專利名稱:組件式水錘泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型屬于泵與發(fā)動(dòng)機(jī),特別涉及水錘泵。
耦合器裝置和蓄能器裝置這二部分都屬于液壓傳動(dòng),共同組成水錘泵的揚(yáng)水輸出裝置。耦合器裝置按液壓工作方式可劃分為直流耦合器和交流耦合器。直流耦合器按直流液壓原理工作,如揚(yáng)水閥。交流耦合器按交流液壓原理工作,如液——液轉(zhuǎn)換器。按耦合器裝置的液壓工作方式可將水錘泵劃分為直流液壓型水錘泵和交流液壓型水錘泵。
蓄能器裝置在水錘泵中作脈沖消除器、液壓蓄能器、水錘消除器和輸出提升水流用途,緩沖和吸收水錘泵脈沖發(fā)生器裝置的液壓沖擊、儲(chǔ)存和傳遞水力能量、消除揚(yáng)水管管路內(nèi)可能產(chǎn)生的水錘和減少提升水流的波動(dòng)性。
不論是直流液壓型水錘泵還是交流液壓型水錘泵,常用的蓄能器裝置一般采用液壓式蓄能器,按容器內(nèi)氣體與液體是否接觸分為直接接觸式(氣水接觸式)和隔離式兩種液壓蓄能器。直接接觸式液壓蓄能器常用到簡(jiǎn)單空氣罐,隔離式液壓蓄能器常用到氣囊式蓄能器。
雜志《新能源》1997、19(7)、17~19《新型水錘泵設(shè)計(jì)與研究》一文所提出的新型水錘泵由排水閥1、泵座2、泵室3、進(jìn)水口4、輸出口5、聯(lián)結(jié)筒6、揚(yáng)水閥7、蓄能器8、揚(yáng)水管13組成,如附
圖1所示,脈沖發(fā)生器由泵座2、泵室3、進(jìn)水口4、輸出口5和排水閥1組成。直流耦合器采用揚(yáng)水閥7,蓄能器8采用簡(jiǎn)單空氣罐。
水流從2--8米高度處的水源經(jīng)進(jìn)水口4進(jìn)入泵座2,打開(kāi)排水閥1,水可以流出。隨著水的流速越來(lái)越快,排水閥迅速關(guān)閉。這時(shí),由于排水閥的突然關(guān)閉,在泵室3內(nèi)產(chǎn)生很強(qiáng)的液壓沖擊波,一小部分水自輸出口5通過(guò)揚(yáng)水閥7就可以進(jìn)入蓄能器8的筒體中,送到30-60米的高處。第一次沖擊之后,水的流速在泵室3內(nèi)變?yōu)榱?,這時(shí)排水閥1又重新自動(dòng)打開(kāi),泵座2內(nèi)的水開(kāi)始流動(dòng),這樣便開(kāi)始第二次沖擊和送水。整個(gè)泵水運(yùn)動(dòng)就這樣一直循環(huán)下去。
將簡(jiǎn)單空氣罐作為水錘泵的蓄能器裝置,蓄能器8的筒體與泵座2之間通過(guò)聯(lián)結(jié)筒6采用法蘭或焊接連接方式,在蓄能器8的筒體的底端布置揚(yáng)水閥7。由于揚(yáng)水管13在蓄能器8的筒體上的開(kāi)口位置9位于蓄能器8的筒體中間部位,水室12的初始容積等于整個(gè)蓄能器8的筒體的內(nèi)部容積減去水室12的容積。所以,即使在非揚(yáng)水工作狀態(tài)下,簡(jiǎn)單空氣罐的罐體(蓄能器8的筒體)容積也不可能被完全利用作為氣室11。根據(jù)波義耳定理,在壓力水的作用下,氣室11被壓縮而進(jìn)一步減小,水室12的水位線進(jìn)一步上升;氣室的體積壓縮比是壓力水頭與大氣壓力之比值的倒數(shù)。
