CN112875775B - 处理废水废气的喷淋塔、无堵塞无外加动力的均匀布水器 - Google Patents

处理废水废气的喷淋塔、无堵塞无外加动力的均匀布水器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种处理废水废气的喷淋塔、无堵塞无外加动力的均匀布水器,无堵塞无外加动力的均匀布水器包括:外桶体以及相对于外桶体可转动设置的转盘,转盘设置有用于储存液体且多个开口向上的布水槽、使液体进入布水槽的进水口及挡水板;布水槽侧壁的上边缘设置有可使液体溢出的多个溢水口;挡水板与进水口的进水方向呈一定夹角设置,以使液体作用于挡水板推动转盘相对于外桶体转动。相比于现有技术,本发明提供的喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器,布水槽敞口设置,避免堵塞;溢水口按溢水面积与喷淋塔不同区域受水面积等比例设置,受水各区域受水强度均等,可实现均匀布水。

Description

处理废水废气的喷淋塔、无堵塞无外加动力的均匀布水器
技术领域
本发明涉及喷淋塔布水技术领域,更具体地说,涉及一种无堵塞无外加动力的均匀布水器。此外,本发明还涉及一种包括上述无堵塞无外加动力的均匀布水器的处理废水废气的喷淋塔。
背景技术
现有布水器采用在不同半径区间溢水口面积均匀分布,与布水转盘转动一周不同半径区间受水面积从内到外逐部增大不相适应导致布水不均匀,从而直接导致喷淋塔不同区域污染负荷不同,污染负荷高的区域污染物去除不彻底,严重影响塔内的废水、废气均恒处理效果。
现有喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器在径向设置数根单侧穿孔管,等径穿孔在径向等距离分布,喷淋水从转盘中心进入,从单侧穿孔以一定速度射出,利用射出水流的反作用力推动转盘运转。为了达到需要的推动力,水流流速需满足一定的喷射速度,穿孔孔径要足够小,这种小孔径穿孔只能适合无悬浮物、无易堵塞物的清洁水,而废水、废气生物处理常采用高浓度生物污泥(箘)循环喷淋,易出现穿孔堵塞、清堵困难等问题。
综上所述,如何使喷淋塔均匀布水、避免布水器容易堵塞是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器,采用在不同半径区间溢水口面积分布与布水转盘转动一周不同半径区间受水面积从内到外逐部增大相适应的溢水口设置方法,确保喷淋塔内不同区域喷淋受水强度基本相同;设置有敞口向上的布水槽,布水槽内液体高度高于溢水口的底部边缘高度时,便会由溢水口流出,由于布水槽为开口结构,因此不存在堵塞的问题,即使是高浓度生物污泥(箘)循环喷淋,也不易堵塞;并且在进水口处设置有挡水板,进水口流入后会冲击挡水板,产生反作用力,从而推动转盘相对于外桶体转动,不需要额外设置动力设备,节能减排,降低了设备成本。
本发明的另一目的是提供一种包括上述无堵塞无外加动力的均匀布水器的处理废水废气的喷淋塔。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器,包括:外桶体以及相对于所述外桶体可转动设置的转盘,所述转盘设置有用于储存液体且开口向上的布水槽、用于使所述液体进入所述布水槽的进水口以及挡水板;
所述布水槽侧壁的上边缘设置有可使所述液体溢出的多个溢水口;且所述溢水口按溢水面积与喷淋塔不同区域受水面积等比例设置,以实现均匀布水;
所述挡水板与所述进水口的进水方向呈一定夹角设置,以使所述液体作用于所述挡水板推动所述转盘相对于所述外桶体转动。
优选的,所述布水槽包括环绕于外周设置的周边进水槽以及与所述周边进水槽连通的若干溢水槽,所述溢水槽由外桶体内的转盘的中心轴线向所述周边进水槽的边缘呈辐射状设置;
