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文檔簡(jiǎn)介

1、關(guān)于特大型空分設(shè)備配套閥門的研制內(nèi)容來(lái)源自網(wǎng)絡(luò)冶金、化工及煤化工等行業(yè)的快速發(fā)展,在要求空分設(shè)備向更大型化方向發(fā)展的同時(shí),也對(duì)配套設(shè)備的技術(shù)發(fā)展提出了新的要求。隨著國(guó)內(nèi)空分設(shè)備規(guī)模不斷大型化,對(duì)配套的調(diào)節(jié)閥也不斷提出新的技術(shù)要求:閥門口徑引言冶金、化工及煤化工等行業(yè)的快速發(fā)展,在要求空分設(shè)備向更大型化方向發(fā)展的同時(shí),也對(duì)配套設(shè)備的技術(shù)發(fā)展提出了新的要求。隨著國(guó)內(nèi)空分設(shè)備規(guī)模不斷大型化,對(duì)配套的調(diào)節(jié)閥也不斷提出新的技術(shù)要求:閥門口徑從中小口徑向大口徑發(fā)展;同時(shí),由于大型空分設(shè)備內(nèi)壓縮流程的發(fā)展,低溫閥門及氧管道用閥門由低壓向中高壓發(fā)展,對(duì)密封性能的要求也在逐漸提高。目前,大型空分設(shè)備關(guān)鍵位置的閥

2、門大都依賴進(jìn)口,進(jìn)口閥門價(jià)格偏高,是國(guó)產(chǎn)大型空分設(shè)備參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的制約條件之一??梢?,國(guó)內(nèi)企業(yè)開發(fā)研制出適合空分設(shè)備新工藝流程的閥門已迫在眉睫。杭州杭氧工裝泵閥有限公司(以下簡(jiǎn)稱:杭氧工裝)作為國(guó)內(nèi)低溫閥門的專業(yè)生產(chǎn)廠家,根據(jù)自身的生產(chǎn)設(shè)備制造能力和原有產(chǎn)品的基礎(chǔ),研制了大型空分設(shè)備的部分配套閥門,為大型空分設(shè)備配套閥門國(guó)產(chǎn)化打下了基礎(chǔ)。三偏心金屬硬密封蝶閥三偏心蝶閥是蝶閥史上一次較大的技術(shù)革新,以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的性能被廣泛應(yīng)用在石油化工等工藝設(shè)備中。目前,三偏心蝶閥在國(guó)內(nèi)大型空分設(shè)備上的使用還是處于起步階段,并且大都依賴進(jìn)口。杭氧工裝經(jīng)過(guò)幾年的努力,開發(fā)了三偏心硬密封蝶閥,其主要技術(shù)

3、參數(shù):口徑DN100DN600mm、壓力PN6PN63MPa、溫度-196200。三偏心蝶閥的結(jié)構(gòu)及原理蝶閥的三偏心結(jié)構(gòu)密封副形式為圓錐斜切錐面形。其蝶板為圓錐斜切而得,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理如圖1所示。圓錐半錐角為,3個(gè)偏心分別為:蝶板回心面偏心a、蝶板回轉(zhuǎn)中心相對(duì)于流道中心的徑向偏心e以及圓錐軸線相對(duì)于流道中心線的角度偏心。通常蝶閥為單偏心或雙偏心結(jié)構(gòu),單偏心結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)時(shí)將對(duì)稱軸中的閥門軸中心線偏離密封面中心線;雙偏心結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)時(shí)將單偏心結(jié)構(gòu)中的閥門軸中心線再偏離閥體中心線。三偏心是在雙偏心的基礎(chǔ)上增加了第三個(gè)偏心斜錐。這一獨(dú)特的偏心組合不僅利用了原有的凸輪效應(yīng),而且由于蝶板密封面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其運(yùn)動(dòng)軌跡的

