CN113164990A - 用于压力清洁装置的旋转射流喷嘴组件 - Google Patents
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Abstract
用于压力清洁装置的旋转射流喷嘴组件(1),其包括:沿第一长轴(X)在清洗液的入口(3)和出口(4)之间延伸的壳(2),在所述壳(2)中限定了与所述入口(3)以流体形式连通的所述清洗液的容纳室(5);由于来自所述入口(3)的所述清洗液的作用,在所述容纳室(5)内可绕所述第一长轴(X)旋转的支撑件(10);沿相对于所述第一长轴(X)倾斜的第二长轴(Y)延伸并被输送管道(28)穿过的喷嘴体(20),所述喷嘴体(20)与所述支撑件(10)相关连并由此被驱动旋转;以及与所述支撑件(10)一体的配重,所述配重位于相对于所述第一长轴(X)偏心的位置并与所述喷嘴体(20)相对地设置。
Description
应用领域
本发明涉及用于产生旋转射流的喷嘴组件,尤其是在压力清洗应用的背景中。
因此,本发明能在压力清洁装置的技术领域中进行有效地应用,优选地,在高压清洁装置中,例如高压清洗机。
以下非限制性地参考在所述领域的背景中的使用进行描述。
现有技术
在上文所述的领域中,喷嘴组件用于在来自诸如压力清洗机之类的清洗装置的压力下输送清洗液。
在压力清洗器的特定情况中,喷嘴组件设置在喷枪的末端,使用者能够握持喷枪以引导和调节清洗液的输送。
特别地,使用旋转射流喷嘴组件,其允许输送圆锥形的清洗液射流,从而相对于单个固定射流撞击更大的待清洗表面。
当今已知的旋转射流喷嘴组件使用在容纳室内可移动的喷嘴体。所述可移动体具有:输送头,其通过滑动放置在所述室的前座而被其约束;装置的输送口在其中打开的室;以及倾斜的纵向杆,其在室内自身被驱动旋转。
如果在过去使用相对复杂的机械系统驱动喷嘴体的杆旋转,那么在高压应用(25bar至1000bar)中,如今通常使用通过清洗液本身进入室来驱动杆的方案。
现有技术的装置尽管基本上达到了其目的,但是仍具有某些尚未被解决的缺点。
首先,注意到的是当今使用的喷嘴组件是如何在使用中经受具有相对高的振幅和频率的机械震荡的,特别是在高工作压力下。这些震荡转化为了相当可观的振动,并传递到了集成了喷嘴的整个工具中。
尤其是当由操作人员直接操作工具时,例如操作清洗喷枪的情况下,上述振动显得至关重要。事实上,振动造成了不适和受干扰的状态,除了在关键情况下对操作员造成已有记录的病理学影响之外,还造成了清洗系统的使用舒适性的降低。
此外,振动会增加清洗系统的噪音,这再次损害了操作员及其周围人员的舒适度。
为了应对上述缺点,已经使用了应用于清洗工具的减震系统。然而,这些系统极大地增加了清洗机器的结构复杂性和生产成本。
第二个缺点涉及由清洗液驱动的喷嘴体的旋转速度。
在所述类型的喷嘴组件中,清洗液所施加的推力必须克服旋转元件的惯性并使其保持旋转。
通常,装置的设计应有助于驱动过程:实际上,对于那些工作压力较低的应用,例如洗车,也需要确保装置的正确启动。
随着压力值的增加,提供给以相对较高的速率旋转的旋转元件的推力逐渐增加。但是,超出一定的转速阈值后,还存在射流的雾化效应,这导致射流自身撞击待清洗表面的力大大降低,并且使装置的清洁效率降低。
本发明所蕴含的技术问题是构思具有某结构和功能特征的喷嘴组件,以克服相对于现有技术的上述缺点,尤其是例如最小化产生的振动,从而改善使用者的舒适度。
本发明的目的还在于在任何使用压力下使由喷嘴组件输送的液体射流的力的最大化。
发明概述
通过用于压力清洁装置的旋转射流喷嘴组件解决了上述技术问题,所述旋转射流喷嘴组件包括:
-沿第一长轴在清洗液的入口和出口之间延伸的壳,在所述壳中限定了与所述入口以流体形式连通的所述清洗液的容纳室;