所述进水口和所述挡水板均设置于所述周边进水槽,所述溢水口设置于所述溢水槽;所述溢水口的下边缘低于所述周边进水槽的上边缘。
优选的,所有所述溢水槽的宽度相同,且所述溢水槽沿所述转盘的周向均匀设置。
优选的,所述溢水口设置于所述溢水槽长度方向及所述周边进水槽的侧壁的上边缘,且所述溢水口为梯形或矩形或V形。
优选的,沿所述溢水槽的长度方向由其靠近所述转盘的中心轴线的一端至另一端,所述溢水口的有效溢水面积逐渐增加、以使所述液体溢出量满足所述转盘转动一周(3600)单位长度的不同半径区间同面积的受水区受水强度相等的均匀布水需求;
所述有效溢水面积为所述溢水槽单位长度所对应的所述溢水口的面积。
优选的,所述周边进水槽中设置有避免所述液体飞溅的盖板,所述盖板盖设于所述周边进水槽内。
优选的,所述盖板的形状与所述周边进水槽配合,且所述盖板的横截面为倒置的U形结构,且其宽度小于所述周边进水槽的宽度。
优选的,所述挡水板与所述进水口的进水方向之间的夹角为30°-80°。
优选的,所述转盘的下部设置有方便其转动的滚轮。
优选的,所述转盘通过轴承与所述外桶体转动连接,且所述转盘的中心轴线与其转动轴线重合。
一种处理废水废气的喷淋塔,包括上述任一项所述的无堵塞无外加动力的均匀布水器。
在使用本发明提供的喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器的过程中,液体可以通过进水口进入布水槽,在由进水口流出的过程中,由于进水口的进水方向与挡水板呈一定夹角设置,液体喷射至挡水板,对挡水板产生一定的冲击力,推动转盘相对于外桶体转动;在液体的液位高度高于溢水口的下边缘高度时,液体由溢水口流出。
相比于现有技术,在使用的过程中,由于布水槽呈开口设置,因此避免了堵塞的问题;另外,利用进水口液体流入过程中对挡水板产生的推力使转盘转动,可以避免额外设置动力设备,降低设备成本。另外,本发明中的溢水口按溢水面积与喷淋塔不同区域受水面积等比例设置,可以实现均匀布水。
此外,本发明还提供了一种包括上述无堵塞无外加动力的均匀布水器的处理废水废气的喷淋塔。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器的结构示意图;
图2为图1中喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器的剖面示意图;
图3为本发明所提供的喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器的俯视示意图。
图1-3中:
1为外桶体、2为进水口、3为盖板、4为布水槽、41为周边进水槽、42为溢水槽、5为中心布水头、6为锁紧螺母、7为旋转轴、8为滚轮、9为导板、10为支撑板、11为支架、12为下轴承、13为轴承座、14为间隔套、15为上轴承、16为轴承压盖、17为溢水口、18、挡水板、r为外环与内环之间的交界线半径、A为r-Δr至r受水区、B为r至r+Δr受水区。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器,通过设置开口的布水槽,使液体由布水槽侧壁的溢水口流出,避免出现堵塞的情况;另外,通过由进水口进入的液体作用于挡水板,对挡水板产生冲击,以使转盘相对于外桶体转动。
本发明的另一核心是提供一种包括上述无堵塞无外加动力的均匀布水器的处理废水废气的喷淋塔。
请参考图1-3,图1为本发明所提供的喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器的结构示意图;图2为图1中喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器的剖面示意图;图3为本发明所提供的喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器的原理解释示意图。