在水錘泵揚(yáng)程水頭較高時(shí),簡(jiǎn)單空氣罐上部氣室11中的空氣漸漸被其下端水室12的高壓水吸收,長(zhǎng)期揚(yáng)水運(yùn)行情況下不能保證氣室11壓縮空氣的儲(chǔ)能量,使簡(jiǎn)單空氣罐的氣室11最終不起作用,最終結(jié)果是水錘泵脈沖發(fā)生器裝置的液壓沖擊波壓力峰值不斷升高,并會(huì)造成簡(jiǎn)單空氣罐(蓄能器8的筒體)破裂失效或水錘泵停機(jī)事故。因此,每當(dāng)水錘泵運(yùn)行一段時(shí)間后,當(dāng)水室12水面位置上升到限制線10時(shí),需要對(duì)水錘泵裝置停機(jī)維護(hù),重新對(duì)簡(jiǎn)單空氣罐進(jìn)行泄空補(bǔ)氣,防止蓄能器8的筒體完全變成水室12。
對(duì)水錘泵泵室3采用負(fù)壓補(bǔ)氣裝置也可避免上述后果的發(fā)生,但同時(shí)也需要采用排氣裝置(放氣管、滴水閥等)和止氣裝置,將空氣罐中多余的氣體排出,又要使得空氣罐氣室內(nèi)始終保持適量的氣體。水錘泵安裝負(fù)壓補(bǔ)氣、排氣和止氣等壓縮氣體調(diào)節(jié)控制裝置。會(huì)消耗水錘泵脈沖發(fā)生器裝置的水力能量輸出,造成有效提水量的減少。同時(shí),泵最高揚(yáng)程水頭只可以達(dá)到落差水頭的二十到四十倍之間,且泵裝置效率隨著揚(yáng)程落差比的增加而逐漸下降。
雜志《水利水電快報(bào)》1996年7月第17卷第13期刊登了《新型水錘泵的設(shè)計(jì)方法》一文,作者Norman Carter,朱紅譯、蕭世譯校。文中介紹了采用簡(jiǎn)單空氣罐的普通類型水錘泵其揚(yáng)程水頭只可以達(dá)到20倍落差水頭,且隨著揚(yáng)程落差比的增加會(huì)引起泵裝置效率的下降。而帶氣囊式蓄能器的新型水錘泵裝置(系采用給排水泵站的氣囊式水錘消除器作為蓄能器裝置),其揚(yáng)程水頭可以超過(guò)40倍落差水頭,效率在75%至80%之間;帶自動(dòng)吸氣閥和滴水閥的改進(jìn)型水錘泵,揚(yáng)程落差比性能界于上述兩者之間。
從上述的幾種常見(jiàn)的直流液壓型水錘泵—普通類型水錘泵(采用簡(jiǎn)單空氣罐作為蓄能器8)、改進(jìn)型水錘泵(采用負(fù)壓補(bǔ)氣,在普通類型水錘泵裝置輸出口5的泵室空腔安裝自動(dòng)吸氣閥和在簡(jiǎn)單空氣罐(蓄能器8的筒體)下半段安裝滴水閥)、帶氣囊式蓄能器的新型水錘泵的技術(shù)發(fā)展看,主要以提高揚(yáng)程落差比和泵裝置效率為出發(fā)點(diǎn)。
雜志《農(nóng)田水利與水電》1988年第8期29至31頁(yè)《水錘泵》一文后半段介紹了一種利用污水的低水頭水能來(lái)提送清水的特種類型的水錘泵,其結(jié)構(gòu)如附圖2所示。
不同于常見(jiàn)的采用直流液壓工作方式的水錘泵,這種特殊類型的水錘泵由液體傳動(dòng)方式可將其列為交流液壓型水錘泵。它在結(jié)構(gòu)上把脈沖發(fā)生器、交流耦合器、蓄能器合為一體。
脈沖發(fā)生器由水錘泵泵座2、泵室3(布置有排水沖擊閥1)以及進(jìn)水口4、輸出口5組成。
交流耦合器采用活塞式液——液轉(zhuǎn)換器,其工作原理與活塞泵(這種活塞泵屬于單動(dòng)往復(fù)泵)相同,其主體由活塞14、彈簧16、活塞缸15、吸水閥18、揚(yáng)水閥7、液缸19、液室20、吸水管17、揚(yáng)水管13組成。蓄能器采用空氣罐,通過(guò)蓄能器8的筒體下端的聯(lián)結(jié)筒6與液缸19相連接。自進(jìn)水口4流入的污水由排水閥1排出。這時(shí)由于污水的流出使排水沖擊閥1關(guān)閉,泵室3內(nèi)壓力上升,推動(dòng)活塞14;而一旦排水閥1打開(kāi),活塞14由于彈簧16的彈力自動(dòng)下壓,這樣活塞14一上一下地運(yùn)動(dòng),由吸水閥18吸入清水,由揚(yáng)水閥7送出,將清水輸送到揚(yáng)水管13和蓄能器8的水室12;蓄能器8的筒體形成簡(jiǎn)單空氣罐,除作為脈沖發(fā)生器和活塞泵主體兩者的液壓蓄能器之外,還作為揚(yáng)水管13管路的水錘消除器。
