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文檔簡介
3.6流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械——為流體提供機(jī)械能機(jī)械設(shè)備輸送液體機(jī)械——泵輸送氣體機(jī)械——壓縮機(jī)或風(fēng)機(jī)(負(fù)壓條件下工作壓縮機(jī)稱為真空泵)流體輸送機(jī)械第1頁泵與壓縮機(jī)可分為(按其工作原理):⑴離心式、軸流式(統(tǒng)稱葉輪式)利用高速旋轉(zhuǎn)葉輪使流體取得動能并轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能⑵容積式或正位移式(往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式)利用活塞或轉(zhuǎn)子周期性擠壓使流體取得靜壓能與動能⑶流體動力式利用流體高速噴射時(shí)動能與靜壓能相互轉(zhuǎn)換原理吸引輸送另一個(gè)流體。本節(jié)以離心泵為代表重點(diǎn)討論其工作原理、結(jié)構(gòu)和工作特征。流體輸送機(jī)械第2頁離心式、軸流式圖3-17離心泵結(jié)構(gòu)與工作原理簡圖
1-葉輪2-泵殼3-泵軸
4-吸入管路5-底閥6-排出管路流體輸送機(jī)械第3頁容積式或正位移式(往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式)流體輸送機(jī)械第4頁流體動力式流體輸送機(jī)械第5頁3.6.1
離心泵離心泵關(guān)鍵部件:高速旋轉(zhuǎn)葉輪(通常6~8片)——給能部件固定泵殼(蝸殼流道)——轉(zhuǎn)能部件離心泵特點(diǎn):
泵流量與壓頭靈活可調(diào)輸送量穩(wěn)定適用介質(zhì)范圍廣
3.5.1.1
離心泵工作原理離心泵工作過程:液體從低壓吸入管路連續(xù)地進(jìn)入葉輪葉輪向液體提供能量蝸殼內(nèi)液體動能轉(zhuǎn)換為靜壓能氣縛現(xiàn)象流體輸送機(jī)械第6頁一、離心泵理論流量圖3-18葉輪幾何參數(shù)與液流速度三角形:隨葉輪旋轉(zhuǎn)切向速度(又叫牽連速度)
切向速度(牽連速度)相對速度液體在葉輪中絕對速度cr2cr1D1、D2—葉輪進(jìn)、出口直徑b1、b2—葉輪進(jìn)、出口處流道寬度1、2—葉片厚度占據(jù)空間使流道面積減小系數(shù)
葉輪進(jìn)、出口處流道面積b
:葉輪轉(zhuǎn)速
r:液體所在位置半徑
:沿葉片表面相對于葉輪相對速度(方向?yàn)榱黧w質(zhì)點(diǎn)所在葉片處切線方向)相對于葉輪徑向流速流體輸送機(jī)械第7頁圖3-18葉輪幾何參數(shù)與液流速度三角形切向速度(牽連速度)相對速度液體在葉輪中絕對速度cr2cr1離心泵理論流量與液體徑向流速關(guān)系:
相對于葉輪徑向流速葉輪進(jìn)、出口處速度三角形確實(shí)定:*設(shè)葉輪為葉片數(shù)無限多理想葉輪(流體運(yùn)動軌跡與葉片形狀完全一致)*速度三角形底邊
和高cr*葉輪上葉片安置角b(相對速度與牽連速度反方向夾角) 泵流量、壓頭和功率與速度三角形大小和形狀直接相關(guān)
三角形余弦定理Backto10流體輸送機(jī)械第8頁二、離心泵理論壓頭在葉輪進(jìn)出口截面列柏努利方程泵理論壓頭或揚(yáng)程圖3-18葉輪幾何參數(shù)與液流速度三角形切向速度(牽連速度)相對速度液體在葉輪中絕對速度cr2cr1相對于葉輪徑向流速*以葉輪中心線為軸線、且隨葉輪一起勻速旋轉(zhuǎn)柱坐標(biāo)系*離心力場作用下理想流體在該坐標(biāo)系中運(yùn)動規(guī)律服從歐拉方程(2.3-24)
*在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中液體速度為*液體所受體積力主要是半徑方向離心力
(重力作用已忽略不計(jì))類似于重力場中理想流體柏努利方程推導(dǎo)方法(見式2.3-52~57)Backto10流體輸送機(jī)械第9頁液體在葉輪上沿葉片運(yùn)動dt時(shí)間內(nèi)取得動能增量
