一种水力推动式齿轮滚筒过滤组件、系统及使用方法与流程

1.本发明涉及水体过滤技术领域，具体地涉及一种水力推动式齿轮滚筒过滤组件、过滤系统及使用方法。


背景技术：

2.悬浮物（suspended solids）指悬浮在水中的固体物质，包括不溶于水中的无机物、有机物及泥砂、黏土、微生物等。水中悬浮物含量是衡量水污染程度的指标之一。悬浮物是造成水浑浊的主要原因。水体中的有机悬浮物沉积后易厌氧发酵，使水质恶化。中国污水综合排放标准分3级，规定了污水和废水中悬浮物的最高允许排放浓度，中国地下水质量标准和生活饮用水卫生标准对水中悬浮物以浑浊度为指标作了规定。此外，在水体生态环境制理、微藻养殖以及一些工业过程中需要从液体中分离悬浮性固形物如微藻等。
3.针对这些需求，现有技术中已经存在大量的过滤装置来完成水体过滤。为了保证水体的过滤质量和效率，现有技术中针对不同用途的水体常采用如下两种不同的过滤方式。其一是针对湖泊、水库、水景等封闭或者半封闭的水体，常采用多级过滤手段，如已公开的专利文献cn107540168a所示，首先在水体中添加混凝剂，使杂质经过絮凝沉淀后完成初级过滤，再经过深度过滤装置完成深度过滤；其二是针对日常生活或者工业用水的过滤，如专利文献cn106039807a所示的技术方案，其公开的装置包括壳体及控制器，壳体内构成有内腔，内腔内设有滤芯，滤芯上设有若干滤孔，所述壳体上设有用水进入的进水口、纯水排出的出水口及污水排出的排污口，出水口上设有第一电动阀，排污口上设有第二电动阀，壳体上设有驱动滤芯旋转的电机，滤芯旋转产生离心力将其内壁上的污垢从滤孔甩出，实现对壳体内滤芯进行自动清洗。为了保证水质的过滤效率和效果，必须保持过滤机构的洁净度，目前常用的手段包括定期更换滤芯、滤网等过滤结构；或采用绞龙、毛刷等结构刮擦滤网或滤芯表面以去除积累的杂物；亦或采用电机等驱动设备使滤网、滤芯等高速旋转，利用离心力使积累的杂质与过滤机构分离。
4.上述技术方案虽然能够解决水体的过滤问题，但依然存在如下的技术问题：因定期更换滤芯、滤网等使设备后期适用成本过高，操作复杂；或者过滤装置结构复杂，占地体积过大，生产制造成本高；亦或过滤装置需要采用电机等额外的设备，存在能量消耗大，噪音污染大，无法实现自动清洁滤网，维护成本高，自动化程度低等问题。
5.有鉴于此，开发一种具有自感应滤网拦截固形物积累形成堵塞的状况并自动启动清除固形物的功能、同时避免了在水环境下使用电机的设计，从而达到使用便利，不发生电路短路和齿轮腐蚀等问题的过滤装置和系统是现有技术尚未解决的问题。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本发明提供一种水力推动式齿轮滚筒过滤组件、过滤系统及使用方法。其具有自感应滤网拦截固形物积累形成堵塞的状况并自动启动清除固形物的功能、同时避免了在水环境下使用电机的设计，从而达到简化结构，使用便利，自动化程度高，
节省人力物力的效果，且不发生电路短路和齿轮腐蚀等问题。