對(duì)比文獻(xiàn)列舉的交流液壓型水錘泵是通過(guò)進(jìn)水動(dòng)力管道中工作水(污水作為工作介質(zhì))的波動(dòng)或脈動(dòng)來(lái)向液—液轉(zhuǎn)換器(活塞14及活塞泵主體)傳遞能量的,可通過(guò)液—液轉(zhuǎn)換器中的活塞14(含密封裝置)把流過(guò)脈沖發(fā)生器的污水和活塞泵主體的清水這兩種工作介質(zhì)(工作水)隔離開(kāi)來(lái),可以使工作于污水的落差水頭環(huán)境下水錘泵的脈沖發(fā)生器裝置中的工作介質(zhì)(污水)封閉,不流向水錘泵的揚(yáng)水輸出裝置(工作介質(zhì)為清水)?;钊弥黧w在活塞14一上一下地往復(fù)運(yùn)動(dòng)下,將清水輸送到揚(yáng)水管13和蓄能器8的水室12。自動(dòng)閥門(吸水閥18和揚(yáng)水閥7)不適應(yīng)水錘泵脈沖發(fā)生器裝置的排水沖擊閥1每分鐘30到360次的中高頻率工作環(huán)境要求。吸水閥18與揚(yáng)水閥7之間的液缸19同活塞14和活塞15不在一條直線上,故與直流液壓型水錘泵相比較,交流液壓型水錘泵的揚(yáng)水輸出裝置在結(jié)構(gòu)布置上更復(fù)雜。如果將液缸19和活塞15取下,由于水錘泵脈沖發(fā)生器裝置的泵室3缺少揚(yáng)水閥7,以及蓄能器8的筒體下端的聯(lián)結(jié)筒6缺少揚(yáng)水管開(kāi)口,使得留下的蓄能器8的筒體和水錘泵脈沖發(fā)生器裝置直接相拼裝,主機(jī)設(shè)備不能構(gòu)成結(jié)構(gòu)上完整的直流液壓型水錘泵。所以,水錘泵裝置不能直接實(shí)現(xiàn)直流液壓和交流液壓的工作狀態(tài)切換?;钊?4需要?jiǎng)用芊庋b置,隨著泵揚(yáng)程水頭的增加,活塞14的泄露也越嚴(yán)重,造成水錘泵提升清水的有效提水量減少。
總之,中低水頭水能資源的開(kāi)發(fā)利用,包括開(kāi)發(fā)利用排放污水和溪流渾水的低水頭能來(lái)提送清水,需要一種可適應(yīng)直流液壓和交流液壓兩種工作方式的混雙液壓傳動(dòng)型水錘泵;這種水錘泵必須具有合理的揚(yáng)程落差比和泵裝置效率。
本實(shí)用新型的一種組件式水錘泵,包括脈沖發(fā)生組件,耦合器組件和蓄能器組件,脈沖發(fā)生組件的泵座內(nèi)空腔構(gòu)成泵室,其一端為進(jìn)水口,另一端裝有排水閥,泵室垂直方向?yàn)檩敵隹?;脈沖發(fā)生組件上方為蓄能器組件,它們之間有包括揚(yáng)水閥的耦合器組件,其特征在于所述耦合器組件還包括液缸及其上方對(duì)口連接的主聯(lián)接筒,液缸下開(kāi)口處置有隔膜件并與脈沖發(fā)生組件輸出口對(duì)接,液缸頸部裝有吸水閥,液缸與主聯(lián)接筒對(duì)接處裝有揚(yáng)水閥,主聯(lián)接筒側(cè)壁裝有揚(yáng)水管。
所述的組件式水錘泵,主聯(lián)接筒或蓄能器筒體可以設(shè)有充氣閥。
所述的組件式水錘泵,進(jìn)一步的特征在于脈沖發(fā)生組件、耦合器組件和蓄能器組件之間采用法蘭連接或者螺紋連接;所述吸水閥和揚(yáng)水閥采用隔膜式止回閥;所述隔膜件、吸水閥和揚(yáng)水閥的隔膜下方或后方襯有網(wǎng)板,其為帶孔眼的結(jié)構(gòu)鋼性平板體或曲面體。