-由于来自所述入口的所述清洗液的作用,在所述容纳室内可绕所述第一长轴旋转的支撑件;
-沿相对于所述第一长轴倾斜的第二长轴延伸并被输送管道穿过的喷嘴体,所述输送管道的上游在所述容纳室开口,并且所述输送管道的下游在设置的输送开口中开口,所述输送管道设置为在使用中,在所述壳的所述出口处,所述喷嘴体与所述支撑件相关连并由此被驱动旋转;
-与所述支撑件成一体的配重,所述配重位于相对于所述第一长轴偏心的位置并与所述喷嘴体相对地设置,以在所述支撑件绕所述第一长轴旋转的过程中平衡所述喷嘴体。
本领域技术人员可以理解的是,与已知的旋转喷嘴组件相反,与喷嘴体偏心相对设置的配重的存在允许动态地平衡整个转子,其中转子代表包括支撑件、配重和喷嘴体的一组旋转元件。如此,可以在使用过程中使装置的振动为零,或至少使其减小。所述振动在现有技术中主要归因于旋转质量相对于旋转轴的偏心不平衡。
上述喷嘴组件可以有利地提供支撑件/配重单元的复合结构。因此,配重可以由相对于支撑件不同的材料制成,优选地由具有较高比重的材料制成。
由于上述方案,一方面可以在不过度增加转子惯性矩的情况下平衡喷嘴体,另一方面可以使分别构成支撑件和配重的材料的设计选择保持独立。
因此,支撑件可以由聚合物材料制成,即聚合物基体增强的材料,其优选的特征为有限的质量和低的摩擦系数。
该材料可以例如是工业塑料。
相反地,配重可以由金属材料制成,优选地由黄铜制成,配重能够与至少部分地制造喷嘴体的材料相同。
由于上述建议的材料选择,可以通过彼此不同的专用生产技术获得支撑件和配重。
因此,可以通过模制上述聚合物或聚合物基体材料来有利地获得支撑件,而配重则可以通过例如车削的机械加工方法来从原始件有利地获得。
如此,由于使用了相同的模具,可以大批量地以有限的成本复制支撑件。相反地,可以根据具体的平衡需求,基于个案情况对配重进行处理。
配重的专门处理由此可以实现每一单个装置的精确平衡,即使在出现偏差或设计变更的情况下,也可以轻松调整元件的质量。
有利地,支撑件可以包括适于容纳配重的结合座,该配重包括至少一结合部,该结合部成形为优选地但非必要地通过干涉而楔入支撑件的结合座内。
通过干涉的结合允许将配重整体地且可靠地组装在转子上,即使不采取可选的但经济上昂贵的共成型技术。共成型的使用还意味着对塑料材料选择的限制,因为它不允许使用任何工业塑料。
配重优选地包括与结合部成一体的至少一平衡部,平衡部具有不同的截面,优选地小于结合部的截面,平衡部成形为平衡所述喷嘴体的质量。
换言之,配重具有严格地限定为插入到支撑件的结合座中的结合部以及将根据特定的平衡需要而可重新配置的平衡部,即其可以适应于待平衡的实际偏心质量。
平衡部优选地呈至少部分圆柱形的形状,即具有冠弧状的截面,以便于与安装平衡部的支撑件的圆形形状相适应。
结合部优选地是具有由圆形段限定的恒定截面的底座。
因此,配重优选地成形为具有平衡部的圆柱体部分,所述平衡部相对于结合部凹陷。配重当然可以具有各种其他形状,例如,其可以成形为部分或全部嵌入支撑件的指定座中的金属球。
喷嘴体具有输送开口打开的下游端和通过简单地放置在支撑件上而约束至支撑件的上游端。
因此,支撑件优选地包括用于喷嘴体的座,优选地为U形凹陷,其设置为位于相对于壳的第一长轴偏心的位置且与结合座相对设置;喷嘴体的上游端被引入喷嘴体座内。
喷嘴组件优选地可以包括作用在支撑件上的至少一弹性元件,其适于在使用中使喷嘴体的下游端与设置于壳出口处的滑动座保持抵靠。
所述弹性元件可以由碟形弹簧构成,该碟形弹簧插入在所述支撑件和与壳出口相对的容纳室上游的壁之间。可选地,弹性元件可以由另一种可弹性变形的部件构成,优选地总是插入在支撑件和壁之间。
