CN114033599A - 一种基于水轮机组的动静态信号传输装置 - Google Patents

一种基于水轮机组的动静态信号传输装置 Download PDF

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CN114033599A CN202111237470.6A CN202111237470A CN114033599A CN 114033599 A CN114033599 A CN 114033599A CN 202111237470 A CN202111237470 A CN 202111237470A CN 114033599 A CN114033599 A CN 114033599A
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甘维兵
贾思凯
张翠
张寅杰
郭会勇
唐健冠
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Abstract

一种基于水轮机组的动静态信号传输装置，包括旋转支架、同轴套筒、动态光纤、静态光纤与止转棒，所述旋转支架的内部开设有上下连通的套筒腔、旋转腔，套筒腔的内部嵌入连接有同轴套筒，静态光纤的底端、动态光纤的顶端均延伸至同轴套筒的内部，静态光纤的顶端上延至与金属外护罩相连接，动态光纤的底端下沿至与旋转托盘相连接，套筒腔的外部套设的惯性支架的两端分别与止转棒的底部进行阻挡配合，止转棒的顶端与金属外护罩相连接。本设计不仅能非接触式信号传递，抗电磁干扰能力强，而且具备止转效果，能保护静态光纤。

Description

一种基于水轮机组的动静态信号传输装置
技术领域
本发明涉及一种旋转机械的监测装置，属于大型旋转机械设备结构健康监测领域，尤其涉及一种基于水轮机组的动静态信号传输装置。
背景技术
随着国民经济的快速增长，电力需求不断增加，稳定可靠的发电***也越来越重要。我国水资源丰富，水电装机容量不断增加，水轮机组单机容量超过了600MW。作为水电站的核心机组，水轮机长期工作在河流泥沙中，很容易导致机械故障，一旦发生故障，将会给企业和社会带来巨大经济损失。因此，水轮机组的结构健康监测对提高大型水轮机组的运行可靠性、降低水轮机组的检修成本、避免重大事故的发生具有十分重要的意义。
水轮机组属于典型的大型旋转机械，其设备结构健康监测的难点在于转子信号传输和抗电磁干扰问题，即如何将机械转子部分的信号稳定可靠地传输到定子部分。目前，大型旋转机械有采用电滑环来实现旋转设备中动静态信号传输的技术，该技术中，电滑环通过电刷与环壁接触完成信号和能量的传输，但该技术存在以下缺陷：
首先，属于接触式信号传递，会导致损耗的产生；
其次，电滑环存在带宽窄、信号传输速率低、抗电磁干扰能力差等缺点。
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的接触式信号传递、抗电磁干扰能力差的缺陷与问题，提供一种非接触式信号传递、抗电磁干扰能力强的基于水轮机组的动静态信号传输装置。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种基于水轮机组的动静态信号传输装置，包括旋转支架、同轴套筒、动态光纤与静态光纤，所述旋转支架的底部经旋转托盘与机组转子相连接，旋转支架的内部开设有上下连通的套筒腔、旋转腔，所述套筒腔的内部嵌入连接有同轴套筒，该同轴套筒的两端分别与静态光纤的底端、动态光纤的顶端相连接，静态光纤的底端、动态光纤的顶端均延伸至同轴套筒的内部，所述静态光纤的顶端上延至与金属外护罩相连接，所述动态光纤的底端下沿至与旋转托盘相连接。