所述的組件式水錘泵,所述蓄能器組件可以采用氣囊式蓄能器,其下端與主聯(lián)接筒對(duì)接處襯有網(wǎng)板,其為帶孔眼的結(jié)構(gòu)剛性平板體或曲面體。
本實(shí)用新型的組件式水錘泵采用隔膜式液——液轉(zhuǎn)換器(工作原理與隔膜泵相同)。本裝置各個(gè)組件外接接口部件均可依靠隔膜本身的密封性能達(dá)到或增強(qiáng)動(dòng)密封效果,沒(méi)有其他動(dòng)密封部件,也沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的機(jī)械零件。由于隔膜件具有重量輕、慣性小、防水錘性能好、制造簡(jiǎn)單、造價(jià)低、工作時(shí)噪音小、自身密封性能好、無(wú)泄露等優(yōu)點(diǎn),所以采用隔膜式液——液轉(zhuǎn)換器和蓄能器作為交流液壓工作方式的揚(yáng)水輸出裝置,能適應(yīng)脈沖發(fā)生器裝置的排水沖擊閥1的中高頻率工作要求,并減少了泄露量。
在交流液壓工作狀態(tài),將液缸19、吸水閥18與隔膜件22取下,將揚(yáng)水管13、蓄能器8、主聯(lián)結(jié)筒27、揚(yáng)水閥7的網(wǎng)板21和隔膜23與水錘泵的脈沖發(fā)生器裝置的能流輸出端口5直接相連接,就可轉(zhuǎn)入直流液壓工作方式。
.本實(shí)用新型組件式水錘泵,不論是采用氣水接觸式空氣罐還是氣囊式蓄能器作為蓄能器裝置,蓄能器裝置的罐體只有下端開(kāi)口且被輸送水體密封,是盛裝壓縮氣體和壓力液體的密閉壓力容器。蓄能器具有的氣室初始容積與蓄能器罐體的本體容積相當(dāng)。水錘泵長(zhǎng)期揚(yáng)水運(yùn)轉(zhuǎn)工作狀態(tài)下,通過(guò)采用輔助能源向氣室定期補(bǔ)氣,壓縮氣體調(diào)節(jié)控制在蓄能器罐體的本體容積的一定比例之上,保證氣室壓縮氣體具有的儲(chǔ)能量能滿足水錘泵的運(yùn)行需要。所以,本實(shí)用新型組件式水錘泵與對(duì)比文獻(xiàn)列舉的現(xiàn)有水錘泵一樣,具有類似的揚(yáng)程落差比和泵裝置效率。
脈沖發(fā)生組件由水錘泵泵座2、泵室3、排水閥1以及進(jìn)水口4、輸出口5組成。耦合器組件采用隔膜式液——液轉(zhuǎn)換器,由網(wǎng)板21、隔膜件22、隔膜23、液缸19、液室20、主聯(lián)結(jié)筒27、吸水管17、揚(yáng)水管13、揚(yáng)水閥7和吸水閥18組成。
蓄能器采用空氣罐(如附圖3的蓄能器8)或氣囊式蓄能器(如附圖4的蓄能器8)。
耦合器組件和蓄能器組件共同形成交流液壓型水錘泵的揚(yáng)水輸出裝置。
在交流液壓工作狀態(tài)中,耦合器組件在輸出口5位置的動(dòng)密封采用隔膜件22,由隔膜件22傳遞水錘泵脈沖發(fā)生組件產(chǎn)生的液壓沖擊波的水力能量;吸水閥18與揚(yáng)水閥7均采用隔膜式止回閥,揚(yáng)水閥7和吸水閥18均由網(wǎng)板21和隔膜23組成,形成板式連接閥,固定在管路和容器的連接板上。
隔膜件22、隔膜式止回閥(吸水閥18與揚(yáng)水閥7)、氣囊式蓄能器8的氣囊29均可依靠膜本身的密封性能達(dá)到或增強(qiáng)動(dòng)密封效果,沒(méi)有其他動(dòng)密封部件,也沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的機(jī)械零件。
