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文檔簡介

管網(wǎng)計算步驟1、求沿線流量和節(jié)點流量;2、求管段計算流量;3、確定各管段的管徑和水頭損失;4、進行管網(wǎng)水力計算和技術(shù)經(jīng)濟計算;5、確定水泵揚程和水塔高度。1a

設(shè)計流量分配(1)用水流量分配為進行給水管網(wǎng)的細部設(shè)計,必須將總流量分配到系統(tǒng)中去,也就是將最高日用水流量分配到每條管段和各個節(jié)點上去。

節(jié)點設(shè)計流量分配計算2a集中流量:從一個點取得用水,用水量較大的用戶。分散流量:沿線眾多小用戶用水,情況復雜。

節(jié)點設(shè)計流量分配計算3a集中流量:qni—各集中用水戶的集中流量,L/s;Qdi—各集中用水戶最高日用水量,m3/d;Khi—時變化系數(shù)。根據(jù)實際管網(wǎng)流量變化情況設(shè)計管網(wǎng)非常復雜,加以簡化。提出比流量,沿線流量,節(jié)點流量的概念。4a比流量:為簡化計算而將除去大用戶集中流量以外的用水量均勻地分配在全部有效干管長度上,由此計算出的單位長度干管承擔的供水量。長度比流量:面積比流量:5a沿線流量:干管有效長度與比流量的乘積。l:管段配水長度,不一定等于實際管長。無配水的輸水管,配水長度為零;單側(cè)配水,為實際管長的一半。公園街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊6a節(jié)點流量:從沿線流量計算得出的并且假設(shè)是在節(jié)點集中流出的流量。7a按照水力等效的原則,將沿線流量一分為二,分別加在管段兩端的節(jié)點上;集中流量可以直接加在所處的節(jié)點上;供水泵站或水塔的供水流量也應(yīng)從節(jié)點處進入管網(wǎng)系統(tǒng)8a例:所示管網(wǎng),給水區(qū)的范圍如虛線所示,比流量為qs,求各節(jié)點的流量。9a因管段8-9單側(cè)供水,求節(jié)點流量時,將管段配水長度按一半計算。解:以節(jié)點3、5、8、9為例,節(jié)點流量如下:10a某城市最高時總用水量為260L/s,其中集中供應(yīng)的用水量120L/s(分別在節(jié)點2、3、4集中出流40L/s)。各管段長度(m)和節(jié)點編號見下圖,其中管段1-5、2-3、3-4為一側(cè)供水,其余雙向供水。求1、比流量;2、各管段沿線流量;3、各節(jié)點流量。11a解:1)配水干管比流量計算配水干管計算總長度=0.5x(600+600+600)+3x800+600+500=4400m2)沿線流量計算各管段的沿線流量計算見下表1:12a3)節(jié)點流量各節(jié)點流量計算見下表2:表2:節(jié)點流量計算13a例:某城鎮(zhèn)給水環(huán)狀網(wǎng)布置如圖所示,全城最高日最高時總用水量315m3/h,其中包括工廠用水量50m3/h,管段6~8和8~9均只在單側(cè)有用戶。計算最高日最高時單位管長比流量、沿線流量和節(jié)點流量。14295水廠7863工廠88064071054052049053056058092089062014a解:工廠的集中流量作為在其附近的節(jié)點4配出。管段6~8和8~9均只在單側(cè)有用戶。各管段配水長度如表所示。全部配水干管總計算長度為6690m,該管網(wǎng)最高日最高時的總用水量為:

Q-∑q=(315-50)×1000/3600=73.6(L/s)

管長比流量qs為:

Qs=73.6/6690=0.011(L/s.m)15a某城鎮(zhèn)管網(wǎng)各管段最高日最高時沿線流量16a某城鎮(zhèn)管網(wǎng)最高日最高時各節(jié)點流量1427.5495水廠7863工廠(13.89)10.7210.517.989.6311.227.421.5488064071054052049053056058092089062017a(2)節(jié)點設(shè)計流量計算18a管段設(shè)計流量分配計算管段設(shè)計流量是確定管段直徑的主要依據(jù)。求得節(jié)點流量后,就可以根據(jù)節(jié)點流量連續(xù)性方程,進行管網(wǎng)的流量分配,分配到各管段的流量已經(jīng)包括了沿線流量和轉(zhuǎn)輸流量。19a1、單水源樹狀網(wǎng)樹狀管網(wǎng)的管段流量具有唯一性,每一管段的計算流量等于該管段后面各節(jié)點流量和大用戶集中用水量之和。泵站5638564627354528614273334121772623477520a

