CN102097907B - 蒸发冷却异步电动机定子的密封装置、冷凝装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒸发冷却异步电动机定子的密封装置、冷凝装置及其制造方法。定子包括相互连接的定子铁心和定子绕组，密封装置包括：一个套筒，其连接在定子铁心的内圆表面上；两个腔体侧壁，每个腔体侧壁的外缘密封连接在异步电动机的机壳上；两个腔体连接壁，每个腔体连接壁的外端连接腔体侧壁，内端沿着定子绕组的端部的弯曲形状与定子铁心相连接；其中，上述套筒，腔体侧壁，腔体连接壁和机壳构成了定子密封腔体。本发明去掉了不必要的端部空间，从而降低了定子密封腔体的容积，使其内的冷却介质液体分布趋于合理，冷却介质的用量也随之降低，因此可以显著降低蒸发冷却异步电动机的制造成本，提高了市场竞争力。

Description

蒸发冷却异步电动机定子的密封装置、冷凝装置及其制造方法

技术领域

本发明是有关于一种蒸发冷却异步电动机定子的密封装置、冷凝装置及其制造方法。

背景技术

高电压、大功率(隔爆型)异步电动机是一种工业生产中常用的大型异步电动机，也是运用电磁力定律将交流电能转换为机械能，驱动负载运动。

异步电动机由静止部分(定子)、定转子中间间隔(气隙)、旋转部分(转子)构成。高压三相交流电源接到异步电动机的定子三相绕组，产生旋转磁场，通过定子铁心、气隙、转子铁心所构成的磁路，进行电磁感应，在转子绕组内感应出电压进而感应出电流，转子电流在旋转磁场作用下，根据电磁力定律，产生作用在转子表面的电磁力，再进一步形成对转子轴的电磁转矩，然后带动转子轴上连接的驱动设备(或称负载)产生旋转运动。

在异步电动机中，当电机稳态运行时，转子绕组中存在较小的感应电流，使得转子部分的发热不严重，一般的通风措施就能够带走转子运行时产生的热量。但是，定子绕组中的电流是比较大的，相应的电阻损耗较大，而且，定子铁心在旋转磁场的作用下也会产生涡流与磁滞损耗，这些损耗基本上转变成热而使整个定子的温度升高，当温度升高达到一定程度时，定子绕组的绝缘材料会急剧老化导致绝缘失效，致使电机发生重大故障而无法继续运行。因此，保证异步电动机可靠稳定运行的前提条件是，电机运行时发热部件(特别是定子)产生的热量能够被及时有效地散掉。

隔爆型异步电动机，其发热与冷却问题将更为突出，因为隔爆型异步电动机的机座与外壳采用十分严格的密封结构，电机内部与周围环境是完全隔离的，进而阻断了自然散热的渠道。其中，在隔爆型异步电动机的散热冷却方式具有两种。

第一种为风冷冷却方式。具体是，在机壳与机座的四周安装有与外部环境进行强力通风散热的风管，风管的两端出口与外部周围大气相通，风管直线部分被密封在电机内部，位于定子铁心背部的上部。电机运行时，将大量的外界冷风引入风管内，流过风管的过程中与定子铁心背部的热空气进行热量交换，将定子热空气降温，再从风管的另一端排出到外界环境，从而带走电机内部产生的热量，因此，现有的(隔爆)异步电动机定、转子是作为一个整体由共同的风系统冷却，但定子侧不能密封，否则不能实现定、转子同时冷却的过程与效果。

上述风冷冷却方式的缺点是，电机内部的气流总是不断在其密封体内循环往复，不能与外界直接接触，换言之，电机内的发热体特别是定子部分，不能与位于外界的冷却介质-空气直接接触，由此造成的结果是温度分布很不均匀，尤其是定子的端部往往存在局部过热点。此外，空气的比热容与导热率均较小，比重又较大，在高速电机中引起的摩擦损耗很大，噪音很大，则换热的效率很低。

