CN102434892A - 具有可插入的磨损特征的燃烧衬里挡块和相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有可插入的磨损特征的燃烧衬里挡块和相关方法，具体而言，公开了具有可插入的磨损特征(78)的燃烧衬里挡块(40)和用于将磨损特征(78)安装在燃烧衬里挡块(40)内的方法。该方法可大体包括扩大被限定在衬里挡块(40)中的槽(52)以形成空腔(60)、将插块(62)定位在该空腔(60)中以及提供与插块(62)相关的至少一个磨损特征(78)。

Description

具有可插入的磨损特征的燃烧衬里挡块和相关方法

技术领域

本主题大体涉及燃气涡轮机燃烧器的燃烧衬里止挡件，且更具体地涉及具有可插入磨损特征的燃烧衬里挡块和相关方法。

背景技术

燃气涡轮机典型地包括压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段。压缩机区段对流入涡轮机的空气加压。从压缩机区段排放的加压空气流入燃烧区段，该燃烧区段的特征大体在于设置在绕燃气涡轮机的轴线的环形阵列周围的多个燃烧器。多个燃烧器的每一个均包括燃烧衬里，该燃烧衬里限定燃烧器的燃烧室。因此，进入各燃烧器的空气与燃料混合并在燃烧衬里内燃烧。热燃烧气体经过渡件从燃烧衬里流到燃气涡轮机的涡轮区段，以驱动涡轮机并产生功率。

燃气涡轮机燃烧器的燃烧衬里典型地被同心地定位在燃烧器的流套筒内并径向向内地与其隔开。燃烧衬里的前端通常设置有多个周向隔开的衬里挡片(即，凸衬里止挡件)，其与固定到流套筒上或在一些实施例中固定到燃烧壳体上的对应数量的衬里挡块(即，凹衬里止挡件)配合和/或匹配。因此，当燃烧衬里被安装在流套筒内时，衬里止挡件确保燃烧衬里在流套筒内的正确径向和轴向位置，而且还防止燃烧衬里沿轴向下游方向(即，朝过渡件)移动。

燃烧衬里止挡件通常在燃烧器内发生的燃烧过程所产生的极端振动和热量期间支撑燃烧衬里。燃烧引发的振动和热变形常导致燃烧衬里、流套筒和燃烧器的其它构件振动或以其它方式相对于彼此移动。特别地，燃烧衬里典型地热变形并相对于流套筒振动。因此，常常由于此类变形和/或振动而在衬里止挡件上出现磨损。这会引起衬里挡片和/或衬里挡块失效，从而引起燃烧衬里在流套筒内未对准和/或损坏燃烧衬里或流套筒。

为了防止此类失效，已公开燃烧器的整个衬里挡块可由设计成减小衬里挡块与衬里挡片之间发生的磨损量的硬化合金形成。然而，为了在已存在的燃烧器内包括此类衬里挡块，必须从流套筒去除预先存在的衬里挡块，这会呈现若干问题。特别地，已存在的衬里挡块的去除需要维修工人从流套筒钻出衬里挡块，这会是非常劳动密集和耗时的过程。此外，原始挡块的去除实际上消除了结合在原始设计中以便使衬里挡块与流套筒对准的任何定位特征。因此，新衬里挡块的安装常常更加困难并且会引起衬里挡块与流套筒未对准。此外，已存在的衬里挡块和替代的衬里挡块两者常常由比较昂贵的合金形成。因此，完全更换衬里挡块会导致增加的材料成本。

因此，技术上需要一种具有可插入的磨损特征的燃烧衬里挡块和用于将此类特征安装在衬里挡块内的方法。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下说明中进行部分论述，或可从说明而变得显而易见，或可通过实施本发明来获知。

一方面，本主题公开了用于将磨损特征安装在燃烧衬里挡块内的方法。所述方法可大体包括扩大在衬里挡块中的槽以形成空腔、将插块定位在空腔中并提供与插块相关的至少一个磨损特征。