環(huán)狀管網(wǎng)滿足連續(xù)性條件的流量分配方案可以有無數(shù)多種。15101312181617141976125271485819123359134602495111357301024982、環(huán)狀網(wǎng)21a流量分配遵循原則:(1)從水源或多個水源出發(fā)進行管段設(shè)計流量計算,按水流沿最短線路流向節(jié)點的原則擬定水流方向;(2)當向兩個或兩個以上方向分配設(shè)計流量時,要向主要供水方向或大用戶用水分配較大的流量,向次要用戶分配較少的流量;(3)順主要供水方向延伸的幾條平行干管所分配的計算流量應(yīng)大致接近;(4)每一節(jié)點滿足進、出流量平衡。22a已知某城鎮(zhèn)給水管網(wǎng)最高用水時流量Qh=200L/s。各節(jié)點流量(l/s)、各管段長度(m)見附圖。試列表計算各管段的流量。(2)(4)50l/s(3)(5)200l/s60l/s30l/s60l/s[練習]環(huán)狀管網(wǎng)水力計算800850400700600(1)[1][2][3][6][4][5]23a已知某城鎮(zhèn)給水管網(wǎng)最高用水時流量Qh=200L/s。各節(jié)點流量(l/s)、各管段長度(m)見附圖。經(jīng)濟管徑可參考表1選取。試列表計算各管段的管徑和流量。(只要求算到第二次分配各管段的流量,即可結(jié)束計算)。(1)(3)50l/s(2)(4)界限流量表200l/s60l/s30l/s60l/s[練習]環(huán)狀管網(wǎng)水力計算80085040070060024a答:因為分配初始流量有無數(shù)各方案,所以該題要求能正確分配初始流量,確定管徑,計算各管段水頭損失,環(huán)閉合差和環(huán)校正流量,能正確調(diào)整各管段的流量。以下為一個例子:1350l/s24200l/s60l/s30l/s60l/s703080301025a26a6.2.3管段直徑設(shè)計管徑和設(shè)計流量的關(guān)系:D-管段直徑,m;

q-管段流量,m3/s;

v-流速,m/s;

A-水管斷面積,m3。確定管徑必須先選定設(shè)計流速。27a設(shè)計流速的確定技術(shù)上:為防止水錘現(xiàn)象,Vmax<2.5~3m/s;為避免沉積,Vmin>0.6m/s。

經(jīng)濟上:設(shè)計流速小,管徑大,管網(wǎng)造價增加;水頭損失減小,水泵揚程降低,電費降低。一般設(shè)計流速采用優(yōu)化方法求得。合理的流速應(yīng)該使得在一定年限(投資償還期)內(nèi)管網(wǎng)造價與運行費用之和最小。28a投資償還期內(nèi)的年度總費用為:

DeY2VeWY2WVW0DW029a一定年限T年內(nèi)管網(wǎng)造價和管理費用(主要是電費)之和為最小的流速,稱為經(jīng)濟流速。經(jīng)濟流速和經(jīng)濟管徑和當?shù)氐墓懿膬r格、管線施工費用、電價等有關(guān)。條件不具備時,可參考:30a例6.5某給水管網(wǎng)如圖所示,節(jié)點設(shè)計流量、管段長度、管段設(shè)計流量等數(shù)據(jù)也標注于圖中。