第二种为蒸发冷却方式。具体是，将整个定子完全密封在腔体内，被其内充放的低沸点(一般在50℃至80℃之间)、高绝缘、不燃烧、无毒、化学性质稳定的液态蒸发冷却介质浸泡，该定子亦称为浸润式蒸发冷却定子。电机运行时，绕组、铁心以及其它结构部件由于各种损耗而产生大量热量，使充满在其周围的冷却介质液体温度升高，直至达到与腔体内的压力相对应的液态介质的饱和温度开始沸腾，液态介质吸热汽化，呈气、液两相状态，使发热部件得以充分冷却，又因沸腾换热期间沸腾工质的温度基本分布在饱和温度点附近，使介质浸泡的各个定子部位温度分布比较均匀，尤其是定子端部无局部过热点。

要在异步电动机上对定子实施蒸发冷却，则需要机壳上安装一个冷凝装置。参见图1所示，相关的冷凝装置包括两个定子密封腔体壁2’，其分别安装在机壳1’上，定子密封腔体壁2’的底部安装套筒壁4’，套筒壁4’位于定子3’和转子5’之间。密封腔体壁2’、机壳1’和套筒壁4’形成定子密封腔体，整个定子3’位于定子密封腔体内，且定子3’的端部31’与定子密封腔体壁2’之间具有间隙，冷却介质6’设置在定子密封腔体内，且围绕在定子3’周围。

上述相关的冷凝装置的缺点是：

一、异步电动机定子的端部主要由端部铁心和端部绕组构成，电动机运行时，在定子绕组上将产生很强的电动力及电磁振动等，必须对端部的定子绕组加以牢固的固定，如采用端箍、绑扎带、加强筋板等，但是上述端部的定子绕组伸出铁心较长一段，且定子端部31’与定子密封腔体壁2’之间具有间隙，即定子端部31’是悬空的，因此容易在定子端部31’处出现定子绕组松动与脱落等事故。

二、其定子密封套筒壁4’直接套接在定子密封腔体壁2’的底部，定子绕组端部31’下面会有很大的空间被包括进来，使得定子密封腔体的体积过大，需在该腔体内存放较大量的冷却介质，目前使用的蒸发冷却介质是一种绿色环抱型的化工产品，其价格昂贵，因此，使得异步电动机的造价较高，市场竞争力低。

发明内容

本发明的技术问题是，提供一种蒸发冷却异步电动机定子的密封装置、冷凝装置及其制造方法，以减少或克服上述技术问题。

具体地，本发明的目的是提供一种蒸发冷却异步电动机定子的密封装置，其减少了冷却介质用量，可以显著降低蒸发冷却异步电动机的制造成本。

本发明的另一目的是，提供一种蒸发冷却异步电动机定子的冷凝装置，其包括有上述密封装置，使得冷却效果均匀。

本发明的又一目的是提供一种蒸发冷却异步电动机定子的密封装置的制造方法。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种蒸发冷却异步电动机定子的密封装置，所述定子包括相互连接的定子铁心和定子绕组，所述密封装置包括：一个套筒，其连接在定子铁心的内圆表面上；

两个腔体侧壁，每个腔体侧壁的外缘密封连接在异步电动机的机壳上；两个腔体连接壁，每个腔体连接壁的外端连接腔体侧壁，内端沿着定子绕组的端部的弯曲形状与定子铁心相连接；其中，上述套筒，腔体侧壁，腔体连接壁和机壳构成了定子密封腔体。

在优选的实施方式中，每个所述腔体连接壁包括绕组端部容置件，所述定子绕组的端部配合地设置在绕组端部容置件内，绕组端部容置件的上部配合定子绕组端部的形状而呈弧形，下部呈斜线形。

在优选的实施方式中，每个腔体连接壁还包括侧壁连接件，侧壁连接件的一端连接所述腔体侧壁，另一端连接在所述绕组端部容置件的上部。

在优选的实施方式中，所述定子铁心的内圆上沿圆周开设有多个均匀分布的铁心槽，所述定子绕组嵌设在铁心槽内；每个腔体连接壁还包括多个周向均匀地连接在所述绕组端部容置件的下部的定子铁心连接件，每个定子铁心连接件的一端压设在嵌有定子绕组的铁心槽内；定子铁心连接件具有相互连接的楔下垫条和槽楔。

