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現(xiàn)代離心泵常見的設(shè)計(jì)問題現(xiàn)代離心泵常見的設(shè)計(jì)問題 泵沙龍 2025年06月19日 07:00 一些設(shè)計(jì)中常見的明顯問題。 mcnallyinstitute.biz 前言 如果你向心儀的供應(yīng)商咨詢泵的推薦,他很可能會(huì)建議你選擇一種符合 ANSI、ISO或DIN規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)泵設(shè)計(jì)。乍一看,這似乎是一個(gè)合理的建議,但實(shí)際上,這些設(shè)計(jì)可能會(huì)給您帶來維護(hù)方面的問題。 請(qǐng)參考下圖。我列出了一些在這些設(shè)計(jì)中常見的明顯問題。
葉輪與軸承的距離太遠(yuǎn) 該泵最初設(shè)計(jì)時(shí)采用了填料密封,而這正是問題的根源。為了確保有足夠的軸向空間來容納至少五圈填料(少于五圈會(huì)引發(fā)密封問題)、一個(gè)液封環(huán)(也稱為填料環(huán))、一個(gè)用于壓緊填料的壓蓋,以及足夠的操作空間,制造商不得不將泵的葉輪設(shè)置得離軸承較遠(yuǎn)。這種設(shè)計(jì)依賴填料作為軸承系統(tǒng)的一部分發(fā)揮作用,尤其是在泵啟動(dòng)時(shí),軸承會(huì)承受最大的徑向偏轉(zhuǎn)。 葉輪不平衡、泵振動(dòng)、軸不對(duì)中、管道應(yīng)力、泵汽蝕、臨界轉(zhuǎn)速以及其它形式的軸偏轉(zhuǎn)(撓度),都會(huì)加劇現(xiàn)有問題,導(dǎo)致機(jī)械密封組件產(chǎn)生過度移動(dòng)。 如果該泵當(dāng)初是為機(jī)械密封設(shè)計(jì)的,葉輪本應(yīng)更靠近軸承布置,從而節(jié)省可觀的初始投資成本(短軸成本更低)。然而,當(dāng)初并未如此設(shè)計(jì),因此,導(dǎo)致密封被硬塞進(jìn)原本為填料預(yù)留的狹小徑向空間里。 在大多數(shù)情況下,軸上會(huì)安裝軸套 為了容納軸套,軸的直徑被縮小,這可能會(huì)導(dǎo)致一些問題。安裝軸套的主要原因有以下幾點(diǎn): 1)提供耐腐蝕性能,因?yàn)檎S采用耐腐蝕材料制造的成本過高; 2)為填料以及可能磨損或損壞軸的密封提供耐磨表面; 3)用于定位葉輪; 4)一些密封制造商將軸套作為方便將金屬波紋管密封連接到軸上的方法。 在90%的情況下,第二個(gè)原因是大多數(shù)制造商選擇使用軸套的主要原因。若要評(píng)估軸直徑和長度之間的關(guān)系,可以參考API 610標(biāo)準(zhǔn)中闡述的 L3/D4 概念。 填料函內(nèi)徑太小 填料函的橫截面被縮窄至約3/8英寸(10毫米),以適配小截面的填料。對(duì)于更小尺寸的軸,其橫截面僅為5/16英寸(8毫米)。如此狹窄的設(shè)計(jì),無法為密封提供足夠的空間,以利用離心力將固體顆粒從搭接密封面上甩出,是時(shí)也無法為組件和密封液體提供足夠的間隙以實(shí)現(xiàn)有效的冷卻。這使得許多客戶不得不依賴昂貴且不可靠的沖洗系統(tǒng),而在許多情況下,如果在密封與填料函內(nèi)壁之間有足夠的空間,這種沖洗系統(tǒng)是可以省略的。 廣告 全國在職碩士=1.5年制+學(xué)費(fèi)7980元(無需到校)+重點(diǎn)院校正規(guī)研究生 研究生院-賈老師教育 查看詳情 填料函太長 增加長度的填料函,主要是為了容納所有的填料環(huán)和液封環(huán)。