷器锁紧杆的步骤包括:第一步,通过液压连接头向制动腔内注入高压油,以推动制动活塞带动其连接的制动轴以及所述制动轴连接的制动闸片后退,松开对锁紧滑块的固定;第二步,通过液压接头向锁紧缸体内注入高压油,以推动所述锁紧滑块在所述锁紧装置缸体内沿所述锁紧装置缸体的轴线方向由第一位置滑动至第二位置;此时,所述防喷器锁紧杆的顶端抵接在所述锁紧滑块的底端的锁紧斜面上固定;第三步,通过液压连接头将所述制动腔内的高压油引出,制动弹簧推动所述制动活塞、所述制动轴,使所述制动闸片挤压抱紧所述锁紧滑块,固定所述锁紧滑块至所述锁紧装置缸体内腔右侧的第二位置;所述锁紧滑块处于所述第二位置时,所述防喷器锁紧杆被抵接在锁紧位置。
可选的,上述的方法中,所述制动腔包括有沿所述锁紧装置缸体的轴线方向对称设置的至少1对,每一个所述制动腔内均设有所述制动闸片;所述第二步或第三步中,同时通过所述液压连接头注入或引出所述多个制动腔内的高压油。
可选的,上述的方法中,所述制动腔或所述液压连接头失效时,所述制动弹簧推动所述制动活塞、所述制动轴,使所述制动闸片挤压抱紧所述锁紧滑块,固定所述锁紧滑块至所述第一位置;所述锁紧滑块处于所述第一位置时,所述防喷器锁紧杆被抵接在锁紧位置。
有益效果
本发明,包括锁紧装置缸体,锁紧滑块及液压弹簧制动装置。锁紧装置缸体位于防喷器液压缸端部,并与其相连;锁紧滑块置于锁紧装置缸体内,其两端由液压推动,以锁定防喷器锁紧杆位置;液压弹簧制动装置缸体位于锁紧装置缸体外,通过穿入锁紧装置缸体内的制动活塞及制动轴,带动制动闸片抱紧锁紧滑块,以完成对锁紧滑块的锁紧,防止其后移,进而确保防喷器锁紧杆的锁紧。
本申请首次采用摩擦制动原理,用弹簧反力锁紧滑块位置,防止其后移,进而达到锁紧防喷器锁紧杆的作用。由此,装置自身体积得以缩小,制动弹簧的工作原理简单可靠,是对现有防喷器锁紧杆锁紧装置的改进。
进一步,本申请中采用了失效安全的设计,在锁紧后,即使液压失效也能直接打开液压连接头250将所述制动腔260内的高压油引出。由此,制动弹簧220将自动地推动所述制动活塞230、所述制动轴240,使所述制动闸片270挤压抱紧所述锁紧滑块120,保证锁紧滑块120始终处于锁紧状态,保证钻井作业的安全。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,并与本发明的实施例一起,用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明中防喷器锁紧杆在防喷器关闭井口前与锁紧装置缸体及锁紧滑块相对位置示意图;
图2为本发明中防喷器锁紧杆在防喷器关闭井口后与锁紧装置缸体及锁紧滑块相对位置示意图;
图3为上图中AA截面处的液压弹簧制动装置示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
本申请所述的上、下、左、右均为方便技术人员理解,仅表示由附图中获得的各结构之间的相对的连接位置关系,并非用于限定本申请的技术方案。
图1为根据本发明的一种防喷器液压锁紧装置,包括:套管180,所述套管180内容纳有防喷器锁紧杆140;所述防喷器锁紧杆140,在所述套管内沿所述套管在松开位置和锁紧位置之间上下移动以锁紧所述防喷器或松开所述防喷器。具体而言对照图1或图2所示,所述松开位置指所述防喷器锁紧杆140在图1所示的所述套管的上部;所述锁紧位置指所述防喷器锁紧杆140在图2所示的所述套管的下部。本申请还包括:锁紧装置缸体110,与所述套管180相交设置;锁紧滑块120,设置在所述锁紧装置缸体110内,沿所述锁紧装置缸体110内腔在图1所示的第一位置和图2所示的第二位置之间左右滑动;所述锁紧滑块的底端设有锁紧斜面,所述锁紧斜面的右端还设有锁紧滑块通孔,所述锁紧滑块通孔上下贯穿所述锁紧滑块;所述锁紧滑块通孔的内径不小于所述防喷器锁紧杆140的直径,所述锁紧滑块处于所述锁紧装置缸体110内腔左侧的第一位置时,如图1所示,所述锁紧滑块通孔容纳所述防喷器锁紧杆穿过并在所述锁紧位置和所述松开位置之间上下移动;所述锁紧滑块处于所述锁紧装置缸体110内腔右侧的第二位置时,如图2所示,所述防喷器锁紧杆140的顶端与所述锁紧滑块的锁紧斜面抵接,以使所述防喷器锁紧杆140在所述锁紧位置固定;液压弹簧制动装置200,与所述锁紧装置缸体110连接,当所述锁紧滑块位于所述第二位置时,所述液压弹簧制动装置挤压抱紧所述锁紧滑块,固定所述锁紧滑块。