在优选的实施方式中，每个所述腔体侧壁为呈圆环形的板片，其外圆面配合连接在机壳上，腔体侧壁的内圆一侧设有多个连接孔，腔体连接壁的外端与连接孔通过螺钉连接，所述腔体侧壁上设有多个通风管安装孔。

本发明还提出了一种蒸发冷却异步电动机定子的冷凝装置，其特征在于，所述冷凝装置包括上述蒸发冷却异步电动机定子的密封装置，所述定子密封腔体内填充有冷却介质，所述腔体侧壁上连接有多个平行的通风管。

本发明还提出了一种蒸发冷却异步电动机定子的密封装置的制造方法，其包括步骤：

A、所述定子包括相互连接的定子铁心和定子绕组，将套筒粘接在定子铁心的内圆表面上，套筒位于异步电动机的定子和转子之间；

B、将两个腔体侧壁的外缘分别密封连接在异步电动机的机壳上，定子位于两个腔体侧壁之间；

C、提供两个腔体连接壁，使每个腔体连接壁的外端连接腔体侧壁，内端沿着定子绕组的端部的弯曲形状与定子铁心相连接，使上述套筒，腔体侧壁，腔体连接壁和机壳构成了定子密封腔体。

在优选的实施方式中，上述步骤C中，所述定子铁心的内圆上沿圆周开设有多个均匀分布的铁心槽，定子绕组嵌设在铁心槽内，腔体连接壁的内端将定子绕组压进并固定在铁心槽里。

在优选的实施方式中，上述步骤C中，将定子整体进行真空压力浸漆处理，再使定子铁心与腔体连接壁相连。

在优选的实施方式中，所述方法还包括步骤D、将腔体连接壁与定子铁心的端部表面间用绝缘漆封上。

本发明实施例的密封装置的特点和优点是：

1、腔体侧壁是通过腔体连接壁与定子铁心相连接的，腔体连接壁配合着定子绕组的端部的弯曲形状，以将伸出定子铁心外端的定子绕组完全包裹起来，可使定子绕组的端部与腔体连接壁紧密贴合，不留空间或留有很小的空间，去掉了不必要的端部空间，从而降低了定子密封腔体的容积，使其内的冷却介质液体分布趋于合理，冷却介质的用量也随之降低，因此可以显著降低蒸发冷却异步电动机的制造成本，提高了市场竞争力，进而能够向市场推出集可靠性、平稳性、免维护性、低成本等于一身的蒸发冷却异步电动机，同时也解决了现有的异步电动机存在的定子端部固定不牢的问题。

2、蒸发冷却介质的温度分布均匀，特别是定子的端部，无局部过热点，冷却效果好。

3、实验证明，浸润式蒸发冷却定子，领先蒸发冷却介质液体本身的绝缘性与介电常数，能够均匀分布定子的铁心槽内的电场，防止高电压定子绕组产生局部放电，定子可以取消防晕处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是相关的蒸发冷却异步电动机定子的密封装置的剖面示意图，其中只显示了异步电动机的上半部分的视图，下半部分与之对称；

