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用于导磁轴的复合密封装置
申请号	CN202111640241.9	申请日	2021-12-29	公开(公告)号	CN114278734A	公开(公告)日	2022-04-05
申请人	清华大学;			发明人	李永健; 赵炬颖; 李倩; 李德才; 晋立丛; 郭飞; 黄伟峰; 贾晓红;
摘要	本发明公开了一种用于导磁轴的复合密封装置。该复合密封装置包括：外壳、多个极靴、永磁体、隔磁环、密封座和涨圈密封环，多个极靴均设于外壳内，每个极靴与导磁轴相对的表面设有极齿，极齿与导磁轴之间设有磁性液体，相邻两个极靴间设有永磁体，密封座设于外壳内且套设于导磁轴外表面，在导磁轴的轴向方向密封座位于最内侧的极靴内侧，涨圈密封环套设于密封座外侧，且涨圈密封环与外壳相对的外周面和外壳抵接。根据本发明实施例的用于导磁轴的复合密封装置，将耐高压的涨圈密封组件与密封效果好的磁性液体密封组件相结合，可实现在较高压差环境下的密封，使得复合密封装置既能耐受较高压力密封介质的冲击，又可以起到良好的密封效果。
权利要求	1.一种用于导磁轴的复合密封装置，其特征在于，包括：外壳，所述外壳套设于所述导磁轴外侧且与所述导磁轴间隔开；多个极靴，多个所述极靴均设于所述外壳内，多个所述极靴均套设于所述导磁轴外侧且在所述导磁轴的轴向依次间隔开，每个所述极靴与所述导磁轴相对的表面设有极齿，所述极齿与所述导磁轴之间设有磁性液体；永磁体，所述永磁体设于所述外壳内且套设于所述导磁轴外侧，相邻两个所述极靴间设有所述永磁体；隔磁环，所述隔磁环设于所述外壳内且套设于所述导磁轴外侧，在所述导磁轴的轴向方向所述隔磁环位于最外侧的所述极靴外侧且与最外侧的所述极靴接触；密封座，所述密封座设于所述外壳内且套设于所述导磁轴外表面，在所述导磁轴的轴向方向所述密封座位于最内侧的所述极靴内侧；涨圈密封环，所述涨圈密封环套设于所述密封座外侧，且所述涨圈密封环与所述外壳相对的外周面和所述外壳抵接。 2.根据权利要求1所述的用于导磁轴的复合密封装置，其特征在于，所述密封座的外周面设有环形的安装槽，所述涨圈密封环安装于所述安装槽内。 3.根据权利要求2所述的用于导磁轴的复合密封装置，其特征在于，所述安装槽的宽度大于所述涨圈密封环的宽度，所述涨圈密封环与所述安装槽的侧壁接触。 4.根据权利要求1所述的用于导磁轴的复合密封装置，其特征在于，所述涨圈密封环为多个，多个所述涨圈密封环在所述导磁轴的轴向依次间隔开。 5.根据权利要求1所述的用于导磁轴的复合密封装置，其特征在于，所述涨圈密封环构造为金属件或石墨件。 6.根据权利要求1所述的用于导磁轴的复合密封装置，其特征在于，所述密封座靠近最内侧所述极靴的端面与所述导磁轴的轴肩接触。 7.根据权利要求6所述的用于导磁轴的复合密封装置，其特征在于，还包括：定位组件，所述定位组件套设于所述导磁轴外表面且位于所述密封座的远离最内侧所述极靴的一侧。 8.根据权利要求7所述的用于导磁轴的复合密封装置，其特征在于，所述定位组件包括：轴环、止动垫片和螺母，所述轴环、所述止动垫片和所述螺母均套设于所述导磁轴外侧，所述止动垫片夹设在所述轴环和所述螺母之间，所述轴环夹设在所述止动垫片和所述密封座之间。 9.根据权利要求1所述的用于导磁轴的复合密封装置，其特征在于，每个所述极靴与所述外壳间均设有密封件。 10.根据权利要求1所述的用于导磁轴的复合密封装置，其特征在于，还包括：多个支撑轴承，多个所述支撑轴承设于所述外壳内，多个所述支撑轴承均套设于所述导磁轴外表面且与所述外壳止抵，多个所述支撑轴承在所述导磁轴的轴向依次间隔开。