盡管制造商意識(shí)到這一長度可能帶來問題,但在填料函端面與第一個(gè)障礙結(jié)構(gòu)之間并未留出足夠的空間,以適應(yīng)一些現(xiàn)代集裝式雙重機(jī)械密封或最新的剖分式機(jī)械密封。 沒有雙蝸殼來防止葉輪產(chǎn)生的徑向載荷 在缺乏雙蝸殼防護(hù)的情況下,葉輪會(huì)產(chǎn)生徑向載荷。這迫使客戶不得不安裝效率低下的“旁通管路”,以防止泵在啟動(dòng)時(shí)或運(yùn)行點(diǎn)嚴(yán)重偏離最佳效率點(diǎn)(BEP)時(shí)發(fā)生軸斷裂和密封損壞。 這些泵大多采用后拉式設(shè)計(jì) 這種設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是濕端(葉輪端)保留在管道系統(tǒng)中,而驅(qū)動(dòng)端(軸承端)連同連接體一起被拉回車間進(jìn)行密封更換和維修。除非安裝了集裝式密封(cartri-dge seal),或者使用剖分式密封(split seal design),否則在使用當(dāng)今大多數(shù)開式葉輪設(shè)計(jì)時(shí),行初始葉輪間隙調(diào)整將會(huì)比較困難。調(diào)整的具體方向因制造商設(shè)計(jì)而異。 葉輪的調(diào)節(jié)通常在泵的軸承端進(jìn)行 這意味著,為了補(bǔ)償磨損(泵送磨蝕性介質(zhì)時(shí)常見的問題),軸必須向泵蝸殼的前部移動(dòng),或者像福斯泵那樣,向后移動(dòng)到背板。這種移動(dòng)最多可達(dá)0.250英寸(6毫米)。無論是哪種情況,密封的設(shè)置都會(huì)被破壞,從而縮短密封的使用壽命。大多數(shù)工廠同時(shí)存在這兩種(調(diào)節(jié)方向不同的)設(shè)計(jì),這給維修人員帶來了不少困擾。 泵制造商提供的機(jī)械密封型號(hào)有誤 除非明確指定特定的密封品牌和型號(hào),通常提供的都是非平衡型密封,且材料等級(jí)不明,適用范圍非常有限,導(dǎo)致備件過多的問題。 大多數(shù)原始設(shè)備制造商(OEM)的密封會(huì)對(duì)軸產(chǎn)生微動(dòng)磨損,從而需要更換軸套,這不僅會(huì)削弱軸的強(qiáng)度,還會(huì)使L3/D4值升高至60以上(公制為 2)。 未將 C 型或 D 型適配器作為標(biāo)準(zhǔn)配置提供 雖然這些適配器并不適用于所有泵,但它們可以有效消除耗時(shí)且成本高昂的對(duì)中程序。然而,流行的泵型通常缺乏用于輔助手動(dòng)對(duì)中的頂起螺栓(jack bolts),這進(jìn)一步加劇了問題。結(jié)果是,我們發(fā)現(xiàn)有些情況下根本沒有進(jìn)行對(duì)中,而在其它情況下,對(duì)中效果也很差。常見的借口總是如出一轍:“沒時(shí)間進(jìn)行正確的對(duì)中”。這最終導(dǎo)致了密封和軸承性能的下降。 軸承保護(hù) 唇形密封或油脂密封用于保護(hù)軸承,防止水分侵入并影響潤滑效果。然而,這些唇形密封的使用壽命通常不足2,000小時(shí)(約三個(gè)月),并且會(huì)損壞昂貴的軸,因?yàn)樗鼈儠?huì)磨損軸表面的保護(hù)氧化層。所有泵制造商都認(rèn)識(shí)到唇形密封壽命短的問題,因此在唇形密封的外部安裝了一個(gè)小橡膠圈,以試圖將水或化學(xué)物質(zhì)引導(dǎo)離開軸承。 水分侵入是導(dǎo)致軸承失效的主要原因。液體通過唇形密封從以下三個(gè)不同的來源進(jìn)入軸承: 1)填料泄漏 2)用于沖洗填料泄漏的水管。 3)當(dāng)泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)并且軸承箱冷卻時(shí),環(huán)境空氣(吸氣)進(jìn)入。