CN103452754A - 风力发电机的桨叶零点设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风力发电机的桨叶零点设定方法，桨叶存在理论零点刻度，当桨距角为0°时，理论零点刻度与理论零点重合；在轴承的内圈或桨叶上设置触发装置，在轴承的外圈或轮毂上设置制动开关，桨叶进行转动时，触发装置能够触发制动开关使桨叶停止转动，且制动开关与触发装置沿预设的正方向的理论角度差为α；获取桨叶的实时零点刻度，在实时零点刻度与理论零点重合后，沿正方向转动桨叶，触发装置触发制动开关，桨叶停止转动，获取触发装置转过的实时角度为β；转动桨叶，使实时零点刻度与相对于理论零点的理论刻度β-α重合；将桨叶上对应于理论零点的位置设置为新的实时零点刻度。通过本发明，可以提高零点设置的准确性及其自动化程度。

Description

风力发电机的桨叶零点设定方法

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体而言，涉及一种风力发电机的桨叶零点设定方法。

背景技术

目前风力发电机变桨距控制系统，桨叶零点的设置精度对风机的载荷及风力发电量都有着重要的影响。对目前的变桨距控制系统而言，零点的校准方法为人工目测设定，而在软件中没有任何校准，但是这种设定方法受现场操作工程师经验影响较多，人工设定的桨叶零点往往存在较大偏差。根据计算，在额定风速的状况下，桨叶零点偏差0.2度对发电量的影响为风机容量的1%；另一方面，在风机桨叶零点丢失的情况下，需要人工进入轮毂进行桨叶零点设定，这样会影响风机的可利用时间。

因此，需要一种新的风力发电机的桨叶零点设置技术，可以提高零点设置的准确性，以及零点设置过程中的自动化程度。

发明内容

本发明正是基于上述问题，提出了一种新的风力发电机的桨叶零点设置技术，可以提高零点设置的准确性，以及零点设置过程中的自动化程度。

有鉴于此，本发明提出了一种风力发电机的桨叶零点设定方法，所述桨叶与所述风力发电机的轮毂通过轴承相连，其中，所述轮毂与所述轴承的外圈固定连接，所述桨叶与所述轴承的内圈固定连接；所述桨叶存在理论零点刻度，当所述桨叶的桨距角为0°时，所述理论零点刻度与理论零点重合，其特征在于，所述设定方法包括：在所述轴承的内圈或所述桨叶上设置触发装置，在所述轴承的外圈或所述轮毂上设置制动开关，所述桨叶进行转动时，所述触发装置能够触发所述制动开关，使所述桨叶停止转动，其中，所述触发装置设置在相对于所述理论零点的第一位置，所述制动开关设置在相对于所述理论零点的第二位置，且所述第一位置与所述第二位置沿预设的正方向的理论角度差为α；通过控制装置获取所述桨叶的实时零点刻度，在将所述实时零点刻度与所述理论零点重合后，沿所述正方向转动所述桨叶，使所述触发装置触发所述制动开关、所述桨叶停止转动，获取所述触发装置转过的第一实时角度差为β；转动所述桨叶，使所述实时零点刻度与相对于所述理论零点的理论刻度β-α重合；将所述桨叶上对应于所述理论零点的位置设置为新的实时零点刻度，以控制所述桨叶的转动。

在该技术方案中，桨叶与轮毂通过轴承连接，通过沿该轴承转动桨叶，可以实现对桨叶的桨距角的调节。当桨叶的桨距角为0°时，若在桨叶和轮毂的结合面处画出一条垂直于结合面的线，则当轮毂转动时，在轮毂上的线段（显然这里是假定的线段，并不一定真的画出，意指不随桨叶转动的一个标识）可以理解为理论零点，在桨叶上的线段（显然这里也是假定的线段，并不一定真的画出，意指随桨叶同步转动的一个标识）可以理解为理论零点刻度。可见，当理论零点刻度与理论零点重合时，则桨叶处于真正的0°桨距角位置。

