CN103775339A - 用于压缩机的泵体、压缩机及制冷设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于压缩机的泵体、压缩机及制冷设备。其中，用于压缩机的泵体包括气缸组件，气缸组件包括至少一个气缸；上轴承和下轴承，上轴承和下轴承分别设在气缸组件的上面和下面；曲轴，曲轴贯穿上轴承、气缸组件和下轴承，其中，气缸组件、上轴承和下轴承限定出一个气缸腔，气缸腔内设置有一个活塞和滑片，气缸、上轴承、下轴承以及活塞的至少之一由蠕墨铸铁制成。本发明的泵体具有良好的抗磨损性能、抗变形能力，且成本较低。

Description

用于压缩机的泵体、压缩机及制冷设备

技术领域

本发明涉及压缩机领域，具体地，涉及用于压缩机的泵体、压缩机及制冷设备。

背景技术

压缩机泵体包含气缸、上下轴承、活塞、滑片及曲轴等组件，并由气缸、上下轴承、活塞及滑片构成压缩冷媒混合气体的腔体。气缸、上下轴承及活塞材料，压缩机行业相关技术一般采用灰口铸铁或灰口合金铸铁。但随着压缩机技术的发展，设计越来越趋于高能效，高压缩比及小型化方向，原有的灰口铸铁或灰口合金铸铁在新的设计结构尺寸及工作条件下出现了刚性不足，变形等问题，越来越不能满足压缩机设计对材料的要求，严重制约了压缩机的设计范围。

压缩机行业在解决上述问题的进程中也进行了各种各样的探索，包括以更高牌号的灰口铸铁或灰口合金铸铁进行替代，试用球墨铸铁等，但终因性能不能满足或铸造性、机械加工性无法解决而难以获得进展。使用灰口铸铁作为压缩机气缸、上下轴承及活塞的材料，在压缩机技术发展的新阶段，已严重制约了产品设计的空间。

因而，现阶段的用于压缩机的泵体仍有待改善。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种刚性好、抗磨损能力强的用于压缩机的泵体。

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：现阶段，压缩机泵体组件气缸、上下轴承及活塞材料，一般采用灰口铸铁或灰口合金铸铁，但随着空调压缩机越来越趋于高能效，高压缩比及小型化方向，使用灰口铸铁或灰口合金铸铁存在以下问题：

1、气缸滑片槽变形：压缩机气缸滑片槽与滑片的配合间隙，对压缩机能效比影响显著，当滑片槽与滑片的配合间隙过大时，会造成能效比的下降，而间隙过小时，又会造成压缩机运转过程滑片卡死，所以，压缩机设计中会对滑片槽间隙给出一定的范围。但是，随着压缩机技术的发展，能效比要求的提升，气缸设计越来越扁平化，气缸的结构刚性随之下降，由此而来，在气缸的加工过程、装配过程均可能产生滑片槽变形，使得气缸滑片槽有效宽度减少，造成滑片与之的配合间隙过小甚至卡死。气缸滑片槽出现变形的过程可发生在气缸滑片槽加工过程，气缸与上下轴承及曲轴的调芯锁紧过程，吸气连接管的压入过程，泵体的固定过程，压缩机上下盖焊接及分液储液器的焊接过程。由于气缸使用灰口铸铁，其弹性模量即使在连铸工艺（包括水平连铸及垂直连铸）或金型铸造的条件下也不超过130GPa，在结构刚性一定的条件下材料刚性的影响特别显著。

2、气缸内径变形：气缸设计的扁平化，对气缸内径而言，也带来了滑片槽变形类似的问题：气缸内径变形。气缸内径变形一般产生于气缸与上下轴承及曲轴调芯锁紧的过程，内径变形将会影响压缩腔吸排气间隙的变化，进而导致压缩机运转卡死或能效比的降低。

3、压缩机运转产生间隙音：采用灰口铸铁或灰口合金铸铁，导致压缩机泵体刚性不足，运转过程会产生间隙音。而影响泵体刚性的，除曲轴自身刚性外，轴承的刚性也至关重要，其影响占到总体刚性的30%以上。解决压缩机运转间隙音，改善轴承刚性也很有必要。

4、磨耗过大：压缩机重载及恶劣条件运转时，旋转或滑动部件之间摩擦会加剧，磨损及磨耗情况也会恶化。由于灰口铸铁其石墨形态为片状，与基体的结合力不够紧密，零件加工完成后其表面的片状石墨容易脱落，造成其耐磨性下降；同时，由于片状石墨对基体的割裂作用，在交变重载荷的作用下可产生微裂纹。这些，都会加速压缩机摩擦部件的失效。

如前所述，采用灰口铸铁或灰口合金铸铁存在诸多问题，因而寻找一种更合适的材料作为灰口铸铁的替代材质，以更好地发挥压缩机的性能，成为一个刻不容缓的任务。

因而，在本发明的一个方面，本发明提供了一种用于压缩机的泵体。根据本发明的实施例，该用于压缩机的泵体包括：气缸组件，所述气缸组件包括至少一个气缸；上轴承和下轴承，所述上轴承和所述下轴承分别设在所述气缸组件的上面和下面；曲轴，所述曲轴贯穿所述上轴承、所述气缸组件和所述下轴承，其中，所述气缸组件、所述上轴承和所述下轴承限定出一个气缸腔，所述气缸腔内设置有一个活塞和滑片，所述气缸、所述上轴承、所述下轴承以及所述活塞的至少之一由蠕墨铸铁制成。发明人发现，采用蠕墨铸铁，能够有效增强泵体刚性和抗磨损性能，并且气缸内径、气缸滑片槽和轴承阀座位置的变形量显著降低，此外，采用蠕墨铸铁不仅具有良好的加工性，还可以大大降低压缩机泵体的成本。

