JP2016148306A - Guide body and pump device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガイド体、及びポンプ装置に関するものである。 The present invention relates to a guide body and a pump device.
従来から、流体を移送するために多段ポンプが広く用いられている。多段ポンプは、駆動軸に沿って配置された複数段の羽根車が、流体の流路を画定するガイド体に収容されて構成される。ガイド体は、羽根車が昇圧した流体を螺旋状に案内して整流し、次の段の羽根車へと移送する。多段ポンプでは、羽根車とガイド体との段数を変更することにより、所望の揚程を得ることができる。 Conventionally, multistage pumps have been widely used to transfer fluids. The multi-stage pump is configured such that a plurality of impellers arranged along a drive shaft are accommodated in a guide body that defines a fluid flow path. The guide body spirally guides and rectifies the fluid boosted by the impeller, and transfers the fluid to the next stage impeller. In a multistage pump, a desired head can be obtained by changing the number of stages of the impeller and the guide body.
一般に、多段ポンプのようなポンプ装置は、所定の定格吐出量で運転するときに最もエネルギ効率が高くなるようにガイド体の翼部角度が設計される。このため、運転吐出量が定格吐出量から増減すると、流体の流れとガイド体の翼部角度とが合わなくなり、ガイド体流入側のガイド翼部で流れが阻害される量が大きくなり、ポンプ装置のエネルギ効率が低下する。特に運転吐出量が増加すると、ガイド翼部の内周側で大きく流れが阻害される。しかし、作業環境、又は使用者のニーズなどによって、定格吐出量に対して増減した吐出量でポンプ装置が使用される場合も多く、幅広い吐出量領域でエネルギ効率が高いことが望まれる。 In general, in a pump device such as a multistage pump, the blade angle of the guide body is designed so that the energy efficiency becomes the highest when operating at a predetermined rated discharge amount. For this reason, if the operating discharge amount increases or decreases from the rated discharge amount, the flow of fluid and the blade angle of the guide body do not match, and the amount of flow impeded by the guide blade on the guide body inflow side increases, and the pump device The energy efficiency of is reduced. In particular, when the operation discharge amount increases, the flow is greatly hindered on the inner peripheral side of the guide blade portion. However, there are many cases where the pump device is used with a discharge amount that is increased or decreased with respect to the rated discharge amount depending on the working environment or the needs of the user, and it is desired that the energy efficiency is high in a wide discharge amount region.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、幅広い運転領域でエネルギ効率が高いガイド体、及びポンプ装置を提案することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at proposing the guide body and pump apparatus with high energy efficiency in a wide driving | operation area | region.
本発明のガイド体は、羽根車と同心上に配置され、羽根車の回転に伴って誘引される流体を案内するガイド体である。このガイド体は、円筒状の流路を画定するケース部と、円筒状の流路に複数配置され、円筒状の流路を螺旋状に区画する複数のガイド翼部と、を備える。そして、複数のガイド翼部の少なくとも1つにおける流体の流入側の端部は、円筒状の流路における外周側が長く内周側が短い段差状に形成されている。
このガイド体によれば、羽根車の回転に伴って誘引される流体量が比較的少ないときには、流体の多くが、長い部位である延出部によって案内される。一方、誘引される流体量が比較的多いときには、流体の多くが、短い部位である凹部を通って案内される。このため、幅広い運転領域でエネルギ効率を高くすることができる。
The guide body of this invention is a guide body which is arrange | positioned concentrically with an impeller and guides the fluid attracted with rotation of an impeller. The guide body includes a case section that defines a cylindrical flow path, and a plurality of guide blade sections that are arranged in the cylindrical flow path and that divide the cylindrical flow path in a spiral manner. An end portion on the fluid inflow side in at least one of the plurality of guide blade portions is formed in a stepped shape having a long outer peripheral side and a short inner peripheral side in the cylindrical flow path.
According to this guide body, when the amount of fluid attracted with the rotation of the impeller is relatively small, most of the fluid is guided by the extending portion that is a long portion. On the other hand, when the amount of fluid to be attracted is relatively large, most of the fluid is guided through the recess that is a short portion. For this reason, energy efficiency can be made high in a wide driving | operation area | region.
