CN1168514C - 设置有通过钻孔形成的喷嘴的喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于形成液体薄雾的喷嘴,而且最好是用于灭火剂的喷头,该喷头包括一个主体(1,1′,1″,1′″,1″″)、一个入口(2,2″″)和一条通向至少一个喷嘴(6,6′a,6″,6′″,6″″a)的通道(7,7′,7″,7′″,7″″a,7″″),该喷嘴设置有一个开口(3,3″″a),该开口包括第一钻孔(4,4′a,4″,4′″,4″″a)和第二钻孔(5,5′a,5″,5′″,5″″a),第一钻孔具有第一直径(d),第二钻孔具有第二直径(D)。为使这种喷头具有较高的效率和极其简单的结构,而且为能够用较低的压力以薄雾输送介质并使薄雾具有高压下的较高动量,该喷头其特征在于:第一钻孔(4″″a)的直径(d)为第二钻孔(5″″a)的直径的0.1至0.9倍;第一钻孔(4″″a)的长度(s)为第一钻孔直径(d)的0.25至1 5倍;第二钻孔(5″″a)的长度(S)约为第二钻孔直径(D)的1至15倍;而且第一钻孔(4″″a)和第二钻孔(5″″a)至少基本对中,其主体(1″″)包括一条主通道(7″″),喷嘴(6″″a)相对该主通道以一定的角度(θ)分叉。本发明还涉及一种用块状材料制成喷头的方法。
Description
发明背景
本发明涉及一种用于形成液体薄雾的喷头,最好是用于灭火的喷头,这种喷头包括一个主体、一个入口和一条通向至少一个喷嘴的通道,而喷嘴上设置有一个由第一钻孔和第二钻孔构成的开口,第一钻孔具有第一直径,而第二钻孔具有第二直径。当受到驱动时,喷头的喷嘴将会产生薄雾,即当压力作用于喷嘴内时,形成小液滴。
在本领域内,能够产生薄雾的喷头已经是公知的。例如,美国专利5944113公开了这样一种喷头。
为能够用公知的喷嘴喷射出小液滴状的薄雾,公知喷头的喷嘴包括多个设置有各种机械障碍物的孔。机械障碍物例如可以是一个旋转体,被加工成一定形状的固定锁定部件,螺旋弹簧等。
当使用这样的障碍物时,存在一个很大的缺陷:降低了喷头的效率。这就意味着产生所需形式的薄雾需要相当高的功率。
喷嘴内的所述障碍物还意味着:喷头和喷嘴的结构相当复杂。这些喷头很难制造,而且还需要支承在特殊的喷嘴壳体内,而这些壳体又安装到喷头的主体内。因此,增加了喷头的制造成本。
美国专利5881958公开了一种用于喷射均匀分布的雾状流体混合物的喷头。为使混合物在整个喷雾结构中均匀分布,喷嘴包括多个凹入的表面,这些表面能够使流体射流在喷嘴前端面上向内形成一个负压区。这些凹入的表面由于其结构复杂而需要专门的加工手段。
美国专利2813753公开了一种用于喷雾的喷嘴。这种喷嘴包括多条通道,这些通道终止于各个凹槽,而这些凹槽又相对对应的通道以一定的角度倾斜。这些凹槽的长度/直径比较小,较小的长度/直径比和一定的倾角,即使加上高压也不能产生定向的高动量雾状射流。美国专利2813573公开了三种能够形成薄雾的机构。第一机构能够使水从一个小通道不对称地流向位于喷嘴周边的凹槽壁上;第二机构设置有多条能够相对喷射的小会聚通道;第三机构设置有一条能够向凹槽进行高压喷射但并不撞击凹槽的小通道。前面的两个机构能够以较低的压力形成薄雾,但是即使压力增加,薄雾的动量仍然很低。第三机构仅当压力很高时才能形成薄雾。
本发明还涉及一种用一块状材料制造喷头的喷嘴的方法,而喷嘴用于形成液体薄雾。
发明内容
本发明涉及一种能够以较低成本制成的喷头,这种喷头能够克服上述的缺陷,而且能够从其喷嘴中喷射出均匀的薄雾。
为实现上述目的,本发明的喷头其特征在于:
-第一钻孔的直径为第二钻孔的直径的0.1至0.9倍,