本申请提供了一种喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器,在溢水槽上设置的溢水口从转盘中心到周边,单位半径长度内各溢水口总有效溢水面积逐渐增大;采用在不同半径区间各溢水口总有效溢水面积与布水转盘转动一周不同半径区间受水面积从内到外逐部增大相匹配;半径区间各溢水口总有效溢水面积为在该半径区间内所有溢水槽上各溢水口有效溢水面积总和;不同半径区间各溢水口总有效水面积从内到外逐部增大,分别采用单个溢水口形状面积不变、增加溢水口数量;或溢水口数量不变、增加单个溢水口平均宽度或两种方法,溢水口按溢水面积与喷淋塔不同区域受水面积等比例设置,受水各区域受水强度均等,可以实现均匀布水。
本具体实施例提供的喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器,包括:外桶体1以及相对于外桶体1可转动设置的转盘,转盘设置有用于储存液体且开口向上的布水槽4、用于使液体进入布水槽4的进水口2以及挡水板18;
布水槽4侧壁的上边缘设置有可使液体溢出的多个溢水口17;挡水板18与进水口2的进水方向呈一定夹角设置,以使液体作用于挡水板18推动转盘相对于外桶体1转动。
挡水板18的设置高度低于水面,且挡水板18的设置数量可以是一个、两个或多个,具体根据实际情况确定。
优选的,在由进水口2进入的液体冲击挡水板18的过程中,所产生冲击力的方向沿转盘的切线方向,可以产生较大的力矩,根据冲量计算及动量守恒原理,进水按一定倾角冲击挡水板18,产生水平方向的动量,推动转盘转动,同时转盘转动、液体在布水槽4内流动的过程中会产生阻力及动力损耗,液体由溢水口17溢出产生排出动量,进水水平方向的动量等于转盘转动角动量、转盘转动、液体在布水槽4内到溢水口17的流动过程中产生阻力及动力损耗、液体从溢水口17出产生排出动量之和。
在使用本具体实施例提供的喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器的过程中,液体可以通过进水口2进入布水槽4,在由进水口2流出的过程中,由于进水口2的进水方向与挡水板18呈一定夹角设置,液体喷射至挡水板18,对挡水板18产生一定的冲击力,推动转盘相对于外桶体1转动;在液体的液位高度高于溢水口17的下边缘高度时,液体由溢水口17流出;流出的液体滴落至喷淋塔。
相比于现有技术,本具体实施例提供的喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器在使用的过程中,由于布水槽4呈开口设置,因此避免了堵塞的问题;另外,利用进水口2液体流入过程中对挡水板18产生的推力使转盘转动,可以避免额外设置动力设备,降低设备成本。
需要进行说明的是,进水口2与进水管连接,进水管的另一端与废水或循环液提升泵出口相连,末端出水口设置于垂线呈一定倾角的内挡水板18;进水管通过固定件连接并固定于喷淋塔的筒体上。
可以使布水槽4包括环绕于外周设置的周边进水槽41以及与周边进水槽41连通的若干溢水槽42,溢水槽42由外桶体1内的转盘的中心轴线向周边进水槽41的边缘呈辐射状设置;进水口2和挡水板18均设置于周边进水槽41,溢水口17设置于溢水槽42;溢水口17的下边缘低于周边进水槽41的上边缘。
如图1所示,转盘为圆筒状结构,且其中心轴线与其转动轴线重合,转盘的周部设置有周边进水槽41,由其中线轴线呈辐射状设置有若干溢水槽42,优选的,溢水槽42沿周向均匀设置,且所有溢水槽42的宽度均相同;溢水口17设置于溢水槽42长度方向两侧壁的上边缘。
