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文檔簡介

1、1 1 管網(wǎng)計算的課題管網(wǎng)計算的課題 內(nèi)內(nèi) 容:容:求出所有管道的直徑、水頭損求出所有管道的直徑、水頭損失。失。 重要性:重要性:管道工程的建設(shè)投資占整個給管道工程的建設(shè)投資占整個給水系統(tǒng)總投資的水系統(tǒng)總投資的 6080%,輸配水所需,輸配水所需的動力費用占給水系統(tǒng)運行總費用的的動力費用占給水系統(tǒng)運行總費用的4070%。 給水管網(wǎng)的水力計算給水管網(wǎng)的水力計算2 2 管網(wǎng)圖形及簡化管網(wǎng)圖形及簡化 管網(wǎng)圖形:管網(wǎng)圖形: 管網(wǎng)圖形中每個節(jié)點通過一條或多條管管網(wǎng)圖形中每個節(jié)點通過一條或多條管段和其他節(jié)點相連接。如果舍去后,會破壞段和其他節(jié)點相連接。如果舍去后,會破壞“圖圖”的連續(xù)性的管段,稱為的連續(xù)性

2、的管段,稱為聯(lián)系管段聯(lián)系管段。聯(lián)系管聯(lián)系管段段 節(jié)點:節(jié)點:有集中流量進(jìn)出、管道合并或有集中流量進(jìn)出、管道合并或分叉以及邊界條件發(fā)生變化的地點分叉以及邊界條件發(fā)生變化的地點 管段:管段:兩個相鄰節(jié)點之間的管道兩個相鄰節(jié)點之間的管道 管線:管線:順序相連的若干管段順序相連的若干管段 環(huán):環(huán):起點與終點重合的管線起點與終點重合的管線 基環(huán):基環(huán):不包含其它環(huán)的環(huán)不包含其它環(huán)的環(huán) 大環(huán):大環(huán):包含兩個或兩個以上基環(huán)的環(huán)包含兩個或兩個以上基環(huán)的環(huán)管段管段基環(huán)基環(huán)節(jié)點節(jié)點管線管線大環(huán)大環(huán)管網(wǎng)圖形管網(wǎng)圖形 在保證計算結(jié)果接近實際情況的前提下,為在保證計算結(jié)果接近實際情況的前提下,為方便計算可對管線進(jìn)行適度

3、簡化。方便計算可對管線進(jìn)行適度簡化。 忽略:忽略:管網(wǎng)中主要起聯(lián)絡(luò)作用的管段,由于管網(wǎng)中主要起聯(lián)絡(luò)作用的管段,由于正常運行時流量很小,對水力條件的影響很小,正常運行時流量很小,對水力條件的影響很小,計算時可以忽略。計算時可以忽略。 分解:分解:只有一條管段連接的兩個管網(wǎng)可分解只有一條管段連接的兩個管網(wǎng)可分解成兩個管網(wǎng)進(jìn)行計算;管網(wǎng)末端水流方向確定的成兩個管網(wǎng)進(jìn)行計算;管網(wǎng)末端水流方向確定的部分可分開計算;環(huán)狀網(wǎng)上接出的樹狀網(wǎng)分開計部分可分開計算;環(huán)狀網(wǎng)上接出的樹狀網(wǎng)分開計算。算。 節(jié)點合并:節(jié)點合并:距離很近的兩個節(jié)點計算時可視距離很近的兩個節(jié)點計算時可視為一個節(jié)點。為一個節(jié)點。節(jié)點節(jié)點合并合

4、并分解分解忽略忽略沿線流量:供給沿線流量:供給管段兩側(cè)用戶所管段兩側(cè)用戶所需流量。需流量。傳輸流量:給水傳輸流量:給水管中流向下一管管中流向下一管段,沒有在本管段,沒有在本管段被用戶取用的段被用戶取用的流量。流量。集中流量:給水集中流量:給水管網(wǎng)中大用戶的管網(wǎng)中大用戶的用水量用水量3 3 沿線流量和節(jié)點流量沿線流量和節(jié)點流量比流量:將扣除了集比流量:將扣除了集中流量后的用水量,中流量后的用水量,均勻分布在干管(用均勻分布在干管(用水面積)上,所得到水面積)上,所得到的單位長度(面積)的單位長度(面積)上的流量,分別稱為上的流量,分別稱為長度比流量和面積比長度比流量和面積比流量。流量。為簡化計算