但由于机械或程序误差等因素，使得在通过程序对桨叶进行桨距角的控制过程中，程序对于桨叶上的那个“线段”，也就是理论零点刻度的位置产生了一定偏差，而在该偏差的作用下，理论零点刻度变为了实时零点刻度。因而此时若令程序控制桨叶到达0°桨距角，程序将使得实时零点刻度与理论零点重合，从而导致产生了偏差。而从这个状态开始转动桨叶，测得的第一实时角度差β中也将包含有该误差。第一位置与第二位置的理论角度差为α，该角度中并不包含有上述理论零点刻度与实时零点刻度之间的误差。

需要说明的是，上述各个角度都存在正方向，且该正方向可以自行设置为顺时针方向或者逆时针方向。如设定正方向为顺时针，制动开关比触发装置沿顺时针超前90°，即α=90°，而桨叶从开始转动到停止，转过角度为60°，即β=60°，则两者之间的角度差异即为理论零点刻度与实时零点刻度之间的角度差异，所以需要进行调整，且具体调整的度数就是β-α，即-30°，也就是转动桨叶，使实时零点刻度与相对于理论零点的-30°重合，即将桨叶逆时针旋转30°，则此时理论零点与理论零点刻度将重新重合，然后将桨叶对应于理论零点的位置设置为新的实时零点刻度。

此外，这里的制动开关，可以采用限位开关，从而在触发装置与限位开关发生物理接触时进行制动；也可以采用其他形式的测距装置和制动器，如接近开关、红外测距仪、超声波测距仪、激光测距仪等，在检测到的距离达到预设距离时，实现制动。

在上述技术方案中，优选地，在获取所述新的实时零点刻度之后，还包括：转动所述桨叶，使得所述新的实时零点刻度与所述理论零点重合；沿所述正方向转动所述桨叶，使所述触发装置触发所述制动开关，所述桨叶停止转动，获取所述触发装置转过的第二实时角度差为θ；计算转动误差|θ-α|；若所述转动误差|θ-α|小于或等于预设的允许误差，则设定成功，否则设定失败。

在该技术方案中，在完成了对桨叶的零点设定后，需要对该设定过程是否成功进行检验，若不成功，则返回权利要求1的步骤，重新进行零点设定。在进行检验时，如确定实时零点刻度之后再次进行转动的角度θ=89.5°，而α=90°，则若预设的允许误差为1°，显然|θ-α|=0.5°，小于1°，则认定零点设定成功，否则失败。

在上述技术方案中，优选地，还包括：根据接收到的设定命令，对所述允许误差的数值进行设定。

在该技术方案中，根据人工实际操作指令，可以设定允许误差的具体数值。若原有允许误差精度很高，如为0.1°时，经过多次零点设定和转动误差与允许误差的对比，依然无法满足|θ-α|小于或等于允许误差的要求，也就无法完成零点设定，则可以将允许误差调整到1°进行尝试，在误差对风机发电量影响较小的范围内完成零点设定。

在上述技术方案中，优选地，在获取所述新的实时零点刻度之后，还包括：转动所述桨叶，使得所述新的实时零点刻度与所述理论零点重合；获取所述桨叶的实时桨距角，若所述实时桨距角为0°，则判定为设定成功，否则设定失败。

在该技术方案中，通过对实时桨距角的获取，以对零点设定是否成功进行检验，其中，若设定成功，则此时新的实时零点刻度应该是与理论零点重合的，从而桨距角为0°，否则返回权利要求1的步骤，重新进行零点设定。

在上述技术方案中，优选地，所述理论角度差α=90°。

在该技术方案中，虽然在理论上，桨叶可以相对于轮毂进行360°转动，但由于桨距角的变化范围在0°到90°之间，因而使触发装置和制动开关之间呈90°设置，可以通过桨距角的实时获取，来确定触发装置当前的转动角度。

在上述技术方案中，优选地，所述触发装置设置在对应于所述理论零点的90°的位置，且所述制动开关设置在对应于所述理论零点的180°的位置。

在上述技术方案中，优选地，通过驱动电机对所述桨叶的转动进行驱动，则所述设定方法还包括：在转动所述桨叶，使所述实时零点刻度与相对于所述理论零点的理论刻度β-α重合之后，控制所述驱动电机抱闸，然后设置所述新的实时零点刻度。