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供一种水力推动式齿轮滚筒过滤组件，包括滚筒主体和设置在滚筒主体周侧的过滤机构，所述过滤组件还包括1号齿轮部件、2号齿轮部件和3号齿轮部件，其中2号齿轮部件包括同轴设置、且同步转动的2号齿轮部件齿轮一和2号齿轮部件齿轮二，且两齿轮的啮合齿均设置在各自的圆周外侧；3号齿轮部件包括若干个冲击板和3号齿轮部件齿轮，若干个冲击板间隔地安装在3号齿轮部件的圆周外侧，3号齿轮部件齿轮设置在3号齿轮部件的圆形轮廓的轴线处，且啮合齿设置在其圆周外侧；滚筒主体包括设置在其一端的滚筒主体齿轮，且滚筒主体齿轮为一内凹的圆盘结构，啮合齿设置在所述圆盘结构的圆周内侧；2号齿轮部件、3号齿轮部件和滚筒主体分别通过支撑杆安装在1号齿轮部件上，且2号齿轮部件齿轮二与滚筒主体齿轮啮合；2号齿轮部件齿轮一与3号齿轮部件齿轮啮合；3号齿轮部件齿轮的齿数小于2号齿轮部件齿轮一的齿数；2号齿轮部件齿轮二的齿数小于滚筒主体齿轮的齿数。
8.优选地，1号齿轮部件包括2号齿轮部件支撑杆、3号齿轮部件支撑杆、滚筒主体支撑杆和基板，3号齿轮部件支撑杆和滚筒主体支撑杆同轴地分别安装在基板的前后两侧，且3号齿轮部件支撑杆和滚筒主体支撑杆设置在基板的右侧，2号齿轮部件支撑杆设置在基板的左侧。
9.优选地，滚筒主体齿轮的轴线处设置有安装孔，1号齿轮部件的滚筒主体支撑杆安装在所述安装孔内。
10.优选地，2号齿轮部件安装在1号齿轮部件的2号齿轮部件支撑杆上，且绕2号齿轮部件轴线转动。
11.优选地，3号齿轮部件安装在1号齿轮部件的3号齿轮部件支撑杆上，且绕3号齿轮部轴线转动。
12.优选地，2号齿轮部件齿轮一、2号齿轮部件齿轮二、3号齿轮部件齿轮和滚筒主体齿轮采用聚甲醛材质制作。
13.优选地， 2号齿轮部件支撑杆、3号齿轮部件支撑杆和滚筒主体支撑杆采用不锈钢材质制作。
14.优选地，还包括同心度校准装置，所述同心度校准装置包括若干个轴承，其间隔固定在同心度校准装置主体内，所述轴承均与1号齿轮部件的滚筒主体支撑杆转动连接。
15.优选地，所述轴承为不锈钢轴承。
16.进一步地，本发明还提供一种水力推动式齿轮滚筒过滤系统，包括前述描述的多种过滤组件中的任一种，所述系统还包括进水泵、冲洗水泵、出水泵、液位指示计、分流器、污泥槽、滚筒槽；进水泵的入口与原水连通，出口与分流器连通，分流器通过管道与滚筒主体内部连通；所述过滤组件设置在滚筒槽内，且与滚筒槽底部间隔设置；冲洗水泵设置在滚筒槽底部，并将过滤后的水泵送至滚筒主体上的过滤机构上；出水泵设置在滚筒槽底部，并将过滤后的水泵送至二级处理段，污泥槽用于收集附着在过滤机构上的杂质；液位指示计测量值低于设定阈值时，冲洗水泵启动。
17.优选地，所述过滤组件倾斜的安装在滚筒槽内。
18.优选地，所述过滤组件的滚筒主体的轴线与滚筒槽内的水平面成锐角设置。
19.进一步地，本发明还提供一种采用前述的水力推动式齿轮滚筒过滤系统的使用方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤一，启动进水泵，将原水泵送至分流器内；步骤二，原水依次通过分流器的溢流口和管道进入滚筒主体中进行过滤，出水泵将滚筒槽内的过滤水泵送至下游的二级处理段；步骤三，当滚筒主体上的过滤机构因杂质积累而使滚筒槽内液位降低到设定阈值时，启动冲洗水泵，冲洗水泵泵送的水流分为两路，一路喷洒至滚筒主体周侧，一路冲击3号齿轮部件的冲击板，使滚筒主体旋转，将过滤机构上的堵塞部位从下端转移到上端进行反冲洗，使杂质进入污泥槽内收集；步骤四，冲洗完毕的过滤机构在滚筒主体的转动下重新回到过滤位置，滚筒槽内的液位逐渐上升，液位指示计显示常规工作液位，则冲洗水泵停止工作，否则冲洗水泵持续工作。