また、段差状に形成された端部の短い部位である凹部は、段差状に形成された端部の長い部位である延出部との境界部が曲線状に形成されてもよい。
こうすれば、誘引される流体量が多いときに、凹部を通って案内される流体のエネルギロスを小さくすることができる。
Moreover, the recessed part which is a short part of the edge part formed in the step shape may form a boundary part with the extension part which is a long part of the edge part formed in the step shape in a curved line shape.
In this way, when the amount of fluid attracted is large, the energy loss of the fluid guided through the recess can be reduced.
また、段差状に形成された端部は、円筒状の流路における径方向の中央よりも外周側が長く円筒状の流路における径方向の中央よりも内周側が短い段差状に形成されていてもよい。 Further, the end portion formed in a step shape is formed in a step shape in which the outer peripheral side is longer than the radial center in the cylindrical flow path and the inner peripheral side is shorter than the radial center in the cylindrical flow path. Also good.
また、ケース部は、流体の流入側から流出側に向けて径が細くなるように流路を画定してもよい。 Further, the case portion may define the flow path so that the diameter thereof becomes narrower from the fluid inflow side toward the outflow side.
本発明のポンプ装置は、上記の本発明のガイド体と、このガイド体と同心円状に配置され、ガイド体に流体を誘引する羽根車と、を備える。
このポンプ装置によっても、本発明のガイド体と同様の効果を奏することができる。
The pump device of the present invention includes the above-described guide body of the present invention and an impeller arranged concentrically with the guide body and attracting fluid to the guide body.
Also with this pump device, the same effect as the guide body of the present invention can be obtained.
また、羽根車を回転させる動力源を、更に備えてもよい。 Moreover, you may further provide the power source which rotates an impeller.
以下、本願発明の一実施形態に係るポンプ装置およびガイド体を図面に基づいて説明する。以下の実施形態は、一例として、多段ポンプ、及び多段ポンプに適用されるガイド体を説明するが、これには限られない。 Hereinafter, a pump device and a guide body according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Although the following embodiment demonstrates the guide body applied to a multistage pump and a multistage pump as an example, it is not restricted to this.
図1は、本実施形態の多段ポンプを模式的に示す縦断面図である。図1中、太線矢印は、流体の流れを模式的に示すものである。図1に示すように、多段ポンプ10は、動力源としてのモータ100と、モータ100の上部に取り付けられるポンプ部200とを備える。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing the multistage pump of the present embodiment. In FIG. 1, bold arrows schematically show the flow of fluid. As shown in FIG. 1, the
モータ100は、電気ケーブル102を介して図示しない外部電源に接続されている。モータ100は、その駆動軸104が、継手106を介してポンプ部200の主軸230に接続されている。モータ100は、ポンプ部200の主軸230を回転させることができるものであれば、如何なるものを用いてもよい。モータ100は、本発明の中核をなさないため、詳細な構成については説明を省略する。
The
ポンプ部200は、吸込ケース210と、吐出ケース220と、主軸230と、羽根車240と、ガイド体250と、を備える。
The