另一方面，本主题公开了一种用于燃烧器的燃烧衬里挡块。该衬里挡块可大体包括限定空腔的外块和设置在该空腔内的插块。该插块可限定构造成接纳衬里挡块的匹配构件的沟槽。此外，该衬里挡块可包括与插块相关的至少一个磨损特征。

又一方面，本主题公开了一种包括燃烧壳体、流套筒和大致同心地布置在流套筒内的燃烧衬里的燃烧器。该燃烧器还可包括至少一个衬里挡片，该挡片被固定到以下中的一者上：i)流套筒、ii)燃烧衬里和iii)燃烧壳体，以及至少一个衬里挡块，该挡块被固定到以下中的另一者上：i)流套筒、ii)燃烧衬里和iii)燃烧壳体。该衬里挡块通常可构造成接合衬里挡片。此外，该衬里挡块可包括限定空腔的外块、设置在空腔中的插块和与该插块相关的至少一个磨损特征。

参考以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并连同描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

在参照附图的说明书中针对本领域的普通技术人员阐述了本发明的完整且能够实现的公开，在附图中：

图1示出了燃气涡轮机燃烧器的实施例的横截面侧视图；

图2示出了燃烧衬里挡块和燃烧衬里挡片的实施例的透视图；

图3示出了提供根据本发明的多个方面的用于将磨损特征安装在燃烧衬里挡块内的方法的一个实施例的流程图；

图4示出了根据本发明的多个方面的燃烧衬里挡块和可插入该衬里挡块中的插块的实施例的透视图；

图5示出了图4所示的燃烧衬里挡块和插块的实施例的透视图，特别示出了根据本发明的多个方面的限定长形沟槽并被固定在衬里挡块内的插块；

图6示出了根据本发明的多个方面的可插入插块的一个实施例的磨损特征的实施例的透视图；以及

图7示出了根据本发明的多个方面的包括可插入的磨损特征的组装好的燃烧衬里挡块的一个实施例的透视图。

零部件清单

20  燃气涡轮机燃烧器

22  燃烧器壳体

24  燃气涡轮机壳体

26  内部流套筒

28  燃烧器衬里

30  冲击套筒

32  过渡件

34  空气供应孔

36  燃烧室

38  凸衬里挡片

40  凹衬里挡块

42  (套筒26的)内表面

44  (衬里28的)外表面

46  平直端部

48  曲形端部

50  侧壁

52  长形槽

54  基部

56  突出部

60  扩大的空腔

62  插块(IB)

64  外块

66  IB的平直端部

68  IB的圆形或曲形端部

70  IB的侧壁

72  斜切边缘

74  沟槽

76  凹进区域

78  磨损带

80  开口

302  衬里挡块

304  空腔

306  插块

具体实施方式

现将详细说明本发明的实施例，其一个或多个实例在附图中示出。各实例作为本发明的说明而非对本发明的限制。事实上，对本领域的技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，可以在本发明中作出各种改型和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生再一实施例。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的此类改型和变型。

本发明大体涉及包括可插入的磨损特征的燃烧衬里挡块和用于将此类磨损特征安装在衬里挡块内的方法。例如，所公开的衬里挡块大体包括具有构造成减小衬里挡块与衬里挡片之间发生的磨损量的一个或更多相关磨损特征的插块。通过使此类磨损特征与所公开的插块相关，消除了更换原始衬里挡块的需要。特别地，空腔可形成在原始挡块内，该空腔构造成接纳插块和相关的磨损特征。因此，可消除与去除衬里挡块相关的成本，例如劳动力和材料成本。此外，通过采用原始衬里挡块，可维持在原始安装期间实现的挡块的精确定位。此外，本主题的插块可构造成具有标准化的尺寸和/或形状，使得其可用于各种具有包括不同尺寸、形状和/或构造的衬里挡块的不同燃气涡轮机中。