可选的,上述的防喷器液压锁紧装置中,所述锁紧缸体110的至少一个端部还设有液压接头190,所述液压接头用以向所述锁紧缸体110内输入高压油,以推动所述锁紧滑块在所述锁紧装置缸体110内,在位于所述锁紧装置缸体110内部左侧的第一位置和位于所述锁紧装置缸体110内部右侧的第二位置之间滑动。参考图2所示,所述液压接头192还可同步地设置在所述锁紧缸体110的另一个端部,液压接头193用以向所述锁紧缸体110内输入高压油,高压油容纳于锁紧滑块与所述锁紧装置缸体110形成的油腔193内,推动所述锁紧滑块120移动。
可选的,上述的防喷器液压锁紧装置中,所述锁紧滑块靠近所述液压接头190的端部还设有凹陷区域191,所述凹陷区域191为环形,构成容纳所述高压油的腔体,使填充的高压油均匀的推动所述锁紧滑块的端面。
可选的,上述的防喷器液压锁紧装置中,所述液压弹簧制动装置200包括沿所述锁紧装置缸体110的轴线相对设置的至少1对。
可选的,参考图3所示,上述的防喷器液压锁紧装置中,所述液压弹簧制动装置200包括:制动外套筒210,与所述锁紧装置缸体110的外壁连接;所述制动外套筒210内,由靠近所述锁紧装置缸体110的一端到远离所述锁紧装置缸体110的一端还依次设有:制动闸片270,设置在所述制动外套筒210内与所述锁紧装置缸体110连接的一端,用以在所述锁紧滑块位于所述第二位置时,挤压抱紧所述锁紧滑块;制动轴240,一端与所述制动闸片270连接,另一端连接制动活塞230;制动活塞230,所述制动活塞的一侧与所述制动外套筒210的内壁形成封闭所述制动轴240、所述制动闸片270的制动腔260;所述制动腔260的外壁还开设有液压连接头250,用以向所述制动腔260内注入高压油;制动弹簧220,设置在所述制动活塞230的另一侧与所述制动外套筒210的封闭端之间,用以推动所述制动活塞230、所述制动轴240,将所述制动闸片270挤压抱紧所述锁紧滑块120。
可选的,上述的防喷器液压锁紧装置中,所述制动闸片270与所述锁紧滑块接触的一面设有弧度,所述弧度与所述锁紧滑块的侧面的弧度相贴合。
可选的,上述的防喷器液压锁紧装置中,所述防喷器锁紧杆140的顶部为顶端斜面,所述顶端斜面具有与所述锁紧滑块底端的锁紧斜面相同的倾斜角度,所述锁紧斜面为自所述锁紧斜面的右端向左下倾斜。
此外,上述装置中锁紧滑块的大小和形状,所述液压弹簧制动装置的应用数量以及其安装位置,或者,制动阀片的形状和材质均可进一步根据工程需求进行优化。
上述的装置通过连接结构160与防喷器液压缸170的端部连接,所述套管180与所述闸板防喷器的防喷器液压缸170之间通过连接结构150密封以容纳所述防喷器锁紧杆140上下移动。
其次,为实现上述目的,还提出一种防喷器液压锁紧方法,在锁紧所述防喷器时,固定所述防喷器锁紧杆140的步骤包括:第一步,通过液压连接头250向制动腔260内注入高压油,以推动制动活塞230带动其连接的制动轴240以及所述制动轴连接的制动闸片270后退,松开对锁紧滑块120的固定;第二步,通过液压接头190向锁紧缸体110内注入高压油,以推动所述锁紧滑块在所述锁紧装置缸体110内沿所述锁紧装置缸体110的轴线方向由第一位置滑动至第二位置;此时,所述防喷器锁紧杆140的顶端抵接在所述锁紧滑块的底端的锁紧斜面上固定;第三步,通过液压连接头250将所述制动腔260内的高压油引出,制动弹簧220推动所述制动活塞230、所述制动轴240,使所述制动闸片270挤压抱紧所述锁紧滑块120,固定所述锁紧滑块至所述锁紧装置缸体110内腔右侧的第二位置;所述锁紧滑块处于所述第二位置时,所述防喷器锁紧杆140被抵接在锁紧位置。