-第一钻孔的长度为第一钻孔直径的0.25至15倍,
-第二钻孔的长度约为第二钻孔直径的1至15倍,
-第一钻孔和第二钻孔至少大体对中,而主体包括一个主通道,所述喷嘴从所述主通道以一定角度分叉,从而使沿第一钻孔和第二钻孔流动的介质流相对主通道的整体流量形成一定的角度。
实际上,不可能对所述对中作出精确的数字化限定,因为其决定于许多参数,例如第一和第二钻孔的长度和直径,但是在本发明中,主要是第二钻孔的方向不能相对第一钻孔的方向偏移很多,以使从第一钻孔流出的介质流撞击第二钻孔的壁。第二钻孔比第一钻孔最好要长一些,目的是使从第一钻孔流出的介质流撞击第二钻孔的壁。
根据一个最佳实施例,第一钻孔的直径约为0.3至5mm。第二钻孔的直径最好不大于50mm。对于形成薄雾而言,可通过相对喷嘴主通道内的介质流以一定角度设置第一钻孔达到非常好的效果。一般情况下,角度越大,那么所形成的液滴也越小,即能够更好地形成薄雾。
本发明是以如下构思为基础的:可通过采用两个基本对中的钻孔在较低的压力条件下产生包括极小液滴的薄雾,所述钻孔可以接连设置(沿流体的流动方向),而且当按照所附权利要求书限定的方式以一定尺寸加工喷嘴时,不用在喷头的喷嘴内安装任何机械障碍物。本发明的一个显著优点在于:无需使用高压来产生薄雾,而在较低的压力条件下(一般约为10巴以上)就能够生成薄雾。当介质流出喷嘴时,其可由极小液滴构成。
这种喷头的一个主要优点在于高效,这样,很低的功率就足以产生包含有极小液滴的薄雾。这就意味着设置有本发明之喷头的消防装置可包括一个驱动源和其它附件,而且附件的数量少于公知的附件数量,附件的成本也相当低。在可以利用的功率十分有限和非常小的情况下,这一点就显得尤为重要。另一优点在于:喷嘴的结构和制造极其简单。可以非常简便地在喷头上钻出喷嘴孔。而且可以在很大程度上减少喷头内的部件数量。例如,在一个设置有滑动心轴、几个喷嘴和一个热释放玻璃管的喷洒器内,部件的数量可从约40件降低到8件,而且不会对喷头的功能和安全造成任何负面影响。在最简单的结构中喷头可以仅包括一个部件。喷头的主体结构可以极其简单,而且也无需在主体上单独设置。不需要喷嘴意味着喷嘴的制造成本比用于生成薄雾的传统喷头要低很多。
用一个块状材料制造用于产生薄雾的喷头之喷嘴的方法包括下述步骤:
-在块状材料内,通过钻出具有第一直径的第一钻孔制成喷嘴的第一入口部分;
-在块状材料内,通过钻出具有第二直径的第二钻孔制成喷嘴的第二出口部分,所述钻孔相互联通并至少基本对中;
其中第一直径小于第二直径,以在第一和第二钻孔的接合处使喷嘴形成一直径变化部分,从而使从入口部分通过喷嘴流向出口部分的流体形成薄雾。
本发明的方法能够容易、快速地制造喷嘴。
附图说明
下面将参照附图对本发明加以详细说明,其中附图:
图1为本发明的喷头之第一最佳实施例的侧视图;
图2为图1所示之喷头沿剖面线II-II的剖视图;
图3示出了图1中的喷头的放大视图;
图4至6示出了本发明之喷头的第二、第三和第四实施例;
图7示出了处于非操作位置的本发明之喷头的第五最佳实施例;
图8示出了图7的喷头处于操作位置上;
图9为图7的喷嘴沿图3的剖面线IX-IX的剖视图。
对本发明的详细说明
图1和2分别为侧剖视图和顶部剖视图,图中示出了本发明的喷头。该喷头包括一个主体1,该主体上设置有一入口2。喷头的主通道由附图标记7表示。在主体1上钻有六个分别由第一圆柱形钻孔4和第二圆柱形钻孔5构成的相同的开口3。这些极容易加工的钻孔4、5构成了喷头的喷嘴6。可以简单地使用两个圆柱形的钻头或用一个阶梯状的圆柱形钻头在主体1上钻出钻孔4、5。后面这种方法一般会加工出两个同轴的钻孔,而第一种方法会加工出不同轴的钻孔。