吸込ケース210は、モータ100の上部に設けられ、ポンプ部200の最下段として配置される。吸込ケース210は、下部の組付部212とモータ100のケース108とがビス214により締結されて、モータ100に固定される。吸込ケース210は、略円筒状に形成され、流体を吸い込むための吸込口216が組付部212の上部に形成されている。吸込ケース210の上部の組付部218には、ガイド体250の組付部252がビス253により締結されて、ガイド体250が固定される。
The
吐出ケース220は、ガイド体250の上部に設けられ、ポンプ部200の最上段として配置される。吐出ケース220は、下部の組付部222とガイド体250の組付部254とがビス255により締結されて、ガイド体250に固定される。吐出ケース220は、略円筒状に形成され、上部の組付部224が図示しない吐出配管に取り付けられる。吐出ケース220は、流体が逆流するのを抑制する逆止弁226を内部に備える。
The
主軸230は、モータ100に継手106を介して接続され、吸込ケース210およびガイド体250の内部を挿通する。主軸230は、ガイド体250の軸受スリーブ268によって軸支される。主軸230には、複数の羽根車240が取り付けられ、主軸230の回転に伴って複数の羽根車240が回転する。
The
羽根車240は、主軸230を挿入するための円筒状の挿入部と、挿入部の外周面に取り付けられた複数の羽根と、を有する。羽根車240は、主軸230と一体に回転し、複数の羽根により流体を上流(図中下方)から下流(図中上方)に圧送する。
The
ガイド体250は、金属または樹脂などにより形成されている。ガイド体250は、この実施形態では、主軸230と、羽根車240とを収容し、流体の流路を画定する。ガイド体250は、流体の逆流を防ぐために、羽根車240との間にライナリング258を備える。ガイド体250は、上下に組付部252、254を有し、吸込ケース210および吐出ケース220との固定が可能であるとともに、ガイド体250と羽根車240との組を1段として、複数段を積層可能に形成されている(図1の例では、2段が積層されている)。
The
図2は、本実施形態の1段のガイド体を示す外観図であり、図3は、図2中A−A断面を示す斜視図であり、図4は、図2中A−A断面を示すA−A視図である。また、図5は、図2中B−B断面を示すB−B視図である。なお、図2〜図5では、組付部252、254を省略して示している。また、図5中、太線矢印は、流体の流れを模式的に示すものである。
2 is an external view showing a one-stage guide body of the present embodiment, FIG. 3 is a perspective view showing a cross section AA in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross section taken along the line AA in FIG. It is an AA view shown. 5 is a BB view showing a BB cross section in FIG. 2 to 5, the
ガイド体250は、流路の内壁を画定する内側ケース部260と、流路の外壁を画定する外側ケース部270と、内側ケース部260と外側ケース部270とを接続する複数のガイド翼部280と、を備える。なお、内側ケース部260、外側ケース部270、およびガイド翼部280は、例えば金属の鋳造などにより一体に形成されてもよいし、別々に形成されて接続されてもよい。
The
内側ケース部260は、主軸230が挿入される軸受スリーブ268を有する。図5に示すように、内側ケース部260の外壁面は、上方に向かうほど径が小さくなる略円筒形状に形成されている。外側ケース部270は、内側ケース部260との間に流路が画定されるように、内側ケース部260の外郭に対応した形状の空間を内部に有する。つまり、外側ケース部270は、中空の形状に形成され、外側ケース部270の内壁面は、上方に向かうほど径が小さくなる略円筒形状に形成されている。内側ケース部260と外側ケース部270とは、互いに離間して配置されることにより、羽根車250から誘引される流体が通過する円筒状の流路Fcを画定する。
The
内側ケース部260と外側ケース部270とは、互いに離間した状態で複数(本実施形態では、7つ)のガイド翼部280によって接続されている。複数のガイド翼部280は、周方向に均等な位置関係で円筒状の流路Fcに配置され(図3、図4参照)、それぞれ滑らかな曲面状の板面を有する板状に形成されている。図6は、図4中の内側ケース部260および外側ケース部270を省略してガイド翼部280を示す図であり、図7は、1
枚のガイド翼部280を示す斜視図である。なお、図6及び図7中、一点鎖線は、比較的吐出し量が小さいときの流体の主な流れを模式的に示すものであり、太線は、比較的吐出し量が大きいときの流体の主な流れを模式的に示すものである。
The
It is a perspective view which shows the sheet | seat guide wing |
ガイド翼部翼部280は、図5〜図7に示すように、周方向に回転しながら、内側ケース部260と外側ケース部270とにより画定される円筒状の流路Fcを板面によって区画するように配置されている。ガイド翼部280は、下端部(流路の流入側の端部)では、板面が主軸230の軸方向と略垂直となり、上端部(流路の流出側の端部)では、板面が主軸230の軸方向と略並行となるように設けられている。これにより、ガイド翼部280は、内側ケース部260と外側ケース部270とにより画定される空間が複数の螺旋状の流路となるように区画する。
As shown in FIGS. 5 to 7, the