有利地,支撑件可以包括涡轮,该涡轮配置成被来自壳入口的至少一部分清洗液撞击并驱动旋转。
具有被至少一部分清洗液撞击的叶片的该涡轮可以有利地与其余的支撑件一体地制成,优选地通过单次成型操作的方式。
应当注意的是,涡轮极大地促进了由清洗液驱动支撑件。然而,这不是绝对必要的,并且可以在被液体撞击的其他偏心元件上提供驱动作用,例如在相同的喷嘴体和/或配重上。
壳中可包括至少一主通道和至少一将入口与容纳室相连的旁路通道,至少一主通道和至少一旁路通道朝向容纳室的不同区域,通过主通道的唯一清洗液撞击并驱动涡轮旋转。
由于上述方案,喷嘴组件可以在相对高的压力和流量下运转,而转子不会由于不利的雾化现象而达到临界转速。事实上,穿过旁路通道的一部分清洗液虽然参与了装置的总容积,但对涡轮的推力没有贡献,相反地,通过在叶片外形成湍流能够使其减慢。
因此,可以通过以下方式确定主通道和旁路通道的尺寸:引导至支撑件的流量是驱动和保持喷嘴体旋转所需的最小流量,从而尽可能地限制了旋转速度以及随之而来的雾化现象。
值得注意的是,无论是否在旋转喷嘴组件中使用配重,根据上文所述提供的主通道和旁路通道都产生有利的效果。因此,所有人保留提交与用于压力清洁装置的旋转射流喷嘴有关的分案专利申请的权利,其包括:
-沿第一长轴在清洗液的入口和出口之间延伸的壳,在所述壳中限定了与所述入口以流体形式连通的所述清洗液的容纳室;
-由于来自所述入口的所述清洗液的作用,在所述容纳室内可绕所述第一长轴旋转的支撑件;
-沿相对于所述第一长轴倾斜的第二长轴延伸并被输送管道穿过的喷嘴体,所述输送管道的上游在所述容纳室开口,并且所述输送管道的下游在设置的输送开口中开口,所述输送管道设置为在使用中,在所述壳的所述出口处,所述喷嘴体与所述支撑件相关连并由此被驱动旋转;
-其中,所述支撑件包括涡轮,所述涡轮被来自所述壳的所述入口的至少一部分所述清洗液撞击并驱动旋转;并且
-其中,所述壳中包括将所述入口与所述容纳室相连的至少一主通道和至少一旁路通道,其中,所述至少一主通道和所述至少一旁路通道朝向所述容纳室不同的区域,通过所述主通道的所述唯一清洗液撞击并驱动所述涡轮旋转。
包括涡轮的支撑件优选为可旋转地安装在与壳一体的销上,壳沿第一长轴延伸,涡轮包括围绕销的叶片;然后至少一主通道朝向介于销和叶片之间的第一区域,至少一旁路通道朝向设置在叶片和壳的侧壁之间的第二区域。
至少一主通道可以在相对于销的至少部分的径向的方向上横穿所述销。
销可以从与壳一体的支撑座延伸,限定了容纳室上游的壁;在支撑座和侧壁之间形成环形空隙,至少一旁路通道朝向该环形空隙。
参照以示例性而非限制性的目的提供的附图,通过对本发明的优选的但非排他的实施方案的以下详细描述,其他特征和优点将变得更加明显。
附图的简要说明
图1示出了本发明的旋转射流喷嘴组件的第一实施方案的纵向截面视图;
图2示出了图1所示的喷嘴组件的转子的立体视图;
图3示出了图2所示的转子的纵向截面视图;
图4示出了图1所示的喷嘴组件的支撑/配重单元的立体视图;
图5示出了图1所示的喷嘴组件的支撑/配重单元的另一立体视图;
图6示出了图5所示的单元的纵向截面视图;
图7示出了本发明的第二实施方案中的转子的立体视图;
图8示出了图7所示的转子的纵向截面视图;
图9示出了本发明的第三实施方案中的转子的立体视图;
图10示出了图9所示的转子的纵向截面视图。
详述
参考附图1至图6,附图标记1总体上表示本发明的喷嘴组件的第一实施方案。
喷嘴组件1设置为优选但非排他地在压力清洗应用中产生旋转液体射流。因此,该组件可以应用于压力清洗机器,尤其是高压清洗机器,即具有工作压力在25bar至1000bar的高压清洗机器,例如压力清洗器。
在下文中,我们将不出于任何限制目的地参考后一应用,其中喷嘴组件1安装在使用者能够握持的喷枪的末端,以便朝待清洗表面的方向输送圆锥形的通常是水的清洗液射流。
