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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告學(xué)生姓名: 董超 學(xué) 號: 1201100508 所在學(xué)院: 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 專 業(yè): 過程裝備與控制工程 設(shè)計(jì)(論文)題目: 雙級雙排出石墨泵設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師: 邵春雷 2013 2014 年 3 月 19 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文)開 題 報(bào) 告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題情況,根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料,每人撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述:文 獻(xiàn) 綜 述1.離心泵分類及主要部件泵是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成抽送液體能量的機(jī)器。原動(dòng)機(jī)通過泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn),對液體做功,使其能量增加,從而使需要數(shù)量的液體,由吸水池經(jīng)泵的過流部件輸送到要求的高處或要求壓力的地方。離心泵在工作時(shí),
2、依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪,液體在慣性離心力作用下獲得了能量以提高了壓強(qiáng)。離心泵在工作前,泵體和進(jìn)口管線必須罐滿液體介質(zhì),防止氣蝕現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)葉輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),葉片促使介質(zhì)很快旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)著的介質(zhì)在離心力的作用下從葉輪中飛出,泵內(nèi)的水被拋出后,葉輪的中心部分形成真空區(qū)域。一面不斷地吸入液體,一面又不斷地給予吸入的液體一定的能量,將液體排出。離心泵便如此連續(xù)不斷地工作。 1.1離心泵的分類按參考文獻(xiàn)1,可以將離心泵進(jìn)行一下分類:一、按工作葉輪數(shù)目來分類1、單級泵:即在泵軸上只有一個(gè)葉輪。如圖1-1所示。圖1-1 單級單吸懸臂式離心泵1-泵體;2-泵蓋;3-葉輪;4-軸;5-葉輪螺母;6-制動(dòng)墊圈;7-軸套;
3、8-填料壓蓋;9-填料環(huán);10-填料;11-懸架軸承部件2、多級泵:即在泵軸上有兩個(gè)或兩個(gè)以上的葉輪,這時(shí)泵的總揚(yáng)程為n個(gè)葉輪產(chǎn)的揚(yáng)程之和。如圖1-2所示。圖1-2 多級離心泵1-泵軸;2-軸套螺母;3-軸承蓋;4-軸承襯套甲;5-單列向心球軸承;6-軸承體;7-軸套甲;8-填料壓蓋;9-填料環(huán);10-進(jìn)水段;11-葉輪;12-密封環(huán);13-中段;14-出水段;15-平衡環(huán);16-平衡盤;17-尾蓋;18-軸套乙;19-軸承襯套乙;20-圓螺母二、作壓力來分類1、低壓泵閥:壓力低于100米水柱;2、中壓泵:壓力在100650米水柱之間;3、高壓泵:壓力高于650米水柱。三、按葉輪進(jìn)水方式來分類