第一钻孔4的长度s是第一钻孔直径d的0.25至15倍。较好的情况是0.5至10倍,最佳的情况是其直径d的1至5倍,在这种最佳情况下其效率很高。
第一钻孔4的直径d小于第二钻孔的直径D。直径d为直径D的10至90%。较好的情况是,直径d为直径D的10至80%;最佳的情形是,直径d为直径D的20至70%。直径d最好落入0.5至2.5mm的范围内,最好落入0.5至1.5mm的范围内。通过设置这种小尺寸的第一钻孔4,就可以在较低的压力条件下形成流过钻孔4的强力紊流液体。第一钻孔4相对主通道7的倾角越大,那么在第一钻孔内流体的紊流程度也越高。一般为约0.3至约5mm的直径差也能够产生良好的效果,但当直径d小于0.3mm时,射流就可能被灰尘等堵住。如果喷嘴内的压力不是很高,而且直径d又很大,那么就很难形成薄雾。因此,大直径d和低压的(参数)组合一般不能产生薄雾。
第二钻孔5的长度S约为直径D的1至15倍,最好为1至10倍。当长度S为直径D的1-5倍时,效果尤佳。当第二钻孔5的直径D最多为50mm时,在大部分应用条件下都将取得良好的效果。但是,在例外的情况下,直径D也可能大于50mm。
从第一钻孔4流出的紊流介质流在其喷射端立刻扩散成薄雾,而薄雾又会撞击第二钻孔5的壁。
对于本发明而言,有一点十分重要:第二钻孔5的长度S要足够长,目的是使从第一钻孔4流出的紊流流体沿某个最小长度撞击第二钻孔。
图1示出了开口3的方向相对喷头的主通道7形成一个角度。这意味着钻孔4内的介质流例如水基灭火剂流相对于在主通道7内介质流的流动方向形成一个角度θ。角度θ最好介于10至90度之间,最佳的情况是介于10至80度之间,但在某些应用条件下,该角度可以大到约为120度。角度θ越大,形成的薄雾效果也就越好,但从各个喷嘴内喷出的薄雾量却减少了。
图3为图1的喷嘴6的放大视图。
图4示出了本发明之喷头的另一实施例。该实施例与图1所示的实施例区别之处在于:在喷嘴6′a(可以认为与喷嘴6相对应)的上方还设置有一喷嘴6′b。喷嘴6′b的几何形状和尺寸与先前的喷嘴6′a及喷嘴6的形状和尺寸相同。喷嘴6′b和6′a相互平行或可发射至最大45度。与未设置另一喷嘴的情况相比,设置另一喷嘴6′b的优点在于:其能够在很大程度上提高穿透力。由于从喷嘴6′a和6喷出的雾状射流相互抽吸,因此穿透力得以改善(变强),就形成了均匀的强力雾状射流。
图5示出了本发明之喷头的第三实施例。该实施例与图1所示的实施例其区别在于:包括一条空气通道15″,该通道从主体上的开口16″通向第二钻孔5″。该空气通道15″在钻孔5″内终止于一个孔17″处。空气通道15″的孔17″靠近第一和第二钻孔之间的过渡部分45″。空气通道15″的直径例如可以是第二钻孔5″的直径的0.5至1.5倍。空气通道15″极大地提高了从喷嘴6″喷出的雾状射流的穿透力。但是,该空气通道不会在很大程度上影响薄雾中液滴的大小。在图中,空气通道15″沿垂直方向指向下方,但其也可相对喷嘴6″的主方向(喷射方向)沿其它方向定位;但该孔应该是一个能够与喷头外部的空气(或气体)相接触的孔。空气通道15″还可从钻孔5″向上延伸。
图6示出了本发明之喷头的第四实施例。该实施例与图1所示的实施例之区别在于:其包括一个液体通道18,该液体通道从钻孔5的壁上的孔17延伸到通道7内的孔16处。液体通道18可通过钻孔15″上的孔17″延伸。液体通道18上的孔17靠近第一和第二钻孔之间的过渡部分45,但不是必须设置在这个位置上。液体通道18的直径例如可以是第一钻孔4的直径的0.5至1.5倍。液体通道18极大地提高了从喷嘴6喷出的雾状射流的穿透力。但是,该液体通道不会对薄雾的液滴尺寸产生影响。在图中,液体通道18是水平的,但其也可相对喷嘴6的主方向(喷射方向)设置在不同的角度位置上;但孔16应该与通道7流体联通。液体通道18还可以从钻孔5向上延伸。