图2是本发明实施例的蒸发冷却异步电动机定子的密封装置的剖面示意图，其中只显示了异步电动机的上半部分的视图，下半部分与之对称；

图3是本发明实施例的密封装置的套筒的主视剖面示意图；

图3A是本发明实施例的密封装置的套筒的侧视剖面示意图；

图4是本发明实施例的密封装置的腔体侧壁的主视示意图；

图5是本发明实施例的密封装置的腔体连接壁的主视示意图；

图5A是本发明实施例的密封装置的腔体连接壁的左视示意图；

图5B是沿着图5A的A-A线剖面示意图；

图6是本发明实施例的密封装置的侧壁连接件的主视示意图；

图6A是本发明实施例的密封装置的侧壁连接件的左视示意图；

图6B是沿着图6A的A-A线剖面示意图；

图7是本发明实施例的密封装置的绕组端部容置件的主视示意图；

图7A是本发明实施例的密封装置的绕组端部容置件的左视示意图；

图7B是沿着图7A的A-A线剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施方式1

参见图2所示，本发明实施例提出了一种蒸发冷却异步电动机定子的冷凝装置，所述定子1包括相互连接的定子铁心11和定子绕组12。所述冷凝装置包括蒸发冷却异步电动机定子的密封装置，密封装置包括一个套筒2，两个腔体侧壁3和两个腔体连接壁4。套筒2连接在定子铁心11的内圆表面上；每个腔体侧壁3的外缘密封连接在异步电动机的机壳5上；每个腔体连接壁4的外端连接腔体侧壁3，内端沿着定子绕组12的端部121的弯曲形状与定子铁心11相连接；其中，上述套筒2，腔体侧壁3，腔体连接壁4和机壳5构成了定子密封腔体。定子密封腔体内填充有冷却介质6，腔体侧壁3上连接有多个平行的通风管31。其中，冷却介质6可以是具有低沸点、高绝缘、不燃烧、化学性质稳定等特点的任何冷却液。

电动机运行前，先将定子密封腔体抽成一定程度的真空，将常温下为液态的冷却介质6充入密封腔体内，冷却介质6可以浸没定子铁心11，将定子1完全浸泡；但为了避免减小密封腔体内的蒸发空间，导致压力过大，沸点温度上升等不良现象出现，可在密封腔体内不要充入过多的冷却介质6。电动机运行时，定子1整体因各种损耗产生大量的热，加热了密封腔体内的冷却介质6，液态的冷却介质6温度升高，直到达到饱和温度沸腾，冷却介质6吸热汽化上浮，遇到位于冷却介质6上方的通风管31，由于通风管31与汽化的冷却介质6之间存在温差，汽化的冷却介质6将热量传递给通风管31后液化，又滴回到冷却介质6中，通风管31通风将热量带走，这样就将定子1的热量及时散到电动机的外部，形成自循环的蒸发冷却过程。

本发明实施例中，腔体侧壁3是通过腔体连接壁4与定子铁心11相连接的，腔体连接壁4配合着定子绕组12的端部121的弯曲形状，以将伸出定子铁心11外端的定子绕组12完全包裹起来，可使定子绕组12的端部121与腔体连接壁4紧密贴合，不留空间或留有很小的空间，去掉了不必要的端部空间，从而降低了定子密封腔体的容积，使其内的冷却介质6液体分布趋于合理，冷却介质6的用量也随之降低，因此可以显著降低蒸发冷却异步电动机的制造成本，提高了市场竞争力。其中，冷却介质6灌入的液面没过定子铁心11的外圆表面即可。

其中，参见图3和图3A所示，套筒2的长度可与定子铁子11的长度相同，套筒2的外壁可粘接在定子铁心11的内圆表面上，套筒2的材料可选用具备一定抗压强度、抗冲击变形、耐高温的绝缘材料。在异步电动机中，套筒2套装在定子1与转子7之间。

参见图4所示，每个腔体侧壁3为呈圆环形的板片，其外圆面配合连接在机壳5上，腔体侧壁3的内圆一侧设有多个连接孔32，此处为螺纹孔，腔体连接壁4的外端与连接孔32通过螺钉连接。所述腔体侧壁3上设有多个通风管安装孔33，通风管31穿过通风管安装孔33，并通过焊接等方法将腔体侧壁4与通风管31连接起来，连接处需具有密封性。通风管安装孔33在腔体侧壁3上的具体位置可根据安装需要进行设置，如图4中所示，安装孔33只设置在腔体侧壁3的局部。此外，安装孔33的形状可以根据通风管31的结构形状相应设置，腔体侧壁4的材料可以是导体或绝缘体，不作限制，只要保证具有一定抗压强度即可，通风管31可以是导热性能较好的铜管或铝管，主要起冷凝作用。