说明书全文	用于导磁轴的复合密封装置技术领域 [0001] 本发明涉及密封装置技术领域，具体而言，涉及一种用于导磁轴的复合密封装置。背景技术 [0002] 在相关技术中，磁性液体密封技术广泛应用于工业领域中，磁性液体密封具有较好的密封效果，但由于磁源磁能积、极靴磁饱和、磁性液体磁饱和等问题，磁性液体密封的耐压能力有限，难以用于高压差环境下的密封装置。发明内容 [0003] 本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种用于导磁轴的复合密封装置，可实现在较高压差环境下的密封。 [0004] 根据本发明实施例的用于导磁轴的复合密封装置，包括：外壳，所述外壳套设于所述导磁轴外侧且与所述导磁轴间隔开；多个极靴，多个所述极靴均设于所述外壳内，多个所述极靴均套设于所述导磁轴外侧且在所述导磁轴的轴向依次间隔开，每个所述极靴与所述导磁轴相对的表面设有极齿，所述极齿与所述导磁轴之间设有磁性液体；永磁体，所述永磁体设于所述外壳内且套设于所述导磁轴外侧，相邻两个所述极靴间设有所述永磁体；隔磁环，所述隔磁环设于所述外壳内且套设于所述导磁轴外侧，在所述导磁轴的轴向方向所述隔磁环位于最外侧的所述极靴外侧且与最外侧的所述极靴接触；密封座，所述密封座设于所述外壳内且套设于所述导磁轴外表面，在所述导磁轴的轴向方向所述密封座位于最内侧的所述极靴内侧；涨圈密封环，所述涨圈密封环套设于所述密封座外侧，且所述涨圈密封环与所述外壳相对的外周面和所述外壳抵接。 [0005] 根据本发明实施例的用于导磁轴的复合密封装置，将耐高压的涨圈密封组件与密封效果好的磁性液体密封组件相结合，可实现在较高压差环境下的密封，使得复合密封装置既能耐受较高压力密封介质的冲击，又可以起到良好的密封效果，减小密封介质的泄漏率，从而有利于提升复合密封装置的密封效果，增强复合密封装置的密封可靠性。 [0006] 根据本发明的一些实施例，所述密封座的外周面设有环形的安装槽，所述涨圈密封环安装于所述安装槽内。 [0007] 进一步地，所述安装槽的宽度大于所述涨圈密封环的宽度，所述涨圈密封环与所述安装槽的侧壁接触。 [0008] 根据本发明的一些实施例，所述涨圈密封环为多个，多个所述涨圈密封环在所述导磁轴的轴向依次间隔开。 [0009] 根据本发明的一些实施例，所述涨圈密封环构造为金属件或石墨件。 [0010] 根据本发明的一些实施例，所述密封座靠近最内侧所述极靴的端面与所述导磁轴的轴肩接触。 [0011] 根据本发明的一些实施例，所述的用于导磁轴的复合密封装置还包括：定位组件，所述定位组件套设于所述导磁轴外表面且位于所述密封座的远离最内侧所述极靴的一侧。 [0012] 进一步地，所述定位组件包括：轴环、止动垫片和螺母，所述轴环、所述止动垫片和所述螺母均套设于所述导磁轴外侧，所述止动垫片夹设在所述轴环和所述螺母之间，所述轴环夹设在所述止动垫片和所述密封座之间。 [0013] 进一步地，每个所述极靴与所述外壳间均设有密封件。 [0014] 根据本发明的一些实施例，所述的用于导磁轴的复合密封装置还包括：多个支撑轴承，多个所述支撑轴承设于所述外壳内，多个所述支撑轴承均套设于所述导磁轴外表面且与所述外壳止抵，多个所述支撑轴承在所述导磁轴的轴向依次间隔开。 [0015] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明 [0016] 图1是根据本发明实施例的复合密封装置的示意图； [0017] 图2是图1在A处的放大图； [0018] 图3是根据本发明另一实施例的复合密封装置的示意图。 [0019] 附图标记： [0020] 外壳1、腔体11、安装法兰12、密封圈13、磁流体密封组件2、极靴21、密封件211、磁性液体212、极齿213、永磁体22、涨圈密封组件3、密封座31、安装槽311、涨圈密封环32、隔磁环4、定位组件5、轴环51、止动垫片52、螺母53、支撑轴承6、导磁轴10、限位环101。具体实施方式 [0021] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 [0022] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“宽度”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0023] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。 [0024] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0025] 下面结合图1‑图3详细描述根据本发明实施例的用于导磁轴的复合密封装置。 [0026] 参照图1‑图3所示，用于导磁轴的复合密封装置包括：外壳1、多个极靴21、永磁体22、隔磁环4、密封座31和涨圈密封环32，其中： [0027] 外壳1套设于导磁轴10外侧且与导磁轴10间隔开，外壳1内设置有腔体11，导磁轴10的至少一部分位于腔体11内，导磁轴10可绕其轴线转动。多个极靴21均设于外壳1内，多个极靴21均套设于导磁轴10外侧且在导磁轴10的轴向依次间隔开，每个极靴21与导磁轴10 相对的表面设有极齿213，极齿213与导磁轴10之间设有磁性液体212，永磁体22设于外壳1 内且套设于导磁轴10外侧，相邻两个极靴21间设有永磁体22，极靴21可调整永磁体22的磁场分部，永磁体22、极靴21、磁性液体212和导磁轴10可形成磁回路，以使磁性液体212附在极齿213与导磁轴10之间，磁性液体212可填充极靴21与导磁轴10之间的间隙，从而实现极靴21与导磁轴10之间的密封。 [0028] 可以理解的是，永磁体22和极靴21可在导磁轴10径向方向的外侧环绕导磁轴10设置，永磁体22和极靴21可以是环形结构，永磁体22的两个轴向端面止抵于间隔设置的两个极靴21之间，极靴21的内周面可设有多个极齿213，并通过磁性液体212与导磁轴10的外周面密封配合，极靴21的外周面可与外壳1密封配合，多个沿导磁轴10的轴向依次间隔开的极靴21可提升对导磁轴10的密封效果。 [0029] 多个极靴21和相邻两个极靴21之间的永磁体22可形成磁流体密封组件2，磁流体密封组件2通过每个极靴21上的极齿213和导磁轴10之间的磁性液体212对导磁轴10进行密封，磁流体密封组件2具有零泄漏、可靠性强、寿命长、无磨损、可恢复等优点。 [0030] 隔磁环4设于外壳1内且套设于导磁轴10外侧，隔磁环4可在导磁轴10径向方向的外侧环绕导磁轴10设置，在导磁轴10的轴向方向隔磁环4位于最外侧的极靴21外侧且与最外侧的极靴21接触，隔磁环4能够有效阻隔极靴21对其他装置的磁性干扰，隔磁环4可以是铝环或铜环，隔磁环4还可以是不导磁的不锈钢环。