现参照附图，图1示出了燃气涡轮机燃烧器20的一个实施例的横截面侧视图。燃烧器20可大体包括固定到燃气涡轮机壳体24的一部分(例如压缩机排气壳体或燃烧覆罩壳体)上的大致圆柱形燃烧壳体22。燃烧器20还可包括内部流套筒26和大致同心地设置在流套筒26内的燃烧衬里28。流套筒26和燃烧衬里28两者均可在它们的下游端延伸到双壁过渡导管，包括冲击套筒30和设置在冲击套筒30内的过渡件32。然而，应当理解的是，一些燃气涡轮机可仅包括单壁过渡件。此外，冲击套筒30和流套筒26可在它们表面的一部分上设置有多个空气供应孔34，从而容许来自燃气涡轮机的压缩机区段的加压空气进入燃烧衬里28与流套筒26之间的径向空间。

燃烧器20的燃烧衬里28可总体限定大致圆柱形燃烧室36，燃料和空气在该燃烧室36中被喷射并燃烧而产生热燃烧气体。此外，燃烧衬里28可在其下游端联接到过渡件32上，使得燃烧衬里28和过渡件32大体限定用于从各燃烧器20流到燃气涡轮机的涡轮区段的热燃烧气体的流动通路。

燃烧衬里28还可包括构造成与固定到流套筒26上或在一些实施例中固定到燃烧壳体22上的一个或更多凹衬里挡块40匹配或以其它方式接合的一个或更多凸衬里挡片38。特别地，衬里挡片38可适于在燃烧衬里28被安装在燃烧器20中时滑入在衬里挡块40内限定的长形槽52(图2)，以便确保衬里28在流套筒26内的适当周向对准。此外，衬里止挡件38、40也可用于指示燃烧衬里28的适当安装深度并防止衬里28在燃烧器20的操作期间的旋转和/或轴向移动。应当理解的是，在备选实施例中，衬里挡片38可设置在流套筒26或燃烧壳体22上，而衬里挡块40可设置在燃烧衬里28上。

现参照图2，示出了燃烧衬里挡片38和燃烧衬里挡块40的实施例的透视图。通常，衬里挡块40可被固定到流套筒26的内表面42上。然而，如上所述，在一些实施例中，衬里挡块40可被固定到燃烧壳体22的内表面上。此外，衬里挡片38可被固定到燃烧衬里28的外表面44上。应当理解的是，可使用本领域中公知的任何适当的手段来将衬里挡块40和挡片38分别固定到流套筒26和燃烧衬里28上。例如，如图2中所示，衬里挡块40可被焊接到流套筒26的内表面42上。衬里挡块40也可包括延伸穿过流套筒26的销、杆或其它安装特征(未示出)，以提供挡块40与流套筒26之间的又一附接机构。类似地，衬里挡片38可被焊接到燃烧衬里28的外表面44上。然而，应当理解的是，在备选实施例中，可使用适当的附接机构，例如使用螺钉、螺栓或任何其它公知的机械紧固件将衬里止挡件38、40固定到它们相应的燃烧器构件上。

通常，应当理解的是，衬里挡块40和衬里挡片38可设计成具有使衬里挡片38能与衬里挡块40匹配和/或接合以便有利于燃烧衬里28的安装和/或使燃烧衬里28在流套筒26(或燃烧壳体22)内适当地对准和/或防止衬里28在燃烧器20的操作期间的旋转和/或轴向移动的任何适当的形状和/或构造。例如，在图2中所示的实施例中，衬里挡块40可包括大致平坦或平直的端部46、圆形或曲形端部48和在平直端部46与曲形端部48之间延伸的一对侧壁50。衬里挡块40也可限定构造成接纳衬里挡片38的长形槽52。长形槽52可大体从衬里挡块40的平直端部46限定并且可沿曲形端部48的方向延伸。此外，如图2中所示，衬里挡片38可大体包括基部54和从基部54延伸使得当燃烧衬里28被安装在流套筒26内时衬里挡片38可滑入并接合衬里挡块40的大致矩形突出部56。应当理解的是，尽管在图2中示出了单组衬里止挡件38、40，但每个燃烧器20内可包括两组、三组或更多组衬里止挡件38、40。