所述同轴套筒的顶部、底部内分别嵌入连接有小轴承、大轴承，所述小轴承内嵌入连接有静态光学镜片，大轴承内嵌入连接有动态光学镜片，所述静态光纤的底端穿经小轴承后与静态光学镜片相接触，所述动态光纤的顶端穿经大轴承后与动态光学镜片相接触；所述小轴承与大轴承上下同心设置。
所述动静态信号传输装置还包括惯性支架，该惯性支架的中部开设有惯性套孔，惯性支架的两端分别与止转棒的底部进行阻挡配合，止转棒的顶端与金属外护罩相连接；所述同轴套筒的顶端高于套筒腔的顶端设置，同轴套筒的顶端上外套有惯性套孔。
所述金属外护罩包括罩侧围及与其两端相连接的罩顶壁、罩底壁，所述罩侧围的内壁上设置有静态法兰盘，罩侧围上近静态法兰盘的部位开设有静态出纤孔，所述罩底壁上开设有底壁通孔，且罩侧围、罩顶壁、罩底壁共夹成一个罩内腔；所述静态光纤的顶端依次经底壁通孔、静态法兰盘、静态出纤孔后延伸至金属外护罩的外部，且静态光纤绕静态法兰盘的侧围而过。
所述罩顶壁在罩底壁上的投影位于罩底壁的中部，罩底壁上夹于底壁通孔、罩侧围之间的部位为罩底环，该罩底环与止转棒的顶端相连接，罩底环的底部设置有下延环，该下延环的外部套接有金属防尘罩，该金属防尘罩与机组定子相连接。
所述罩顶壁的中部开设有嵌机孔，该嵌机孔内嵌入连接有一个针孔摄像头，该针孔摄像头的摄像范围覆盖同轴套筒的顶端。
所述惯性支架的顶面、底面上分别设置有惯性上延筒、惯性下延筒，所述惯性上延筒套设在同轴套筒的顶端的外部，所述旋转支架上包裹于套筒腔之外的部位的外部套设有惯性下延筒，且惯性下延筒与旋转支架之间夹成有间隔腔。
所述旋转支架包括支架底座与支架立柱，所述支架立柱的底端与支架底座的中部垂直连接，支架底座的两端分别与低于旋转支架的旋转托盘的顶面相连接，旋转托盘与机组转子相连接；
所述支架立柱的内部开设有同轴的套筒腔，所述支架底座的内部开设有旋转腔，所述旋转腔的顶端与套筒腔相连通，旋转腔的底端与外部环境相通。
所述旋转托盘的顶面上连接有动态法兰盘，所述动态光纤的顶端延伸至同轴套筒的内部，动态光纤的底端缠绕动态法兰盘的侧围而过。
所述支架底座为几字型结构，支架底座的两端分别开设有一个螺杆孔，该螺杆孔内穿经而过有可调节螺杆，该可调节螺杆的底端与旋转托盘的顶面相连接，可调节螺杆的顶端穿经螺杆孔后与可调节螺母进行螺纹连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种基于水轮机组的动静态信号传输装置中，包括旋转支架、同轴套筒、动态光纤与静态光纤，其中，旋转支架的内部开设有上下连通的套筒腔、旋转腔，套筒腔的内部嵌入连接有同轴套筒，静态光纤的底端、动态光纤的顶端均延伸至同轴套筒的内部，同时，静态光纤的顶端上延至与金属外护罩相连接，金属外护罩与机组定子相连接，动态光纤的底端经旋转托盘与机组转子相连接，应用时，机组转子上设置的传感器将测得的信号传输给动态光纤，动态光纤在同轴套筒内将信号传递给静态光纤，实现无接触的信号传递，同时，光纤的信号传递属于非电式传递，具备较强的抗电磁干扰能力。因此，本发明不仅能够非接触式信号传递，而且抗电磁干扰能力强。
2、本发明一种基于水轮机组的动静态信号传输装置中，同轴套筒的顶部、底部内分别嵌入连接有上下同心设置的小轴承、大轴承，其中，小轴承、大轴承内分别嵌入连接有静态光学镜片、动态光学镜片，静态光纤的底端穿经小轴承后与静态光学镜片相接触，动态光纤的顶端穿经大轴承后与动态光学镜片相接触，通过光学镜片的作用，确保动态光纤、静态光纤之间信号传输的非接触、无损耗，此外，在装配时，还使用同轴套筒将大、小轴承进行紧固连接，进一步确保小轴承、大轴承保持高度同心，确保了光信号在传输时损耗达到最低。因此，本发明能保持高度同心，信号传输损耗较低。