隨著泵的溫度從環(huán)境溫度升高到工作溫度,可能會(huì)排出多達(dá)16盎司(0.5升)的空氣。在泵停機(jī)后,隨著軸承箱的冷卻,充滿水分的空氣會(huì)通過排氣口或唇形密封進(jìn)入軸承箱。 廣告 正常人的智商范圍在85~115,測(cè)一測(cè)你的智商在正常水平嗎? 巴顏喀拉測(cè)評(píng) 查看 為了解決水分進(jìn)入的問題,可以將唇形密封替換為機(jī)械面密封,并在軸承箱上設(shè)置膨脹室。此外,迷宮式密封也是一種解決方案,盡管其效果不如面密封。迷宮式密封和面密封都能有效避免在軸承位置產(chǎn)生微動(dòng)磨損的問題。 軸承潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)不良 在泵停機(jī)時(shí),油位應(yīng)保持在軸承下球的一半位置,這需要一個(gè)良好的視窗來便于觀察。然而,大多數(shù)泵都沒有提供合適的視窗。此外,自動(dòng)注油器的效果有限,因?yàn)橛椭荒芡ㄟ^泄漏的方式注入,無法有效利用。 脂潤滑軸承的使用缺乏防止過度潤滑的保護(hù)措施,而建議的潤滑程序往往得不到遵循。 如果能解決油霧泄漏到大氣中以及由此引起的無組織排放問題,油霧系統(tǒng)將成為一個(gè)最佳的解決方案。 當(dāng)你檢查備用動(dòng)力端的軸承箱時(shí),可能會(huì)發(fā)現(xiàn)軸承箱內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕。制造商應(yīng)該提供有效的保護(hù)涂層以防止此類問題。如果你決定自行添加涂層(這是推薦的做法),請(qǐng)謹(jǐn)慎使用合成油進(jìn)行軸承潤滑,因?yàn)楹铣捎秃袕?qiáng)效清潔劑,可能會(huì)損害許多保護(hù)涂層。 從泵的排出側(cè)回流至填料函的再循環(huán)管路 許多液體中都含有固體顆粒,這些顆粒在離心力的作用下會(huì)被推向蝸殼的內(nèi)壁,并通過再循環(huán)管路排出。這些固體顆粒會(huì)高速進(jìn)入填料函,會(huì)導(dǎo)致密封過早失效。 在大多數(shù)情況下,可以通過拆除這條管路,并在填料函底部連接一條新的管路到泵的吸入側(cè)來解決這個(gè)問題。這樣可以讓流體從葉輪后方(那里相對(duì)更干凈)回流,通過填料函再返回到吸入側(cè)。 請(qǐng)注意:切勿直接連接到吸入側(cè)。 如果你泵送的流體處于或接近其汽化點(diǎn),可能會(huì)在填料函中發(fā)生汽化現(xiàn)象。 當(dāng)介質(zhì)中含有懸浮固體體,離心力將無法發(fā)揮作用。 如果使用的是朝背板方向調(diào)整的開式葉輪設(shè)計(jì)(例如福斯泵),系統(tǒng)的效率會(huì)降低。 雙吸泵填料函的壓力等于吸入壓力。 推力軸承通過一個(gè)簡(jiǎn)單的卡環(huán)固定 在大多數(shù)離心泵中,當(dāng)效率達(dá)到65%時(shí),推力會(huì)作用于推力軸承,但泵的效率達(dá)到65%至100%(正常運(yùn)行模式)時(shí),推力則指向泵的蝸殼,這意味著,一個(gè)簡(jiǎn)單的卡環(huán)需要承受全部負(fù)載。這也是我們常見許多卡環(huán)彎曲和斷裂的主要原因。因此,我們需要一個(gè)更為可靠的固定系統(tǒng)。 濕端不是中心線設(shè)計(jì) 濕端中心線(支撐)設(shè)計(jì)旨在補(bǔ)償泵濕端的金屬膨脹。每當(dāng)泵送溫度超過 200°F (100°C) 時(shí),建議采用該設(shè)計(jì)。 需要注意的是,蝸殼兩側(cè)均設(shè)有支撐,這樣可以使熱膨脹向上和向下進(jìn)行,從而減少吸入管的應(yīng)變,防止耐磨環(huán)損壞,并避免填料函面密封的錯(cuò)位(不對(duì)中)問題。 