5、,假定用為簡化計算,假定用水量均勻分布,并且水量均勻分布,并且用戶從管道節(jié)點處取用戶從管道節(jié)點處取水。水。設(shè)計流量分配與管徑設(shè)計設(shè)計流量分配與管徑設(shè)計節(jié)點流量分配計算節(jié)點流量分配計算公園公園街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊 沿線流量:沿線流量:干管有效長度與比流量的干管有效長度與比流量的乘積。乘積。(2)面積比流量 假定沿線流量均勻分布在整個供水面積上。管線單位面積上的配水流量,稱為面積比流量,記作qmb。2、節(jié)點流量 (1)、沿線流量為什么要轉(zhuǎn)化為節(jié)點流量 由于管段沿線向外配水,所以沿著水流方向管段中的流量是減少由于管段沿線向外配水,所以沿著水流方向管段中的流

6、量是減少的,根據(jù)管徑是由流量來決定的,所以管徑也應(yīng)該是逐漸減小的。理的,根據(jù)管徑是由流量來決定的,所以管徑也應(yīng)該是逐漸減小的。理論上最經(jīng)濟的管段應(yīng)該是喇叭口形狀或者是階梯形狀的如下圖所示:論上最經(jīng)濟的管段應(yīng)該是喇叭口形狀或者是階梯形狀的如下圖所示: 但是,實際的管段并沒有喇叭口形狀的,管徑也是不連續(xù)的,所以,但是,實際的管段并沒有喇叭口形狀的,管徑也是不連續(xù)的,所以,仔細(xì)去計算每一個沿線流出去的流量已經(jīng)沒有實際意義了。沿線流量只仔細(xì)去計算每一個沿線流出去的流量已經(jīng)沒有實際意義了。沿線流量只有當(dāng)其累積到一定量,足以引起管徑變化的時候計算起來才有實際意義。有當(dāng)其累積到一定量,足以引起管徑變化的時候

7、計算起來才有實際意義。這樣,就可以不考慮實際沿線配水的情況,而把一定長度管段上的沿線這樣,就可以不考慮實際沿線配水的情況,而把一定長度管段上的沿線流量用一個等效的流量來代替,即節(jié)點流量。流量用一個等效的流量來代替,即節(jié)點流量。 節(jié)點流量:節(jié)點流量:沿線流量只有概念上的意沿線流量只有概念上的意義,在水力計算時應(yīng)將沿線流量按適當(dāng)比義,在水力計算時應(yīng)將沿線流量按適當(dāng)比例分配到兩各節(jié)點例分配到兩各節(jié)點,成為節(jié)點流量。成為節(jié)點流量。qy+qttqyq1-()qy節(jié)點流量節(jié)點流量:從沿線流量計算得出的并且假設(shè)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。是在節(jié)點集中流出的流量。按照水力等效的原則,按

8、照水力等效的原則,將沿線流量一分為二,將沿線流量一分為二,分別加在管段兩端的節(jié)點上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;集中流量可以直接加在所處的節(jié)點上;yiqq5 . 0居住區(qū)居住區(qū)居住區(qū)綠地居住區(qū)工廠工廠居住區(qū)Q = 2 6 0 L / s1 7 . 5 02 7 . 0 56 0 05 7 . 56 2 . 2 83 0 . 2 27 . 9 58008008006 0 06 0 06 0 034216575 7 . 5500)( 4400 500600 8003600)600(6000.5 5 . 05 . 0 5 . 0 5176645321433251mLLL