3、本发明一种基于水轮机组的动静态信号传输装置中，还增设有惯性支架，该惯性支架的中部开设有惯性套孔，惯性支架的两端分别与止转棒的底部进行阻挡配合，止转棒的顶端与金属外护罩相连接，所述同轴套筒的顶端高于套筒腔的顶端设置，同轴套筒的顶端上外套有惯性套孔，应用时，旋转支架随机组转子一同转动，静态光纤随机组定子，故存在转动的趋势，此时，若不对转动趋势进行阻挡，静态光纤就会因惯性随之旋转，静态光纤可能会发生扭曲甚至断裂，为此，本发明增设了止转棒、惯性支臂，两者相互结合进行止转，以保护静态光纤。因此，本发明具备止转效果，能保护静态光纤。
4、本发明一种基于水轮机组的动静态信号传输装置中，金属外护罩包括罩侧围及与其两端相连接的罩顶壁、罩底壁，其中，罩侧围的内壁上设置有静态法兰盘，罩侧围上近静态法兰盘的部位开设有静态出纤孔，罩底壁上开设有底壁通孔，罩侧围、罩顶壁、罩底壁共夹成一个罩内腔，装配时，静态光纤的顶端依次经底壁通孔、静态法兰盘、静态出纤孔后延伸至金属外护罩的外部，静态光纤绕静态法兰盘的侧围而过，该设计能对动、静态信号传输结构进行封闭，不仅能够有效防止外部恶劣环境对内部装置造成破坏，而且便于检修维护，此外，静态法兰盘的存在，能够增加内置盘纤的长度，并且加大了静态光纤的弯曲半径，提高监测效果。因此，本发明不仅安全性较强，而且监测效果较好。
5、本发明一种基于水轮机组的动静态信号传输装置中，罩顶壁的中部开设有嵌机孔，该嵌机孔内嵌入连接有一个针孔摄像头，该针孔摄像头的摄像范围覆盖同轴套筒的顶端，应用时，针孔摄像头能对被封闭的动、静态信号传输结构进行即时监控，以便于实时观察机构的运行情况，从而便于及时的维护，进而确保健康监测的顺利进行。因此，本发明易于观察，便于提升监测效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的剖视图。
图3是本发明中同轴套筒的结构示意图。
图4是本发明中动态光纤与大轴承的连接示意图。
图5是本发明中金属外护罩的结构示意图。
图6是本发明中静态出纤孔的结构示意图。
图7是本发明中惯性支架的结构示意图。
图8是本发明中旋转支架的剖视图。
图中：动态光纤1、大轴承11、动态法兰盘12、静态光纤2、小轴承21、静态法兰盘22、静态出纤孔23、旋转支架3、同轴套筒31、套筒内腔311、旋转托盘32、套筒腔33、旋转腔34、支架底座35、支架立柱36、金属外护罩4、罩顶壁41、嵌机孔411、罩侧围42、罩底壁43、底壁通孔431、罩内腔44、罩底环45、下延环46、金属防尘罩47、惯性支架5、惯性套孔51、止转棒52、惯性上延筒53、惯性下延筒54、间隔腔55、螺杆孔6、可调节螺杆61、可调节螺母62。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1—图8，一种基于水轮机组的动静态信号传输装置，包括旋转支架3、同轴套筒31、动态光纤1与静态光纤2，所述旋转支架3的底部经旋转托盘32与机组转子相连接，旋转支架3的内部开设有上下连通的套筒腔33、旋转腔34，所述套筒腔33的内部嵌入连接有同轴套筒31，该同轴套筒31的两端分别与静态光纤2的底端、动态光纤1的顶端相连接，静态光纤2的底端、动态光纤1的顶端均延伸至同轴套筒31的内部，所述静态光纤2的顶端上延至与金属外护罩4相连接，所述动态光纤1的底端下沿至与旋转托盘32相连接。
所述同轴套筒31的顶部、底部内分别嵌入连接有小轴承21、大轴承11，所述小轴承21内嵌入连接有静态光学镜片，大轴承11内嵌入连接有动态光学镜片，所述静态光纤2的底端穿经小轴承21后与静态光学镜片相接触，所述动态光纤1的顶端穿经大轴承11后与动态光学镜片相接触；所述小轴承21与大轴承11上下同心设置。