在该技术方案中，将桨叶的实时零点刻度与理论零点的理论刻度β-α重合之后，由于惯性或外力因素，桨叶可能会沿任意方向继续转动，从而造成重合不精确，所以可以采用驱动电机抱闸的方式，使桨叶在转动至目标位置后停止转动，确保零点设置的精确性。

在上述技术方案中，优选地，在完成对所述新的实时零点刻度的设置之后，还包括：控制所述驱动电机松闸。

在该技术方案中，在完成对新的实时零点刻度的设置之后，控制驱动电机松闸，以便进行其他的正常操作。

在上述技术方案中，优选地，还包括：在所述桨叶进行转动时，控制所述桨叶的转动速度小于或等于预设的速度阈值。

在该技术方案中，桨叶转动过程中，为保证精度，桨叶的转动速度不能太高，以免转动过量，造成对角度测量不精准。

在上述技术方案中，优选地，在所述桨叶进行所述第二实时转动角度α-β的转动时，所述速度阈值为0.5°/s。

通过以上技术方案，提高了零点设置的准确性，以及零点设置过程中的自动化程度。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的零点设定方法的流程图；

图2至图3示出了根据本发明的实施例的器件设置示意图；

图4示出了根据本发明的实施例的具体零点设置过程的示意图；

图5示出了根据本发明的实施例的零点设置校对过程示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了根据本发明的实施例的零点设定方法的流程图。

如图1所示，根据本发明的实施例的零点设定方法流程如下：

一种风力发电机的桨叶零点设定方法，桨叶与该风力发电机的轮毂通过轴承相连，其中，轮毂与轴承的外圈固定连接，桨叶与轴承的内圈固定连接；桨叶存在理论零点刻度，当桨叶的桨距角为0°时，理论零点刻度与理论零点重合，设定方法包括：步骤102，在轴承的内圈或桨叶上设置触发装置，在轴承的外圈或所述轮毂上设置制动开关，桨叶进行转动时，触发装置能够触发制动开关，使桨叶停止转动，其中，触发装置设置在相对于理论零点的第一位置，制动开关设置在相对于理论零点的第二位置，且第一位置与第二位置沿预设的正方向的理论角度差为α；步骤104，通过控制装置获取桨叶的实时零点刻度，在将实时零点刻度与理论零点重合后，沿正方向转动桨叶，使触发装置触发制动开关、桨叶停止转动，获取触发装置转过的第一实时角度差为β；步骤106，转动桨叶，使实时零点刻度与相对于理论零点的理论刻度β-α重合；步骤108，将桨叶上对应于理论零点的位置设置为新的实时零点刻度，以控制桨叶的转动。

在该技术方案中，桨叶与轮毂通过轴承连接，通过沿该轴承转动桨叶，可以实现对桨叶的桨距角的调节。当桨叶的桨距角为0°时，若在桨叶和轮毂的结合面处画出一条垂直于结合面的线，则当轮毂转动时，在轮毂上的线段（显然这里是假定的线段，并不一定真的画出，意指不随桨叶转动的一个标识）可以理解为理论零点，在桨叶上的线段（显然这里也是假定的线段，并不一定真的画出，意指随桨叶同步转动的一个标识）可以理解为理论零点刻度。可见，当理论零点刻度与理论零点重合时，则桨叶处于真正的0°桨距角位置。

但由于机械或程序误差等因素，使得在通过程序对桨叶进行桨距角的控制过程中，程序对于桨叶上的那个“线段”，也就是理论零点刻度的位置产生了一定偏差，而在该偏差的作用下，理论零点刻度变为了实时零点刻度。因而此时若令程序控制桨叶到达0°桨距角，程序将使得实时零点刻度与理论零点重合，从而导致产生了偏差。而从这个状态开始转动桨叶，测得的第一实时角度差β中也将包含有该误差。第一位置与第二位置的理论角度差为α，该角度中并不包含有上述理论零点刻度与实时零点刻度之间的误差。