4、切線與閥座密封面形成一定的角度,使得蝶閥啟閉時(shí)蝶板密封面相對(duì)閥座密封面漸出脫離和漸入壓緊,從而完全消除了90的密封效果;閥門的接觸角大于鎖定錐度范圍,從幾何形狀上排除了卡死的可能性,從而確保閥門開關(guān)所需扭矩在閥門使用年限內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生很大的變化。600)this.style.width=600px;圖1三偏心蝶閥蝶板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理圖空分設(shè)備配套用三偏心硬密封蝶閥特點(diǎn)通用的三偏心蝶閥已在國(guó)內(nèi)大量生產(chǎn),但三偏心蝶閥現(xiàn)有技術(shù)中,三偏心硬密封蝶閥所使用的密封圈大多采用多層軟硬疊片結(jié)構(gòu)形式,它存在以下缺點(diǎn):當(dāng)閥門在打開狀態(tài)時(shí),介質(zhì)對(duì)其密封面形成正面沖刷,金屬片夾層中的軟密封帶受沖刷后,容易損壞并直接影響密封性

5、能;頻繁啟閉會(huì)導(dǎo)致軟密封部分先損壞,密封失效,使用壽命不長(zhǎng);超低溫下軟密封容易變形,夾層之間線脹系數(shù)不一,使密封容易失效。所以,多層軟硬疊片式密封圈中的軟夾層不能用于超低溫(-196)和壓力(壓差)較高場(chǎng)合,不能適應(yīng)頻繁啟閉的切換場(chǎng)合??辗衷O(shè)備配套用三偏心蝶閥利用三偏心原理設(shè)計(jì),采用金屬硬密封結(jié)構(gòu),閥座采用堆焊司太萊合金,密封圈采用整體雙相不銹鋼材料。在結(jié)構(gòu)上,閥桿與閥體之間還設(shè)置有導(dǎo)向襯套,閥桿的下部設(shè)置有無(wú)油潤(rùn)滑平面軸承,用來(lái)減少轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力。在閥桿底部還設(shè)有防吹出裝置。三偏心蝶閥在空分設(shè)備上的使用分子篩純化系統(tǒng)切換閥國(guó)外公司設(shè)計(jì)制造的空分設(shè)備,其分子篩純化系統(tǒng)切換閥采用的大都為三偏心硬

6、密封蝶閥或是分子篩純化系統(tǒng)專用三桿閥,兩種類型的閥門都具有耐磨損、抗腐蝕、使用壽命長(zhǎng)和密封效果好的優(yōu)點(diǎn),大大提高了分子篩純化系統(tǒng)切換系統(tǒng)的使用壽命與可靠性。而在國(guó)產(chǎn)空分設(shè)備上,目前采用的切換閥是在1980年初引進(jìn)林德技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的軟密封蝶閥,已經(jīng)有近30年的歷史。這種軟密封蝶閥優(yōu)點(diǎn)為自密封性強(qiáng)、流向不限等,在一定程度上受到用戶認(rèn)可。但這種軟密封蝶閥在性能上不僅使分子篩高溫再生(290)受到限制,使分子篩的性能得不到最優(yōu)化;而且需周期性更換密封圈,給現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)增加一定的工作量,往往只能適應(yīng)20000m3/h等級(jí)以下空分設(shè)備的配套需求。而三偏心硬密封蝶閥正好彌補(bǔ)了軟密封蝶閥的不足,必將逐步應(yīng)用在

7、30000m3/h等級(jí)以上的大型空分設(shè)備分子篩純化系統(tǒng)切換系統(tǒng)中。膨脹機(jī)系統(tǒng)進(jìn)出口閥三偏心硬密封蝶閥的耐磨損、使用壽命長(zhǎng)和密封效果好等優(yōu)點(diǎn)使其廣泛用于國(guó)外空分設(shè)備的膨脹機(jī)系統(tǒng);而且,由于蝶閥的阻力系數(shù)小,通過(guò)的壓降較小,可以降低系統(tǒng)的壓力損失,這在一定程度上降低了空分設(shè)備的能耗指標(biāo)。而在之前,國(guó)產(chǎn)空分設(shè)備在這些膨脹機(jī)系統(tǒng)進(jìn)出口大都采用低溫截止閥,低溫截止閥的流通阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蝶閥的流通阻力,使消耗在閥門上的壓降增加。低溫流程泵系統(tǒng)進(jìn)出口閥與膨脹機(jī)系統(tǒng)相同,三偏心硬密封蝶閥用于低溫流程泵系統(tǒng),主要是因?yàn)槠湓谏罾涔r下具有密封性好、耐磨性好與流阻小的優(yōu)點(diǎn)。尤其是泵的入口,較小的阻力可以更好地保證泵的