所述动静态信号传输装置还包括惯性支架5，该惯性支架5的中部开设有惯性套孔51，惯性支架5的两端分别与止转棒52的底部进行阻挡配合，止转棒52的顶端与金属外护罩4相连接；所述同轴套筒31的顶端高于套筒腔33的顶端设置，同轴套筒31的顶端上外套有惯性套孔51。
所述金属外护罩4包括罩侧围42及与其两端相连接的罩顶壁41、罩底壁43，所述罩侧围42的内壁上设置有静态法兰盘22，罩侧围42上近静态法兰盘22的部位开设有静态出纤孔23，所述罩底壁43上开设有底壁通孔431，且罩侧围42、罩顶壁41、罩底壁43共夹成一个罩内腔44；所述静态光纤2的顶端依次经底壁通孔431、静态法兰盘22、静态出纤孔23后延伸至金属外护罩4的外部，且静态光纤2绕静态法兰盘22的侧围而过。
所述罩顶壁41在罩底壁43上的投影位于罩底壁43的中部，罩底壁43上夹于底壁通孔431、罩侧围42之间的部位为罩底环45，该罩底环45与止转棒52的顶端相连接，罩底环45的底部设置有下延环46，该下延环46的外部套接有金属防尘罩47，该金属防尘罩47与机组定子相连接。
所述罩顶壁41的中部开设有嵌机孔411，该嵌机孔411内嵌入连接有一个针孔摄像头，该针孔摄像头的摄像范围覆盖同轴套筒31的顶端。
所述惯性支架5的顶面、底面上分别设置有惯性上延筒53、惯性下延筒54，所述惯性上延筒53套设在同轴套筒31的顶端的外部，所述旋转支架3上包裹于套筒腔33之外的部位的外部套设有惯性下延筒54，且惯性下延筒54与旋转支架3之间夹成有间隔腔55。
所述旋转支架3包括支架底座35与支架立柱36，所述支架立柱36的底端与支架底座35的中部垂直连接，支架底座35的两端分别与低于旋转支架3的旋转托盘32的顶面相连接，旋转托盘32与机组转子相连接；
所述支架立柱36的内部开设有同轴的套筒腔33，所述支架底座35的内部开设有旋转腔34，所述旋转腔34的顶端与套筒腔33相连通，旋转腔34的底端与外部环境相通。
所述旋转托盘32的顶面上连接有动态法兰盘12，所述动态光纤1的顶端延伸至同轴套筒31的内部，动态光纤1的底端缠绕动态法兰盘12的侧围而过。
所述支架底座35为几字型结构，支架底座35的两端分别开设有一个螺杆孔6，该螺杆孔6内穿经而过有可调节螺杆61，该可调节螺杆61的底端与旋转托盘32的顶面相连接，可调节螺杆61的顶端穿经螺杆孔6后与可调节螺母62进行螺纹连接。
本发明的原理说明如下：
本发明能将水轮机组动态端信号无线无接触式的传输到机组静态端（即动态光纤、静态光纤之间的信号传输），同时，无偏光纤准直器的非接触和高度同心（即大轴承、小轴承之间的高度同心），能够保证动静态信号传输的稳定性，降低传输过程中光信号的损耗，此外，止转棒和惯性支架的结合作用可以对静态光纤进行止转，保护静态光纤。
本发明中的惯性支架的两端分别与止转棒的底部进行阻挡配合是指：止转棒的底部位于惯性支架的活动范围内，当惯性支架发生转动时，惯性支架的两端会与止转棒的底部相接触，从而被止转棒的底部所阻挡，进而停止惯性支架的转动。
实施例1：
参见图1—图8，一种基于水轮机组的动静态信号传输装置，包括旋转支架3、同轴套筒31、动态光纤1与静态光纤2，所述旋转支架3的底部经旋转托盘32与机组转子相连接，旋转支架3的内部开设有上下连通的套筒腔33、旋转腔34，所述套筒腔33的内部嵌入连接有同轴套筒31，该同轴套筒31的两端分别与静态光纤2的底端、动态光纤1的顶端相连接，静态光纤2的底端、动态光纤1的顶端均延伸至同轴套筒31的内部，所述静态光纤2的顶端上延至与金属外护罩4相连接，所述动态光纤1的底端下沿至与旋转托盘32相连接。
实施例2：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