4、1、單側(cè)進(jìn)水式泵:又叫單吸泵,即葉輪上只有一個(gè)進(jìn)水口。如圖1-1所示。2、雙側(cè)進(jìn)水式泵:又叫雙吸泵,即葉輪兩側(cè)都有一個(gè)進(jìn)水口。它的流量比單吸式泵大一倍,可以近似看作是二個(gè)單吸泵葉輪背靠背地放在了一起。如圖1-3所示。四、按泵殼結(jié)合縫形式來分類1、水平中開式泵:即在通過軸心線的水平面上開有結(jié)合縫。2、垂直結(jié)合面泵:即結(jié)合面與軸心線相垂直。圖1-3 單級雙吸離心泵1-泵體;2-泵蓋;3-葉輪;4-泵軸;5-密封環(huán);6-軸套;7-填料擋套;8-填料;9-填料環(huán);10-水封管;11-填料壓蓋;12-軸套螺母;13-固定螺栓;14-軸承架;15-軸承體;16-單列向心球軸承;17-圓螺母;18-軸承器;
5、19-軸承擋套;20-軸承蓋;21-雙頭螺栓;21-鍵五、按泵軸位置來分類1、臥式泵:泵軸位于水平位置。2、立式泵:泵軸位于垂直位置。六、按葉輪出來的水引向壓出室的方式分類1、蝸殼泵:水從葉輪出來后,直接進(jìn)入具有螺旋線形狀的泵殼。2、導(dǎo)葉泵:水從葉輪出來后,進(jìn)入它外面設(shè)置的導(dǎo)葉,之后進(jìn)入下一級或流入出口管。1.2離心泵的主要部件離心泵的品種很多,各種類型泵的結(jié)構(gòu)雖然不同,但主要零部件基本相同(如圖1-1、圖1-2、圖1-3)。主要零部件有泵殼、泵蓋、泵體、葉輪、密封環(huán)、泵軸、機(jī)封或填料函、聯(lián)軸器、軸承等2。1.2.1離心泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是指離心泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部分,它包括葉輪、泵軸、軸套、軸承等零件;1、
6、葉輪葉輪是離心泵的做功零件,依靠它高速旋轉(zhuǎn)對液體做功而實(shí)現(xiàn)液體的輸送,是離心泵重要零件一。 葉輪一般由輪毅、葉片和蓋板三部分組成。葉輪的蓋板有前蓋板和后蓋板之分,葉輪口側(cè)的蓋板稱為前蓋板,另一側(cè)的蓋板稱為后蓋板。按結(jié)構(gòu)形式,葉輪可分為以下三種。(1)閉式葉輪葉輪的兩側(cè)均有蓋板,蓋板間有46個(gè)葉片,如圖14(a)所示。閉式葉輪效率較高,應(yīng)用最廣,適用于輸送不含固體顆粒及纖維的清潔液體。閉式葉輪有單吸和雙吸兩種類型。雙吸葉輪如圖111所示,適用于大流量泵,其抗汽蝕性能較好。如圖14(b)。這種葉輪結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,但效率低,適用輸送含較多固體懸浮物或帶纖維體。(2)半開式葉輪這種葉輪只有后蓋板,
7、如圖14(c)所示。它適用于輸送易于沉淀或含固體懸浮物的液體,其效率介于開式和閉式葉輪之間。離心泵葉輪的葉片有圓柱形葉片和組曲葉片兩種。圓柱形葉片是指整個(gè)葉片沿寬度方向均與葉輪軸線平行,圖1-4所示的葉輪葉片均為圓柱形葉片。 (a)閉式;(b)半閉式;(c)開式 圖1-5 雙級葉輪 圖1-4 離心泵的葉輪二、泵軸離心泵的泵軸的主要作用是傳遞動(dòng)力,支承葉輪保持在工作位置正常運(yùn)轉(zhuǎn)。一端通過聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸相連,另一端支承著葉輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),軸上裝有軸承、軸向密封等零部件3。泵軸屬階梯軸類零件,一般情況下為一整體。但在防腐泵中,由于不銹鋼的價(jià)格較高,有時(shí)采用組合件。接觸介質(zhì)的部分用不銹鋼,安裝軸承及聯(lián)