現(xiàn)代離心泵常見的設(shè)計(jì)問題 泵沙龍 2025年06月19日 07:00 一些設(shè)計(jì)中常見的明顯問題。 mcnallyinstitute.biz 前言 如果你向心儀的供應(yīng)商咨詢泵的推薦,他很可能會(huì)建議你選擇一種符合 ANSI、ISO或DIN規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)泵設(shè)計(jì)。乍一看,這似乎是一個(gè)合理的建議,但實(shí)際上,這些設(shè)計(jì)可能會(huì)給您帶來維護(hù)方面的問題。 請(qǐng)參考下圖。我列出了一些在這些設(shè)計(jì)中常見的明顯問題。
葉輪與軸承的距離太遠(yuǎn) 該泵最初設(shè)計(jì)時(shí)采用了填料密封,而這正是問題的根源。為了確保有足夠的軸向空間來容納至少五圈填料(少于五圈會(huì)引發(fā)密封問題)、一個(gè)液封環(huán)(也稱為填料環(huán))、一個(gè)用于壓緊填料的壓蓋,以及足夠的操作空間,制造商不得不將泵的葉輪設(shè)置得離軸承較遠(yuǎn)。這種設(shè)計(jì)依賴填料作為軸承系統(tǒng)的一部分發(fā)揮作用,尤其是在泵啟動(dòng)時(shí),軸承會(huì)承受最大的徑向偏轉(zhuǎn)。 葉輪不平衡、泵振動(dòng)、軸不對(duì)中、管道應(yīng)力、泵汽蝕、臨界轉(zhuǎn)速以及其它形式的軸偏轉(zhuǎn)(撓度),都會(huì)加劇現(xiàn)有問題,導(dǎo)致機(jī)械密封組件產(chǎn)生過度移動(dòng)。 如果該泵當(dāng)初是為機(jī)械密封設(shè)計(jì)的,葉輪本應(yīng)更靠近軸承布置,從而節(jié)省可觀的初始投資成本(短軸成本更低)。然而,當(dāng)初并未如此設(shè)計(jì),因此,導(dǎo)致密封被硬塞進(jìn)原本為填料預(yù)留的狹小徑向空間里。 在大多數(shù)情況下,軸上會(huì)安裝軸套 為了容納軸套,軸的直徑被縮小,這可能會(huì)導(dǎo)致一些問題。安裝軸套的主要原因有以下幾點(diǎn): 1)提供耐腐蝕性能,因?yàn)檎S采用耐腐蝕材料制造的成本過高; 2)為填料以及可能磨損或損壞軸的密封提供耐磨表面; 3)用于定位葉輪; 4)一些密封制造商將軸套作為方便將金屬波紋管密封連接到軸上的方法。 在90%的情況下,第二個(gè)原因是大多數(shù)制造商選擇使用軸套的主要原因。若要評(píng)估軸直徑和長度之間的關(guān)系,可以參考API 610標(biāo)準(zhǔn)中闡述的 L3/D4 概念。 填料函內(nèi)徑太小 填料函的橫截面被縮窄至約3/8英寸(10毫米),以適配小截面的填料。對(duì)于更小尺寸的軸,其橫截面僅為5/16英寸(8毫米)。如此狹窄的設(shè)計(jì),無法為密封提供足夠的空間,以利用離心力將固體顆粒從搭接密封面上甩出,是時(shí)也無法為組件和密封液體提供足夠的間隙以實(shí)現(xiàn)有效的冷卻。這使得許多客戶不得不依賴昂貴且不可靠的沖洗系統(tǒng),而在許多情況下,如果在密封與填料函內(nèi)壁之間有足夠的空間,這種沖洗系統(tǒng)是可以省略的。 廣告 全國在職碩士=1.5年制+學(xué)費(fèi)7980元(無需到校)+重點(diǎn)院校正規(guī)研究生 研究生院-賈老師教育 查看詳情 填料函太長 增加長度的填料函,主要是為了容納所有的填料環(huán)和液封環(huán)。盡管制造商意識(shí)到這一長度可能帶來問題,但在填料函端面與第一個(gè)障礙結(jié)構(gòu)之間并未留出足夠的空間,以適應(yīng)一些現(xiàn)代集裝式雙重機(jī)械密封或最新的剖分式機(jī)械密封。 