如上所述，本主题大体涉及一种具有可插入的磨损特征的衬里挡块和用于将磨损特征安装在衬里挡块内的方法。因此，所公开的方法的一个实施例将大体参考图3进行描述并且将参考图4-7进行更详细的解释。此外，所公开的衬里挡块的各种实施例还将参考图4-7进行描述。

因此，参照图3，示出了用于将磨损特征安装在燃烧衬里挡块内的方法的一个实施例。总体而言，该方法包括扩大在衬里挡块中限定的槽以形成空腔302、将插块定位在空腔304中以及提供与插块相关的至少一个磨损特征306。如上所述，所公开的方法通常可容许将磨损特征安装在衬里挡块内而不必去除已存在的挡块。因此，文中通常将参考将磨损特征安装在原来未设计成包括此类特征的新的和用过的衬里挡块中对该方法进行描述。然而，应当理解的是，所公开的方法也可用于快速和高效地将新的磨损特征安装在事实上原本就包括一个或更多磨损特征的衬里挡块中。还应当理解的是，尽管以图3中的特定次序示出了所公开的方法的各个要素302、304、306，但这些要素通常可以以与文中提供的公开内容一致的任何顺序和/或次序来执行。

现参照图4，示出了附接到燃烧器20(图1)的流套筒26的一部分上的衬里挡块40的实施例的透视图。特别地，图4示出了根据本发明的各方面在衬里挡块40已被扩大以限定空腔60之前和之后的衬里挡块40的实施例。因此，首先，衬里挡块40可大体限定长形槽52，该长形槽52如上所述可构造成接纳对应的衬里挡片38(图2)。然而，如图4中所示，扩大的空腔60可通过在长形槽52附近的区域内加工或以其它方式从挡块40去除材料而形成在衬里挡块40内。因此，在一个实施例中，空腔60可限定比由长形槽52限定的容积大的容积。一般而言，空腔60可形成在衬里挡块40中使得插块62可插入或以其它方式设置在空腔60内。因此，衬里挡块40通常可用作用于接纳插块62的外块64。应当理解的是，空腔60可使用本领域中公知的任何适当的手段形成。例如，可采用各种公知的加工工艺例如铣削工艺、钻削工艺、其它精加工工艺等在衬里挡块40内形成空腔60。

一般而言，插块62和空腔60可设计成具有容许此类构件如文中所述起作用的任何适当的形状和/或构造。例如，在一个实施例中，插块62可构造成大致类似于衬里挡块40的构造。因此，在所示的实施例中，插块62可包括大致平坦或平直的端部66、圆形或曲形端部68和在平直端部66与曲形端部68之间延伸的一对侧壁70。此外，如图4中所示，空腔60可限定对应的形状使得插块62可被接纳在其中。然而，在备选实施例中，应当理解的是，插块62和对应的空腔60在形状上可为大致矩形或可以以其它方式限定任何其它适当的形状和/或横截面。还应当理解的是，插块62大体可由任何适当的材料形成。然而，在一个特定的实施例中，插块62可由相对不昂贵的金属例如碳钢形成。

仍参照图4，插块62也可构造成利用本领域中公知的任何适当的手段固定在空腔60内。例如，在一个实施例中，插块62可构造成被焊接到衬里挡块40上。在此类实施例中，插块62可限定构造成有助于将插块62焊接到衬里挡块40上的一个或更多焊接准备特征。例如，如图所示，插块62可沿着其外周的部分限定倒角或斜切边缘72。其它适当的焊接准备特征可包括凹槽、脊部、切口等。在备选实施例中，插块62可构造成使用机械紧固件例如通过使用螺栓或螺钉或使用本领域中公知的任何其它适当的附接机构和/或工艺固定在空腔60内。此外，应当理解的是，当插入衬里挡块40时，插块62不需要如图4中所示构造为坯块(例如，实心的材料块)。例如，在备选实施例中，插块62可包括加工特征，例如参考图5和6所述的沟槽74和/或凹进区域76，和/或可在被插入衬里挡块40之前包括一个或更多磨损特征。