8、軸器的部分用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,不銹鋼與碳鋼之間可以采用承插連接或過盈配合連接。由于泵軸用于傳遞動(dòng)力,且高速旋轉(zhuǎn),在輸送清水等無腐蝕性介質(zhì)的泵中,一般用45#鋼制造,并且進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。在輸送鹽溶液等弱腐蝕性介質(zhì)的泵中,泵軸材料用40Cr,且調(diào)質(zhì)處理。在防腐蝕泵中,即輸送酸、堿等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的泵中,泵軸材質(zhì)一般為1Crl8Ni9或1Crl8Ni9Ti等不銹鋼。圖1-6 泵軸三、軸套軸套的作用是保護(hù)泵軸,使填料與泵軸的摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)樘盍吓c軸套的摩擦,所以軸套是離心泵的易磨損件4。軸套表面一般也可以進(jìn)行滲碳、滲氮、鍍鉻、噴涂等處理方法,表面粗糙造度要求一般要達(dá)到Ra3.2mRa0.8m??梢越档湍Σ料禂?shù),提
9、高使用壽命。 圖1-7 軸套 圖1-8 軸承四、軸承軸承起支承轉(zhuǎn)子重量和承受力的作用。離心泵上多使用滾動(dòng)軸承,其外圈與軸承座孔采用基軸制,內(nèi)圈與轉(zhuǎn)軸采用基孔制,配合類別國家標(biāo)準(zhǔn)有推薦值,可按具體情況選用。軸承一般用潤滑脂和潤滑油潤滑5。1.2.2蝸殼和導(dǎo)輪蝸殼與導(dǎo)輪的作用,一是匯集葉輪出口處的液體,引入到下一級葉輪入口或泵的出口;二是將葉輪出口的高速液體的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。一般單級和中開式多級泵常設(shè)置蝸殼,分段式多級泵則采用導(dǎo)輪6。一、蝸殼蝸殼是指葉輪出口到下一級葉輪入口或到泵的出口管之間截面積逐漸增大的螺旋形流道,如圖19所示。其流道逐漸擴(kuò)大,出口為擴(kuò)散管狀。液體從葉輪流出后,其流速可以
10、平緩地降低,使很大一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能7。 圖1-9 蝸殼 圖1-10 導(dǎo)輪二、導(dǎo)輪導(dǎo)輪是一個(gè)固定不動(dòng)的圓盤,正面有包在葉輪外緣的正向?qū)~,這些導(dǎo)葉構(gòu)成了一條條擴(kuò)散形流道,背面有將液體引向下一級葉輪人口的反向?qū)~,其結(jié)構(gòu)如圖1-10所示8。液體從葉輪甩出后,平緩地進(jìn)入導(dǎo)輪,沿著正向?qū)~繼續(xù)向外流動(dòng),速度逐漸降低,動(dòng)能大部分轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能。液體經(jīng)導(dǎo)輪背面的反向?qū)~被引入下一級葉輪導(dǎo)輪上的導(dǎo)葉數(shù)一般為48片,導(dǎo)葉的入口角一般為8°一16°,葉輪與導(dǎo)葉間的徑向單側(cè)間隙約為lmm。若間隙過大,效率會(huì)降低;間隙過小,則會(huì)引起振動(dòng)和噪聲。與蝸殼相比,采用導(dǎo)輪的分段式多級離心泵的泵殼容易
11、制造,轉(zhuǎn)能的效率也較高。但安裝檢修較蝸殼困難9。另外,當(dāng)工況偏離設(shè)計(jì)工況時(shí),液體流出葉輪時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡與導(dǎo)葉形狀不一致,使其產(chǎn)生較大的沖擊損失10。由于導(dǎo)輪的幾何形狀較為復(fù)雜,所以一般用鑄鐵鑄造而成。1.2.3密封環(huán)從葉輪流出的高壓液體通過旋轉(zhuǎn)的葉輪與固定的泵殼之間的間隙又回到葉輪的吸入口,稱為內(nèi)泄漏,如圖111所示。為了減少內(nèi)泄漏,保護(hù)泵殼,在與葉輪入口處相對應(yīng)的殼體上裝有可拆換的密封環(huán)11。密封環(huán)的結(jié)構(gòu)形式有三種,如圖112所示。圖112(a)為平環(huán)式,結(jié)構(gòu)簡單,制造方便12。但密封效果差;圖l12(b)為直角式的密封環(huán),液體泄漏時(shí)通過一個(gè)90°的通道,密封效果比平環(huán)式好,應(yīng)用廣泛