图7至9示出了本发明之喷头的第五实施例。该喷头包括一个入口2″″、一个主体1″″和多个喷嘴6″″a、6″″b。喷嘴6″″a和6″″b的结构和尺寸与图1中喷嘴6的结构和尺寸相同。因此,同样的适用于钻孔4、5的手段也适用于钻孔4″″和5″″。图7和9所示的最佳实施例与图1和2所示的实施例的区别在于:喷头包括一个心轴8″″和一个在受热时能够爆裂或熔化的释放部件9″″,例如一个玻璃管。在这种情况下,由于设置有释放部件9″″,因此就涉及到了喷洒器。
心轴8″″滑动安装在喷嘴主体1″″中的空气通道7″″内。在图7中,喷洒器处于备用状态下。玻璃管9″″完好无损,心轴8″″封闭着入口2″″和主通道7″″之间的通道7″″。心轴8″″包括一条在喷洒器的下端通向喷嘴6″″的通道14″″。通道14″″将喷嘴6″″和主通道7″″连接起来。当喷洒器处于备用状态下时,通道14″″和入口2″″之间不存在连接关系;当心轴向下滑动到图8所示的位置上时,连接部分打开。喷嘴6″″b的几何形状与喷嘴6″″a相似;只是尺寸略小一些。因此,钻孔4″″b和5″″b的内部形状和尺寸与钻孔4″″a和5″″a的形状和尺寸相同。玻璃管9″″抵靠在喷嘴6″″b的顶部上。
心轴8″″包括一个较宽的活塞状部分11″″,该部分将活塞支承在通道7″″上。活塞状部分11″″包括三个通孔3″″。当喷头处于图8所示的位置上时,介质可从入口2″″通过钻孔3″″流向心轴8″″的顶部并从喷头流出。可通过钻孔3″″使从喷嘴6b喷出的射流的穿透力得到有效提高。
如果图7中的玻璃管8″″爆裂,那么心轴8″″就会滑动到图8所示的位置上,而且通道7″″打开。此时,入口2″″和喷嘴6″″a、6″″b及钻孔3″″之间的连接保持打开状态,而且灭火剂可从喷嘴流出。当心轴8″″处于图8所示的位置上时,就会在钻孔3″″的下方介于心轴的下部和喷嘴主体1之间形成一个空间5″″c,该空间与钻孔5″″a、5″″b具有相同的功能,即,空间5″″c允许喷嘴6″″c与将要制成的喷嘴6a和6″″b具有相同的结构和尺寸。很显然,在活塞状部分11″″上,设置有与钻孔3″″a和3″″b形状相同的多个钻孔,即,这些钻孔不仅包括直径较大的钻孔,而且还包括直径较小的钻孔,这些钻孔可用于替代钻孔3″″。
图7至9所示的实施例最好包括多个图4至6所示的喷嘴,即,多个接连排列的喷嘴或包括有一空气通道或液体通道的喷嘴,目的是提高穿透力。
图1、3至7清楚示出了位于开口6、6′a、6′b、6″、6、6″″a、6″″b上的第一钻孔4、4′a、4′b、4″、4a、4″″b和第二钻孔5、5′a、5′b、5″、5、5″″a、5″″b之间的过渡部分为倾斜的,即,第二钻孔具有一个截锥形的端面,例如图3中的过渡部分45。该倾角是可以变化的。应该看到:也可根本无需设置斜面,在这种情况下,倾角及从较小钻孔到较大钻孔的过渡部分为90度。这不仅可以应用到图3所示的实施例中,而且可以应用到其它的实施例中。
以上仅参照实施例对本发明作出了说明。因此,应该指出:在所附权利要求书的范围内,可以根据实施例对本发明的细节作出多种不同的变型。在图1至9所示的实施例中,第一钻孔和第二钻孔是相互对中的。但是,精确对中不是必须的,因此,权利要求1限定了“基本对中”。可以想到:在本发明的范围和所述术语内,第二钻孔的方向可相对第一钻孔最大偏移25度。此外,喷嘴的钻孔也不必是圆柱形,而且也不必与相同的部件一体制成(一般与喷头的主体一体制成),即使对喷嘴的制造而言这是最佳的。在不同的实施例中,钻孔无需同轴设置,而且钻孔也可以是直边的。而且喷嘴的数量也是可以改变的。