需要说明的是，上述各个角度都存在正方向，且该正方向可以自行设置为顺时针方向或者逆时针方向。如设定正方向为顺时针，制动开关比触发装置沿顺时针超前90°，即α=90°，而桨叶从开始转动到停止，转过角度为60°，即β=60°，则两者之间的角度差异即为理论零点刻度与实时零点刻度之间的角度差异，所以需要进行调整，且具体调整的度数就是β-α，即-30°，也就是转动桨叶，使实时零点刻度与相对于理论零点的-30°重合，即将桨叶逆时针旋转30°，则此时理论零点与理论零点刻度将重新重合，然后将桨叶对应于理论零点的位置设置为新的实时零点刻度。

此外，这里的制动开关，可以采用限位开关，从而在触发装置与限位开关发生物理接触时进行制动；也可以采用其他形式的测距装置和制动器，如接近开关、红外测距仪、超声波测距仪、激光测距仪等，在检测到的距离达到预设距离时，实现制动。

在上述技术方案中，在获取新的实时零点刻度之后，还包括：步骤110，转动桨叶，使得新的实时零点刻度与理论零点重合；步骤112，沿正方向转动桨叶，使触发装置触发制动开关，桨叶停止转动，获取触发装置转过的第二实时角度差为θ；步骤114，计算转动误差|θ-α|；步骤116，若转动误差|θ-α|小于或等于预设的允许误差，则设定成功，否则设定失败。

在该技术方案中，在完成了对桨叶的零点设定后，需要对该设定过程是否成功进行检验，若不成功，则返回步骤104，重新进行零点设定。在进行检验时，如确定实时零点刻度之后再次进行转动的角度θ=89.5°，而α=90°，则若预设的允许误差为1°，显然|θ-α|=0.5°，小于1°，则认定零点设定成功，否则失败。

在上述技术方案中，优选地，还包括：根据接收到的设定命令，对允许误差的数值进行设定。

在该技术方案中，根据人工实际操作指令，可以设定允许误差的具体数值。若原有允许误差精度很高，如为0.1°时，经过多次零点设定和转动误差与允许误差的对比，依然无法满足|θ-α|小于或等于允许误差的要求，也就无法完成零点设定，则可以将允许误差调整到1°进行尝试，在误差对风机发电量影响较小的范围内完成零点设定。

在上述技术方案中，在获取新的实时零点刻度之后，还包括：步骤118，转动桨叶，使得新的实时零点刻度与理论零点重合；步骤120，获取桨叶的实时桨距角，若实时桨距角为0°，则判定为设定成功，否则设定失败。

在该技术方案中，通过对实时桨距角的获取，以对零点设定是否成功进行检验，其中，若设定成功，则此时新的实时零点刻度应该是与理论零点重合的，从而桨距角为0°，否则返回步骤104，重新进行零点设定。

在上述技术方案中，理论角度差α=90°。

在该技术方案中，虽然在理论上，桨叶可以相对于轮毂进行360°转动，但由于桨距角的变化范围在0°到90°之间，因而使触发装置和制动开关之间呈90°设置，可以通过桨距角的实时获取，来确定触发装置当前的转动角度。

在上述技术方案中，触发装置设置在对应于理论零点的90°的位置，且制动开关设置在对应于理论零点的180°的位置。

在上述技术方案中，通过驱动电机对桨叶的转动进行驱动，则设定方法还包括：在转动桨叶，使实时零点刻度与相对于理论零点的理论刻度β-α重合之后，控制驱动电机抱闸，然后设置新的实时零点刻度。

在该技术方案中，将桨叶的实时零点刻度与理论零点的理论刻度β-α重合之后，由于惯性或外力因素，桨叶可能会沿任意方向继续转动，从而造成重合不精确，所以可以采用驱动电机抱闸的方式，使桨叶在转动至目标位置后停止转动，确保零点设置的精确性。