12、;圖112(c)為迷宮式密封環(huán),密封效果好,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造困難,一般離心泵中很少采用。密封環(huán)內(nèi)孔與葉輪外圓處的徑向間隙一般在0.10.2mm之間13。 圖1-11 (a)平環(huán)式 (b)直角式 (c)迷宮式 泵內(nèi)液體的泄露這是什么意思?把圖和圖題放到同一頁中。 圖1-12 密封環(huán)形式1.2.4周向密封裝置從葉輪流出的高壓液體,經(jīng)過葉輪背面,沿著泵軸和泵殼的間隙流向泵外,稱為外泄漏14。在旋轉(zhuǎn)的泵軸和靜止的泵殼之間的密封裝置稱為軸封裝置3。它可以防止和減少外泄漏,提高泵的效率,同時(shí)還可以防止空氣吸入泵內(nèi),保證泵的正常運(yùn)行。特別在輸送易燃、易爆和有毒液體時(shí),軸封裝置的密封可靠性是保證離心泵安全運(yùn)行
13、的重要條件。常用的軸封裝置有填料密封和機(jī)械密封兩種。1、 填料密封料密封指依靠填料和軸(軸套)的外圓表面接觸來實(shí)現(xiàn)密封的裝置。它由填料箱(又稱填料函)、填料、液封環(huán)、填料壓蓋和雙頭螺栓等組成,如圖1-13所示。液封環(huán)安裝時(shí)必須對準(zhǔn)填料函上的入液口,通過液封管與泵的出液管相通,引入壓力液體形成液封,并冷卻潤滑填料15。填料密封是通過填料壓蓋壓緊填料,使填料發(fā)生變形,并和軸(或軸套)的外圓表面接觸,防止液體外流和空氣吸入泵內(nèi)。低壓離心泵輸送溫度小于40時(shí),常用石墨填料或黃油滲透的棉織填料;輸送溫度小于250、壓力小于18MPa的液體時(shí),用石墨浸透的石棉填料;輸送溫度小于400、允許工作壓力為25M
14、Pa的石油產(chǎn)品時(shí),用金屬箔包石棉芯子填料17。 圖1-13 填料密封裝置 圖1-14 機(jī)械密封裝置 1-軸;2-壓蓋;3-填料;4-填料箱; l-緊定螺釘;2-彈簧座;3-彈簧;4-推環(huán); 5-液封環(huán);6-引液管 5-動(dòng)環(huán)密封圈;6-動(dòng)環(huán);7-靜環(huán); 8-靜環(huán)密封圈;9-防轉(zhuǎn)銷2、 機(jī)械密封填料密封的密封性能差,不適用于高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速、強(qiáng)腐蝕等惡劣的工作條件。機(jī)械密封裝置具有密封性能好,尺寸緊湊,使用壽命長,功率消耗小等優(yōu)點(diǎn),近年來在化工生產(chǎn)中得到了廣泛的使用3。結(jié)構(gòu)及工作原理依靠靜環(huán)與動(dòng)環(huán)的端面相互貼合,并作相對轉(zhuǎn)動(dòng)而構(gòu)成的密封裝置,稱為機(jī)械密封,又稱端面密封。其結(jié)構(gòu)如圖1-14所示。緊
15、定螺釘1,將彈簧座2固定在軸上,彈簧座2、彈簧3、推環(huán)4、動(dòng)環(huán)6和動(dòng)環(huán)密封圈5均隨軸轉(zhuǎn)動(dòng),6靜環(huán)7、靜環(huán)密封圈8裝在壓蓋上,并由防轉(zhuǎn)銷9固定,靜止不動(dòng)。動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、動(dòng)環(huán)密封圈和彈簧是機(jī)械密封的主要元件。而動(dòng)環(huán)隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)并與靜環(huán)緊密貼合是保證機(jī)械密封達(dá)到良好效果的關(guān)鍵18。2離心泵的水利設(shè)計(jì)2.1離心泵的水利設(shè)計(jì)要解決的問題及設(shè)計(jì)參數(shù)1、 離心泵的水利設(shè)計(jì)要解決三方面的問題:1) 過流部件的主要參數(shù),以及部件各部分的最佳比例。2) 流型設(shè)計(jì),選定在水力設(shè)計(jì)過程中所選定的過流部件的流動(dòng)規(guī)律。3) 葉輪葉片及流道的型線設(shè)計(jì),提供過流部件的加工木模圖19。2、 離心泵的主要設(shè)計(jì)參數(shù)據(jù)文獻(xiàn)1、2和9,離心