從葉輪入口到出口積分
以葉輪進(jìn)、出口速度三角形參數(shù)表示離心泵理論壓頭公式Goto9Goto8流體輸送機(jī)械第10頁入口速度三角形夾角a1=90o(稱為無預(yù)旋進(jìn)液,理論壓頭H最大)圖3-18葉輪幾何參數(shù)與液流速度三角形cr2cr1三、影響離心泵理論壓頭原因無預(yù)旋進(jìn)液離心泵理論壓頭與理論流量及出口處葉片幾何參數(shù)關(guān)系。b2又稱為葉片離角或流動角
流體輸送機(jī)械第11頁圖3-19葉片形狀對理論壓頭影響b2=900,徑向葉片,ctgb2=0,H與qV無關(guān);b2<900,后彎葉片,
ctgb2>0,H隨qV增加而降低;b2>900,前彎葉片ctgb2<0,H隨qV增加而增加。流體輸送機(jī)械第12頁1.
離心泵特征曲線離心泵主要性能參數(shù):
流量qV
壓頭(揚(yáng)程)H軸功率N效率
離心泵特征曲線:H—qV曲線
N—qV曲線
—qV曲線
離心泵揚(yáng)程(壓頭)H
——在工作條件下離心泵對單位重量流體所能提供機(jī)械能,m液柱。H大小取決于泵結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速和泵流量。離心泵流量qV——在單位時(shí)間里,離心泵排到管路系統(tǒng)液體體積,M3/s或M3/h。qV大小取決于泵結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速和泵壓頭。離心泵效率——有效功率與軸功率比值離心泵軸功率N——電機(jī)輸入到泵軸功率離心泵有效功率Ne——流體從泵取得實(shí)際功率流體輸送機(jī)械第13頁
*
值反應(yīng)了離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能量損失,主要包含:
容積損失——一部份已取得能量高壓液體由葉輪出口處經(jīng)過葉輪與泵殼間縫隙或從平衡孔漏返回到葉輪入口處低壓區(qū)造成能量損失。
水力損失——進(jìn)入離心泵粘性液體在整個(gè)流動過程中產(chǎn)生摩擦阻力、局部阻力以及液體在泵殼中由沖擊而造成能量損失。
機(jī)械損失——泵軸與軸承之間、泵軸與密封填料之間等產(chǎn)生機(jī)械摩擦造成能量損失。容積效率ηv機(jī)械效率ηm水力效率ηh離心泵效率η=
ηv·ηh·ηm流體輸送機(jī)械第14頁一定轉(zhuǎn)速下:*泵壓頭隨輸送流量增加而下降*泵軸功率隨輸送流量增加而增大,流量為零時(shí),軸功率最小。*泵效率隨流量增大出現(xiàn)一極大值即最高效率點(diǎn)
離心泵特征曲線:H—qV曲線
N—qV曲線
—qV曲線
-qVH-qVN-qV注意:離心泵銘牌上標(biāo)出H、qV、N性能參數(shù)為最高效率時(shí)數(shù)據(jù)普通將最高效率值92%范圍稱為泵高效區(qū)Backto16高效區(qū)Backto24IS100-80-160附錄二十三泵規(guī)格流體輸送機(jī)械第15頁2、特征曲線變換
樣本中離心泵特征曲線測定:在一定轉(zhuǎn)速下,20℃清水為工質(zhì)。
(1)、液體密度影響H—qV曲線η—qV曲線N—qV曲線不隨ρ變——隨ρ變Goto15(2)、液體粘度影響H—qV曲線N—qV曲線—qV曲線隨μ變流體輸送機(jī)械第16頁(3)、葉輪轉(zhuǎn)速影響H—qV曲線N—qV曲線—qV曲線隨n變離心泵百分比定律
流體輸送機(jī)械第17頁用清水測定某離心泵特征曲線,試驗(yàn)裝置如附圖所表示。當(dāng)調(diào)整出口閥使管路流量為25m3/h時(shí),泵出口處壓力表讀數(shù)為0.28MPa(表壓),泵入口處真空表讀數(shù)為0.025MPa,測得泵軸功率為3.35kW,電機(jī)轉(zhuǎn)速為2900轉(zhuǎn)/分,真空表與壓力表測壓截面垂直距離為0.5m。試由該組試驗(yàn)測定數(shù)據(jù)確定出與泵特征曲線相關(guān)其它性能參數(shù)?!纠?-13】與泵特征曲線相關(guān)性能參數(shù):
n、qV、H、N、
解:以真空表和壓力表兩測點(diǎn)為1,2截面,對單位重量流體列柏努力方程
流體輸送機(jī)械第18頁3.