隔膜22、隔膜式止回閥(吸水閥18與揚(yáng)水閥7)、氣囊式蓄能器8的隔膜29的開(kāi)口均采用網(wǎng)板21保護(hù);網(wǎng)板21位于隔膜的正下方,用于防止隔膜在反壓下被管口損傷劃傷;網(wǎng)板21是帶孔眼的結(jié)構(gòu)剛性平板或者帶孔眼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度幾何體或曲面體,網(wǎng)板21的邊角或外露表面呈流線型,不會(huì)損傷或劃壞隔膜件;隔膜的幾何尺寸與網(wǎng)板21相對(duì)應(yīng);隔膜件22和氣囊式蓄能器8的隔膜29采用氣壓給水設(shè)備中的半膜或全膜型式,能在水錘泵脈沖發(fā)生裝置產(chǎn)生的液壓沖擊波作用下產(chǎn)生彈性擴(kuò)張變形,在液缸19內(nèi)產(chǎn)生隔膜泵的工作容積;而一旦水錘泵脈沖發(fā)生裝置的排水閥1打開(kāi),隔膜件22由于自身的彈性力自動(dòng)回拉收縮;隔膜件22產(chǎn)生有彈性地?cái)U(kuò)張與收縮運(yùn)動(dòng),由吸水閥18吸入清水進(jìn)入液室20,由揚(yáng)水閥7送出,將清水輸送至揚(yáng)水管13和蓄能器8的水室12;液缸19的幾何尺寸與水錘泵脈沖發(fā)生器裝置的水力能量特性相適應(yīng)。
水錘泵的耦合器組件與蓄能器8通過(guò)主聯(lián)結(jié)筒27相連接,揚(yáng)水管13設(shè)置在主聯(lián)結(jié)筒27的側(cè)壁上;主聯(lián)結(jié)筒27與液缸19之間通過(guò)法蘭、螺紋連接。這樣,吸水管18、過(guò)流流道(主聯(lián)結(jié)筒27和液缸19)和揚(yáng)水管13的接管管口均位于蓄能器8的連接筒6的正下方,從而使蓄能器8的氣室11具有的初始容積與蓄能器罐體的本體容積相當(dāng)。
水錘泵裝置的蓄能器可采用氣水接觸式空氣罐或氣囊式蓄能器。
為了使混合液壓型水錘泵的補(bǔ)氣裝置等壓縮氣體調(diào)節(jié)控制裝置不消耗水力能源,不降低有效提水量,并在長(zhǎng)期揚(yáng)水運(yùn)行情況下保證蓄能器罐體內(nèi)的氣室壓縮空氣具有有效的儲(chǔ)能量,使蓄能器的水室即使存在空氣被壓力水吸收的現(xiàn)象,蓄能器的氣室也不會(huì)因此失去氣室氣體體積而完全成為水室,氣室壓縮空氣及其有效的儲(chǔ)能量能及時(shí)和到恢復(fù),可以采用輔助能源對(duì)蓄能器氣室進(jìn)行定期補(bǔ)氣。
如蓄能器采用氣水接觸式空氣罐,為了定期補(bǔ)充氣室11內(nèi)的壓縮氣體的儲(chǔ)能量,需要采用輔助能源(如空壓機(jī)、手動(dòng)充氣機(jī)、壓力氣瓶等)對(duì)氣室11補(bǔ)氣,因此在蓄能器8的筒體或主聯(lián)結(jié)筒27設(shè)計(jì)安裝充氣閥26。
如蓄能器采用氣囊式蓄能器,在主聯(lián)結(jié)筒27設(shè)計(jì)安裝充氣閥26和充液閥25使得氣囊29形成輔助蓄能器。氣水分界線24以上的氣囊形成氣室11,以增加壓縮氣體的有效容積,以便增大備用儲(chǔ)能量,這樣也可有效地減少水錘泵的揚(yáng)水輸出裝置的容器和管道系統(tǒng)的壓力變化。
在交流液壓型水錘泵狀態(tài)下,將液缸19、吸水閥18和隔膜件22取下,讓水錘泵脈沖發(fā)生組件直接與揚(yáng)水閥7的網(wǎng)板21和隔膜23、主聯(lián)結(jié)筒27、蓄能器8、揚(yáng)水管13相拼裝,主機(jī)設(shè)備就可完整地構(gòu)成直流液壓型水錘泵,并實(shí)現(xiàn)正常揚(yáng)水工作。反向拼裝,就可回復(fù)到交流液壓工作方式,作為交流液壓型水錘泵使用。