ガイド翼部280の下端部は、外周側(外側ケース部270に近い側)が長く、内周側(内側ケース部260および主軸230に近い側)が短い、段差状に形成されている。つまり、ガイド翼部280の下端部は、内周側が切り欠かれている。以下、外周側の長い部位を延出部282、内周側の短い部位を凹部284という。本実施形態では、延出部282と凹部284とは、主軸230の軸方向と垂直な方向である径方向に関して、中央より外周側が延出部282、中央より内周側が凹部284となるように形成されている(図6中、Wa=Wb)。また、延出部282は、凹部284との境界部283が略直角となるように形成され、凹部284は、延出部282との境界部285が滑らかな曲面状に形成されている。この実施形態では、一例として、凹部284の延出部282との境界部285は、主軸230の軸方向に沿って見たときの流路の幅Wfの2分の1(Wf/2)を曲率半径とする曲面状に形成されている。
The lower end portion of the
図8は、ポンプの吐出し量が比較的小さいときの流体の主な移動を説明する模式図であり、図9は、ポンプの吐出し量が比較的大きいときの流体の主な移動を説明する模式図である。なお、図8中の一点鎖線、図9中の太線は、主軸230周りの移動について考慮することなく、流体の動きを示している。本実施形態の多段ポンプ10では、モータ100からの動力によって主軸230が回転すると、主軸230と一体に羽根車240が回転し、羽根車240の複数の羽根によって、流体が上方に誘引される。羽根車240によって誘引された流体は、ガイド翼部280によって螺旋状に案内されることにより整流される。そして、ガイド体250内部の流路を通過した流体は、そのまま後段の羽根車240または吐出ケース2320内部に案内される。これにより、多段ポンプ10は、流体を移送することができる。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the main movement of the fluid when the discharge amount of the pump is relatively small, and FIG. 9 illustrates the main movement of the fluid when the discharge amount of the pump is relatively large. It is a schematic diagram to do. Note that the alternate long and short dash line in FIG. 8 and the thick line in FIG. 9 indicate the movement of the fluid without considering the movement around the
ここで、羽根車240によって誘引される流体は、ポンプの吐出し量が比較的小さいときには、羽根車240内部の二次流れの影響により、外周側を通って上方(下流)に案内される傾向がある。一方、ポンプの吐出し量が比較的大きいときには、近い経路である内周側を通って上方(下流)に案内される傾向がある。これに対して、本実施形態のガイド翼部280の下端部(流体の流入側の端部)は、外周側は、延出部282が形成されて流路が長くなっており(ガイド翼部280に案内される距離が長くなっており)、内周側は、凹部284が形成されて流路が短くなっている(ガイド翼部280に案内される距離が短くなっている)。このため、ポンプの吐出量が比較的小さいときには、図8に示すように、流体の多くが延出部282によって案内され、流体をより的確に上方(後段)に案内することができる。一方、ポンプの吐出し量が比較的大きいときには、図9に示すように、流体の多くが凹部284を通過し、流体の流れを阻害しない。これにより、幅広い運転領域において、多段ポンプ10のエネルギ効率を高くすることができる。
Here, the fluid attracted by the
図10(A)は、多段ポンプの吐き出し量に対する揚程曲線および効率曲線を示す図であり、図10(B)は、多段ポンプの吐き出し量に対するガイド損失を示す図である。こ
こで、図10(A)、(B)中、実線は、ガイド翼部280の下端部が段差状に形成されている本実施形態のグラフであり、破線は、ガイド翼部280の下端部に凹部284が形成されていない比較例のグラフである。図10(A)に示すように、多段ポンプ10は、特定の吐き出し量を定格Mdとして、最も効率がよくなるようにガイド翼部280の角度が設計されており、吐き出し量が定格Mdから離れると流体の流れとガイド翼部280の角度が合わなくなってエネルギ効率が低下する。しかし、本実施形態の多段ポンプでは、図10(B)に示すように、ガイド翼部280の下端部を段差状に形成することにより、吐き出し量が大きいときに、従来の多段ポンプに比べて、ガイド体250内部を通過することによるガイド損失が小さくなっている。これにより、図10(A)に示すように、本実施形態の多段ポンプ10では、吐き出し量が大きいときに、比較例の多段ポンプに比べて効率の低下を抑制することができる(効率を高くできる)。また、本実施形態の多段ポンプ10では、吐き出し量が小さいときに比較例の多段ポンプとエネルギ効率の差はほとんどなく、すべての吐き出し量の範囲で揚程の差もほとんどない。つまり、本実施形態の多段ポンプ10は、揚程を変えずに、吐き出し量が大きいときのエネルギ効率を向上させることができる。なお、吐き出し量に対する揚程、効率、ガイド損失は、ガイド体250と羽根車240との段数を変更した場合にも、図10(A)、(B)に示す関係と同様の結果が得られた。