8、吸入壓頭。另外,由于三偏心硬密封蝶閥采用硬密封,還可以使用在空分設(shè)備的一些高壓差部位。目前,杭氧工裝設(shè)計(jì)制造的三偏心硬密封蝶閥已逐步應(yīng)用在上述場(chǎng)合,尤其在膨脹機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)出口位置,像成鋼梅塞爾20000m3/h、盈德日照60000m3/h等空分設(shè)備,并得到了用戶的認(rèn)可。但也存在不盡人意之處,如在低溫流程泵系統(tǒng),由于介質(zhì)溫度為-196,受材料線脹系數(shù)影響,閥門出現(xiàn)密封不穩(wěn)定的現(xiàn)象。另外,由于檢測(cè)設(shè)備的局限性,密封圈的互換通用性受到一定的局限,這給批量生產(chǎn)帶來(lái)一定影響。高壓氧用截止閥化工型特大型空分設(shè)備,根據(jù)煤氣化工藝的不同及氣化用的燃料不同,產(chǎn)品氧氣的壓力有2種:一種為4.55.2MPa(中壓氧)

9、,另一種為6.49.8MPa(高壓氧)。壓力等級(jí)的提高對(duì)配套閥門提出了更高的安全性要求。據(jù)歐洲工業(yè)氣體協(xié)會(huì)(EIGA)的IGC Doc 13/02/E氧氣管道系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),截止閥、旁通閥等均為“撞擊場(chǎng)合”(使氧氣流動(dòng)方向突然改變或產(chǎn)生漩渦的位置,從而引起氧氣中夾帶顆粒及異物對(duì)管壁的撞擊,這樣的位置稱為“撞擊場(chǎng)合”)?!白矒魣?chǎng)合”容易產(chǎn)生激發(fā)能源,引起燃燒與爆炸,是危險(xiǎn)場(chǎng)合。為適應(yīng)高壓氧管道的配套要求,杭氧工裝設(shè)計(jì)開發(fā)了特種合金制的高壓氧用截止閥。高壓氧管道必須選用氧氣專用閥門,其專用性及特點(diǎn)體現(xiàn)在:與氧氣接觸的閥體選用抗燃性能好、摩擦沖擊不會(huì)產(chǎn)生火花的銅基合金或鎳基合金,密封函選用難燃或阻燃材料;

10、閥門內(nèi)腔流道均需打磨光滑,杜絕有褶皺等;閥門需經(jīng)嚴(yán)格去油脫脂并包裝嚴(yán)密,防止被污染;對(duì)大口徑氧氣閥門,還需設(shè)置均壓小旁通閥,保證開閥的安全性。杭氧工裝研制的高壓氧用截止閥的主要技術(shù)參數(shù):口徑DN25DN250mm,壓力PN10MPa,溫度-20150。高壓氧用隔爆型截止閥是氧氣管網(wǎng)上的關(guān)鍵設(shè)備,小口徑閥一般用于放散,大口徑閥一般為管道隔離,其安裝位置如圖2所示。600)this.style.width=600px;圖2高壓氧用防爆型截止閥在氧氣管網(wǎng)上安裝位置示意圖用于氣體放散的小口徑截止閥,口徑一般為DN25DN40mm,壓力為PN10MPa,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。結(jié)構(gòu)上采用隔爆型結(jié)構(gòu),在防爆墻外