求:設(shè)計管段直徑;(2)(3)(4)(6)(7)(8)H1=12.00(1)清水池水塔(5)[1]320[9]490[8]590[7]360[6][5][4]270[3]550[2]650-194.3520.7751.1714.5535.0382.3327.65-37.15-194.3532.4689.989.96.2722.6354.875.0037.15泵站31a已知某城鎮(zhèn)給水管網(wǎng)最高用水時流量Qh=200L/s。各節(jié)點流量(l/s)、各管段長度(m)見附圖。經(jīng)濟管徑可參考表1選取。試列表計算各管段的管徑。界限流量表[練習]環(huán)狀管網(wǎng)水力計算(2)(4)50l/s(3)(5)200l/s60l/s30l/s60l/s800850400700600(1)[1][2][3][6][4][5]32a6.3泵站揚程與水塔高度設(shè)計設(shè)計流量→經(jīng)濟流速→管徑確定→壓降確定→控制點確定→泵站揚程和水塔高度確定樹枝狀管網(wǎng)設(shè)計流量不會因管徑選擇不同而改變;環(huán)狀網(wǎng)中,管徑根據(jù)初次流量分配確定,管網(wǎng)流量按管網(wǎng)水力特性進行分配。33a6.3.1設(shè)計工況水力分析設(shè)計工況:即最高日最高時用水工況。管段流量和節(jié)點水頭最大,用于確定泵站揚程和水塔高度。水力分析:確定設(shè)計工況時管道流量、管內(nèi)流速、管道壓降、節(jié)點水頭和自由水壓。水力分析前需進行預(yù)處理:1)泵站所在的管段暫時刪除∵水力分析前提:水力特性必須已知?!啾谜舅μ匦晕粗?,泵站設(shè)計流量合并到與之相關(guān)聯(lián)的節(jié)點中。34a(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)[1][9][8][7][6][5][4][3][2]Q7Q3Q2Q1Q4Q5Q6Q8q1,h1q6,h6q5,h5q2,h2q3,h3q7,h7q8,h8q9,h9q4,h4節(jié)點(7)為清水池,管段[1]上設(shè)有泵站,將管段[1]刪除,其流量合并到節(jié)點(7)和(1):(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)[9][8][7][6][5][4][3][2]Q7+q1Q3Q2Q1-q1Q4Q5Q6Q8q6,h6q5,h5q2,h2q3,h3q7,h7q8,h8q9,h9q4,h435a2)假設(shè)控制點

水力分析前提,管網(wǎng)中必須有一個定壓節(jié)點。節(jié)點服務(wù)水頭:節(jié)點地面高程加上節(jié)點所連接用戶的最低供水壓力。

【規(guī)定最低供水壓力標準:一層樓10m,二層樓12m,以后每增一層,壓力增加4m。

H=120+40(n-2)kPa,其中n≥2】控制點:給水管網(wǎng)中壓力最難滿足的節(jié)點,其節(jié)點水頭可作為定壓節(jié)點。36a控制點的選擇一般離泵站最遠,地勢最高的節(jié)點假定為控制點。假定控制點,其節(jié)點水頭等于服務(wù)水頭,則該節(jié)點成為定壓節(jié)點??上入S意假定,水力分析完成后,通過節(jié)點水頭與服務(wù)水頭兩者供壓差額比較,找到真正的控制點。37a例6.5某給水管網(wǎng)如圖所示,水源、泵站和水塔位置標于圖中,節(jié)點設(shè)計流量、管段長度、管段設(shè)計流量等數(shù)據(jù)也標注于圖中,節(jié)點地面標高及自由水壓要求見表。

1)設(shè)計管段直徑;

2)進行設(shè)計工況水力分析;

3)確定控制點。(2)(3)(4)(6)(7)(8)H1=12.00(1)清水池水塔(5)[1]320[9]490[8]590[7]360[6]350[5]330[4]270[3]550[2]650-194.3520.7751.1714.5535.0382.3327.65-37.15-194.3532.4689.989.96.2722.6354.875.0037.15泵站管網(wǎng)設(shè)計工況水力分析38a給水管網(wǎng)設(shè)計節(jié)點數(shù)據(jù)[解]1)管段直徑設(shè)計(如下表)經(jīng)濟流速選擇考慮給水管網(wǎng)設(shè)計數(shù)據(jù)39a2)設(shè)計工況水力分析將管段[1]暫時刪除,管段流量并到節(jié)點(2)上的Q2=-194.35+14.55=-179.8(L/s)假定節(jié)點(8)為控制點水頭損失采用海曾-威廉公式CW=110設(shè)計工況水力分析計算結(jié)果40a3)確定控制點節(jié)點(3)、(4)、(6)、(7)壓力無法滿足服務(wù)水頭要求,節(jié)點(3)和要求自由水壓差值最大,所以真正控制點為節(jié)點(3),應(yīng)根據(jù)節(jié)點(3)自由水壓重新進行水力分析。控制點確定與節(jié)點水頭調(diào)整41a6.3.2泵站揚程設(shè)計