作为本发明的一个实施方式，参见图5、5A、5B和图7、7A、7B所示，每个所述腔体连接壁4包括绕组端部容置件41，所述定子绕组12的端部121配合地设置在绕组端部容置件4内，绕组端部容置件4的上部配合定子绕组端部的形状而呈弧形，下部呈斜线形，下部的倾斜角度和长度均与定子绕组12的端部出线相吻合。定子绕组12被绕组端部容置件41完全包裹，以去除了定子密封腔体内的定子绕组12的下面的空间，从而减少了定子密封腔体的容积。

再配合图6、6A、6B所示，每个腔体连接壁4还包括侧壁连接件42，侧壁连接件42的一端连接腔体侧壁3，另一端连接，例如粘接在绕组端部容置件41的上部。具体是，侧壁连接件42设有圆环部421，圆环部421的内圆面向外凸设有翘起部422，圆环部421上设有螺丝孔423，螺丝孔423与腔体侧壁3的连接孔32配合，借助螺丝将侧壁连接件42与腔体侧壁3连接在一起。

绕组端部容置件41和侧壁连接件42均可使用具备一定抗压强度、抗冲击变形、耐高温的绝缘材料。

所述定子铁心11的内圆上沿圆周开设有多个均匀分布的铁心槽，所述定子绕组12嵌设在铁心槽内；每个腔体连接壁4还包括多个周向均匀地连接(例如粘接)在绕组端部容置件41的下部的定子铁心连接件，每个定子铁心连接件的一端压设在嵌有定子绕组11的铁心槽内。具体是，定子铁心连接件具有将定子绕组12固定在铁心槽内的楔下垫条43和槽楔(图中未示)，先将楔下垫条43压进容设有定子绕组12的定子铁心11的铁心槽里，并应尽可能地将绕组端部容置件41紧靠定子铁心11端部表面，接着从一端将槽楔打进铁心槽内，使槽楔牢固地将楔下垫条43件和定子绕组12等固定在铁心槽里。

上述将定子1整个用定子密封腔体严格封起来，然后用绝缘的蒸发冷却介质6液体将共完全浸泡的浸润式蒸发冷却，当电动机运时时，定子密封腔体内会自然形成气、液、固三相的绝缘系统。经试验表明，该绝缘系统能够改善定子端部电场强度的分布、防止局部放电的发生，即，出铁心槽口的冷却介质6中电场最集中，但分布比较均匀，从内到外变化平衡，直至槽外的绕组端部，电场分布的过渡性很好，无局部突变点，且最大电场强度远小于冷却介质6的击穿值，说明蒸发冷却介质对定子端部121电场的改善非常显著，无须任何防晕手段。定子绕组12在铁心槽外的延伸长度对电场分布的影响不明显，因此可以尽可能地适当地减小定子绕组12在铁心槽外的伸出长度，经模拟试验证明，对于10KV电压等级的定子绕组，其端部伸出长度可以减小至原来的85％。

此外，经工程实例测算出，相对于背景技术中相关的冷凝装置的结构而言，本发明实施例的密封装置的容积只有原来的六分之一，冷却介质用量不到100公斤。

本发明实施例还提供了一种蒸发冷却异步电动机定子的密封装置，关于该蒸发冷却异步电动机定子的密封装置的具体结构及有益效果参见对图2-图7B所示实施例的描述，此处不再重复。

实施方式2

本发明实施例提出了一种蒸发冷却异步电动机定子的密封装置的制造方法，其包括步骤：

A、所述定子包括相互连接的定子铁心11和定子绕组12，将套筒2粘接在定子铁心11的内圆表面上，套筒2位于异步电动机的定子1和转子7之间；

B、将两个腔体侧壁3的外缘分别密封连接在异步电动机的机壳5上，定子1位于两个腔体侧壁3之间；

C、提供两个腔体连接壁4，使每个腔体连接壁4的外端连接腔体侧壁3，内端沿着定子绕组12的端部的弯曲形状与定子铁心11相连接，使上述套筒2，腔体侧壁3，腔体连接壁4和机壳5构成了定子密封腔体。