11、操作閥門,符合安全操作要求。其主體材料選用蒙乃爾銅鎳合金及銅合金,符合EIGA的氧氣管道系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)要求以及深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程(GB169122008,2009年10月1日實(shí)施)。銅合金及銅鎳合金不含碳元素,高溫只熔化,不會(huì)燃燒,摩擦撞擊不起火,屬不擴(kuò)散燃燒材料;事故不蔓延,安全。該材料在壓力21MPa條件下,流速在壓力降允許范圍下無(wú)限制,也稱為在該壓力下的免流速材料。用于隔離的大口徑截止閥,口徑一般在DN150DN250mm,壓力為PN10MPa,其結(jié)構(gòu)如圖4所示。600)this.style.width=600px;圖3用于氣體放散的小口徑截止閥結(jié)構(gòu)示意圖600)this

12、.style.width=600px;圖4用于隔離的大口徑截止閥結(jié)構(gòu)示意圖主閥上設(shè)置均壓小旁通閥,主閥閥瓣采用內(nèi)旁通結(jié)構(gòu),開閥時(shí)要求先緩慢開啟小旁通閥均壓,出口下側(cè)緩慢升壓,當(dāng)閥瓣上下兩側(cè)壓差0.3MPa時(shí),再開啟主閥,避免流速過(guò)快、溫升過(guò)高,形成絕熱壓縮,引發(fā)燃爆事故。主閥閥內(nèi)件采用蒙乃爾銅鎳合金及銅合金材料,閥座為內(nèi)嵌蒙乃爾閥座,旁通閥、旁通法蘭及旁通管線均采用蒙乃爾銅鎳合金及銅合金材料,保證在高壓氧介質(zhì)條件下工作的安全性。主閥及旁通閥均采用隔爆型結(jié)構(gòu)。閥門配套的法蘭面墊片采用纏繞式墊片,或采用退火軟化銅墊片、鎳合金墊片。高壓氧用特種安全閥為確保設(shè)備的安全運(yùn)行,在管道上設(shè)有安全閥,作為超壓

13、保護(hù)裝置。當(dāng)設(shè)備壓力升高超過(guò)允許值時(shí),閥門自動(dòng)開啟,繼而全量排放,以防止設(shè)備受壓繼續(xù)升高;當(dāng)壓力降低到規(guī)定值時(shí),及時(shí)關(guān)閉閥門,從而保護(hù)設(shè)備的安全運(yùn)行。特種安全閥是高壓氧管道的安全保護(hù)裝置,其性能好壞直接影響到設(shè)備的安全和可靠性。為了確保對(duì)設(shè)備的有效保護(hù),安全閥應(yīng)按最不利的情況考慮,分析可能發(fā)生的一切緊急情況,保證能排放掉系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的最大過(guò)剩的介質(zhì)。杭氧工裝開發(fā)的高壓氧用特種安全閥主要技術(shù)參數(shù):口徑DN40DN100mm,壓力PN10MPa,溫度-20150,開啟壓力410MPa,密封壓力3.69MPa,排放壓力4.411MPa,全開高度1/4喉徑。盡管安全閥閥體及出口管通常處于或接近大氣壓

14、,但是這些部位在排放時(shí)會(huì)受到?jīng)_擊。過(guò)流部分及閥入口的尺寸決定閥門入口的氣體流速。因而安全閥起跳時(shí)的過(guò)流部分經(jīng)受高流速的沖擊。閥體和過(guò)流部分應(yīng)被看作是沖擊場(chǎng)合,因此常用免除材料。與高壓氧用截止閥相似,與氧氣接觸的閥體等零件材料選用蒙乃爾銅鎳合金或銅合金,確保其安全性。結(jié)構(gòu)上采用全啟式彈簧直接載荷式結(jié)構(gòu)。在保證安全閥開啟可靠的同時(shí),必須保證其有較好的密封性。如果說(shuō)最初的密封性是由機(jī)械加工工藝來(lái)保證,那么以后的密封性就還要取決于安全閥的關(guān)閉特性以及材料抵抗高速介質(zhì)侵蝕的能力。要強(qiáng)調(diào)的是由于安全閥是彈簧直接載荷式的,閥座與閥瓣同為蒙乃爾銅鎳合金時(shí),注意選用材料牌號(hào)時(shí)要保證有一定的硬度差,以保證安全閥的