沒有雙蝸殼來防止葉輪產(chǎn)生的徑向載荷 在缺乏雙蝸殼防護(hù)的情況下,葉輪會(huì)產(chǎn)生徑向載荷。這迫使客戶不得不安裝效率低下的“旁通管路”,以防止泵在啟動(dòng)時(shí)或運(yùn)行點(diǎn)嚴(yán)重偏離最佳效率點(diǎn)(BEP)時(shí)發(fā)生軸斷裂和密封損壞。 這些泵大多采用后拉式設(shè)計(jì) 這種設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是濕端(葉輪端)保留在管道系統(tǒng)中,而驅(qū)動(dòng)端(軸承端)連同連接體一起被拉回車間進(jìn)行密封更換和維修。除非安裝了集裝式密封(cartri-dge seal),或者使用剖分式密封(split seal design),否則在使用當(dāng)今大多數(shù)開式葉輪設(shè)計(jì)時(shí),行初始葉輪間隙調(diào)整將會(huì)比較困難。調(diào)整的具體方向因制造商設(shè)計(jì)而異。 葉輪的調(diào)節(jié)通常在泵的軸承端進(jìn)行 這意味著,為了補(bǔ)償磨損(泵送磨蝕性介質(zhì)時(shí)常見的問題),軸必須向泵蝸殼的前部移動(dòng),或者像福斯泵那樣,向后移動(dòng)到背板。這種移動(dòng)最多可達(dá)0.250英寸(6毫米)。無論是哪種情況,密封的設(shè)置都會(huì)被破壞,從而縮短密封的使用壽命。大多數(shù)工廠同時(shí)存在這兩種(調(diào)節(jié)方向不同的)設(shè)計(jì),這給維修人員帶來了不少困擾。 泵制造商提供的機(jī)械密封型號(hào)有誤 除非明確指定特定的密封品牌和型號(hào),通常提供的都是非平衡型密封,且材料等級(jí)不明,適用范圍非常有限,導(dǎo)致備件過多的問題。 大多數(shù)原始設(shè)備制造商(OEM)的密封會(huì)對(duì)軸產(chǎn)生微動(dòng)磨損,從而需要更換軸套,這不僅會(huì)削弱軸的強(qiáng)度,還會(huì)使L3/D4值升高至60以上(公制為 2)。 未將 C 型或 D 型適配器作為標(biāo)準(zhǔn)配置提供 雖然這些適配器并不適用于所有泵,但它們可以有效消除耗時(shí)且成本高昂的對(duì)中程序。然而,流行的泵型通常缺乏用于輔助手動(dòng)對(duì)中的頂起螺栓(jack bolts),這進(jìn)一步加劇了問題。結(jié)果是,我們發(fā)現(xiàn)有些情況下根本沒有進(jìn)行對(duì)中,而在其它情況下,對(duì)中效果也很差。常見的借口總是如出一轍:“沒時(shí)間進(jìn)行正確的對(duì)中”。這最終導(dǎo)致了密封和軸承性能的下降。 軸承保護(hù) 唇形密封或油脂密封用于保護(hù)軸承,防止水分侵入并影響潤滑效果。然而,這些唇形密封的使用壽命通常不足2,000小時(shí)(約三個(gè)月),并且會(huì)損壞昂貴的軸,因?yàn)樗鼈儠?huì)磨損軸表面的保護(hù)氧化層。所有泵制造商都認(rèn)識(shí)到唇形密封壽命短的問題,因此在唇形密封的外部安裝了一個(gè)小橡膠圈,以試圖將水或化學(xué)物質(zhì)引導(dǎo)離開軸承。 水分侵入是導(dǎo)致軸承失效的主要原因。液體通過唇形密封從以下三個(gè)不同的來源進(jìn)入軸承: 1)填料泄漏 2)用于沖洗填料泄漏的水管。 3)當(dāng)泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)并且軸承箱冷卻時(shí),環(huán)境空氣(吸氣)進(jìn)入。隨著泵的溫度從環(huán)境溫度升高到工作溫度,可能會(huì)排出多達(dá)16盎司(0.5升)的空氣。