9、LLLLLL+-msllqQqicb-/ 0.031824400120260 3沿線流量:)/( sllqqicby管段編號管段計算總長度 (m) 比 流 量 (L/s.m) 沿 線 流 量 (L/s) 1-2 2-3 3-4 1-5 3-5 4-6 5-6 6-7 800 0.5600=300 0.5600=300 0.5600=300 800 800 600 500 0.03182 25.45 9.55 9.55 9.55 25.45 25.45 19.09 15.91 合 計 4400 140.004節(jié)點流量計算:)/( q5 . 0Q jzslqyjd+各各 管管 段段 節(jié)節(jié) 點點 流

10、流 量量 計計 算算節(jié)點節(jié)點連的管段節(jié) 點 流 量(L/s)集 中 流 量(L/s)節(jié)點總流量 (L/s)12345671-2 , 1-5 1-2 , 2-32-3 , 3-4 , 3-53-4 , 4-61-5 , 3-5 , 5-64-6 , 5-6 , 7-66-70.5(25.45+9.55)=17.500.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+9.55+25.45)=22.280.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+25.45+19.09)=27.050.5(25.45+19.09+15.91)=30.220.5(15.91)=7.95 4040

11、 40 40 17.50 57.50 62.28 57.50 27.05 30.22 7.95合計140.0120.0260.0求比流量、沿線流量、節(jié)點流量求比流量、沿線流量、節(jié)點流量題:某城鎮(zhèn)最高時用水量為題:某城鎮(zhèn)最高時用水量為Q=300L/s,其中工,其中工業(yè)用水量業(yè)用水量q=90L/s,集中從節(jié)點,集中從節(jié)點4取出。干管取出。干管各管段長度各管段長度(m)如圖所示。管段如圖所示。管段4-5、1-2、2-3為單側(cè)配水,其余為雙側(cè)配水,則管網(wǎng)比流量為單側(cè)配水,其余為雙側(cè)配水,則管網(wǎng)比流量qs為(),節(jié)點為(),節(jié)點4的節(jié)點流量的節(jié)點流量q4為(為( )。)。 45612800m800m80

12、0m600m800mQ=300L/s3400m7600m600m 管段管段4-5,1-2,2-3為單側(cè)配水,計算長度取實際長度的為單側(cè)配水,計算長度取實際長度的一半;其余管段為雙側(cè)配水,計算長度以實際長度計算。管一半;其余管段為雙側(cè)配水,計算長度以實際長度計算。管網(wǎng)總計算長度:網(wǎng)總計算長度: 由管網(wǎng)總用水量求得比流量:由管網(wǎng)總用水量求得比流量: 沿線流量:沿線流量:ql1-4=qsl1-4=0.05600=30(L/s);ql4-5=qsl4-5=0.05400=20(L/s)節(jié)點流量折算系數(shù)取節(jié)點流量折算系數(shù)取0.5,從而求得節(jié)點流量:,從而求得節(jié)點流量:q4=0.5(30+20)+90=1

13、15(L/s) )(42004008003600380021m + + + + + 45612800m800m800m600m800mQ=300L/s3400m7600m600m(4)(4)管段設(shè)計流量分配與初擬管徑管段設(shè)計流量分配與初擬管徑管段設(shè)計流量分配管段設(shè)計流量分配泵站泵站563856106273545286142733341217726234775二級泵站5443554QQqQq+-11854332QQQQQq+-2134567891011b. b. 環(huán)狀網(wǎng)環(huán)狀網(wǎng) 環(huán)狀管網(wǎng)滿足連續(xù)性條件的流量分配方環(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。案可以有無數(shù)多種。 1510131

14、218161714197612527148581912335913460249511135730102498管段直徑設(shè)計管段直徑設(shè)計管徑和設(shè)計流量的關(guān)系:管徑和設(shè)計流量的關(guān)系:D管段直徑,管段直徑,m; q 管段流量,管段流量,m3/s; v 流速,流速,m/s; A 水管斷面積,水管斷面積,m3。確定管徑必須先選定設(shè)計流速。確定管徑必須先選定設(shè)計流速。vqDvDAvq442設(shè)計流速的確定設(shè)計流速的確定技術(shù)上:技術(shù)上:為防止水錘現(xiàn)象,為防止水錘現(xiàn)象,Vmax0.6m/s。 經(jīng)濟上:經(jīng)濟上:設(shè)計流速小,管徑大,管網(wǎng)造價增加;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