離心泵汽蝕現(xiàn)象與泵安裝高度汽蝕現(xiàn)象:泵入口處壓強(qiáng)低至輸送液體溫度下飽和蒸汽壓時(shí),部分液體汽化現(xiàn)象。氣縛現(xiàn)象:?葉輪內(nèi)緣液體入口截面
對1-1和K-K截面列柏努方程令汽蝕發(fā)生時(shí)p1為p1,min一定流量下,pk=pv時(shí)
,汽蝕發(fā)生20℃水飽和蒸汽壓Pv=2.34kPa
流體輸送機(jī)械第19頁Dhmin——離心泵最小汽蝕余量,m。反應(yīng)離心泵汽蝕性能主要參數(shù)主要與泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)和輸送流量相關(guān)經(jīng)過試驗(yàn)測定汽蝕發(fā)生時(shí)泵入口處壓強(qiáng)p1,min來確定Dh——泵樣本中給出允許汽蝕余量,m。
Dh
>Dhmin泵入口允許最小壓強(qiáng)p1,允>p1,min實(shí)際安裝高度Hg<Hg,允
提升Hg辦法:增大管徑降低吸入管路阻力流體輸送機(jī)械第20頁
用轉(zhuǎn)速為1850轉(zhuǎn)/分50WG型離心雜質(zhì)泵將溫度為20℃,密度為1080kg/m3鉆井廢水從敞口沉砂池送往一處理池中,泵流量為22.0m3/h。由泵樣本查得,在該流量下,泵汽蝕余量為5.3m。受安裝位置所限,泵入口較沉砂池液面高出了2.5m。試求:
(1)泵吸入管路允許最大阻力損失為多少?
(2)若泵吸入管長為20m(包含局部阻力當(dāng)量長度),管路摩擦系數(shù)取0.03,泵入口管路直徑最少應(yīng)為多大?【例3-15】20℃水飽和蒸汽壓Pv=2.34kPa
流體輸送機(jī)械第21頁4.離心泵調(diào)整與組合
1、離心泵工作點(diǎn)離心泵工作點(diǎn):泵揚(yáng)程曲線(H—qV曲線)與管路特征曲線(HL—qV曲線)交點(diǎn)。Goto24Goto152、離心泵調(diào)整調(diào)整出口閥*改變管路H—qV
曲線流體輸送機(jī)械第22頁Goto252、離心泵調(diào)整*改變泵H-qV
曲線
調(diào)整出口閥調(diào)整泵轉(zhuǎn)速*改變管路H—qV
曲線離心泵百分比定律:流體輸送機(jī)械第23頁對一定管路系統(tǒng)管路特征方程K——
*代表了管路系統(tǒng)阻力特征
*K值大管路阻力大,要求提供壓頭HL大。管路特征曲線代表一定管路系統(tǒng)輸送流量與所需提供機(jī)械能關(guān)系k2k1VHL1HL2Backto22流體輸送機(jī)械第24頁3、離心泵并聯(lián)和串聯(lián)
并聯(lián)泵組特點(diǎn):在同一壓頭下,泵組流量為該壓頭下各泵對應(yīng)流量之和。
泵組特征曲線(合成特征曲線)串聯(lián)操作特點(diǎn):在同一流量下,泵組揚(yáng)程為該流量下各泵揚(yáng)程之和
泵組特征曲線(合成特征曲線)同型號兩臺泵