在泵停機(jī)后,隨著軸承箱的冷卻,充滿水分的空氣會(huì)通過排氣口或唇形密封進(jìn)入軸承箱。 廣告 正常人的智商范圍在85~115,測(cè)一測(cè)你的智商在正常水平嗎? 巴顏喀拉測(cè)評(píng) 查看 為了解決水分進(jìn)入的問題,可以將唇形密封替換為機(jī)械面密封,并在軸承箱上設(shè)置膨脹室。此外,迷宮式密封也是一種解決方案,盡管其效果不如面密封。迷宮式密封和面密封都能有效避免在軸承位置產(chǎn)生微動(dòng)磨損的問題。 軸承潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)不良 在泵停機(jī)時(shí),油位應(yīng)保持在軸承下球的一半位置,這需要一個(gè)良好的視窗來便于觀察。然而,大多數(shù)泵都沒有提供合適的視窗。此外,自動(dòng)注油器的效果有限,因?yàn)橛椭荒芡ㄟ^泄漏的方式注入,無法有效利用。 脂潤滑軸承的使用缺乏防止過度潤滑的保護(hù)措施,而建議的潤滑程序往往得不到遵循。 如果能解決油霧泄漏到大氣中以及由此引起的無組織排放問題,油霧系統(tǒng)將成為一個(gè)最佳的解決方案。 當(dāng)你檢查備用動(dòng)力端的軸承箱時(shí),可能會(huì)發(fā)現(xiàn)軸承箱內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕。制造商應(yīng)該提供有效的保護(hù)涂層以防止此類問題。如果你決定自行添加涂層(這是推薦的做法),請(qǐng)謹(jǐn)慎使用合成油進(jìn)行軸承潤滑,因?yàn)楹铣捎秃袕?qiáng)效清潔劑,可能會(huì)損害許多保護(hù)涂層。 從泵的排出側(cè)回流至填料函的再循環(huán)管路 許多液體中都含有固體顆粒,這些顆粒在離心力的作用下會(huì)被推向蝸殼的內(nèi)壁,并通過再循環(huán)管路排出。這些固體顆粒會(huì)高速進(jìn)入填料函,會(huì)導(dǎo)致密封過早失效。 在大多數(shù)情況下,可以通過拆除這條管路,并在填料函底部連接一條新的管路到泵的吸入側(cè)來解決這個(gè)問題。這樣可以讓流體從葉輪后方(那里相對(duì)更干凈)回流,通過填料函再返回到吸入側(cè)。 請(qǐng)注意:切勿直接連接到吸入側(cè)。 如果你泵送的流體處于或接近其汽化點(diǎn),可能會(huì)在填料函中發(fā)生汽化現(xiàn)象。 當(dāng)介質(zhì)中含有懸浮固體體,離心力將無法發(fā)揮作用。 如果使用的是朝背板方向調(diào)整的開式葉輪設(shè)計(jì)(例如福斯泵),系統(tǒng)的效率會(huì)降低。 雙吸泵填料函的壓力等于吸入壓力。 推力軸承通過一個(gè)簡(jiǎn)單的卡環(huán)固定 在大多數(shù)離心泵中,當(dāng)效率達(dá)到65%時(shí),推力會(huì)作用于推力軸承,但泵的效率達(dá)到65%至100%(正常運(yùn)行模式)時(shí),推力則指向泵的蝸殼,這意味著,一個(gè)簡(jiǎn)單的卡環(huán)需要承受全部負(fù)載。這也是我們常見許多卡環(huán)彎曲和斷裂的主要原因。因此,我們需要一個(gè)更為可靠的固定系統(tǒng)。 濕端不是中心線設(shè)計(jì) 濕端中心線(支撐)設(shè)計(jì)旨在補(bǔ)償泵濕端的金屬膨脹。每當(dāng)泵送溫度超過 200°F (100°C) 時(shí),建議采用該設(shè)計(jì)。 需要注意的是,蝸殼兩側(cè)均設(shè)有支撐,這樣可以使熱膨脹向上和向下進(jìn)行,從而減少吸入管的應(yīng)變,防止耐磨環(huán)損壞,并避免填料函面密封的錯(cuò)位(不對(duì)中)問題。 |