溢水口17可以是梯形,也可以是矩形、V形,或者是其它符合要求的形状,具体根据实际情况确定。
为了使喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器能够均匀布水,可以使沿溢水槽42的长度方向由其靠近转盘的中心轴线的一端至另一端,溢水口17的有效溢水面积逐渐增加、以使液体的溢出量能满足转盘转动一周(3600)单位长度的不同半径区间同面积的受水区受水强度相等的均匀布水需求;有效溢水面积为溢水槽42单位长度所对应的溢水口17的面积。
在实际使用的过程中,按照不同的半径区间溢水口17旋转过程中溢水区服务面积的不同,设计不同的有效溢水面积,具体的设计过程,详见说明书原理部分。
在溢水口17底部标高一致的条件下,等比例改变溢水口17的宽度,可以达到均匀布水的效果。
为了避免液体的冲击力作用于挡水板18时会飞溅,可以在周边进水槽41设置有避免液体飞溅的盖板3。
盖板3的形状与周边进水槽41配合,且盖板3的横截面为倒置的U形结构;当然,盖板3还可以是其它形状具体根据实际情况确定。盖板3通过固定件连接并固定于喷淋塔的筒体上,具体的,盖板3通过固定件固定连接于外桶体1。
优选的,盖板3上设置有可供进水管活动通过的开孔,开孔直径比进水管外径大0.5-5CM,盖板3长度大于进水管直径的4倍,其中开孔水流前方与后方长度比为3:1,宽度大于进水管直径且略小于周边进水槽41宽度,高度为10—20CM。盖板3内嵌于周边进水槽41内挡水板18以上水面以下的位置。
优选的,挡水板18与进水口2的进水方向之间的夹角为30°-80°。
为了使转盘相对于外桶体1方便转动,可以在转盘的下部设置若干滚轮8,减小摩擦力。
如图2所示,外桶体1设置于外部,转盘可转动的设置于外桶体1内,外桶体1设置有导板9以及用于支撑导板9的支撑板10,且导板9的下部设置有支架11,转盘设置有用于与外桶体1连接的中心布水头5;外桶体1设置有旋转轴7,旋转轴7安装设置有上轴承15、下轴承12、轴承座13、设置于上轴承15与下轴承12之间的间隔套14以及轴承压盖16,转盘通过锁紧螺母6与旋转轴7连接;在转动的过程中,上轴承15、下轴承12以及滚轮8的设置,可以使转盘低阻力转动。
本申请文件中提到的喷淋塔无堵塞、无外加动力的均匀布水器的溢水均匀分布的设计原理如下:
a、水流流动途径
液体由进水管经进水口2流入周边进水槽41,周边进水槽41中的液体沿多个个经向设置的溢水槽42向中心轴线方向流动,水流由设置在溢水槽42上的多个矩形或梯形或V形的溢水口17溢流至喷淋塔的受水区。
b、溢流量均匀分布
指在设定的时间周期内(通常为转盘转动360°所需的时间)喷淋塔受水区域平面上不同位置单位面积溢水口17溢出的受水水量基本相同。
c、在径向设定同一径向宽度内的溢水口17在不同的半径r区间内,转盘转动360°受水面积随半径r的增大,相邻两个受水圆环同样的径向宽度Δr外环面积比内环面积增加2πΔr2,内环对应r-Δr至r受水区A,外环对应r至r+Δr受水区B;圆环面积及变化决算式如下:
内环面积:S内=πr2-π(r-Δr)2=π(2rΔr-Δr2)
外环面积:S外=π(r+Δr)2-πr2=π(2rΔr+Δr2)
外环比内环面积差:ΔS=S外-S内=2πΔr2
其中,r--外环与内环之间的交界线半径m;Δr--相邻两个受水圆环径向宽度m(按0.20-1.00m设置);
d、相邻两个受水圆环溢水槽42上溢水口17溢水速率计算:
内环溢水速率:Q内=A1H1V1
外环溢水速率:Q外=A2H2V2
计算设置条件:相邻两个受水圆环径向宽度Δr相同;溢水槽42上溢水口17运行水面高度相同;溢水口17底部高度相同;溢水口17若为梯形,其梯形两边倾角相同;溢水口17溢水阻力不计。在以上设置条件下溢水口17溢水量Q计算公式如下:
H1=H2=H;V1=V2=V
内环溢水速率:Q内=A1HV
外环溢水速率:Q=A2HV=(A1+ΔA)HV
根据受水水量均匀分布要求应满足:
S/S=Q/Q
(A1+ΔA)HV/A1HV=Q/Q=(Q+2πΔr2)/Q
ΔA=2πΔr2A1/Q=2πΔr2/HV
Ai--溢水口17溢水区平均宽度m;H--设计运行状态溢水口17水深m(按0.01-0.10m设置);溢水口17流速m/s;
从以上计算公式可见溢水口17设计只需确定运行状态下溢水深度H、溢水口17流速V、相邻两个受水圆环径向宽度Δr,就可以计算出这两个受水圆环所对应的转盘中各溢水口17在外的平均宽度以及在内环的平均宽度的差值的和∑ΔAi,溢水口17该差值的和∑ΔAi除环内溢水口17总数N为单个溢水口17平均宽度增加值ΔAi,从而计算确定内环各溢水槽42中各溢水口17平均宽度Ai,外环溢水口17各溢水槽42中各溢水口17平均宽度为Ai+ΔAi。
溢水口17流速V计算公式:
V=Q/H∑Ai
V--溢水口17流速m/s;Q--总进水速率m3/s;H--设计运行状态溢水口17水深m(按0.01-0.10m设置);∑Ai--各溢水口17溢水区平均宽度的和m(按布水转盘溢水槽42总长度的10%-60%m设置)。
布水转盘转动原理:固定安装在周壁进水槽上方的进水口2进水按一定的倾角和速度产生动量P1
P1=m1v1
P1--水平方向动量kg.m/s;m1--速度变化时间区间进水量kg;v1--进水水平方向分速度m/s
水流冲击周壁进水槽挡水板18产生角动量L1
L1=r1P1=r1m1v1
L1--进水水流水平角动量kgm2/s;r1--布水转盘的半径m;
水流冲击周边进水槽41中的挡水板18水流与转盘一起转动,转盘及水共同形成角动量L2
∑Li=∑riPi=∑rimivi
∑Li--布水转盘各质点角动量的和k.gm2/s;Pi--布水转盘各质点动量kgm/si;ri--布水转盘各质点的半径m;mi--布水转盘各质点重量kg;vi--布水转盘各质点速度m/s
根据角动量守恒定理,在无其他外力作用的条件下
L1=∑Li即r1m1v1=∑rimivi
随着水流不断的冲击挡水板18,转盘转速逐步加快,实际使用中转盘转动时在轴承转动,滑轮转动、水流在布水槽4内流动等都会产生阻力,损耗能量,而水流冲击挡水板18水平方向速度与逐步加快的转盘挡水板18线速度的相对差值逐步接近时,冲击力也同步逐步减少,当冲击力形成的动能损耗与转盘转动及水流在转盘布水槽4内流动等动能损耗平衡时转盘匀速转动。
下述介绍具体实施例:
(1)概况
设备名称:直径8m、进水速率20m3/h的布水转盘
实施对象及装置特征:
a塔体内无水流搅拌功能;
b要求横截面不同位置单位面积在设定时间周期内喷淋受水量基本相同,使处理塔内各区域污染去除容积负荷基本相同;
c在高污泥浓度情况下无堵塞;
d装置转动无需增加电机。
装置适用范围:废气处理塔、废水协同废气处理塔(三相接触生物处理塔)等的喷淋均匀布水。
(2)本发明直径8m、进水速率20m3/h的布水转盘技术参数
表1-1本发明直径8m、进水速率20m3/h的布水转盘技术参数表
Figure BDA0002891840600000101
Figure BDA0002891840600000111
(3)现有工艺装置直径8m、进水速率20m3/h的布水转盘技术参数
表1-2现有工艺装置直径8m、进水速率20m3/h的布水转盘技术参数表
Figure BDA0002891840600000112
Figure BDA0002891840600000121
(4)本发明与现有效果比较分析
表1-3本发明与现有布水转盘效果比较表