所述同轴套筒31的顶部、底部内分别嵌入连接有小轴承21、大轴承11，所述小轴承21内嵌入连接有静态光学镜片，大轴承11内嵌入连接有动态光学镜片，所述静态光纤2的底端穿经小轴承21后与静态光学镜片相接触，所述动态光纤1的顶端穿经大轴承11后与动态光学镜片相接触；所述小轴承21与大轴承11上下同心设置。
实施例3：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
所述动静态信号传输装置还包括惯性支架5，该惯性支架5的中部开设有惯性套孔51，惯性支架5的两端分别与止转棒52的底部进行阻挡配合，止转棒52的顶端与金属外护罩4相连接；所述同轴套筒31的顶端高于套筒腔33的顶端设置，同轴套筒31的顶端上外套有惯性套孔51。所述金属外护罩4包括罩侧围42及与其两端相连接的罩顶壁41、罩底壁43，所述罩侧围42的内壁上设置有静态法兰盘22，罩侧围42上近静态法兰盘22的部位开设有静态出纤孔23，所述罩底壁43上开设有底壁通孔431，且罩侧围42、罩顶壁41、罩底壁43共夹成一个罩内腔44；所述静态光纤2的顶端依次经底壁通孔431、静态法兰盘22、静态出纤孔23后延伸至金属外护罩4的外部，且静态光纤2绕静态法兰盘22的侧围而过。所述罩顶壁41在罩底壁43上的投影位于罩底壁43的中部，罩底壁43上夹于底壁通孔431、罩侧围42之间的部位为罩底环45，该罩底环45与止转棒52的顶端相连接，罩底环45的底部设置有下延环46，该下延环46的外部套接有金属防尘罩47，该金属防尘罩47与机组定子相连接。
实施例4：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
所述旋转支架3包括支架底座35与支架立柱36，所述支架立柱36的底端与支架底座35的中部垂直连接，支架底座35的两端分别与低于旋转支架3的旋转托盘32的顶面相连接，旋转托盘32与机组转子相连接；所述支架立柱36的内部开设有同轴的套筒腔33，所述支架底座35的内部开设有旋转腔34，所述旋转腔34的顶端与套筒腔33相连通，旋转腔34的底端与外部环境相通。
实施例5：
基本内容同实施例4，不同之处在于：
所述支架底座35为几字型结构，支架底座35的两端分别开设有一个螺杆孔6，该螺杆孔6内穿经而过有可调节螺杆61，该可调节螺杆61的底端与旋转托盘32的顶面相连接，可调节螺杆61的顶端穿经螺杆孔6后与可调节螺母62进行螺纹连接。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于水轮机组的动静态信号传输装置，其特征在于：所述动静态信号传输装置包括旋转支架（3）、同轴套筒（31）、动态光纤（1）与静态光纤（2），所述旋转支架（3）的底部经旋转托盘（32）与机组转子相连接，旋转支架（3）的内部开设有上下连通的套筒腔（33）、旋转腔（34），所述套筒腔（33）的内部嵌入连接有同轴套筒（31），该同轴套筒（31）的两端分别与静态光纤（2）的底端、动态光纤（1）的顶端相连接，静态光纤（2）的底端、动态光纤（1）的顶端均延伸至同轴套筒（31）的内部，所述静态光纤（2）的顶端上延至与金属外护罩（4）相连接，所述动态光纤（1）的底端下沿至与旋转托盘（32）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于水轮机组的动静态信号传输装置，其特征在于：所述同轴套筒（31）的顶部、底部内分别嵌入连接有小轴承（21）、大轴承（11），所述小轴承（21）内嵌入连接有静态光学镜片，大轴承（11）内嵌入连接有动态光学镜片，所述静态光纤（2）的底端穿经小轴承（21）后与静态光学镜片相接触，所述动态光纤（1）的顶端穿经大轴承（11）后与动态光学镜片相接触；所述小轴承（21）与大轴承（11）上下同心设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于水轮机组的动静态信号传输装置，其特征在于：所述动静态信号传输装置还包括惯性支架（5），该惯性支架（5）的中部开设有惯性套孔（51），惯性支架（5）的两端分别与止转棒（52）的底部进行阻挡配合，止转棒（52）的顶端与金属外护罩（4）相连接；所述同轴套筒（31）的顶端高于套筒腔（33）的顶端设置，同轴套筒（31）的顶端上外套有惯性套孔（51）。