20.本发明的有益效果是：（1）本发明采用两组啮合齿轮组构造行星齿轮系统，使系统的总传动比通过两级放大，最终将较小的流体冲击力作用在冲击板上的力矩放大。通过合理设计齿轮系统的传动比可以获得所需的力矩放大效果。采用上述设计，在实际使用中仅需要采用额定功率、体积、泵送压力等多个技术指标均较小的冲洗水泵即可驱动滚筒主体旋转，降低了对硬件性能指标的要求。本发明的过滤组件倾斜设置在滚筒槽内，过滤机构设置在滚筒主体的周侧，进而冲洗水流的冲击力和重力共同作用在杂质上，加快杂质从过滤机构上分离，并通过滚筒主体内部的导流槽流入污泥槽，实现杂质收集。相较于现有技术通过高速旋转过滤机构产生离心力分离杂质的方式，本发明的上述技术方案不仅降低了能源消耗，更消除了流体噪声和机械振动等产生的噪音，环境友好。
21.（2）本发明采用水流冲击使过滤组件转动，避免了因采用电机而导致的电路设计和密封设计等额外成本支出，也避免了电路在有水环境中使用而发生的短路或者漏电问题，提高了装置的安全性和可靠性。
22.（3）为了适应于多种复杂原水环境的过滤，提高装置的可靠性和效率，并降低制造成本和后期使用成本，本发明的各个齿轮采用pom材质制作。该材料改善了齿轮力学性能，提高了齿轮的抗冲击强度、自滑性、耐磨性、耐蠕变性和耐疲劳强度等，使本发明的过滤系统能够适用于多种复杂的水体环境，并保持优良的过滤性能和可靠性。
23.（4）本发明在过滤系统中设置液位指示计，使冲洗水泵仅在滚筒槽内的液位低于设定阈值时开启，其它时间不工作，实现了过滤机构堵塞状态的自适应监测和自动化清洗，提高了清洗的有效性、及时性和必要性，减少了人工检测和清洗成本。避免了现有技术因按设定周期清洗，存在未能及时清理或过度清理的问题。
24.本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
25.附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是水力推动式齿轮滚筒过滤组件装配图；图2是水力推动式齿轮滚筒过滤组件爆炸图；图3是1号齿轮部件立体图；图4是2号齿轮部件立体图；图5是3号齿轮部件立体图；图6是滚筒主体左视立体图；图7是滚筒主体右视立体图；图8是同心度校准装置主视图；图9是图8中同心度校准装置a
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a剖视图；图10是水力推动式齿轮滚筒过滤组件的齿轮啮合示意图；图11是无同心度校准装置时滚筒运行偏移示意图；图12是设置同心度校准装置时滚筒运行示意图；图13是水力推动式齿轮滚筒过滤器工艺流程图；图中：1号齿轮部件1；2号齿轮部件2；3号齿轮部件3；滚筒主体4；进水泵6；冲洗水泵7；出水泵8；液位指示计9；水塘10；分流器11；污泥槽12；滚筒槽13；2号齿轮部件支撑杆101；3号齿轮部件支撑杆102；滚筒主体支撑杆103；2号齿轮部件齿轮一201；2号齿轮部件齿轮二202；3号齿轮部件齿轮301；冲击板302；滚筒主体齿轮401；同心度校准装置402；滤布固定框架403；同心度校准装置主体40201；不锈钢轴承40202；支撑架100。
具体实施方式
26.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
27.为了解决背景技术部分提到的问题，本发明提供了一种通过行星齿轮结构，并利用水力推动滚筒过滤组件运行的过滤设备，该设备运行依靠水力推动，无转动电机设备，安全可靠。