喷嘴组件1包括壳2,壳2沿着第一长轴X延伸并且在其中限定了容纳室5。
壳2具体地由相互组装在一起的两部分限定:壳体2b和入口配件2c。
壳体2b具有界定容纳室5的侧壁2a。所述壳体2b具有大致管状的形状,其朝向下游端逐渐缩小,其中限定了从中输送清洗液的出口4。
管状壳体2b具有与出口4相对的开口,入口配件2c被拧入该开口中,并由此设置为关闭壳2的上游。
在壳体2b和入口配件2c之间设置有密封垫片,以确保壳2的不透水性。
配件2c具有内腔2d,其除了限定清洗液的入口3外,该内腔2d还设置成与容纳室5以流体形式连通,这将在下文中详细讨论。
配件2c设置在所述入口3处,用于与清洗工具结合,例如能够由操作员握持的压力清洗喷枪。
壳2又被插入保护套11内,并且通过在入口3处加入环形螺母11a来保持插入。保护套11和环形螺母11a都具有保护内容物的功能。
配件2c具有支撑座15,该支撑座15横向设置成与壳体2b的侧壁2a接触并且界定容纳室5的上游。
支撑座15在容纳室5内限定了肩,销18从肩与第一长轴X同轴地延伸。
支撑座15在上述肩的周围具有倒角,该倒角限定了支撑座15本身与壳体2b的侧壁2a之间的空隙14。
喷嘴组件1在容纳室5内还包括转子,该转子包括支撑件10、配重30和喷嘴体20。
支撑件10可旋转地安装在销18的上方,并且因此设置为绕第一长轴X旋转。喷嘴体20和配重30由所述支撑件10整体地支撑,并与之一起被驱动旋转。
喷嘴体20沿第二长轴Y在其上游端24和下游端23之间延伸,上游端24通过简单地放置在支撑件10上而约束至支撑件10,而下游端23紧靠设置在壳2的出口4处的滑动座7。
滑动座7和对应的喷嘴头20b均由低摩擦系数的材料制成,例如陶瓷或碳化钨。
整个支撑件10被弹性元件6推向壳2的出口4的方向,在此种情况下,弹性元件6是碟形弹簧,其设置在支撑座15的肩和支撑件10的底面之间。在碟形弹簧的作用下,喷嘴头20b始终与滑动座7保持接触,从而避免了可能导致这些相对脆弱的元件损坏的冲击。
支撑件10又包括涡轮19,涡轮19配备有同轴地围绕销18的叶片19b。在下文中将更为清楚的是,涡轮19设置成被清洗液流撞击,从而驱动整个转子旋转。
因此,沿相对于壳2的第一长轴X倾斜的第二长轴Y延伸的上述喷嘴体20被驱动旋转,并通过追踪与第一长轴X同轴的旋转锥面来保持与滑动座7接触。
喷嘴体20被与壳2的出口4以流体形式连通的输送管道28横穿,该输送管道28在上游端24处的进入开口26和下游端23处的输送开口22之间轴向延伸。
从入口3进入并在通过入口腔2d后的清洗液被分入两个各自的通道,主通道12和旁路通道13,两者均朝向容纳室5。
主通道12沿径向穿过销18,并朝向靠近由涡轮19的叶片19b围绕的销18本身的容纳室5。因此,穿过所述通道的那部分液体被引导向叶片19b,驱动其朝侧壁2a旋转运动。
液体从此处继续进入容纳室5,然后进入喷嘴体20,从喷嘴体20在出口4排出。
然而,旁路通道13从相对于销18的上游的入口腔2d的一部分分支出来,并在上述倒角处开口,即朝向涡轮19上游的周向环形空隙14。
通过旁路通道13的清洗液不经过涡轮19的叶片19b而是继续直接朝向喷嘴体20并且由此到达出口4。
技术人员可以很好理解的是,如此,通过适当地确定主通道12和旁路通道13的尺寸(优选地3:1的流量比),即便在高流量和压力下也可以限制喷嘴体20的稳定转速。由此减少现有技术的实施方案中会影响射流的冲击力的雾化现象。
事实上,通过旁路通道13的液体尽管限定了总输出流量,但对涡轮19的转速没有贡献。该液体与来自主通道12的液体的相遇在叶片19b处产生湍流,这趋于使涡轮19减速。