FIG. 10A is a diagram showing a lift curve and an efficiency curve with respect to the discharge amount of the multistage pump, and FIG. 10B is a diagram showing a guide loss with respect to the discharge amount of the multistage pump. Here, in FIGS. 10A and 10B, the solid line is a graph of the present embodiment in which the lower end portion of the
以上説明した本実施形態の多段ポンプ10は、円筒状の流路を画定する内側ケース部260および外側ケース部270と、内側ケース部260および外側ケース部270を接続して円筒状の流路Fcを螺旋状に区画するガイド翼部280とを備える。そして、ガイド翼部280の下端部(流体の流入側の端部)は、外周側が長い延出部282として形成され、内周側が短い凹部284として形成されている。これにより、羽根車240の回転に伴って誘引される流体量が比較的少ないときには、流体の多くが延出部282によって案内される。また、誘引される流体量が比較的多いときには、流体の多くが凹部284を通って案内される。このため、幅広い運転領域でエネルギ効率を高くすることができる。
The
しかも、ガイド翼部280の凹部284は、延出部282との境界部285が曲面状に形成されているので、凹部284を通って案内される流体のエネルギロスを小さくすることができる。さらに、ガイド体250の内側ケース部260と外側ケース部270とは、流体の流入側から流出側に向けて径が細くなるように流路を画定するので、羽根車240によって誘引される流体を効果的に整流して下流に案内することができる。
In addition, since the
上記したガイド翼部280は、延出部282と凹部284とを有する1段の段差状に形成されるものとしたが、複数段の段差状に形成されてもよい。
The
上記したガイド翼部280の凹部284は、延出部282との境界部285が曲面状に形成されるものとしたが、略直角な境界部とするなど、曲面状以外の形状に形成されてもよい。また、ガイド翼部280の延出部282は、凹部284との境界部283が略直角に形成されるものとしたが、流路の幅Wfの2分の1(Wf/2)の曲率半径の曲面状とするなど、曲面状に形成されてもよい。また、延出部282、凹部284の境界部283、285を曲面状に形成する場合には、その曲率半径は流路の幅Wfの2分の1(Wf/2)に限らず、種々の曲率半径で曲面状に形成すればよい。
The
上記したガイド翼部280は、主軸230の軸方向と垂直な方向である径方向に関して、中央より外周側が延出部282、中央より内周側が凹部284となるように形成されるものとした。しかし、延出部282と凹部284とは、中央を境に区分けされるものに限定されるものではなく、適宜定めた幅、割合とすればよい。
The
上記した多段ポンプ10では、モータ100が下方に設置され、その上方にポンプ部2
00が設置されるものとしたが、ポンプ部200の上方にモータ100が設置されてもよい。また、ポンプ部100は、図1に示すように縦置きに限定されるものではなく、横置きなどとしてもよい。また、多段ポンプ10は、水中で使用してもよいし、陸上で使用してもよい。
In the
00 is installed, but the
上記したガイド体250では、内側ケース部260と外側ケース部270との間に、7つのガイド翼部280が設けられるものとしたが、ガイド翼部280は、1つ〜6つ、又は8つ以上であってもよい。
In the
上記したガイド体250では、すべてのガイド翼部280の下端部が段差状に形成されるものとしたが、少なくとも1つのガイド翼部280の下端部が段差状に形成されればよい。たとえば、下端部が段差状に形成されたガイド翼部と、段差状に形成されていないガイド翼部とが1つ置きに交互に設けられるものとしたり、所定数置きに交互に設けられるものとしてもよい。
In the
上記したガイド体250は、下流に向かうほど径が小さくなる円筒状の流路Fcを画定するものとしたが、この例に限定されず如何なるものとしてもよい。また、上記したガイド体250は、羽根車240を収容するものとしたが、ガイド体250とは別に羽根車240を収容するケースを備えてもよい。
The
上記した多段ポンプ10では、2段のガイド体250と羽根車240とが設けられるものとしたが、ガイド体250と羽根車240とは、1段だけで用いられてもよいし、3段以上が設けられてもよい。
In the
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、実施形態および変形例の任意の組み合わせが可能であり、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and are not intended to limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes the equivalents thereof. In addition, any combination of the embodiment and the modified example is possible within a range where at least a part of the above-described problems can be solved or a range where at least a part of the effect can be achieved, and is described in the claims and the specification. Any combination or omission of each component is possible.