15、。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。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。用之和最小。水錘水錘是在突然是在突然停電停電或者在或者在閥門閥門關(guān)閉太快時關(guān)閉太快時, ,由于壓力水流的由于壓力水流的慣性慣性, ,產(chǎn)生水流產(chǎn)生水流沖擊波沖擊波, ,就象就象錘子錘子敲打一樣敲打一樣, ,所所以叫水錘。以叫水錘。管徑管徑 (mm)平均經(jīng)濟流速平均經(jīng)濟流速 (m/s)D=100400 D4000.60.9 0.91.4一定年限一定年限T T年內(nèi)管網(wǎng)造

16、價和管理費用(主要是電費)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,稱為之和為最小的流速,稱為經(jīng)濟流速經(jīng)濟流速。經(jīng)濟流速和經(jīng)濟管徑和當(dāng)?shù)氐墓懿膬r格、管線施工費經(jīng)濟流速和經(jīng)濟管徑和當(dāng)?shù)氐墓懿膬r格、管線施工費用、電價等有關(guān)。用、電價等有關(guān)。條件不具備時,可參考:條件不具備時,可參考:在使用各地區(qū)提供的經(jīng)濟流速或按平均經(jīng)濟流速確定管網(wǎng)管在使用各地區(qū)提供的經(jīng)濟流速或按平均經(jīng)濟流速確定管網(wǎng)管徑時,需考慮以下原則:徑時,需考慮以下原則:1)一般大管徑可取較大的經(jīng)濟流速,小管徑可取較小的經(jīng))一般大管徑可取較大的經(jīng)濟流速,小管徑可取較小的經(jīng)濟流速;濟流速;2)連接管屬于管網(wǎng)的構(gòu)造管,應(yīng)注重安全可靠

17、性,其管徑)連接管屬于管網(wǎng)的構(gòu)造管,應(yīng)注重安全可靠性,其管徑應(yīng)由管網(wǎng)構(gòu)造來確定,即按與它連接的次要干管管徑相當(dāng)或應(yīng)由管網(wǎng)構(gòu)造來確定,即按與它連接的次要干管管徑相當(dāng)或小一號確定;小一號確定;3)一般對于管網(wǎng)起端的大口徑管道可按略高于平均經(jīng)濟流)一般對于管網(wǎng)起端的大口徑管道可按略高于平均經(jīng)濟流速來確定管徑,對于管網(wǎng)末端較小口徑的管道,可按略低于速來確定管徑,對于管網(wǎng)末端較小口徑的管道,可按略低于平均經(jīng)濟流速確定管徑,平均經(jīng)濟流速確定管徑,4)管線造價(含管材價格、施工費用等)較高而電價相對)管線造價(含管材價格、施工費用等)較高而電價相對較低時,取較大的經(jīng)濟流速,反之取較小的經(jīng)濟流速。較低時,取較

18、大的經(jīng)濟流速,反之取較小的經(jīng)濟流速。 某城市供水區(qū)用水人口某城市供水區(qū)用水人口5 5萬人,最高日用萬人,最高日用水量定水量定額為額為150150/(/(人人) ),要求最小服務(wù)水頭為,要求最小服務(wù)水頭為1616。節(jié)點接某工廠,工業(yè)用水量為節(jié)點接某工廠,工業(yè)用水量為4004003 3/ /,兩班,兩班制,均勻使用。城市地制,均勻使用。城市地形平坦,地面標(biāo)高為形平坦,地面標(biāo)高為5.OO5.OO。進(jìn)行干管及支管水力計算(求比流量、沿線流量、進(jìn)行干管及支管水力計算(求比流量、沿線流量、節(jié)點流量、節(jié)點流量、管徑及水頭損失管徑及水頭損失。)。)水泵水泵水塔水塔01234856725045030060023