需要说明的是，在导磁轴10的轴向方向上，导磁轴10具有高压侧和低压侧，复合密封装置可阻止高压侧密封介质向低压侧密封介质的泄漏，最外侧的极靴21为多个极靴21中最靠近低压侧的极靴21，最内侧极靴21为多个极靴21中最靠近高压侧的极靴21，例如，在图1和图3中，左侧为低压侧，右侧为高压侧，最外侧的极靴21为多个极靴21中最左侧的极靴21，最内侧的极靴21为多个极靴21中最右侧的极靴21。 [0031] 密封座31设于外壳1内且套设于导磁轴10外表面，密封座31可与导磁轴10外表面密封配合，在导磁轴10的轴向方向密封座31位于最内侧的极靴21内侧，换言之，密封座31位于高压侧。涨圈密封环32套设于密封座31外侧，且涨圈密封环32与外壳1相对的外周面和外壳1抵接，涨圈密封环32可与密封座31配合以形成耐高压的涨圈密封组件3，涨圈密封组件3 位于磁流体密封组件2的高压侧，涨圈密封组件3可降低磁流体密封组件2在导磁轴10轴向方向内外两侧的压差，从而使磁流体密封组件2在较低压差下通过磁性液体212进一步对涨圈密封组件3泄漏的密封介质进行密封，进而减小高压侧密封介质向低压侧的泄漏，甚至达到零泄漏。 [0032] 根据本发明实施例的用于导磁轴的复合密封装置，将耐高压的涨圈密封组件3与密封效果好的磁流体密封组件2相结合，可实现对在较高压差环境下的密封，使得复合密封装置既能耐受较高压力密封介质的冲击，又可以起到良好的密封效果，减小密封介质的泄漏率，从而有利于提升复合密封装置的密封效果，增强复合密封装置的密封可靠性。 [0033] 在本发明的一些实施例中，参照图1‑图3所示，密封座31的外周面设有环形的安装槽311，涨圈密封环32安装于安装槽311内，安装槽311可对涨圈密封环32进行轴向限位，涨圈密封环32可实现密封座31与外壳1之间的密封，从而降低磁流体密封组件2靠近高压侧的压力，保证磁流体密封组件2的可靠性。 [0034] 在本发明的一些实施例中，安装槽311的宽度大于涨圈密封环32的宽度，以避免涨圈密封环32与安装槽311两侧的侧壁同时接触摩擦，从而有利于减少涨圈密封环32与安装槽311的磨损，其中，安装槽311的宽度为安装槽311在导磁轴10轴向方向上的宽度，涨圈密封环32的宽度为涨圈密封环32在导磁轴10轴向方向上的宽度。同时，涨圈密封环32与安装槽311的侧壁接触，可以理解的是，涨圈密封环32在高压侧密封介质的作用下，涨圈密封环 32一侧的轴向端面贴紧安装槽311远离高压侧的侧壁，以形成主要密封面，涨圈密封环32在安装后可通过自身弹力作用，使涨圈密封环32的外周面与外壳1的内壁贴紧，以形成次要密封面，主要密封面和次要密封面共同起到密封作用。 [0035] 在本发明的一些实施例中，涨圈密封环32为多个，例如两个，多个涨圈密封环32在导磁轴10的轴向依次间隔开，密封座31上设有与多个涨圈密封环32一一对应的多个安装槽 311，可根据高压侧密封介质压力与低压侧密封介质压力的差值的选择涨圈密封环32的数量，差值与涨圈密封环32的数量成正相关，也就是说，高压侧密封介质压力与低压侧密封介质压力的差值越大，涨圈密封环32的数量越多，以通过增加涨圈密封环32的数量来降低磁流体密封组件2受到的高压侧压力，从而使高压侧的密封介质经过涨圈密封组件3后压力降低，压力降低后密封介质的压力与低压侧密封介质的压力压差的绝对值小于磁流体密封组件2的耐压能力，以避免磁性液体212密封失效。可选地，涨圈密封环32的数量为两个。 [0036] 在本发明的一些实施例中，涨圈密封环32构造为金属件或石墨件。 [0037] 参照图1和图2所示，涨圈密封环32构造为石墨件，涨圈密封环32为圆周面带有切口的墨弹性环，涨圈密封环32在自由状态时切口张开,装入外壳1后切口合拢,涨圈密封环 32的外周面借弹力与外壳1内表面贴紧，以形成次要密封面，同时受高压侧密封介质的作用，涨圈密封环32的左端面贴紧安装槽311的左侧壁，以形成主要密封面，涨圈密封环32可实现密封座31与外壳1之间的密封。同时，石墨件的涨圈密封环32具有良好的自润滑性能，涨圈密封环32与密封座31之间的摩擦阻力小，以降低涨圈密封环32在摩擦作用下的升温，减少涨圈密封环32由于温度变化导致的切口尺寸的变化，此外，石墨件的涨圈密封环32还具有良好的耐磨性能和良好的加工性能。 [0038] 在本发明的一些实施例中，参照图1和图2所示，安装槽311的槽底为阶梯状，也就是说，在导磁轴10的轴向方向安装槽311的槽深呈阶梯变化，同时，涨圈密封环32朝向安装槽311的槽底的内周面可以是阶梯状，涨圈密封环32朝向安装槽311的槽底的内周面可与安装槽311的槽底的形状相适配，且在涨圈密封环32在工作时，涨圈密封环32的内周面与安装槽311的槽底之间形成曲折的间隙，从而有利于提升涨圈密封环32的密封效果。 [0039] 参照图3所示，涨圈密封环32构造为金属件，涨圈密封环32为圆周面带有切口的金属弹性环，涨圈密封环32在自由状态时切口张开,装入外壳1后切口合拢,涨圈密封环32的外周面借弹力与外壳1内表面贴紧，以形成次要密封面，同时受高压侧密封介质的作用，涨圈密封环32的左端面贴紧安装槽311的左侧壁，以形成主要密封面，涨圈密封环32可实现密封座31与外壳1之间的密封，金属件的涨圈密封环32具有结构紧凑简单、重量轻等优点。 [0040] 在本发明的一些实施例中，密封座31靠近最内侧极靴21的端面与导磁轴10的轴肩接触，以通过轴肩对密封座31的位置进行限位，防止密封座31向导磁轴10的轴向方向的内侧窜动。 [0041] 在本发明的一些实施例中，参照图1‑图3所示，用于导磁轴的复合密封装置还包括：定位组件5，定位组件5套设于导磁轴10外表面且位于密封座31的远离最内侧极靴21的一侧，定位组件5可在导磁轴10的轴向方向上对密封座31进行限位，以在导磁轴10旋转时，防止密封座31发生轴向窜动。 [0042] 在本发明的一些实施例中，参照图2所示，定位组件5包括：轴环51、止动垫片52和螺母53，轴环51、止动垫片52和螺母53均套设于导磁轴10外侧，止动垫片52夹设在轴环51和螺母53之间，轴环51夹设在止动垫片52和密封座31之间，螺母53可通过止动垫片52和轴环 51向密封座31施加向导磁轴10轴肩的压紧力，以使密封座31与导磁轴10固定连接，防止密封座31发生轴向窜动，导磁轴10上可设于适于与螺母53配合的螺纹，止动垫片52可以防止螺母53松动，轴环51可提升导磁轴10与密封座31连接处的密封性能。 [0043] 在本发明的一些实施例中，参照图1和图3所示，每个极靴21与外壳1间均设有密封件211，密封件211可提升极靴21与外壳1的配合处的密封效果。可选地，极靴21的外周面上设有环形的凹槽，密封件211适于安装在凹槽内，密封件211可与密封安装槽311过盈配合，密封件211可以是密封环。 [0044] 在本发明的一些实施例中，参照图1和图3所示，用于导磁轴的复合密封装置还包括：多个支撑轴承6，多个支撑轴承6设于外壳1内，多个支撑轴承6均套设于导磁轴10外表面且与外壳1止抵，多个支撑轴承6在导磁轴10的轴向依次间隔开，导磁轴10可通过多个支撑轴承6与外壳1转动连接，多个支撑轴承6可提升导磁轴10转动的稳定性。 [0045] 在本发明的一些实施例中，参照图1和图3所示，外壳1上还设有安装法兰12，安装法兰12上的安装面上还设有密封圈13，以防止安装法兰12处密封介质的泄漏。可选地，密封圈13为O型密封圈。 [0046] 在本发明的一些实施例中，参照图1和图3所示，复合密封装置设有三个极靴21，分别为第一极靴21a、第二极靴21b和第三极靴21c，第一极靴21a与第二极靴21b之间设置有第一永磁体22a，第二极靴21b与第三极靴21c之间设置有第二永磁体22b，第一极靴21a外周面上设有适于固定第一密封件211a的第一凹槽，第二极靴21b外周面上设有适于固定第二密封件211b的第二凹槽，第三极靴21c外周面上设有适于固定第三密封件211c的第三凹槽。复合密封装置设有两个支撑轴承6，分别为第一支撑轴承6a和第二支撑轴承6b，导磁轴10上设置有限位环101，第一支撑轴承6a和第二支撑轴承6b可设于限位环101的两侧。 [0047] 在本发明的一些实施例中，复合密封装置各部之间的连接顺序为： [0048] 第一密封件211a安装在第一极靴21a的外周面的第一凹槽内，形成带密封件211的第一极靴21a，第二密封件211b安装在第二极靴21b的外周面的第二凹槽内，形成带密封件 211的第二极靴21b，第三密封件211c安装在第三极靴21c的外周面的第三凹槽内，形成带密封件211的第三极靴21c，第一永磁体22a安装在带第一极靴21a的右端面，第二极靴21b的左端面安装在第一永磁体22a的右端面，第二永磁体22b安装在第二极靴21b的右端面，第三极靴21c的左端面安装在第二永磁体22b的右端面，形成磁流体密封组件2； [0049] 第一支撑轴承6a安装在导磁轴10上，第一支撑轴承6a内圈的右端面与导磁轴10的限位环101的左端面贴合，第二支撑轴承6b安装在导磁轴10上，第二支撑轴承6b内圈的左端面与导磁轴10的限位环101的右端面贴合，以形成带有轴承的导磁轴10； [0050] 带有轴承的导磁轴10装入外壳1中，第一支撑轴承6a外圈的左端面面与腔体11左侧的右端面贴合，隔磁环4装入外壳1中，隔磁环4的左端面与第二支撑轴承6b外圈的右端面贴合，磁流体密封组件2装入外壳1中，磁流体密封组件2的左端面与隔磁环4的右端面贴合； [0051] 涨圈密封环32装入腔体11和密封座31组成的空间内，耐高压的涨圈密封环32的左端面与安装槽311的左侧壁贴合，轴环51装入腔体11中，轴环51的左侧与密封座31的右端面贴合，螺母53以螺纹连接的方式与导磁轴10相连接，止动垫片52位于螺母53和轴环51之间，止动垫片52的右端面与螺母53贴合。 [0052] 涨圈密封组件3的右侧为高压侧的密封介质，高压侧的密封介质可以为需要密封的气体介质或液体介质，磁流体密封组件2的左侧为低压侧，高压侧的密封介质在经过涨圈密封组件3密封后，压力降低，泄漏量较小，磁流体密封组件2对压力降低的密封介质起到进一步的密封效果，从而达到零泄漏的目的。可以理解的是，由于复合密封装置具有零泄漏的特性，因此高压侧的密封介质和低压侧的密封介质可以是同一种密封介质，也可以是不同的两种密封介质，复合密封装置能够有效地将高压侧的密封介质和低压侧的密封介质分隔开。 [0053] 在本发明的一些实施例中，高压侧密封介质的压力可达10Mpa甚至以上，复合密封装置可用于高压环境的零泄漏密封。 [0054] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。 [0055] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。