作为本发明的一个实施方式，上述步骤C中，所述定子铁心11的内圆上沿圆周开设有多个均匀分布的铁心槽，定子绕组12嵌设在铁心槽内，腔体连接壁4的内端将定子绕组12压进并固定在铁心槽里。具体是，定子铁心连接件具有楔下垫条43和槽楔，先将楔下垫条43压进容设有定子绕组12的定子铁心11的铁心槽里，接着将槽楔设入铁心槽内，使槽楔将楔下垫条43和定子绕组12固定在铁心槽里。

上述步骤C中，将定子1整体进行真空压力浸漆处理，再使定子铁心11与腔体连接壁4相连，以加强定子密封腔体的连接的整体性。

所述方法还包括步骤D、将腔体连接壁4与定子铁心11的端部表面间用绝缘漆封上，以进一步提高密封效果。

本实施方式的其他结构、工作原理和有益效果与实施方式1的相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种蒸发冷却异步电动机定子的密封装置，所述定子包括相互连接的定子铁心和定子绕组，其特征在于，所述密封装置包括：

一个套筒，其连接在定子铁心的内圆表面上；

两个腔体侧壁，每个腔体侧壁的外缘密封连接在异步电动机的机壳上；

两个腔体连接壁，每个腔体连接壁的外端连接腔体侧壁，内端沿着定子绕组的端部的弯曲形状与定子铁心相连接；

其中，上述套筒，腔体侧壁，腔体连接壁和机壳构成了定子密封腔体。

2.根据权利要求1所述的蒸发冷却异步电动机定子的密封装置，其特征在于，每个所述腔体连接壁包括绕组端部容置件，所述定子绕组的端部配合地设置在绕组端部容置件内，绕组端部容置件的上部配合定子绕组端部的形状而呈弧形，下部呈斜线形。

3.根据权利要求2所述的蒸发冷却异步电动机定子的密封装置，其特征在于，每个腔体连接壁还包括侧壁连接件，侧壁连接件的一端连接所述腔体侧壁，另一端连接在所述绕组端部容置件的上部。

4.根据权利要求3所述的蒸发冷却异步电动机定子的密封装置，其特征在于，所述定子铁心的内圆上沿圆周开设有多个均匀分布的铁心槽，所述定子绕组嵌设在铁心槽内；每个腔体连接壁还包括多个周向均匀地连接在所述绕组端部容置件的下部的定子铁心连接件，每个定子铁心连接件的一端压设在嵌有定子绕组的铁心槽内；定子铁心连接件具有相互连接的楔下垫条和槽楔。

5.根据权利要求1所述的蒸发冷却异步电动机定子的密封装置，其特征在于，每个所述腔体侧壁为呈圆环形的板片，其外圆面配合连接在机壳上，腔体侧壁的内圆一侧设有多个连接孔，腔体连接壁的外端与连接孔通过螺钉连接，所述腔体侧壁上设有多个通风管安装孔。

6.一种蒸发冷却异步电动机定子的冷凝装置，其特征在于，所述冷凝装置包括上述权利要求1至5任意一项的蒸发冷却异步电动机定子的密封装置，所述定子密封腔体内填充有冷却介质，所述腔体侧壁上连接有多个平行的通风管。

7.一种蒸发冷却异步电动机定子的密封装置的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括步骤：

A、所述定子包括相互连接的定子铁心和定子绕组，将套筒粘接在定子铁心的内圆表面上，套筒位于异步电动机的定子和转子之间；

B、将两个腔体侧壁的外缘分别密封连接在异步电动机的机壳上，定子位于两个腔体侧壁之间；

C、提供两个腔体连接壁，使每个腔体连接壁的外端连接腔体侧壁，内端沿着定子绕组的端部的弯曲形状与定子铁心相连接，使上述套筒，腔体侧壁，腔体连接壁和机壳构成了定子密封腔体。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，上述步骤C中，所述定子铁心的内圆上沿圆周开设有多个均匀分布的铁心槽，定子绕组嵌设在铁心槽内，腔体连接壁的内端将定子绕组压进并固定在铁心槽里。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，上述步骤C中，将定子整体进行真空压力浸漆处理，再使定子铁心与腔体连接壁相连。

10.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述方法还包括步骤D、将腔体连接壁与定子铁心的端部表面间用绝缘漆封上。

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