现参照图5，示出了固定在衬里挡块40的空腔60内的插块62的一个实施例的透视图。特别地，插块62被显示为沿着在插块62和衬里挡块40的交界处限定的斜切边缘72被焊接到衬里挡块40上。此外，如图5中所示，沟槽74可形成在插块62内，使得当燃烧衬里28被安装在流套筒26内时燃烧衬里28的衬里挡片38(图2)可被接纳在沟槽74内。一般而言，应当理解的是，沟槽74可形成在插块62内以便限定任何适当的形状和/或横截面。然而，在本主题的一个特别的实施例中，沟槽74可限定与在衬里挡块40内限定的长形槽52(图4)相同的尺寸、形状和/或规格。

应当理解的是，沟槽74可使用任何适当的手段形成。例如，可采用各种公知的加工工艺例如铣削工艺、钻削工艺、其它精加工工艺等在插块62内形成沟槽74。此外，如上所述，沟槽74可在插块62被插入衬里挡块40和/或被固定到衬里挡块40上之前或之后形成。例如，插块62可预先加工或以其它方式形成(例如，通过模塑工艺)，使得沟槽74在块62被插入衬里挡块40之前被限定在插块62内。

现参照图6，示出了根据本发明的多个方面的插块62内可包括的磨损特征的一个实施例。如图所示，该磨损特征包括可大体构造成减小衬里挡块40与衬里挡片38之间发生的磨损量的磨损垫片或磨损带78。特别地，磨损带78可由能够防止或减少衬里挡块40与衬里挡片38之间的磨损的任何适当的耐磨材料形成。例如，可用于形成磨损带78的适当的材料可包括钴基合金如FSX-14和L-605、镍基合金、其它耐磨/硬化面材料等。

在一个备选实施例中，应当理解的是，本主题的磨损特征可包括耐磨涂层，可使用任何适当的工艺，例如通过焊接、金属喷镀、热喷镀、扩散处理等将该耐磨涂层涂布到在插块62中限定的沟槽74的表面上。适当的耐磨涂层可包括但不限于包括以下材料中的一种或多种的涂层：碳化铬、钨、钴、STELLITE 6合金、任何适当的耐磨/砸化面材料和/或当涂布到沟槽74上时可增加插块62的耐磨性的任何其它材料。在另一实施例中，整个插块62可由耐磨材料形成。在此类实施例中，插块62本身可用作本主题的磨损特征。适当的耐磨材料可包括钴基合金如FSX-14和L-605、镍基合金、其它耐磨/砸化面材料等。

仍参照图6，在其中磨损特征包括磨损带78的实施例中，磨损带78通常可构造成具有容许将带78插入或以其它方式设置在插块62内的任何适当的形状和/或构造。磨损带78也可构造成以便限定长形开口80。例如，在一个实施例中，开口80可大致类似于在插块62内限定的沟槽74和/或在衬里挡块40内限定的槽52(图4)成形、确定尺寸和/或确定规格。因此，应当理解的是，开口80可适于当燃烧衬里28被安装在流套筒26内时与燃烧衬里28的衬里挡片38(图2)接合或以其它方式接纳衬里挡片38。因此，磨损带78通常可用作插块62与衬里挡片38之间的接口，并因此可减小在燃烧器20的操作期间衬里挡块40与衬里挡片38之间发生的磨损量。

此外，在一个实施例中，凹进区域76可被限定在插块62的沟槽74内并且可构造成容纳磨损带78。因此，如图6中所示，可通过加工或以其它方式从插块62去除材料使得沟槽74的至少一部分被扩大或以其它方式扩宽而在插块62内形成凹进区域76。在一个实施例中，凹进区域76通常可成形、确定尺寸或以其它方式构造成具有与磨损带78大致相同的形状、尺寸和/或规格。例如，如图7中所示，凹进区域76可形成为以便当磨损带78被插入插块62时，磨损带78定位成与沟槽74未通过凹进区域76的形成而扩大或以其它方式扩宽的部分大致齐平。应当理解的是，可使用任何适当的手段形成凹进区域76。例如，可采用各种公知的加工工艺例如铣削工艺、钻削工艺、其它精加工工艺等在插块62内形成凹进区域76。还应当理解的是，在备选实施例中，凹进区域76无需被限定在插块62内。例如，沟槽74可形成在插块62内以便限定用于接纳磨损带78的合适规格。