完成設(shè)計工況水力分析后,泵站揚程可以根據(jù)所在管段的水力特性確定。泵站揚程計算公式:Hfi——泵站所在管段起端節(jié)點水頭Hti——終端節(jié)點水頭hfi——沿程水頭損失hmi——局部水頭損失局部損失可忽略不計,上式也可寫為:42a(2)(3)(4)(6)(7)(8)H1=12.00(1)清水池水塔(5)[1]320[9]490[8]590[7]360[6][5][4]270[3]550[2]650-194.3520.7751.1714.5535.0382.3327.65-37.15-194.3532.4689.989.96.2722.6354.875.0037.15泵站管網(wǎng)設(shè)計工況水力分析泵站揚程計算43a[例6.6]采用例6.5數(shù)據(jù),節(jié)點(1)處為清水池,最低設(shè)計水位標高為12m,試根據(jù)設(shè)計工況水力分析的結(jié)果,借[1]上泵站的設(shè)計揚程并選泵。[解]水泵揚程為(忽略局部水頭損失):44a考慮局部水頭損失:水泵吸壓水管道設(shè)計流速一般為1.2~2.0m/s,局部阻力系數(shù)可按5.0~8.0考慮,沿程水頭損失忽略不計,泵站內(nèi)部水頭損失為:則水泵揚程應(yīng)為:Hp=41.61+1.63,取44m;按2臺水泵并聯(lián)工作,單臺水泵流量為:Qp=194.35/2=97.2(L/s)=349.8(t/h),取350t/h。查水泵樣本,選型。45a6.3.3水塔高度設(shè)計

完成設(shè)計工況水力分析后,水塔高度=水塔節(jié)點水頭-地面高程:或46a(1)管網(wǎng)定線(2)計算干管的總長度(3)計算干管的比流量(4)計算干管的沿線流量(5)計算干管的節(jié)點流量(6)定出各管段的計算流量

樹狀網(wǎng):管段流量等于其后管段各節(jié)點流量和環(huán)狀網(wǎng):根據(jù)一定原則先人為擬定總結(jié):給水管網(wǎng)設(shè)計和計算的步驟47a(7)根據(jù)計算流量和經(jīng)濟流速,選取各管段的管徑(8)根據(jù)流量和管徑計算各管段壓降(9)確定控制點,根據(jù)管道壓降求出各節(jié)點水頭和自由水壓。樹狀網(wǎng):根據(jù)流量直徑計算壓降。環(huán)狀網(wǎng):若各環(huán)內(nèi)水頭損失代數(shù)和(閉合差)超過規(guī)定值,進行水力平差,對流量進行調(diào)整,使各個環(huán)的閉合差達到規(guī)定的允許范圍內(nèi)。(6)~(9)列水力分析計算表(10)確定水泵揚程和水塔高度48a

某城市供水區(qū)用水人口5萬人,最高日用水量定額為150L/(人·d),要求最小服務(wù)水頭為16m。節(jié)點4接某工廠,工業(yè)用水量為400m3/d,兩班制,均勻使用。城市地形平坦,地面標高為5.OOm。水泵水塔012348567250450300600230190205650150[練習1]樹枝網(wǎng)水力計算49a1.總用水量設(shè)計最高日生活用水量:

50000×0.15=7500m3/d=86.81L/s工業(yè)用水量:

400÷16=25m3/h=6.94L/s總水量為:

ΣQ=86.81+6.94=93.75L/s2.管線總長度:ΣL=2425m,其中水塔到節(jié)點0的管段兩側(cè)無用戶不計入。3.比流量:

(93.75-6.94)÷2425=0.0358L/s50a4.沿線流量:51a5.節(jié)點流量:52a93.7588.3860.6311.634.4811.643.6710.7418.26水泵水塔0123485672504503006002301902056501503.6711.634.487.1623.80+6.947.077.5216.115.3753a6.干管水力計算:

選定節(jié)點8為控制點,按經(jīng)濟流速確定管徑(可以先確定管徑,核算流速是否在經(jīng)濟流速范圍內(nèi))。54a7.支管水力計算:55a8.確定水塔高度水泵揚程:需要根據(jù)水塔的水深、吸水井最低水位標高、水泵吸水管路和壓水管水頭損失計算確定。水泵水塔01234856725045030060023019020565015056a[練習2]樹枝網(wǎng)水力計算已知樹狀網(wǎng)各管段長度,各節(jié)點流量和高程,設(shè)水廠供水水壓按滿足3層樓用水考慮,應(yīng)滿足自由水頭He=16m。水廠二級泵站泵軸高程Zp為42.08m,水泵吸程(吸水高度Hs+吸水管水頭損失hs)為4.0m,求二級水泵揚程。17654325.66805.416.66.215.85.311.1600710620580640520水廠某樹枝網(wǎng)節(jié)點流量、管段長度57a表5-6某樹枝網(wǎng)各節(jié)點地表高程58a[解](1)管網(wǎng)定線(已知)(2)計算干管的總長度(略)(3)計算干管的比流量(略)(4)計算干管的沿線流量(略)(5)計算干管的節(jié)點流量(已知)(6)定出各管段的計算流量(7)根據(jù)計算流量和經(jīng)濟流速,選取各管段的管徑(8)根據(jù)流量和管徑計算各管段壓降(9)確定4為控制點,根據(jù)管道壓降求出各節(jié)點水頭和自由水壓。(6)-(9)見水力計算表59a設(shè)計工況水力分析計算結(jié)果節(jié)點(4)水頭=16+44.69節(jié)點(3)水頭=16+44.69+10.58=71.27自由水壓=71.27-43.88=27.39(10)二級泵站水泵揚程=79.42-42.08+3.16+4.0

=44.5(m)60a已知某城鎮(zhèn)給水管網(wǎng)最高用水時流量Qh=200L/s。各節(jié)點流量(l/s)、各管段長度(m)見附圖。經(jīng)濟管徑可參考表1選取。試列表計算各管段的管徑和流量。(只要求算到第二次分配各管段的流量,即可結(jié)束計算)。(1)(3)50l/s(2)(4)界限流量表200l/s60l/s30l/s60l/s[練習3]環(huán)狀管網(wǎng)水力計算80085040070060061a已知某城鎮(zhèn)給水管網(wǎng)最高用水時流量Qh=200L/s。各節(jié)點流量(l/s)、各管段長度(m)見附圖。經(jīng)濟管徑可參考表1選取。試列表計算各管段的管徑和流量。(只要求算到第二次分配各管段的流量,即可結(jié)束計算)。(1)(3)50l/s(2)(4)界限流量表200l/s60l/s30l/s60l/s[練習3]環(huán)狀管網(wǎng)水力計算80085040070060062a答:因為分配初始流量有無數(shù)各方案,所以該題要求能正確分配初始流量,確定管徑,計算各管段水頭損失,環(huán)閉合差和環(huán)校正流量,能正確調(diào)整各管段的流量。以下為一個例子:1350l/s24200l/s60l/s30l/s60l/s703080301063a64a答:因為分配初始流量有無數(shù)各方案,所以該題要求能正確分配初始流量,確定管徑,計算各管段水頭損失,環(huán)閉合差和環(huán)校正流量,能正確調(diào)整各管段的流量。以下為一個例子:1350l/s24200l/s60l/s30l/s60l/s703080301065a66a6.4管網(wǎng)設(shè)計校核

從前面的設(shè)計過程可知,管網(wǎng)的管徑和水泵揚程,是按設(shè)計年限內(nèi)最高日最高時的用水量和正常水壓要求來設(shè)計的。這樣的管徑和水泵能否滿足其他特殊情況(消防時、最大轉(zhuǎn)輸、事故時)下的要求,就需進行其它用水量條件下的核算。核算按最高日最高時流量設(shè)計的管徑和水泵能否滿足其他特殊情況下的要求的過程就叫作管網(wǎng)校核。兩種校核方法:水頭校核法,流量校核法。校核工況包括:

1)消防工況校核

2)水塔轉(zhuǎn)輸工況校核

3)事故工況校核67a二泵站供水曲線用水曲線024681012141618202224最大用水小時最大轉(zhuǎn)輸小時68a1消防校核1.1消防校核的實質(zhì)管網(wǎng)是按最高日最高時流量來設(shè)計的,這個流量并沒有包括消防流量。(城市火災(zāi)不是經(jīng)常發(fā)生的,且火災(zāi)持續(xù)時間不長,滅火期間短時間的斷水或者流量減少居民能夠接受)消防校核的實質(zhì)是以最高日最高時流量另加消防流量作為設(shè)計流量,按10m的服務(wù)水頭計算,校核按最高時流量確定的管徑和水泵能否滿足消防時候的要求。69a1.2消防校核的方法:

(1)首先根據(jù)城市規(guī)模和現(xiàn)行的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》確定同時發(fā)生的火災(zāi)次數(shù)和消防用水量;(2)把消防流量作為集中流量加在相應(yīng)節(jié)點的節(jié)點流量中;(如按消防要求同時一處失火,則放在控制點,有兩處或兩處以上失火,一處放在控制點,其他設(shè)定在離二級泵站較遠或靠近大用戶的節(jié)點處,其余節(jié)點仍按最高用水時的節(jié)點流量。)(3)以最高日最高時用水量確定的管徑為基礎(chǔ),將最高時用水量與消防流量相加后進行流量分配;(4)進行管網(wǎng)平差,求出消防時的管段流量和水頭損失;(5)計算消防時所需要的水泵揚程。(自由水壓不低于10mH2O)70a1.3消防校核結(jié)果

雖然消防時比最高時所需的服務(wù)水頭要小得多,但因消防時通過管網(wǎng)流量增大,各管段的水頭損失相應(yīng)增加,按最高時確定的水泵揚程有可能不滿足消防時的需要。若:消防時需要的水泵揚程小于最高時確定的水泵揚程,則設(shè)計不需要調(diào)整;消防時需要的水泵揚程略大于最高時確定的水泵揚程,可放大管網(wǎng)末端個別管徑;消防時需要的水泵揚程遠大于最高時確定的水泵揚程,專設(shè)消防泵。71a2最大轉(zhuǎn)輸校核2.1最大轉(zhuǎn)輸校核的實質(zhì)

設(shè)對置水塔的管網(wǎng),在最高用水時由泵站和水塔同時向管網(wǎng)供水,但在一天內(nèi)泵站送水量大于用水量的時段內(nèi),多余的水經(jīng)過管網(wǎng)送入水塔貯存。

最大轉(zhuǎn)輸校核的實質(zhì)是校核設(shè)對置水塔的管網(wǎng)在發(fā)生最大轉(zhuǎn)輸流量時水泵能否將水送到水塔水柜中最高水位。最高時轉(zhuǎn)輸時72a2.2最大轉(zhuǎn)輸校核的方法

校核時,水力計算過程跟最高時計算過程相同,只是管網(wǎng)各節(jié)點的流量需按最大轉(zhuǎn)輸時管網(wǎng)各節(jié)點的實際用水量求出。因節(jié)點流量隨用水量的變化成比例地增減,所以最大轉(zhuǎn)輸時各節(jié)點流量可按下式計算:

最大轉(zhuǎn)輸時節(jié)點流量等于最大轉(zhuǎn)輸小時用水量與最大小時用水量之比乘以最大小時節(jié)點流量;水泵揚程滿足水塔最高水位;節(jié)點流量確定后,按最大轉(zhuǎn)輸時的流量進行分配和管網(wǎng)平差,求出各管段的流量、水頭損失和所需要的水泵揚程。73a2.3最大轉(zhuǎn)輸校核的結(jié)果校核不滿足要求時,應(yīng)適當放大從泵站到水塔最短供水路線上管段的管徑。74a3.1事故校核的實質(zhì)管網(wǎng)主要管段發(fā)生損壞時,必須及時檢修,在檢修時間內(nèi)供水量允許減少,但設(shè)計水壓一般不應(yīng)降低。事故時管網(wǎng)供水流量與最高時設(shè)計流量之比,稱為事故流量降落比,用R表示。R的取值根據(jù)供水要求確定,城鎮(zhèn)的事故流量降落比R一般不低于70%。

3事故校核

事故校核的實質(zhì)是管網(wǎng)前端主要管段發(fā)生損壞時,原設(shè)計的管徑和水泵能否供應(yīng)不小于最高時設(shè)計流量

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