16、泵的設(shè)計(jì)需要提供的原始數(shù)據(jù)有水泵葉輪流量QT,揚(yáng)程H,所提供的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n,裝置空化余量NPSHa或吸入高度Ha,效率,介質(zhì)的性質(zhì),對性能曲線的特殊要求等。然后根據(jù)這些原始數(shù)據(jù)確定泵進(jìn)出口流道的直徑,泵的轉(zhuǎn)速。最后根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出空化比轉(zhuǎn)速C,比轉(zhuǎn)速ns,泵的效率等。2.2離心泵的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法據(jù)參考文獻(xiàn)1,到目前為止,工程上傳統(tǒng)實(shí)用的離心泵水力設(shè)計(jì)方法主要有:模型換算法,速度系數(shù)法,變形設(shè)計(jì)法,面積比原理,自由旋渦理論等。本文采用速度系數(shù)法對離心泵進(jìn)行水力設(shè)計(jì),速度系數(shù)法又稱設(shè)計(jì)系數(shù)法,其實(shí)質(zhì)也是一種相似設(shè)計(jì)法,所不同的是模型換算法是以一臺(tái)模型泵為基礎(chǔ)。據(jù)參考文獻(xiàn)14,我們可
17、以將近年來對泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)歸納為以下幾種:1. 加大流量設(shè)計(jì)方法加大流量設(shè)計(jì)法的指導(dǎo)思想是,對給定的設(shè)計(jì)流量和比速進(jìn)行放大,用放大了的流量和比速來設(shè)計(jì)一臺(tái)較大的泵。根據(jù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)20,對于中、低比速離心泵ns越高,越高;Q越大,也越高。在低比速和小流量的范圍內(nèi),隨比速和流量的增加迅速提高。且較大的泵的曲線基本上包絡(luò)了較小泵的線,因此不僅提高了最高效率和設(shè)計(jì)點(diǎn)效率,還提高了整個(gè)使用范圍內(nèi)的平均效率。2. 無過載理論與設(shè)計(jì)方法無過載離心泵是指,能在關(guān)死揚(yáng)程到零揚(yáng)程范圍內(nèi)任何工況點(diǎn)運(yùn)行,都不會(huì)發(fā)生過載或因過載而燒壞原動(dòng)機(jī)的離心泵。離心泵的軸功率曲線隨流量增加而不斷上升,而且比速越低,軸功率曲線隨流量增加
18、上升越快21。這種軸功率特性使離心泵在大流量、低揚(yáng)程工況運(yùn)行時(shí)易過載甚至燒壞原動(dòng)機(jī)。一般工業(yè)用泵均在特定的管路系統(tǒng)中工作,運(yùn)轉(zhuǎn)工況均有所保證,基本沒有過載問題。而農(nóng)用泵和工程用泵的運(yùn)行工況多變,且管路上沒有流量調(diào)節(jié)閥,故運(yùn)行時(shí)極易出現(xiàn)過載。因?yàn)榈捅人俦靡话阍谧罡咝庶c(diǎn)的流量的右側(cè)達(dá)到最大軸功率值,根據(jù)該工況來確定原動(dòng)機(jī)的配套功率顯然是不合理的,因此希望最大軸功率位置盡可能接近設(shè)計(jì)點(diǎn),這樣泵就可以選擇較小的功率備用系數(shù)22。另外在文獻(xiàn)6中,陳洪海,袁壽其等人在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對低比速離心泵提出了速度系數(shù)法優(yōu)化設(shè)計(jì),損失極值法優(yōu)化設(shè)計(jì),反正反準(zhǔn)則篩選法優(yōu)化設(shè)計(jì),等優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,給我們對泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)