28.如图1和2所示，本发明通过3个齿轮部件和滚筒主体4组成一个整体，形成水力推动式齿轮滚筒过滤组件。具体的，所述3个齿轮部件包括1号齿轮部件1、2号齿轮部件2和3号齿轮部件3；3个齿轮部件通过齿轮啮合关系实现力和运动的传递。本发明的1号齿轮部件1是一个连接件，该部件有3根支撑杆组成，分别用于固定2号齿轮部件2和3号齿轮部件3，同时可以固定在滚筒主体上，形成一个大的机械组件，该1号齿轮部件1有效地将2齿轮部件2和3齿轮部件3上的齿轮啮合在一起，同时和滚筒上的齿轮啮合，使3号齿轮部件运行的时候可以带动滚筒主体旋转，被过滤机构截留的固形物传送到上方冲洗位置，被冲洗的污染物沿着上端排泥口排出设备，实现去除固形物等废物，达到水质的有效净化。
29.如图3所示，1号齿轮部件1由2号齿轮部件支撑杆101，3号齿轮部件支撑杆102，滚筒主体支撑杆103和基板组成。3号齿轮部件支撑杆102和滚筒主体支撑杆103采用相同材质制作，并同轴地分别安装在基板的前后两侧。3号齿轮部件支撑杆102和滚筒主体支撑杆103设置在基板的右侧，2号齿轮部件支撑杆101设置在基板的左侧。所述的三个支撑杆采用常规的连接方式与基板固定连接，如采用焊接、螺纹或者自攻丝等方式。
30.如图4所示，2号齿轮部件2由2号齿轮部件齿轮一201和2号齿轮部件齿轮二202两
部分组成，其中2号齿轮部件齿轮一201和2号齿轮部件齿轮二202同轴设置，且2号齿轮部件齿轮一201和2号齿轮部件齿轮二202能够同步转动；优选的齿轮二202与齿轮一201贴合固定连接。2号齿轮部件齿轮一201的直径大于2号齿轮部件齿轮二202的直径，且啮合齿均匀分布在各自的圆周外侧。
31.如图5所示，本发明设计的3号齿轮部件3由2个部分组成，分别是冲击板302和3号齿轮部件齿轮301。冲击板302为片状结构，具体的可以设计为矩形板状结构或者具有流线型的叶片结构。冲击板302具有多个，且间隔地安装在3号齿轮部件3的圆周外侧。优选的，冲击板等距分布在圆周外侧。3号齿轮部件齿轮301设置在3号齿轮部件3的圆形轮廓的轴线处，且啮合齿均匀分布在圆周外侧。冲击板与3号齿轮部件齿轮301同步转动。冲击板302主要用于将水流的冲击力转化为装置旋转力，3号齿轮部件齿轮301将来自水流上的冲击力传递到2号齿轮部件上，同时2号齿轮部件将力传递到滚筒主体上，实现滚筒主体运行。所述部件间通过齿轮啮合的方式进行装配，降低了装配的复杂度，安装方便，节省成本。
32.如图6
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7所示，滚筒主体包括滚筒主体齿轮401、滤布固定框架403和支撑条组成，其中支撑条有多个，且间隔分布，用于将滚筒主体齿轮401和滤布固定框架403连接起来，形成一个筒体结构。其中滤布固定框架403为圆环状的片状结构，内部的环形空间用于原水和杂质的流通。滚筒主体齿轮为一内凹的圆盘结构，啮合齿设置在圆盘结构的圆周内侧，且均匀分布；所述的圆盘的轴线处设置有安装孔。过滤机构设置在滚筒主体的侧壁上。优选的，过滤机构为滤布或滤网等。优选的，过滤机构全包裹滚筒主体的侧壁，或者部分包裹所述侧壁。
33.本发明在滚筒主体上设计了一个1号齿轮部件同心度校准装置，该装置可以使1号齿轮部件固定在滚筒的圆心位置，防止滚筒运行发生偏移，使设备安全可靠。如图6、图8、图9所示，同心度校准装置包括若干个轴承40202和同心度校准装置主体40201，优选的，轴承为2个，且为不锈钢轴承，所述轴承间隔固定在同心度校准装置主体40201内部，并且同心度校准装置402焊接在滚筒主体齿轮401一侧，且位于滚筒主体内部。该装置内部放置若干个轴承，增加了连接点，有效的减少的滚筒运行的摩擦阻力，减少能量的损耗。