Claims (29)
1、一种形成液体薄雾的喷头,该喷头包括一个主体(1,1′,1″,1,1″″)、一个入口(2,2″″)和一条通向至少一个喷嘴(6,6′a,6″,6,6″″a)的通道(7,7′,7″,7,7″″a,7″″),所述喷嘴设置有一个开口(3,3″″a),该开口包括第一钻孔(4,4′a,4″,4,4″″a)和第二钻孔(5,5′a,5″,5,5″″a),第一钻孔具有第一直径(d),第二钻孔具有第二直径(D),其特征在于:
-第一钻孔(4,4′a,4″,4,4″″a)的直径(d)为第二钻孔(5,5′a,5″,5,5″″a)的直径的0.1至0.9倍,
-第一钻孔(4,4′a,4″,4,4″″a)的长度(s)为第一钻孔直径(d)的0.25至15倍,
-第二钻孔(5,5′a,5″,5,5″″a)的长度(S)为第二钻孔直径(D)的1至15倍,
-第一钻孔(4,4′a,4″,4,4″″a)和第二钻孔(5,5′a,5″,5,5″″a)对中,所述主体(1,1′,1″,1,1″″)包括一条主通道(7,7′,7″,7,7″″),所述喷嘴(6,6′a,6″,6,6″″a)从主通道以一定的角度(θ)分叉,以使沿第一钻孔(4,4′a,4″,4,4″″a)和第二钻孔(5,5′a,5″,5,5″″a)流动的介质流相对主通道的整体流动方向形成一定的角度。
2、根据权利要求1的喷头,其特征在于:所述第二钻孔(5,5′a,5″,5,5″″a)的长度(S)大于第一钻孔(4,4′a,4″,4,4″″a)的长度(s)。
3、根据权利要求1或2的喷头,其特征在于:所述第一钻孔(4,4′a,4″,4,4″″a)和第二钻孔(5,5′a,5″,5,5″″a)为圆柱形的钻孔。
4、根据权利要求1或2的喷头,其特征在于:所述第二钻孔(5,5′a,5″,5,5″″a)的直径(D)最大为50mm。
5、根据权利要求1或2的喷头,其特征在于:所述第一钻孔(4,4′a,4″,4,4″″a)的直径(d)为0.3至5mm。
6、根据权利要求1或2的喷头,其特征在于:在第二钻孔下游侧的喷嘴(6,6′a,6″,6,6″″a)内不存在直径小于第二钻孔(5,5′a,5″,5,5″″a)的直径(D)的钻孔。
7、根据权利要求1或2的喷头,其特征在于:所述钻孔(4,5,4′a,5′a,4″,5″,4,5,4″″a,5″″a)形成于所述主体(1,1′,1″,1,1″″)内。
8、根据权利要求7的喷头,其特征在于:所述钻孔(4,5,4′a,5′a,4″,5″,4,5,4″″a,5″″a)构成喷嘴(6,6′a,6″,6,6″″a)。
9、根据权利要求1或2的喷头,其特征在于:所述角度为10至120度。
10、根据权利要求1或2的喷头,其特征在于:其还包括设置有第一钻孔(4′b)和第二钻孔(5′b)的另一喷嘴(6′b),所述另一喷嘴相对所述至少一个喷嘴(6′a)以下述方式定位:使所述喷嘴(6′a,6′b)关于通道(7′)接连设置。
11、根据权利要求10的喷头,其特征在于:所述另一喷嘴(6′b)相对通道(7′)定位在一个为10至80度的角度位置上,其相对所述至少一个喷嘴(6′a)分叉。
12、根据权利要求1或2的喷头,其特征在于:一条空气通道(15″)从一个位于第二钻孔(5″)壁上的孔(17″)延伸到位于主体(1″)上的外部孔(16″)。
13、根据权利要求12的喷头,其特征在于:所述空气通道(15″)上的孔(17″)靠近第二和第一钻孔的过渡部分(45″″)。
14、根据权利要求1或2的喷头,其特征在于:一条通道(18)从位于第二钻孔(5)壁上的一个孔(17)延伸到通道(7)内的一个孔(16)。