从图4和图5能够更好地看出,支撑件10在涡轮19的下游具有喷嘴体座25,该喷嘴体座25呈U形以在位于相对于第一长轴X的偏心位置容纳喷嘴体20的上游端24。
支撑件10还具有设置成接收配重30的结合座21。所述结合座21相对于第一长轴X与喷嘴体座25相对地设置。
上述引入配重30的目的在于在喷嘴体20旋转期间动态地平衡喷嘴体20的偏心质量,即,其尺寸设计成尽可能减小转子相对于第一长轴X的合力矩,理想情况下减小至零。
在第一实施方案中,配重30以过盈配合的方式插入结合座21内。
此外,支撑件10由聚合物或聚合物基体材料制成,以最小化围绕金属销18的旋转过程中的磨损。材料的选择还使得可以通过由特定形状的模具模制来制造支撑件10。
如此,一旦已经限定并生产了模具,就可以通过模制要在每一喷嘴组件1中使用的支撑件10来容易地进行复制。
在第一实施方案中,支撑件10由适于该应用的工业塑料制成。
然而,配重30由不同于支撑件10并且具有较高比重的材料制成。所述材料优选是金属材料,并且在本文所述的实施方案中使用的是黄铜。
使用诸如黄铜的金属材料允许通过诸如的机械加工从诸如杆的特殊件开始获得配重30。如此,通过改变进行零件制造的过程,可以获得具有期望的形状和质量的配重。
通常,所描述的喷嘴组件必须使用不同尺寸和质量的喷嘴在不同的流量下工作。金属材料的使用,易于加工和定制,因此允许实现在各种使用条件下使用不同的配重,以在旋转期间充分平衡喷嘴体的质量。
在第一实施方案中,配重30由两个邻接的部分制成:成形为以过盈配合的方式插入到支撑件10的结合座21内的结合部31,以及特别地成形为具有某质量、形状和尺寸的平衡部32,以在旋转过程中对应地平衡喷嘴体20。
特别地,在第一实施方案中,配重30具有结合部31,结合部31的截面对应于结合座21的截面,由此实现固定约束。然而,平衡部32的截面小于通过机械加工制成的结合部31。
从图2和图4中可以看出,平衡部具有特定的半圆柱形形状,当将配重30插入结合座21中时,平衡部的长轴平行于壳2的第一长轴X。
由此形成的配重30可以由具有相同的或者至少可以楔入在结合座21中的结合部,以及不同的平衡部的另一配重代替。
在如图7和图8所示第二实施方案中,在其他方面与上文所述相同的喷嘴组件采用不同的转子。
在该实施方案中,配重30’具有可插入到结合座21中的结合部31’,以及具有不同形状,特别是具有冠弧状截面的平衡部32’。
在如图9和图10所示第三实施方案中,在其他方面与上文所述相同的喷嘴组件采用不同的转子。
在这种情况下,配重30”具有嵌入支撑件10的结合座21内的球形形状。
显而易见地,技术人员可以对上述发明进行各种改变和变型,以满足偶然和特定的需要,所有这些改变和变型都是通过包含在所附权利要求所限定的本发明的保护范围内的方式进行的。
Claims (13)
1.用于压力清洁装置的旋转射流喷嘴组件(1),其包括:
-沿第一长轴(X)在清洗液的入口(3)和出口(4)之间延伸的壳(2),在所述壳(2)中限定了与所述入口(3)以流体形式连通的所述清洗液的容纳室(5);
-由于来自所述入口(3)的所述清洗液的作用,在所述容纳室(5)内可绕所述第一长轴(X)完全旋转的支撑件(10);
-沿相对于所述第一长轴(X)倾斜的第二长轴(Y)延伸并被输送管道(28)穿过的喷嘴体(20),所述输送管道(28)的上游在所述容纳室(5)开口,并且所述输送管道(28)的下游在设置的输送开口(22)中开口,所述输送管道(28)设置为在使用中,在所述壳(2)的所述出口(4)处,所述喷嘴体(20)与所述支撑件(10)相关连并由此被驱动旋转;
-与所述支撑件(10)一体的配重(30,30’,30”),所述配重(30,30’,30”)位于相对于所述第一长轴(X)偏心的位置并与所述喷嘴体(20)相对地设置,以在所述支撑件(10)绕所述第一长轴(X)旋转的过程中平衡所述喷嘴体(20);