19、0190205650150枝狀網(wǎng)水力計算枝狀網(wǎng)水力計算1 1總用水量總用水量 設(shè)計最高日生活用水量:設(shè)計最高日生活用水量: 50000500000.150.157500m7500m3 3/d/d86.81L/s 86.81L/s 工業(yè)用水量:工業(yè)用水量: 400400161625m25m3 3/h/h6.94L/s 6.94L/s 總水量為:總水量為: QQ86.8186.816.946.9493.75L/s 93.75L/s 2 2管線總長度:管線總長度:LL2425m2425m,其中水塔,其中水塔到節(jié)點到節(jié)點0 0的管段兩側(cè)無用戶不計入。的管段兩側(cè)無用戶不計入。 3 3比流量:比流量: (

20、93.75(93.756.94)6.94)242524250.0358L/s0.0358L/s4 4沿線流量:沿線流量:管段管段管段長度(管段長度(m)沿線流量(沿線流量(L/s)01 12 23 14 48 45 56 67300 150 250 450 650 230 190 2053000.035810.74 1500.03585.37 2500.03588.95 4500.035816.11 6500.035823.27 2300.03588.23 1900.03586.80 2050.03587.34合計合計242586.815 5節(jié)點流量:節(jié)點流量:節(jié)點節(jié)點節(jié)點流量(節(jié)點流量(L/

21、s)0 1 2 3 4 5 6 7 80.510.745.37 0.5(10.74+5.37+16.11)16.11 0.5(5.37+8.95) 7.16 0.58.954.48 0.5(16.11+23.27+8.23)23.80 0.5(8.23+6.80)7.52 0.5(6.80+7.34)7.07 0.57.343.67 0.523.2711.63合計合計86.8193.7593.7588.3888.3860.6360.6311.6311.634.484.4811.6411.643.673.6710.7410.7418.2618.26水泵水泵水塔水塔0 01 12 23 34 48

22、 85 56 67 72502504504503003006006002302301901902052056506501501503.673.6711.6311.634.484.487.167.1623.80+6.9423.80+6.947.077.077.527.5216.1116.115.375.376 6干管水力計算:干管水力計算:管段管段流量流量(L/s)流速流速(m/s)管徑管徑(mm)水頭損失水頭損失(m)水塔水塔0 01 14 4893.75 88.38 60.63 11.630.75 0.70 0.86 0.66400 400 300 1001.27 0.56 1.75 3.9

23、5 h7.53 選定節(jié)點選定節(jié)點8 8為控制點,按經(jīng)濟流速確定為控制點,按經(jīng)濟流速確定管徑管徑(可以先確定管徑,核算流速是否在(可以先確定管徑,核算流速是否在經(jīng)濟流速范圍內(nèi))。經(jīng)濟流速范圍內(nèi))。7 7支管水力計算:支管水力計算:管段管段流量流量(L/s)管徑管徑(mm)水頭損失水頭損失(m)12 23 45 56 6711.64 4.48 18.26 10.74 3.67150 100 200150 1000.932.07 0.77 1.19 1.19(1 1)管網(wǎng)定線)管網(wǎng)定線(2 2)計算干管的總長度)計算干管的總長度(3 3)計算干管的比流量)計算干管的比流量(4 4)計算干管的沿線流量

24、)計算干管的沿線流量(5 5)計算干管的節(jié)點流量)計算干管的節(jié)點流量(6 6)定出各管段的計算流量)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環(huán)狀網(wǎng):根據(jù)一定原則先人為擬定lqQqs-lqqslltqq5 . 0總結(jié):給水管網(wǎng)設(shè)計和計算的步驟總結(jié):給水管網(wǎng)設(shè)計和計算的步驟(7)根據(jù)計算流量和經(jīng)濟流速,選取各管段的管徑)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)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)確定控制點,根據(jù)管道壓降求出各節(jié)點水