19、指明道路。3有待解決的問題及展望3.1基礎(chǔ)理論的研究低比速離心泵的基礎(chǔ)理論研究包括葉輪內(nèi)流動(dòng)的理論分析、內(nèi)流測試、CFD計(jì)算技術(shù)和CIMS技術(shù)等23。由于受到計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度與容量的限制以及計(jì)算方法的限制,葉輪內(nèi)的真實(shí)情況還不能準(zhǔn)確地由數(shù)值計(jì)算模擬出來。雖然近年來越來越多的研究人員致力于這方面的研究工作,但用于指導(dǎo)生產(chǎn)和性能預(yù)測的精度還遠(yuǎn)未達(dá)到商用水平。CFD技術(shù)在航空航天、風(fēng)機(jī)等其他流體機(jī)械領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用,但在泵行業(yè)僅停留在高校和科研院所的研究階段,尚未在企業(yè)中推廣。先進(jìn)的技術(shù)CIMS已較廣泛使用于其它機(jī)械行業(yè),但在泵行業(yè)卻僅限于個(gè)別先進(jìn)企業(yè)初步應(yīng)用,多數(shù)企業(yè)至今未涉足。3.2結(jié)構(gòu)與材料的研究
20、離心泵的結(jié)構(gòu)和材料主要根據(jù)用途來選擇。目前,除了泵的水力設(shè)計(jì),人們對低比速離心泵的結(jié)構(gòu)與材料很少研究24。實(shí)際上泵材料的選擇對泵的使用壽命影響極大,不可忽視。材料選擇時(shí)應(yīng)針對泵所處的內(nèi)外環(huán)境以及各主要零件的不同要求與用途,再根據(jù)材料的性能來進(jìn)行選擇與使用25。例如,化工用的耐腐蝕泵,由于介質(zhì)和耐腐蝕材料都很多,應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)來選擇耐腐蝕材料。與介質(zhì)接觸的零件如泵體、泵蓋、葉輪、密封環(huán)等采用相同種材料,而與介質(zhì)不接觸的零件如泵軸就采用普通的45號碳鋼26。選擇材料時(shí)還要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、安全性、易加工性和抗汽蝕性等,例如馬氏體組織的低碳13Gr4Ni鋼及馬氏體、奧氏體13Gr6Ni,不僅材料性能
21、和焊接性能好,而且具有優(yōu)良的抗汽蝕性能27。3.3展望根據(jù)以上的討論,可以預(yù)計(jì)低比轉(zhuǎn)速離心泵的研究主要有以下發(fā)展趨勢理論研究的重點(diǎn)仍然是泵內(nèi)部的全三維流動(dòng)計(jì)算、內(nèi)流測試、多相流和汽蝕等。并在此基礎(chǔ)上,提高性能預(yù)測和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)28。以后的水力設(shè)計(jì)方法是多目標(biāo)、多約束的優(yōu)化設(shè)計(jì)法29。不僅考慮水力設(shè)計(jì),還兼顧到可靠性、節(jié)能、制造技術(shù)、價(jià)值工程、產(chǎn)品的模塊化和個(gè)性化相結(jié)合等。結(jié)構(gòu)方面將采用更加可靠的密封技術(shù)和軸承,重點(diǎn)發(fā)展無密封泵技術(shù),包括屏蔽泵和磁力驅(qū)動(dòng)泵30。新材料的研究也是今后泵行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。4參考文獻(xiàn)1 陳乃祥,吳玉林.離心泵M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.2 關(guān)醒凡.泵的理論與設(shè)
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