其特征在于,所述配重(30,30’,30”)由第一材料制成,并且所述支撑件(10)由第二材料制成,所述第一材料不同于所述第二材料。
2.如权利要求1所述的喷嘴组件(1),其中,所述第一材料具有比所述第二材料更高的比重。
3.如权利要求2所述的喷嘴组件(1),其中,所述第一材料是金属材料,例如黄铜,所述第二材料是聚合物材料或聚合物基体材料。
4.如权利要求3所述的喷嘴组件(1),其中,所述支撑件(10)通过模制制成,并且所述配重(30,30’,30”)通过机械加工制成。
5.如前述权利要求之一所述的喷嘴组件(1),其中,所述支撑件(10)包括适于容纳所述配重(30,30’)的结合座(21),所述配重(30,30’)包括至少一成形为楔入所述支撑件(10)的所述结合座(21)中的结合部(31,31’)。
6.如权利要求5所述的喷嘴组件(1),其中,所述配重(30,30’)还包括与所述结合部(31,31’)一体的至少一平衡部(32,32’),所述平衡部具有不同的截面,优选小于所述结合部(31,31’)的截面,所述平衡部(32,32’)成形为动态地平衡所述喷嘴体(20)的质量。
7.如权利要求4、5或6之一所述的喷嘴组件(1),其中,所述喷嘴体(20)包括下游端(23)和与所述支撑件(10)相关联的上游端(24),所述输送开口(22)在所述下游端(23)开口;所述支撑件(10)包括喷嘴体(20)座,所述喷嘴体(20)座位于相对于所述壳(2)的所述第一长轴(X)偏心的位置并与所述结合座(21)相对地设置;所述喷嘴体(20)的所述上游端(24)被引入所述喷嘴体(20)座内。
8.如前述权利要求之一所述的喷嘴组件(1),其中,所述喷嘴体(20)包括下游端(23)和与所述支撑件(10)相关联的上游端(24),所述输送开口(22)在所述下游端(23)开口;所述喷嘴组件(1)还包括作用在所述支撑件(10)上的至少一弹性元件(6),所述弹性元件(6)适于在使用中使所述喷嘴体(20)的所述下游端(23)与设置于所述出口(4)处的滑动座(7)保持抵靠。
9.如前述权利要求之一所述的喷嘴组件(1),其中,所述支撑件(10)包括涡轮(19),所述涡轮(19)被来自所述壳(2)的所述入口(3)的至少一部分所述清洗液撞击并驱动旋转。
10.如权利要求9所述的喷嘴组件(1),其中,所述壳(2)中包括将所述入口(3)与所述容纳室(5)相连的至少一主通道(12)和至少一旁路通道(13),其中,所述至少一主通道(12)和所述至少一旁路通道(13)朝向所述容纳室(5)不同的区域,通过所述主通道(12)的所述唯一清洗液撞击并驱动所述涡轮(19)旋转。
11.如权利要求10所述的喷嘴组件(1),其中,所述支撑件(10)可旋转地安装在与沿所述第一长轴(X)延伸的所述壳(2)成一体的销(18)上,所述涡轮(19)包括围绕所述销(18)的叶片(19b);所述至少一主通道(12)朝向介于所述销(18)和所述叶片(19b)之间的第一区域,所述至少一旁路通道(13)朝向设置在所述叶片(19b)和所述壳(2)的侧壁(2a)之间的第二区域。
12.如权利要求11所述的喷嘴组件(1),其中,所述至少一主通道(12)横穿所述销(18)。
13.如权利要求12所述的喷嘴组件(1),其中,所述销(18)从与所述壳(2)一体的支撑座(15)延伸;在所述支撑座(15)和所述侧壁(2a)之间的所述容纳室(5)内形成空隙(14);并且所述至少一旁路通道(13)朝向所述空隙(14)。
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