同型號兩臺泵
流體輸送機(jī)械第25頁離心泵安裝和操作(1)離心泵安裝高度必須低于允許安裝高度;(2)離心泵在開啟前必須使泵內(nèi)灌滿所輸送流體;(3)離心泵應(yīng)在關(guān)閉出口閥門時(shí)開啟,使其開啟功率最?。唬?)停泵前應(yīng)先關(guān)閉出口閥門,或在泵出口管線上裝單向閥,以免流體倒流入泵內(nèi)損壞葉輪;(5)運(yùn)轉(zhuǎn)中應(yīng)定時(shí)檢驗(yàn)、保養(yǎng)和潤滑等。流體輸送機(jī)械第26頁離心泵類型與選取1、離心泵類型化工生產(chǎn)中慣用離心泵:清水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質(zhì)泵、液下泵、屏蔽泵潛水泵、低溫泵、磁力泵等等,
1-泵體;2-泵蓋;3-葉輪;4-軸;5-密封環(huán);6-葉輪螺母;7-止動墊圈;8-軸蓋;9-填料壓蓋;10-填料環(huán);11-填料;12-懸架軸承部件圖2-29IS型離心泵結(jié)構(gòu)圖(1)、清水泵IS系列(單級單吸式)D系列(多級式)Sh系列(雙吸式)
IS100-80-160流體輸送機(jī)械第27頁(2)、耐腐蝕泵與流體介質(zhì)接觸部件采取耐腐蝕材料制作。慣用系列代號F(3)、油泵油泵用于輸送石油及油類產(chǎn)品,油泵系列代號為Y,雙吸式為YS。這類泵密封性能要求較高
(4)、雜質(zhì)泵分為污水泵、無堵塞泵、渣漿泵、泥漿泵等。主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是葉輪上葉片數(shù)目少,葉片間流道寬,有型號泵殼內(nèi)還襯有耐磨材料。(5)、液下泵液下泵是一個(gè)立式離心泵,整個(gè)泵體浸入在被輸送液體貯槽內(nèi),經(jīng)過一根長軸,由安放在液面上電機(jī)帶動。(6)、屏蔽泵屏蔽泵是一個(gè)無泄漏泵。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是葉輪直接固定在電機(jī)軸上,并置于同一密封殼體內(nèi)。流體輸送機(jī)械第28頁2、離心泵選取
步驟:*確定泵類型(取決于所輸送液體性質(zhì)和操作條件)*確定泵型號(取決于輸送流量qV、所需壓頭HL)注意:*所選泵提供流量V和壓頭H能力應(yīng)比管路系統(tǒng)所要求大
*所選泵應(yīng)在高效區(qū)范圍工作IS100-80-160-VH-VN-VHLH滿足:H>HL流體輸送機(jī)械第29頁3.6.2
往復(fù)泵
*往復(fù)泵經(jīng)典容積式泵*主要結(jié)構(gòu)有泵缸、活塞、活塞桿、吸入和排出單向閥(活門)*有電動和汽動兩種驅(qū)動形式1.
往復(fù)泵工作原理往復(fù)泵是依靠外界與泵內(nèi)壓強(qiáng)差而吸入液體,所以和離心泵一樣往復(fù)泵吸上高度也受限制
流體輸送機(jī)械第30頁2
.