现参照图7，示出了根据本发明的多个方面的具有可插入的磨损特征的组装好的燃烧衬里挡块40的一个实施例。如图所示，燃烧衬里挡块40大体包括外块64、插块62和磨损带78，其各者均可大体如上所述构造。因此，外块64可构造成被固定到流套筒26的一部分上，或视情况而定被固定到燃烧器20的燃烧壳体22上(图1)。此外，外块64可大体限定用于接纳插块62的空腔60(图4)。如图所示，插块62可大体包括在沟槽74内用于接纳磨损带78的凹进区域76(图6)。此外，磨损带78可构造成配合在凹进区域76内并且可限定构造成接纳燃烧衬里28的衬里挡片38(图2)的长形开口80。因此，磨损带78可用作衬里挡块40与衬里挡片38之间的接口，并因此可减小此类构件之间发生的磨损量。

此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方法。本发明可取得专利权的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例包括并未不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者它们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在权利要求的保护范围内。

Claims (15)

1.一种用于将磨损特征(78)安装在燃烧衬里挡块(40)内的方法，所述燃烧衬里挡块(40)限定构造成接纳燃烧衬里挡片(38)的槽(52)，所述方法包括：

扩大被限定在所述衬里挡块(40)中的所述槽(52)以形成空腔(60)；

将插块(62)定位在所述空腔(60)中；以及

提供与所述插块(62)相关的至少一个磨损特征(78)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述插块(62)被定位在所述空腔(60)中之前或之后在所述插块(62)中形成沟槽(74)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述沟槽(74)具有与被限定在所述衬里挡块(40)中的所述槽(52)大致相同的规格，使得所述衬里挡片(38)能够被接纳在所述沟槽(74)内。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述插块(62)被定位在所述空腔(6)中之前或之后将所述至少一个磨损特征(78)插入所述沟槽(74)中。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括修改所述沟槽(74)以在所述插块(62)中形成凹进区域(76)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述至少一个磨损特征(78)设置在所述凹进区域(76)中。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个磨损特征(78)包括磨损带(78)，所述磨损带(78)由耐磨材料形成。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述磨损带(78)设置在所述插块(52)内，使得当所述衬里挡片(38)被接纳在所述衬里挡块(40)中时所述衬里挡片(38)接触所述磨损带(78)。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个磨损特征(78)包括涂布到所述插块(62)上的耐磨涂层。

10.根据任一项前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述插块(62)固定到所述衬里挡块(40)上。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述插块(62)固定到所述衬里挡块(40)上包括将所述插块(62)焊接到所述衬里挡块(40)上，所述插块(62)在所述插块(62)和所述衬里挡块(40)的交界处限定至少一个焊接准备特征(72)。

12.一种用于燃烧器(20)的衬里挡块(40)，所述衬里挡块(40)包括：

限定空腔(60)的外块(64)；

设置在所述空腔(60)中的插块(62)，所述插块(62)限定构造成接纳所述衬里挡块(40)的匹配构件的沟槽(74)；以及

与所述插块(62)相关的至少一个磨损特征(78)。

13.根据权利要求12所述的衬里挡块(40)，其特征在于，所述至少一个磨损特征(78)包括磨损带(78)，所述磨损带(78)由耐磨材料形成。

14.根据权利要求13所述的衬里挡块(40)，其特征在于，所述插块(62)还在所述沟槽(74)内限定凹进区域(76)，所述磨损带(78)设置在所述凹进区域(76)中。

15.根据权利要求12所述的衬里挡块(40)，其特征在于，所述至少一个磨损特征(78)包括涂布到所述沟槽(74)上的耐磨涂层。

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