權(quán)利要求1.一種組件式水錘泵,包括脈沖發(fā)生組件,耦合器組件和蓄能器組件,脈沖發(fā)生組件的泵座內(nèi)空腔構(gòu)成泵室,其一端為進(jìn)水口,另一端裝有排水閥,泵室垂直方向?yàn)檩敵隹?;脈沖發(fā)生組件上方為蓄能器組件,它們之間有包括揚(yáng)水閥的耦合器組件,其特征在于所述耦合器組件還包括液缸及其上方對(duì)口連接的主聯(lián)接筒,液缸下開(kāi)口處置有隔膜件并與脈沖發(fā)生組件輸出口對(duì)接,液缸頸部裝有吸水閥,液缸與主聯(lián)接筒對(duì)接處裝有揚(yáng)水閥,主聯(lián)接筒側(cè)壁裝有揚(yáng)水管。
2.如權(quán)利要求1所述的組件式水錘泵,其特征在于主聯(lián)接筒或蓄能器筒體設(shè)有充氣閥。
3.如權(quán)利要求1或2所述的組件式水錘泵,其特征在于脈沖發(fā)生組件、耦合器組件和蓄能器組件之間采用法蘭連接或者螺紋連接;所述吸水閥和揚(yáng)水閥采用隔膜式止回閥;所述隔膜件、吸水閥和揚(yáng)水閥的隔膜下方或后方襯有網(wǎng)板,其為帶孔眼的結(jié)構(gòu)鋼性平板體或曲面體。
4.如權(quán)利要求1或2所述的組件式水錘泵,其特征在于蓄能器組件采用氣囊式蓄能器,其下端與主聯(lián)接筒對(duì)接處襯有網(wǎng)板,其為帶孔眼的結(jié)構(gòu)剛性平板體或曲面體。
5.如權(quán)利要求3所述的組件式水錘泵,其特征在于蓄能器組件采用氣囊式蓄能器,其下端與主聯(lián)接筒對(duì)接處襯有網(wǎng)板,其為帶孔眼的結(jié)構(gòu)剛性平板體或曲面體。
專利摘要組件式水錘泵,屬于泵與發(fā)動(dòng)機(jī),特別涉及水錘泵,用于方便實(shí)現(xiàn)直流液壓和交流液壓的工作方式切換,既可作為交流液壓型水錘泵、也可作直流液壓型水錘泵,在長(zhǎng)期揚(yáng)水運(yùn)行下保證蓄能罐體壓縮空氣有效儲(chǔ)能量,具有合理?yè)P(yáng)程落差比和泵裝置效率。本實(shí)用新型包括脈沖發(fā)生組件、耦合器組件和蓄能器組件,耦合器組件包括液缸及其上方的主聯(lián)接筒,液缸下開(kāi)口置有隔膜件并與脈沖發(fā)生組件對(duì)接,液缸頸部有吸水閥、液缸與主聯(lián)接筒對(duì)接處裝有揚(yáng)水閥,主聯(lián)接筒側(cè)壁裝有揚(yáng)水管,本實(shí)用新型各組件外接口部件均可依靠隔膜本身實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封效果,可方便實(shí)現(xiàn)交流-液壓工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換,并保證蓄能器氣室壓縮氣體儲(chǔ)能量滿足運(yùn)行要求。
文檔編號(hào)F04F7/02GK2578586SQ0227974
公開(kāi)日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2002年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月28日
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