34.进一步地，本发明的同心度校准装置能够显著的提高运行的稳定性。具体参见图11和12所示的装配图，为了提高系统过滤效率，本发明的滚筒主体不采用贯穿轴进行的固定，而是采用两端固定的方式，如附图12所示的通过a端和b端进行固定，从而增大滚筒主体的内部空间。由于a端采用大的钢圈固定，较稳定，但b端是由1号齿轮部件贯穿滚筒主体4后固定在支撑架100上。b端的单点支撑方式在长期运转过程中，会发生偏移（详见附图11），会导致滚筒主体运动不同轴，增大元件之间的磨损量，最终导致元件损坏。为了解决该问题，本发明提供了同心度校准装置，利用若干个轴承增加了1号齿轮部件和滚筒主体之间的连接点，从而将作用力分散到多个连接点上，提高滚筒主体运行的稳定性。
35.进一步的，为了提高本发明的水力推动式齿轮滚筒过滤组件的运行稳定性和可靠性，2号齿轮部件齿轮一201、2号齿轮部件齿轮二202、3号齿轮部件齿轮301和滚筒主体齿轮401采用聚甲醛（pom）材质制作。pom材质力学性能优良，抗冲击强度高，自滑性、耐磨性、耐蠕变性和耐疲劳强度等十分有益，且化学性能稳定，对无机和有机化学品都比较稳定。因此，采用上述材料制作齿轮结构能够显著提高本发明过滤组件的运行性能和可靠性，减小了维修成本和使用成本。同时，为了提高连接结构的强度，本发明的2号齿轮部件支撑杆
101、3号齿轮部件支撑杆102和滚筒主体支撑杆103采用金属材料制作，优选为不锈钢材质。
36.具体的，如图1和10所示，水力推动式齿轮滚筒过滤组件按如下方式进行组装：第一步：将1号齿轮部件1的滚筒主体支撑杆103放在滚筒主体4的滚筒主体齿轮401轴线处的安装孔内，并轴向穿入同心度校准装置402，与若干个轴承40202转动配合；第二步：将2号齿轮部件2固定在1号齿轮部件1的2号齿轮部件支撑杆101上，且2号齿轮部件齿轮二202与滚筒主体齿轮401周向内侧的啮合齿啮合；第三步：将3号齿轮部件3固定在1号齿轮部件1的3号齿轮部件支撑杆102上，且2号齿轮部件齿轮一201与3号齿轮部件齿轮301啮合；最终形成如图10所示齿轮啮合传递关系。
37.在运行的时候，水泵通过管道将一股股水流冲打在3号齿轮部件的冲击板上，使该部件沿着3号齿轮部件支撑杆102中心进行旋转，3号齿轮部件通过啮合的齿轮带动相连的2号齿轮部件运行，2号齿轮部件固定在1号齿轮部件上。在2号齿轮部件运行的时候会带动滚筒主体运行，通过这种行星齿轮的运行方式，使整个滚筒主体进行旋转。该组件的运行可以根据滚筒过滤器内的自动控制进行运行。每个齿轮相互拟合，安全可靠，运行稳定。
38.本发明的3号齿轮部件齿轮的直径显著小于2号齿轮部件齿轮一201的直径；2号齿轮部件齿轮一201的直径显著大于2号齿轮部件齿轮二202的直径；2号齿轮部件齿轮二202的直径显著小于滚筒主体齿轮401的直径。3号齿轮部件齿轮301的齿数小于2号齿轮部件齿轮一201的齿数；2号齿轮部件齿轮一201的齿数大于2号齿轮部件齿轮二202的齿数；2号齿轮部件齿轮二202的齿数小于滚筒主体齿轮401的齿数。在图1和图10所示的齿轮啮合关系图中，齿轮系的总传动比等于3号齿轮部件齿轮301与2号齿轮部件齿轮一201之间的传动比乘以2号齿轮部件齿轮二202与滚筒主体齿轮401之间的传动比，即如下面的公式所示：，其中z
201
为2号齿轮部件齿轮一201的齿数，z
301
为3号齿轮部件齿轮的齿数，z
401
为滚筒主体齿轮401的齿数，z
202