25、頭和自由水壓。自由水壓。環(huán)狀管網(wǎng)計算的理論和步驟環(huán)狀管網(wǎng)計算的理論和步驟環(huán)狀管網(wǎng)計算的基本水力條件環(huán)狀管網(wǎng)計算的基本水力條件(1 1)節(jié)點流量平衡條件節(jié)點流量平衡條件 流入某節(jié)點的流量等于流離該節(jié)點的流量,流入為流入某節(jié)點的流量等于流離該節(jié)點的流量,流入為,流離為,流離為 (2 2)閉合環(huán)路內(nèi)水頭損失平衡條件閉合環(huán)路內(nèi)水頭損失平衡條件 環(huán)狀網(wǎng)水力計算環(huán)狀網(wǎng)水力計算環(huán)狀管網(wǎng)任一閉合環(huán)路內(nèi),水流為順時針環(huán)狀管網(wǎng)任一閉合環(huán)路內(nèi),水流為順時針方向的各管段水頭損失之和應(yīng)等于水流為方向的各管段水頭損失之和應(yīng)等于水流為逆時針方向的各管段水頭損失之和。逆時針方向的各管段水頭損失之和。若規(guī)定順時針方向的各管段水

26、頭損失為正,若規(guī)定順時針方向的各管段水頭損失為正,逆時針為負(fù),則在任一閉合環(huán)路內(nèi)各管段逆時針為負(fù),則在任一閉合環(huán)路內(nèi)各管段水頭損失的代數(shù)和等于零,即:水頭損失的代數(shù)和等于零,即: 0hij041211+-qqQ02414141254545425252522212121-+-qLAqLAqLAqLA連續(xù)性方程:連續(xù)性方程:Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3Q Q4 4Q Q5 5Q Q6 621-q32-q63-q52-q41-q54-q65-q能量方程:能量方程:4 45 56 63 32 21 105232212+-qqqQ063323+-qqQ054414+-qqQ06554525-qq

27、qQ02323232252525226565652636363-+-qLAqLAqLAqLA環(huán)狀管網(wǎng)平差的基本知識環(huán)狀管網(wǎng)平差的基本知識管網(wǎng)流量預(yù)分配時,不一定滿足能量方程。須求管網(wǎng)流量預(yù)分配時,不一定滿足能量方程。須求出各管段的真實流量和水頭損失出各管段的真實流量和水頭損失閉合差閉合差 若閉合環(huán)路內(nèi)順、逆時針兩個水流方向的管段若閉合環(huán)路內(nèi)順、逆時針兩個水流方向的管段水頭損失不相等,其差值為環(huán)路閉合差。記作水頭損失不相等,其差值為環(huán)路閉合差。記作h h。符號意義符號意義 若閉合差為正,即若閉合差為正,即 h h0 0,說明水流順時針,說明水流順時針方向的各管段中所分配的流量大于實際流量值,方向

28、的各管段中所分配的流量大于實際流量值,而水流為逆時針方向各管段中所分配的流量小于而水流為逆時針方向各管段中所分配的流量小于實際流量值。實際流量值。管網(wǎng)平差管網(wǎng)平差 消除管網(wǎng)閉合差而進(jìn)行的流量調(diào)整計算的過程。消除管網(wǎng)閉合差而進(jìn)行的流量調(diào)整計算的過程。調(diào)整方法調(diào)整方法 引入校正流量引入校正流量 q q,即流量偏大的各管段中減去,即流量偏大的各管段中減去一些流量,加在流量偏小的各管段中,且仍要滿一些流量,加在流量偏小的各管段中,且仍要滿足兩個條件。足兩個條件。平差精度平差精度 電算時:電算時: h h 0.010.05m 0.010.05m;手算時:手算時: 基環(huán)閉合差基環(huán)閉合差 h h 0.5m 0.5m,大環(huán),大環(huán)閉合差閉合差 h h 1.01.5m. 1.01.5m.環(huán)狀管網(wǎng)平差方法環(huán)狀管網(wǎng)

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