由此,在本申请的一种实现方式下,在防喷器关闭井口前,防喷器锁紧杆的位置是在套管180内,如图1所示。在防喷器关闭井口后,锁紧滑块的位置从图1所示位置变为图2所示位置,以达到锁紧防喷器锁紧杆140的目的。具体操作过程如下:
1.通过液压连接头250向制动外套筒210腔内260区域注入高压油,推动制动活塞230,进一步压缩制动弹簧220,从而使制动闸片270后退;
2.与此同时通过液压接头190向锁紧装置缸体110腔内191区域注入高压油,推动锁紧滑块从图1所示的位置向图2所示的位置移动,锁紧滑块120的底部斜面与防喷器锁紧杆140的顶部接触,从而固定防喷器锁紧杆140的位置;
3.随后制动外套筒210腔内260区域的高压油,通过液压连接头250泄压,制动弹簧220推动制动活塞230,制动轴240,将制动闸片270挤压抱紧锁紧滑块120,通过摩擦力将锁紧滑块120锁紧在图2所示的位置,从而进一步确保防喷器锁紧杆140锁紧在图2所示的位置
可选的,上述的方法中,所述制动腔260包括有沿所述锁紧装置缸体110的轴线方向对称设置的至少1对,每一个所述制动腔内均设有所述制动闸片270;所述第二步或第三步中,同时通过所述液压连接头250注入或引出所述多个制动腔内的高压油。
可选的,上述的方法中,所述制动腔260或所述液压连接头250失效时,所述制动弹簧220推动所述制动活塞230、所述制动轴240,使所述制动闸片270挤压抱紧所述锁紧滑块120,固定所述锁紧滑块至所述第一位置;所述锁紧滑块处于所述第一位置时,所述防喷器锁紧杆140被抵接在锁紧位置。
本发明技术方案的优点主要体现在:本发明所提供的用于锁紧钻井用防喷器锁紧杆位置的液压锁紧装置,包括一个锁紧装置缸体,一个锁紧滑块,及多对液压弹簧制动装置。其中弹簧液压制动装置由制动外套筒、制动弹簧、制动活塞、制动轴和制动闸片组成。将液压锁紧装置缸体内锁紧滑块设置为可通过两端注入液压油来回推动,以完成对防喷器锁紧杆位置的锁紧工作;液压弹簧制动装置缸体位于锁紧装置缸体外,通过穿入锁紧装置缸体内的制动活塞及制动轴,带动制动闸片抱紧锁紧滑块,采用摩擦力的原理,完成对锁紧滑块的锁紧,防止其后移,进而进一步确保防喷器锁紧杆的锁紧。本发明有效地规避了由于锁紧滑块的后移导致的锁紧杆无法完全锁紧的状况。并且,本申请所提供的装置相比于传统的液压锁紧装置体积更小,工作原理更为简单可靠,结构简单,安装容易。尤其,本申请中采用了失效安全的设计,在锁紧后,即使液压失效也能保证锁紧状态,保证钻井作业的安全。
本领域普通技术人员可以理解:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种防喷器液压锁紧装置,包括:
套管(180),所述套管(180)内容纳有防喷器锁紧杆(140);
所述防喷器锁紧杆(140),在所述套管内沿所述套管在松开位置和锁紧位置之间上下移动以锁紧所述防喷器或松开所述防喷器;
其特征在于,还包括:
锁紧装置缸体(110),与所述套管(180)相交设置;
锁紧滑块(120),设置在所述锁紧装置缸体(110)内,沿所述锁紧装置缸体(110)内腔在第一位置和第二位置之间左右滑动;所述锁紧滑块的底端设有锁紧斜面,所述锁紧斜面的右端还设有锁紧滑块通孔,所述锁紧滑块通孔上下贯穿所述锁紧滑块;所述锁紧滑块通孔的内径不小于所述防喷器锁紧杆(140)的直径,所述锁紧滑块处于所述锁紧装置缸体(110)内腔左侧的第一位置时,所述锁紧滑块通孔容纳所述防喷器锁紧杆穿过并在所述锁紧位置和所述松开位置之间上下移动;所述锁紧滑块处于所述锁紧装置缸体(110)内腔右侧的第二位置时,所述防喷器锁紧杆(140)的顶端与所述锁紧滑块的锁紧斜面抵接,以使所述防喷器锁紧杆(140)在所述锁紧位置固定;
液压弹簧制动装置(200),与所述锁紧装置缸体(110)连接,当所述锁紧滑块位于所述第二位置时,所述液压弹簧制动装置挤压抱紧所述锁紧滑块,固定所述锁紧滑块。
2.如权利要求1所述的防喷器液压锁紧装置,其特征在于,所述锁紧缸体(110)的至少一个端部还设有液压接头(190),所述液压接头用以向所述锁紧缸体(110)内输入高压油,以推动所述锁紧滑块在所述锁紧装置缸体(110)内,在位于所述锁紧装置缸体(110)内部左侧的第一位置和位于所述锁紧装置缸体(110)内部右侧的第二位置之间滑动。