为2号齿轮部件齿轮二202的齿数。结合附图10所示的传动结构可知，本发明的齿轮系统提高传动比，实现力矩（扭矩）的放大作用，从而降低对驱动冲击板的水流能量要求，也即不需要采用性能指标较高的增压设备提高冲击水流的动能即可驱动本发明的齿轮系统，降低对系统硬件的要求，节省成本。具体的，本发明的一个优选实施例采用齿轮部件1
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3构成的齿轮系将水力扭矩放大6
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8倍。
39.进一步地，本发明还提供一种水力推动式齿轮滚筒过滤系统，所述系统包括进水泵6、冲洗水泵7、出水泵8、液位指示计9、分流器11、污泥槽12、滚筒槽13和由3个齿轮部件与滚筒主体4组成的水力推动式齿轮滚筒过滤组件；进水泵6设置在水塘10的水层内，并与分流器11连通，分流器11通过管道将原水透过圆环形的滤布固定架403的中心的圆孔送入滚筒主体内部；水力推动式齿轮滚筒过滤组件设置在滚筒槽13内，且与滚筒槽13底部间隔设置，并且如图12所示的方式倾斜安装。优选地，过滤组件的滚筒主体的轴线与滚筒槽内的水平面成锐角设置。冲洗水泵7设置在滚筒槽13底部，并通过管道将过滤后的水泵送至滚筒主体4周侧安装的过滤机构上；出水泵8设置在滚筒槽13底部，并通过管道将过滤后的水泵送至二级处理段。进一步地，为了实现过滤机构的自动化清理工作，本发明在滚筒槽内设置有液位指示计9。
40.如图13，本发明的过滤系统的工作原理如下所示：含悬浮固形物的原水或液体进入带溢流口的分流器11内，通过溢流口和管道进入滚筒槽13内的滚筒主体4中进行过滤。分
流器溢流口将多余的待处理的液体溢流回水塘或河道内。出水泵8以恒定的流量将滚筒槽13内的过滤水泵送至下游的二级处理段，经过处理之后最终达标的过滤水排放到原水塘或河道内。保持原水流量始终相同的情况下，当滚筒主体4内的滤出固形物增多时，滚筒主体4上的过滤机构的过滤阻力增大，滤布滤出的滤液逐渐减少。但在出水泵8的排水作用下，滚筒槽13的排出水流量不变，使滚筒槽13内的液位逐渐下降，液位指示计9显示的液位逐渐降低。当液位降低到设定阈值时，冲洗水泵7启动，冲洗水泵7泵送的水流分为两路，一路均匀喷洒至滚筒主体4周侧设置的过滤机构上，一路冲击3号齿轮部件的冲击板302，从而将一股股水流冲打在3号齿轮部件的冲击板上，使该部件按照3号齿轮部件支撑杆102的中心进行旋转，3号齿轮部件带动相连2号齿轮部件运行，2号齿轮部件带动滚筒主体4运行，通过这种行星齿轮的运行方式，使整个滚筒主体4进行旋转。优选的，本发明合理设置齿轮系传动比，使3号齿轮部件每转动一圈就带动滚筒主体4转动 1/6.5圈，实现以较小的水流冲击力带动滚筒主体4转动。通过冲洗水泵7的水压带动滚筒主体4运行，将过滤机构上的堵塞部位从下端逐步转移到最上端，再通过冲洗水进行清洗，清洗水通过内部的导流槽流入污泥槽12内。在水流的冲击力和重力作用下，杂质快速脱离过滤机构，最后达到集中回收的目的。滚筒主体4继续转动，被冲洗干净的过滤机构重新回到过滤位置继续工作，过滤机构的流通量恢复，使通过过滤机构的滤液不断增加，滚筒槽13出水流量不变的情况下，滚筒槽内的液位逐渐上升，液位指示计9显示常规工作液位，则停止冲洗水泵7运行和滚筒主体转动。上述系统投入使用后，无需人工值守，也无需设置复杂的监控设备即可持续工作。
41.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。