4.根据权利要求3所述的一种基于水轮机组的动静态信号传输装置，其特征在于：所述金属外护罩（4）包括罩侧围（42）及与其两端相连接的罩顶壁（41）、罩底壁（43），所述罩侧围（42）的内壁上设置有静态法兰盘（22），罩侧围（42）上近静态法兰盘（22）的部位开设有静态出纤孔（23），所述罩底壁（43）上开设有底壁通孔（431），且罩侧围（42）、罩顶壁（41）、罩底壁（43）共夹成一个罩内腔（44）；所述静态光纤（2）的顶端依次经底壁通孔（431）、静态法兰盘（22）、静态出纤孔（23）后延伸至金属外护罩（4）的外部，且静态光纤（2）绕静态法兰盘（22）的侧围而过。
5.根据权利要求4所述的一种基于水轮机组的动静态信号传输装置，其特征在于：所述罩顶壁（41）在罩底壁（43）上的投影位于罩底壁（43）的中部，罩底壁（43）上夹于底壁通孔（431）、罩侧围（42）之间的部位为罩底环（45），该罩底环（45）与止转棒（52）的顶端相连接，罩底环（45）的底部设置有下延环（46），该下延环（46）的外部套接有金属防尘罩（47），该金属防尘罩（47）与机组定子相连接。
6.根据权利要求4所述的一种基于水轮机组的动静态信号传输装置，其特征在于：所述罩顶壁（41）的中部开设有嵌机孔（411），该嵌机孔（411）内嵌入连接有一个针孔摄像头，该针孔摄像头的摄像范围覆盖同轴套筒（31）的顶端。
7.根据权利要求3所述的一种基于水轮机组的动静态信号传输装置，其特征在于：所述惯性支架（5）的顶面、底面上分别设置有惯性上延筒（53）、惯性下延筒（54），所述惯性上延筒（53）套设在同轴套筒（31）的顶端的外部，所述旋转支架（3）上包裹于套筒腔（33）之外的部位的外部套设有惯性下延筒（54），且惯性下延筒（54）与旋转支架（3）之间夹成有间隔腔（55）。
8.根据权利要求1或2所述的一种基于水轮机组的动静态信号传输装置，其特征在于：所述旋转支架（3）包括支架底座（35）与支架立柱（36），所述支架立柱（36）的底端与支架底座（35）的中部垂直连接，支架底座（35）的两端分别与低于旋转支架（3）的旋转托盘（32）的顶面相连接，旋转托盘（32）与机组转子相连接；
所述支架立柱（36）的内部开设有同轴的套筒腔（33），所述支架底座（35）的内部开设有旋转腔（34），所述旋转腔（34）的顶端与套筒腔（33）相连通，旋转腔（34）的底端与外部环境相通。
9.根据权利要求8所述的一种基于水轮机组的动静态信号传输装置，其特征在于：所述旋转托盘（32）的顶面上连接有动态法兰盘（12），所述动态光纤（1）的顶端延伸至同轴套筒（31）的内部，动态光纤（1）的底端缠绕动态法兰盘（12）的侧围而过。
10.根据权利要求8所述的一种基于水轮机组的动静态信号传输装置，其特征在于：所述支架底座（35）为几字型结构，支架底座（35）的两端分别开设有一个螺杆孔（6），该螺杆孔（6）内穿经而过有可调节螺杆（61），该可调节螺杆（61）的底端与旋转托盘（32）的顶面相连接，可调节螺杆（61）的顶端穿经螺杆孔（6）后与可调节螺母（62）进行螺纹连接。
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