3.如权利要求2所述的防喷器液压锁紧装置,其特征在于,所述锁紧滑块靠近所述液压接头(190)的端部还设有凹陷区域(191),所述凹陷区域(191)为环形,构成容纳所述高压油的腔体。
4.如权利要求1至3所述的防喷器液压锁紧装置,其特征在于,所述液压弹簧制动装置(200)包括沿所述锁紧装置缸体(110)的轴线相对设置的至少1对。
5.如权利要求4所述的防喷器液压锁紧装置,其特征在于,所述液压弹簧制动装置(200)包括:
制动外套筒(210),与所述锁紧装置缸体(110)的外壁连接;
所述制动外套筒(210)内,由靠近所述锁紧装置缸体(110)的一端到远离所述锁紧装置缸体(110)的一端还依次设有:
制动闸片(270),设置在所述制动外套筒(210)内与所述锁紧装置缸体(110)连接的一端,用以在所述锁紧滑块位于所述第二位置时,挤压抱紧所述锁紧滑块;
制动轴(240),一端与所述制动闸片(270)连接,另一端连接制动活塞(230);
制动活塞(230),所述制动活塞的一侧与所述制动外套筒(210)的内壁形成封闭所述制动轴(240)、所述制动闸片(270)的制动腔(260);
所述制动腔(260)的外壁还开设有液压连接头(250),用以向所述制动腔(260)内注入高压油;
制动弹簧(220),设置在所述制动活塞(230)的另一侧与所述制动外套筒(210)的封闭端之间,用以推动所述制动活塞(230)、所述制动轴(240),将所述制动闸片(270)挤压抱紧所述锁紧滑块(120)。
6.如权利要求5所述的防喷器液压锁紧装置,其特征在于,所述制动闸片(270)与所述锁紧滑块接触的一面设有弧度,所述弧度与所述锁紧滑块的侧面的弧度相贴合。
7.如权利要求1至6任一所述的防喷器液压锁紧装置,其特征在于,所述防喷器锁紧杆(140)的顶部为顶端斜面,所述顶端斜面具有与所述锁紧滑块底端的锁紧斜面相同的倾斜角度,
所述锁紧斜面为自所述锁紧斜面的右端向左下倾斜。
8.一种用于权利要求1至权利要求7任一所述的防喷器液压锁紧装置的防喷器液压锁紧方法,其特征在于,锁紧所述防喷器时,固定所述防喷器锁紧杆(140)的步骤包括:
第一步,通过液压连接头(250)向制动腔(260)内注入高压油,以推动制动活塞(230)带动其连接的制动轴(240)以及所述制动轴连接的制动闸片(270)后退,松开对锁紧滑块(120)的固定;
第二步,通过液压接头(190)向锁紧缸体(110)内注入高压油,以推动所述锁紧滑块在所述锁紧装置缸体(110)内沿所述锁紧装置缸体(110)的轴线方向由第一位置滑动至第二位置;此时,所述防喷器锁紧杆(140)的顶端抵接在所述锁紧滑块的底端的锁紧斜面上固定;
第三步,通过液压连接头(250)将所述制动腔(260)内的高压油引出,制动弹簧(220)推动所述制动活塞(230)、所述制动轴(240),使所述制动闸片(270)挤压抱紧所述锁紧滑块(120),固定所述锁紧滑块至所述锁紧装置缸体(110)内腔右侧的第二位置;所述锁紧滑块处于所述第二位置时,所述防喷器锁紧杆(140)被抵接在锁紧位置。
9.如权利要求8所述的防喷器液压锁紧方法,其特征在于,
所述制动腔(260)包括有沿所述锁紧装置缸体(110)的轴线方向对称设置的至少1对,每一个所述制动腔内均设有所述制动闸片(270);
所述第二步或第三步中,同时通过所述液压连接头(250)注入或引出所述多个制动腔内的高压油。
10.如权利要求8至9所述的防喷器液压锁紧方法,其特征在于,所述制动腔(260)或所述液压连接头(250)失效时,所述制动弹簧(220)推动所述制动活塞(230)、所述制动轴(240),使所述制动闸片(270)挤压抱紧所述锁紧滑块(120),固定所述锁紧滑块至所述第一位置;所述锁紧滑块处于所述第一位置时,所述防喷器锁紧杆(140)被抵接在锁紧位置。
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