15、根据权利要求1或2的喷头,包括一个心轴,该心轴滑动设置在主体(1″″)之主通道(7″″)内,以使心轴能够从第一位置滑动到第二位置上,在第一位置上,该心轴能够封闭介于入口(2″″)和所述喷嘴(6″″a)之间的通道(7″″a,7″″),在第二位置上,该心轴能够使介于入口和喷嘴之间的通道(7″″a,7″″)打开,其特征在于:另一喷嘴(6″″b)包括一个第一钻孔(4″″b)和一个第二钻孔(5b),这些钻孔形成于心轴(8″″)内,而且与所述至少一个喷嘴(6″″a)的钻孔具有相同的形状比例。
16、根据权利要求15的喷头,其特征在于:所述另一喷嘴的钻孔(4″″b,5″″b)形成于远离入口(2″″)的心轴(8″″)端部内。
17、根据权利要求16的喷头,其特征在于:所述心轴(8″″)包括一条将另一喷嘴(6″″b)与主通道(7″″)连接起来的通道(14″″)。
18、根据权利要求1或2的喷头,其包括一个心轴,该心轴滑动设置在主体(1″″)的主通道(7″″)内,以使心轴能够从第一位置滑动到第二位置上,在第一位置上,该心轴能够封闭介于入口(2″″)和所述喷嘴(6″″a)之间的通道(7″″a,7″″),在第二位置上,该心轴能够使介于入口和喷嘴之间的通道(7″″a,7″″)打开,其特征在于:所述钻孔(4″″a,5″″a)形成于主体(1″″)内。
19、根据权利要求16的喷头,其特征在于:所述心轴(8″″)包括一条将位于心轴端部的另一喷嘴(6″″b)与主通道(7″″)连接起来的通道(14″″)。
20、根据权利要求15的喷头,其特征在于:所述心轴(8″″)包括一个活塞状部分(11″″),该部分的直径与主通道(7″″)的直径相应。
21、根据权利要求20的喷头,其特征在于:其包括至少一个设置于心轴(8″″)之活塞状部分(11″″)内的通孔(3″″)。
22、根据权利要求15的喷头,其包括一个热释放部件(9″″),其特征在于:所述心轴(8″″)被设置成能够被热释放部件(9″″)所支承的结构形式。
23、一种用一块状材料制造用于产生液体薄雾的喷头喷嘴的方法,其特征在于所述方法包括下述步骤:
-通过在该块状材料内钻出具有第一直径(d)的第一钻孔(4)制成喷嘴的第一入口部分;
-通过在该块状材料内钻出具有第二直径(D)的第二钻孔(5)制成喷嘴的第二出口部分,所述通孔相互联通并至少彼此对中;
其中第一直径是第二直径的0.1至0.9倍,以使喷嘴在第一钻孔和第二钻孔的接合处形成一个直径变化部分,从而使在液体通道内通过喷嘴从入口部分流向喷嘴部分的液体形成薄雾;
-加工出长度为第一钻孔直径(d)的0.25至15倍的第一钻孔(4),
-加工出长度约为其直径(D)的1至15倍的第二钻孔(5)。
24、根据权利要求23的方法,其特征在于:所述钻孔为圆柱形。
25、根据权利要求23的方法,其特征在于:所述钻孔为直边形。
26、根据权利要求23的方法,其特征在于:所述第二钻孔具有一个截锥形的端面。
27、根据权利要求23的方法,其特征在于:所述钻孔是细长的。
28、根据权利要求23的方法,其特征在于:
-加工出直径为第二钻孔直径的0.1至0.9倍的第一钻孔,
-加工出至少基本对中的第一钻孔和第二钻孔,并在由所述块状材料制成的主体内形成一条主通道,所述主通道相对所述喷嘴以一定的角度偏离,从而使沿第一钻孔和第二钻孔流动的介质流相对主通道的总体流动方向形成一定的角度。
28、根据权利要求23的方法,其特征在于:所述第二钻孔被制成使其长度大于第一钻孔长度的结构形式。
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