在上述技术方案中，在完成对新的实时零点刻度的设置之后，还包括：控制所述驱动电机松闸。

在上述技术方案中，还包括：在桨叶进行转动时，控制桨叶的转动速度小于或等于预设的速度阈值。

在该技术方案中，桨叶转动过程中，为保证精度，桨叶的转动速度不能太高，以免转动过量，造成对角度测量不精准。

在上述技术方案中，桨叶进行所述第二实时转动角度α-β的转动时，速度阈值为0.5°/s。

下面结合图2至图5，对基于本发明的一个实施例的桨叶零点设定方法进行详细说明，其中，图2和图3示出了根据本发明的实施例的器件设置及转动示意图；图4示出了根据本发明的实施例的具体零点设置过程的示意图；图5示出了根据本发明实施例的零点设置校对过程示意图。

如图2所示，外侧是轮毂200（或轴承外圈），内侧是桨叶201（或轴承内圈），理论零点202为图中处在轮毂200的最上方的点的位置，是固定不动的，不随桨叶201的转动而变化。设正方向为顺时针方向，触发装置204设置在桨叶201或轴承内圈上，可随桨叶201进行转动，且其位于相对于理论零点202的第一位置；制动开关206设置在轮毂200或轴承外圈上，不随桨叶201进行转动，且其位于相对于理论零点202的第二位置，则第二位置超前第一位置的角度为第一角度α，可见，这个第一角度α是在完成对触发装置204和制动开关206的位置设置后就确定的角度。为计算方便起见，通常将第一角度α设置为90°，而由于桨叶201在转动时，产生对应的0°至90°的桨距角，因而通常将触发装置204设置在相对于理论零点90°的位置，制动开关206设置在相对于理论零点180°的位置，以便于桨叶201在正常转动的角度范围内进行转动，即可完成对零点的设置。

如图3所示，桨叶201转动后，触发装置204触发制动开关206，桨叶201停止转动，此时触发装置204转过的角度也就是桨叶201转过的角度，即第二角度β，为计算方便起见，一般情况下设置触发装置204和制动开关206的角度差即第一角度α=90°，而桨叶201在正常情况下的转动角度即第二角度β也是90°，这使得对应的桨距角从0°转到90°的时候刚好制动。

如图4所示，当桨叶201处于真正的零点位置，即真正处于0°桨距角位置时，存在与理论零点202重合的一点，也是在最初设置时，相对于触发装置204、制动开关206的设置位置的零点刻度，即图中的理论零点刻度208。从理论上讲，在后台计算机通过程序控制桨叶201进行转动时，可以通过对桨距角设置为0°，从而了解到理论零点刻度208的位置；但由于机械或程序误差，导致程序获取的“零点刻度”并不是理论零点刻度208，而是包含了误差信息的实时零点刻度210。

因此，本应在理论零点刻度208与理论零点202重合后，触发装置204从触发装置的理论位置212A开始，经过顺时针转动后，触发装置204使得制动开关206启动后，测得触发装置204转过的角度为第一角度α；但实际上，由于实际零点刻度210与理论零点202重合，使得触发装置204从触发装置的实际位置214A开始，经过顺时针转动后，触发装置204使得制动开关206启动后，测得触发装置204转过的角度为第二角度β。

可见，其中，第一角度α为准确的角度，而第二角度β则是包含有误差信息的角度。而第一角度α与第二角度β之间的角度差β-α即为误差角度。将桨叶201沿逆时针方向转动α-β角度后，便可以使得理论零点刻度208与理论零点202重合，然后将桨叶201上对应于理论零点202的位置设置为新的实时零点刻度210。

如图5所示，在获取了新的实时零点刻度216之后，还需要对是否设置成功、设置的准确度进行检测。具体地，将新的实时零点刻度216与理论零点202重合，然后再次沿正方向对桨叶201进行转动，直至触发装置204触发制动开关206，桨叶201停止转动，测得桨叶201转过第三角度θ，也就是重新设定零点后触发装置204转过的角度为第三角度θ。