15、密封性。另外,由于蒙乃爾材料硬度不到HRC30,密封面加工研磨時(shí)也要注意。結(jié)束語(yǔ)上述內(nèi)容僅介紹了大型空分設(shè)備配套閥門中的幾種類型,隨著空分技術(shù)的不斷發(fā)展,還將有其他規(guī)格的閥門需求和一些自動(dòng)控制等方面更高的要求,這需要在閥門成套過(guò)程中不斷進(jìn)行摸索,以適應(yīng)空分技術(shù)的不斷發(fā)展。在調(diào)節(jié)閥質(zhì)量和水平的最終體現(xiàn)是能否滿足成套空分設(shè)備工藝流程的需要,能否使成套空分設(shè)備穩(wěn)定、可靠地長(zhǎng)周期運(yùn)行。成功開發(fā)研制大型空分設(shè)備配套閥門,是空分設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的有力保證。采購(gòu)前閥門選型的步驟和依據(jù):在流體管道系統(tǒng)中,閥門是控制元件,其主要作用是隔離設(shè)備和管道系統(tǒng)、調(diào)節(jié)流量、防止回流、調(diào)節(jié)和排泄壓力。由于管道系統(tǒng)選擇最適合的閥

16、門顯得非常重要,所以,了解閥門的特性及選擇閥門的步驟和依據(jù)也變得至關(guān)重要起來(lái)。閥門行業(yè)到目前為止,已能生產(chǎn)種類齊全的閘閥、截止閥、節(jié)流閥、旋塞閥、球閥、電動(dòng)閥、隔膜閥、止回閥、安全閥、減壓閥、蒸汽疏水閥和緊急切斷閥等12大類、3000多個(gè)型號(hào)、4000多個(gè)規(guī)格的閥門產(chǎn)品;最高工作壓力為600MPa,最大公稱通徑達(dá)5350mm,最高工作溫度為1200,最低工作溫度為-196,適用介質(zhì)為水、蒸汽、油品、天然氣、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)(如濃硝酸、中濃度硫酸等)、易燃介質(zhì)(如笨、乙烯等)、有毒介質(zhì)(如硫化氫)、易爆介質(zhì)及帶放射性介質(zhì)(金屬鈉、-回路純水等)。閥門承壓件材質(zhì)鑄銅、鑄鐵、球墨鑄鐵、高硅鑄鐵、鑄鋼、鍛

17、鋼、高、低合金鋼、不銹耐酸鋼、哈氏合金、因科鎳爾、蒙乃爾合金、雙相不銹鋼、鈦合金等。并且能夠生產(chǎn)各種電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)閥門驅(qū)動(dòng)裝置。面對(duì)如此眾多的閥門品種和如此復(fù)雜的各種工況,要選擇管道系統(tǒng)最適合安裝的閥門產(chǎn)品,我以為,首先應(yīng)了解閥門的特性;其次應(yīng)掌握選擇閥門的步驟和依據(jù);再者應(yīng)遵循選擇閥門的原則。1閥門的特性一般有兩種,使用特性和結(jié)構(gòu)特性。使用特性:它確定了閥門的主要使用性能和使用范圍,屬于閥門使用特性的有:閥門的類別(閉路閥門、調(diào)節(jié)閥門、安全閥門等);產(chǎn)品類型(閘閥、截止閥、蝶閥、球閥等);閥門主要零件(閥體、閥蓋、閥桿、閥瓣、密封面)的材料;閥門傳動(dòng)方式等。結(jié)構(gòu)特性:它確定了閥門的安裝、維