10 多段ポンプ
100 モータ
102 電気ケーブル
104 駆動軸
106 継手
200 ポンプ部
210 吸込ケース
220 吐出ケース
230 主軸
240 羽根車
250 ガイド体
260 内側ケース部
270 外側ケース部
280 ガイド翼部
282 延出部
284 凹部
285 境界部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
円筒状の流路を画定するケース部と、
前記円筒状の流路に複数配置され、前記円筒状の流路を螺旋状に区画する複数のガイド翼部と、
を備え、
前記複数のガイド翼部の少なくとも1つにおける流体の流入側の端部は、前記円筒状の流路における外周側が長く内周側が短い段差状に形成されている、
ガイド体。 A guide body that is arranged concentrically with the impeller and guides the fluid attracted as the impeller rotates;
A case portion that defines a cylindrical flow path;
A plurality of guide wings arranged in a plurality of the cylindrical flow path, and spirally dividing the cylindrical flow path;
With
The end portion on the fluid inflow side in at least one of the plurality of guide blade portions is formed in a stepped shape in which the outer peripheral side in the cylindrical flow path is long and the inner peripheral side is short,
Guide body.
前記段差状に形成された端部の短い部位である凹部は、前記段差状に形成された端部の長い部位である延出部との境界部が曲線状に形成されている、
ガイド体。 The guide body according to claim 1,
The concave portion, which is a short portion of the end portion formed in the step shape, has a curved boundary portion with the extended portion, which is a long portion of the end portion formed in the step shape,
Guide body.
前記段差状に形成された端部は、前記円筒状の流路における径方向の中央よりも外周側が長く前記円筒状の流路における径方向の中央よりも内周側が短い段差状に形成されている、
ガイド体。 The guide body according to claim 1 or 2,
The end portion formed in the step shape is formed in a step shape in which the outer peripheral side is longer than the radial center in the cylindrical flow path and the inner peripheral side is shorter than the radial center in the cylindrical flow path. Yes,
Guide body.
前記ケース部は、流体の流入側から流出側に向けて径が細くなるように流路を画定する、
ガイド体。 The guide body according to any one of claims 1 to 3,
The case portion defines a flow path so that the diameter becomes narrower from the fluid inflow side to the outflow side.
Guide body.
前記ガイド体と同心円状に配置され、前記ガイド体に流体を誘引する羽根車と、
を備えるポンプ装置。 A guide body according to any one of claims 1 to 4,
An impeller arranged concentrically with the guide body and attracting fluid to the guide body;
A pump device comprising:
前記羽根車を回転させる動力源を更に備える、
ポンプ装置。 The pump device according to claim 5,
A power source for rotating the impeller;
Pump device.
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-
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- 2015-02-13 JP JP2015026456A patent/JP2016148306A/en active Pending
Patent Citations (2)
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