Figure BDA0002891840600000131
Figure BDA0002891840600000141
除了上述无堵塞无外加动力的均匀布水器,本申请还提供了一种包括上述实施例公开的无堵塞无外加动力的均匀布水器的处理废水废气的喷淋塔,该处理废水废气的喷淋塔的其它结构在此不做赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内,在此不做赘述。
以上对本发明所提供的处理废水废气的喷淋塔、无堵塞无外加动力的均匀布水器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无堵塞无外加动力的均匀布水器,其特征在于,包括:外桶体(1)以及相对于所述外桶体(1)可转动设置的转盘,所述转盘设置有用于储存液体且敞口向上的布水槽(4)以及挡水板(18);
所述布水槽(4)侧壁的上边缘设置有可使所述液体溢出的多个溢水口(17);且所述溢水口(17)按溢水面积与喷淋塔不同区域受水面积等比例设置,以实现均匀布水;
所述挡水板(18)与进水口(2)的进水方向呈一定夹角设置,以使所述液体作用于所述挡水板(18)推动所述转盘相对于所述外桶体(1)转动;
所述布水槽(4)包括环绕于外周设置的周边进水槽(41)以及与所述周边进水槽(41)连通的若干溢水槽(42),所述溢水槽(42)由所述外桶体(1)内的转盘的中心轴线向所述周边进水槽(41)的边缘呈辐射状设置;
所述挡水板(18)设置于所述周边进水槽(41),进水口(2)固定安装在所述周边进水槽(41)上方,所述溢水口(17)设置于所述溢水槽(42);所述溢水口(17)的下边缘低于所述周边进水槽(41)的上边缘。
2.根据权利要求1所述的无堵塞无外加动力的均匀布水器,其特征在于,所有所述溢水槽(42)的宽度相同,且所述溢水槽(42)沿所述转盘的周向均匀设置。
3.根据权利要求2所述的无堵塞无外加动力的均匀布水器,其特征在于,所述溢水口(17)设置于所述溢水槽(42)长度方向及所述周边进水槽(41)的侧壁的上边缘,且所述溢水口(17)为梯形或矩形或V形。
4.根据权利要求1所述的无堵塞无外加动力的均匀布水器,其特征在于,所述溢水口(17)的有效溢水面积沿所述溢水槽(42)的长度方向、由其靠近所述转盘的中心轴线的一端至另一端逐渐增加,以使所述液体的溢出量满足所述转盘转动一周3600单位长度的不同半径区间同面积的受水区受水强度相等的均匀布水需求;
所述有效溢水面积为所述溢水槽(42)单位长度所对应的所述溢水口(17)的面积。
5.根据权利要求1所述的无堵塞无外加动力的均匀布水器,其特征在于,所述周边进水槽(41)中设置有避免所述液体飞溅的盖板(3),所述盖板(3)盖设于所述周边进水槽内。
6.根据权利要求5所述的无堵塞无外加动力的均匀布水器,其特征在于,所述盖板(3)的形状与所述周边进水槽(41)配合,且所述盖板(3)的横截面为倒置的U形结构,且其宽度小于所述周边进水槽(41)的宽度。
7.根据权利要求1-6任一项所述的无堵塞无外加动力的均匀布水器,其特征在于,所述挡水板(18)与所述进水口(2)的进水方向之间的夹角为30°-80°。
8.根据权利要求1-6任一项所述的无堵塞无外加动力的均匀布水器,其特征在于,所述转盘的下部设置有方便其转动的滚轮(8)。
9.根据权利要求1-6任一项所述的无堵塞无外加动力的均匀布水器,其特征在于,所述转盘通过轴承与所述外桶体(1)转动连接,且所述转盘的中心轴线与其转动轴线重合。
10.一种处理废水废气的喷淋塔,其特征在于,包括权利要求1-9任一项所述的无堵塞无外加动力的均匀布水器。
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