18、修、保養(yǎng)等方法的一些結(jié)構(gòu)特性,屬于結(jié)構(gòu)特性的有:閥門的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度和總體高度、與管道的連接形式(法蘭連接、螺紋連接、夾箍連接、外螺紋連接、焊接端連接等);密封面的形式(鑲?cè)?、螺紋圈、堆焊、噴焊、閥體本體);閥桿結(jié)構(gòu)形式(旋轉(zhuǎn)桿、升降桿)等。2選擇閥門的步驟和依據(jù)大體如下:選擇步驟明確閥門在設(shè)備或裝置中的用途,確定閥門的工作條件:適用介質(zhì)、工作壓力、工作溫度等等。確定與閥門連接管道的公稱通徑和連接方式:法蘭、螺紋、焊接等。確定操作閥門的方式:手動(dòng)、電動(dòng)、電磁、氣動(dòng)或液動(dòng)、電氣聯(lián)動(dòng)或電液聯(lián)動(dòng)等。根據(jù)管線輸送的介質(zhì)、工作壓力、工作溫度確定所選閥門的殼體和內(nèi)件的材料:灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、碳素鋼、合

19、金鋼、不銹耐酸鋼、銅合金等。確定閥門的型式:閘閥、截止閥、球閥、蝶閥、節(jié)流閥、安全閥、減壓閥、蒸汽疏水閥、等。確定閥門的參數(shù):對(duì)于自動(dòng)閥門,根據(jù)不同需要先確定允許流阻、排放能力、背壓等,再確定管道的公稱通徑和閥座孔的直徑。確定所選用閥門的幾何參數(shù):結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度、法蘭連接形式及尺寸、開啟和關(guān)閉后閥門高度方向的尺寸、連接的螺栓孔尺寸和數(shù)量、整個(gè)閥門外型尺寸等。利用現(xiàn)有的資料:閥門產(chǎn)品目錄、閥門產(chǎn)品樣本等選擇適當(dāng)?shù)拈y門產(chǎn)品。選擇閥門的依據(jù)在了解掌握選擇閥門步驟的同時(shí),還應(yīng)進(jìn)一步了解選擇閥門的依據(jù)。所選用閥門的用途、使用工況條件和操縱控制方式。工作介質(zhì)的性質(zhì):工作壓力、工作溫度、腐蝕性能,是否含有固體顆粒

20、,介質(zhì)是否有毒,是否是易燃、易爆介質(zhì),介質(zhì)的黏度等等。對(duì)閥門流體特性的要求:流阻、排放能力、流量特性、密封等級(jí)等等。安裝尺寸和外形尺寸要求:公稱通徑、與管道的連接方式和連接尺寸、外形尺寸或重量限制等。對(duì)閥門產(chǎn)品的可靠性、使用壽命和電動(dòng)裝置的防爆性能等的附加要求。(在選定參數(shù)時(shí)應(yīng)注意:如果閥門要用于控制目的,必須確定如下額外參數(shù):操作方法、最大和最小流量要求、正常流動(dòng)的壓力降、關(guān)閉時(shí)的壓力降、閥門的最大和最小進(jìn)口壓力。)根據(jù)上述選擇閥門的依據(jù)和步驟,合理、正確地選擇閥門時(shí)還必須對(duì)各種類型閥門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)了解,以便能對(duì)優(yōu)先選用的閥門做出正確的抉擇。管道的最終控制是閥門。閥門啟閉件控制著介質(zhì)在

21、管道內(nèi)的流束方式,閥門流道的形狀使閥門具備一定的流量特性,在選擇管道系統(tǒng)最適合安裝的閥門時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。如下為選擇閥門應(yīng)遵循的原則:截止和開放介質(zhì)用的閥門流道為直通式的閥門,其流阻較小,通常選擇作為截止和開放介質(zhì)用的閥門。向下閉合式閥門(截止閥、柱塞閥)由于其流道曲折,流阻比其他閥門高,故較少選用。在允許有較高流阻的場(chǎng)合,可選用閉合式閥門??刂屏髁坑玫拈y門通常選擇易于調(diào)節(jié)流量的閥門作為控制流量用。向下閉合式閥門(如截止閥)適于這一用途,因?yàn)樗拈y座尺寸與關(guān)閉件的行程之間成正比關(guān)系。旋轉(zhuǎn)式閥門(旋塞閥、蝶閥、球閥)和撓曲閥體式閥門(夾緊閥、隔膜閥)也可用于節(jié)流控制,但通常只能在有限的閥門口徑范圍內(nèi)適用。閘閥是以

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