而实际上，若新的实时零点刻度216设置成功，理论上应该与理论零点刻度208重合，那么此时转过的第三角度θ应该与第一角度α相同。

因此，计算|θ-α|，若|θ-α|＝0，则说明新的实时零点刻度216与理论零点刻度208完全重合，设置成功；但考虑到实际允许的误差，若角度差|θ-α|的数值在允许接受的角度范围之内，仍然可以认为设置成功。具体地，将将|θ-α|的数值与预设的允许误差进行对比，若|θ-α|大于预设的允许误差，则返回重新进行零点设定，若|θ-α|小于或等于设的允许误差，则判定零点设定成功。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，考虑到相关技术中的风力发电机的桨叶零点设置精度较低，复杂程度较高，本发明提出了一种新的风力发电机的桨叶零点设定方法，提高零点设置的准确性，以及零点设置过程中的自动化程度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风力发电机的桨叶零点设定方法，所述桨叶与所述风力发电机的轮毂通过轴承相连，其中，所述轮毂与所述轴承的外圈固定连接，所述桨叶与所述轴承的内圈固定连接；所述桨叶存在理论零点刻度，当所述桨叶的桨距角为0°时，所述理论零点刻度与理论零点重合，其特征在于，所述设定方法包括：

在所述轴承的内圈或所述桨叶上设置触发装置，在所述轴承的外圈或所述轮毂上设置制动开关，所述桨叶进行转动时，所述触发装置能够触发所述制动开关，使所述桨叶停止转动，其中，所述触发装置设置在相对于所述理论零点的第一位置，所述制动开关设置在相对于所述理论零点的第二位置，且所述第一位置与所述第二位置沿预设的正方向的理论角度差为α；

通过控制装置获取所述桨叶的实时零点刻度，在将所述实时零点刻度与所述理论零点重合后，沿所述正方向转动所述桨叶，使所述触发装置触发所述制动开关、所述桨叶停止转动，获取所述触发装置转过的第一实时角度差为β；

转动所述桨叶，使所述实时零点刻度与相对于所述理论零点的理论刻度β-α重合；

将所述桨叶上对应于所述理论零点的位置设置为新的实时零点刻度，以控制所述桨叶的转动。

2.根据权利要求1所述的风力发电机的桨叶零点设定方法，其特征在于，在获取所述新的实时零点刻度之后，还包括：

转动所述桨叶，使得所述新的实时零点刻度与所述理论零点重合；

沿所述正方向转动所述桨叶，使所述触发装置触发所述制动开关、所述桨叶停止转动，获取所述触发装置转过的第二实时角度差为θ；

计算转动误差|θ-α|；

若所述转动误差|θ-α|小于或等于预设的允许误差，则设定成功，否则设定失败。

3.根据权利要求2所述的风力发电机的桨叶零点设定方法，其特征在于，还包括：

根据接收到的设定命令，对所述允许误差的数值进行设定。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的风力发电机的桨叶零点设定方法，其特征在于，在获取所述新的实时零点刻度之后，还包括：

转动所述桨叶，使得所述新的实时零点刻度与所述理论零点重合；

获取所述桨叶的实时桨距角，若所述实时桨距角为0°，则判定为设定成功，否则设定失败。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的风力发电机的桨叶零点设定方法，其特征在于，所述理论角度差α=90°。

6.根据权利要求5所述的风力发电机的桨叶零点设定方法，其特征在于，所述触发装置设置在对应于所述理论零点的90°的位置，且所述制动开关设置在对应于所述理论零点的180°的位置。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的风力发电机的桨叶零点设定方法，其特征在于，通过驱动电机对所述桨叶的转动进行驱动，则所述设定方法还包括：

在转动所述桨叶，使所述实时零点刻度与相对于所述理论零点的理论刻度β-α重合之后，控制所述驱动电机抱闸，然后设置所述新的实时零点刻度。

8.根据权利要求7所述的风力发电机的桨叶零点设定方法，其特征在于，在完成对所述新的实时零点刻度的设置之后，还包括：控制所述驱动电机松闸。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的风力发电机的桨叶零点设定方法，其特征在于，还包括：

在所述桨叶进行转动时，控制所述桨叶的转动速度小于或等于预设的速度阈值。

10.根据权利要求9所述的风力发电机的桨叶零点设定方法，其特征在于，在所述桨叶进行所述第二实时转动角度α-β的转动时，所述速度阈值为0.5°/s。

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