往復(fù)泵流量調(diào)整A——活塞面積m2
a——活塞桿截面積m2S——活塞沖程m
n——活塞往復(fù)頻率1/min理論平均流量:
實(shí)際平均流量V:單缸單動泵單缸雙動泵V——容積效率小型泵(V=
0.1~30m3/h)V=0.85~0.90,中型泵(V=30~300m3/h)V=0.90~0.95大型泵(V≥300m3/h)V=0.95~0.99特征曲線:*往復(fù)泵流量與管路特征曲線無關(guān)*泵提供壓頭取決于管路情況(含有這種特征泵稱為正位移泵)流體輸送機(jī)械第31頁3.6.3
其它化工用泵8.1.1.1
計(jì)量泵計(jì)量泵又稱百分比泵,其工作原理與往復(fù)泵相同。計(jì)量泵傳動裝置是經(jīng)過偏心輪把電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成柱塞往復(fù)運(yùn)動。偏心輪偏心距可調(diào),以此來改變柱塞往復(fù)行程,從而到達(dá)調(diào)整和控制泵流量目標(biāo)。計(jì)量泵普通用于要求輸液量十分準(zhǔn)確或幾個(gè)液體要求按一定配比輸送場所。3.6.3.1計(jì)量泵(百分比泵)工作原理與往復(fù)泵相同。其傳動裝置是經(jīng)過偏心輪把電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成柱塞往復(fù)運(yùn)動。偏心輪偏心距可調(diào),以此來改變柱塞往復(fù)行程,到達(dá)調(diào)整和控制泵流量目標(biāo)。
隔膜泵3.6.3.2隔膜泵
用彈性金屬薄片或耐腐蝕性橡皮制成隔膜將活柱與被輸送液體隔開,與活柱相通一側(cè)則充滿油或水。當(dāng)活柱往復(fù)運(yùn)動時(shí),迫使隔膜交替向兩側(cè)彎曲,將液體吸入和排出。1-吸入活門;4-水(或油)缸;2-壓出活門;5-隔膜;3-活柱;流體輸送機(jī)械第32頁8.1.1.1
計(jì)量泵計(jì)量泵又稱百分比泵,其工作原理與往復(fù)泵相同。計(jì)量泵傳動裝置是經(jīng)過偏心輪把電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成柱塞往復(fù)運(yùn)動。偏心輪偏心距可調(diào),以此來改變柱塞往復(fù)行程,從而到達(dá)調(diào)整和控制泵流量目標(biāo)。計(jì)量泵普通用于要求輸液量十分準(zhǔn)確或幾個(gè)液體要求按一定配比輸送場所。
隔膜泵3.6.3.3齒輪泵運(yùn)動時(shí),兩個(gè)齒輪在泵吸入口脫離嚙合,形成低壓區(qū),液體被吸入并隨齒輪轉(zhuǎn)動被強(qiáng)行壓向排出端。在排出端兩齒輪又相互嚙合形成高壓區(qū)將液體擠壓出去。
3.6.3.4螺桿泵螺桿泵按螺桿數(shù)目,有單螺桿泵、雙螺桿泵、三螺桿泵以及五螺桿泵。螺桿泵工作原理與齒輪泵相同,是借助轉(zhuǎn)動螺桿與泵殼上內(nèi)螺紋、或螺桿與螺桿相互嚙合將液體沿軸向推進(jìn),最終由排出口排出。流體輸送機(jī)械第33頁3.6.3.5旋渦泵旋渦泵是一個(gè)特殊類型離心泵。主要由葉輪和泵體組成,葉輪是一個(gè)圓盤,四面由凹槽組成葉片成輻射狀排列,葉片數(shù)目可多達(dá)幾十片。葉輪旋轉(zhuǎn)過程中泵內(nèi)液體隨之旋轉(zhuǎn)同時(shí),又在徑向環(huán)隙作用下屢次進(jìn)入葉片重復(fù)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,從而取得較高能量。
旋渦泵特征曲線-VH-VN-VIS100-80-160流體輸送機(jī)械第34頁3.7
氣體輸送機(jī)械與液體輸送機(jī)械相比:相同——作用類似,即對流體做功,提升流體機(jī)械能(壓強(qiáng)能)不一樣——可壓縮性差異用途:氣體輸送氣體壓縮(產(chǎn)生高壓氣體)產(chǎn)生真空質(zhì)量流量相同時(shí):*氣體輸送體積流量大,輸送機(jī)械體積必定大*氣體輸送管路流速大*氣體輸送管路阻力大*氣體輸送要求提供壓頭對應(yīng)更高流體輸送機(jī)械第35頁氣體輸送機(jī)械分類:以氣體出口壓強(qiáng)或者進(jìn)、出口壓縮比分類:通風(fēng)機(jī):出口壓強(qiáng)小于15kPa(表壓),壓縮比為1~1.15鼓風(fēng)機(jī):出口壓強(qiáng)為15kPa~0.3MPa(表壓),壓縮比小于4壓縮機(jī):出口壓強(qiáng)0.3MPa以上(表壓),壓縮比大于4真空泵:用于減壓抽吸,出口壓強(qiáng)為大氣壓,
Goto2流體輸送機(jī)械第36頁3.7.1
通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式:離心式軸流式按產(chǎn)生風(fēng)壓大小分為:
低壓離心通風(fēng)機(jī):出口風(fēng)壓小于1.0kPa(表壓)
中壓離心通風(fēng)機(jī):出口風(fēng)壓1.0~3.0kPa(表壓)
高壓離心通風(fēng)機(jī):出口風(fēng)壓3.0~15.0kPa(表壓)1、離心通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)1-機(jī)殼;2-葉輪;3-吸入口;4-排出口
*為多葉片葉輪,葉輪直徑較大,葉片較短。*葉片形式有平直、前彎和后彎。平直葉片慣用于低壓通風(fēng)機(jī);前彎葉片通風(fēng)機(jī)送風(fēng)量大,但效率低;高效通風(fēng)機(jī)葉片通常是后彎葉片。蝸殼氣體通道截面:矩形和圓形流體輸送機(jī)械第37頁2、離心通風(fēng)機(jī)特征曲線
離心通風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù):風(fēng)量(體積流量)
V風(fēng)壓(壓頭)HT軸功率N效率離心通風(fēng)機(jī)特征曲線:
HT—qV曲線
Hp—qV曲線
N—qV曲線
—qV曲線
風(fēng)量qV——?dú)怏w經(jīng)過進(jìn)風(fēng)口體積流量(按通風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)計(jì))風(fēng)壓HT(全風(fēng)壓)——單位體積氣體經(jīng)過風(fēng)機(jī)后所取得能量,N/m2
特征曲線測試條件:
20℃、0.1MPa條件下用空氣測定(密度為1.2kg/m3
)附錄二十四9-19型離心通風(fēng)機(jī)規(guī)格流體輸送機(jī)械第38頁取通風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口為1、2截面以單位體積氣體為基準(zhǔn)列柏努利方程靜風(fēng)壓動風(fēng)壓全風(fēng)壓J/kgM流體柱Pa(J/m3)流體輸送機(jī)械第39頁離心通風(fēng)機(jī)選取步驟:*確定風(fēng)機(jī)類型(取決于所輸送氣體性質(zhì)和操作條件)
*確定風(fēng)機(jī)型號(取決于輸送流量V、所需壓頭HT)實(shí)際輸送氣體密度 測定條件下氣體密度流體輸送機(jī)械第40頁用附圖所表示流化床干燥系統(tǒng)干燥某種粒狀物料,流化床操作溫度60℃,最大流量為5500m3/h。已知最大流速下空氣經(jīng)過加熱器阻力損失為2200Pa,流化床阻力損失為4500Pa,旋風(fēng)分離器阻力損失為1500Pa。整個(gè)管路阻力損失為1000Pa,設(shè)風(fēng)機(jī)入口空氣溫度為30℃,大氣壓強(qiáng)為96.5kPa,試選擇一適合通風(fēng)機(jī)。解:取風(fēng)機(jī)入口為1-1截面,旋風(fēng)分離器空氣出口為2-2截面,忽略經(jīng)過流化床后氣體質(zhì)量流速改變,在兩截面間對單位體積流體列柏努利方程
操作情況30℃下入口情況30℃下【例3-17】
流體輸送機(jī)械第41頁依據(jù)所需——風(fēng)量qV=5004.5m3/h(按風(fēng)機(jī)進(jìn)口狀態(tài)計(jì))
風(fēng)壓(密度為1.2kg/m3空氣)從風(fēng)機(jī)樣本中查得9-19No.7.1(n=2900r/min)可滿足要求該通風(fēng)機(jī)性能以下:風(fēng)量4610~6454m3/h全風(fēng)壓1171
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