根据本发明实施例的用于压缩机的泵体，还可以具有以下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述蠕墨铸铁基体组织包含珠光体和铁素体，其中，基于所述蠕墨铸铁的基体组织，所述珠光体含量为35%～100%，所述铁素体含量为0%～65%。由此，蠕墨铸铁具有良好的加工性能，能够明显提高压缩机泵体的耐磨损性能，且成本较低。

需要说明的是，本发明的描述中所使用的表达方式“珠光体含量为35%～100%”是指在蠕墨铸铁的金相图中，珠光体分布的体积含量，表达方式“所述铁素体含量为0%～65%”是指在蠕墨铸铁的金相图中，铁素体分布的体积含量。

根据本发明的实施例，所述蠕墨铸铁包含：3质量%～4质量%的C，1.6质量%～3质量%的Si，0质量%～1质量%的Mn，不高于0.8质量%的Cu，不高于0.3质量%的P，不高于0.15质量%的S；不高于0.02质量%的Ti。由此，蠕墨铸铁具有良好的加工性能，另外，能够有效提高压缩机泵体的刚性，增强其耐磨损性能，显著改善气缸内径变形、滑片槽变形和轴承阀座位置的变形。

根据本发明的实施例，所述蠕墨铸铁的蠕化率为50%～95%。由此，能够进一步提高压缩机泵体的刚性，增强其耐磨损性能，显著改善气缸内径变形、滑片槽变形和轴承阀座位置的变形。

根据本发明的实施例，所述蠕墨铸铁的抗拉强度不低于300MPa。由此，能够有效提高压缩机泵体的刚性，增强其耐磨损性能，显著改善气缸内径变形、滑片槽变形和轴承阀座位置的变形。

根据本发明的实施例，所述蠕墨铸铁的弹性模量不低于140GPa。由此，有利于提高压缩机泵体的刚性，显著改善滑片槽变形、气缸内径变形和轴承阀座位置的变形。

在本发明的另一方面，本发明还提供了一种压缩机。根据本发明的实施例，该压缩机包含前面所述的用于压缩机的泵体。由此，本发明的压缩机成本较低，滑片槽变形量和气缸内径变形量较低，耐磨损性能较强，且运转过程中不会产生间隙音。

在本发明的再一方面，本发明还提供了一种制冷设备。根据本发明的实施例，该制冷设备包含前面所述的压缩机。

根据本发明的实施例，所述制冷设备为空调。

根据本发明的实施例，所述制冷设备为冰箱。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、变形改善明显：由于蠕墨铸铁的石墨形态呈蠕虫状，在空间相互交织，形成复杂的珊瑚状结构，其弹性模量对比灰口铸铁也显著提升，增加可达40%，这使得蠕墨铸铁气缸、轴承具有更好抗变形能力，由此，显著降低气缸内径、滑片槽及轴承阀座位置的变形。

2、泵体刚性增强：采用本发明的技术方案，采用蠕墨铸铁轴承，泵体机械刚性便可提升13.3%，成功解决了压缩机间隙音问题，突破了原设计极限，使产品得以量产。

3、抗磨损性增加：蠕墨铸铁石墨形态呈蠕虫状，在空间形成珊瑚状立体结构，相对片状石墨，其短而粗，与基体的结合性较好，更有利于减小摩擦。而在润滑磨损条件下，蠕墨铸铁基体磨损后的蠕虫状石墨脱落后形成的微细凹陷处储存着润滑油，能够有效保证油膜的连续性，避免微观粘着区的发生。

4、材料成本降低：由于采用蠕墨铸铁，气缸的强度及弹性模量显著提升，进而能够使得气缸大大减重，其不需加入价格昂贵的合金材料来提升抗变形能力和抗磨损性能，由此能够有效降低成本。

5、良好的加工性：本发明通过严格控制铸件中Ti的含量，同时控制蠕墨铸铁的基体组织及蠕化率，显著提升了蠕墨铸铁压缩机泵体零件的机加工性能。

附图说明

图1显示了根据本发明的一个实施例，用于压缩机的泵体的结构示意图；

图2显示了根据本发明的一个实施例，蠕墨铸铁气缸内径变形图；

图3显示了根据本发明的一个实施例，HT250气缸内径变形图；

图4显示了根据本发明的一个实施例，主轴承阀座变形检测方法示意图；

图5显示了根据本发明的一个实施例，主轴承阀座变形检测位置示意图；

图6显示了根据本发明的一个实施例，蠕墨铸铁主轴承阀座位置变形图；

图7显示了根据本发明的一个实施例，HT250主轴承阀座位置变形图；

图8显示了根据本发明的一个实施例，蠕墨铸铁气缸滑片槽变形图；

图9显示了根据本发明的一个实施例，HT250气缸滑片槽变形图；

图10显示了根据本发明的一个实施例，蠕墨铸铁主轴承泵体与HT250主轴承泵体机械刚性对比图；

图11显示了根据本发明的一个实施例，蠕墨铸铁气缸截面图；以及

图12显示了根据本发明的一个实施例，HT250气缸截面图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参照图1，描述根据本发明实施例的用于压缩机的泵体100。根据本发明的实施例，用于压缩机的泵体100包括：气缸组件、上轴承2、下轴承3和曲轴4，其中，气缸组件包括至少一个气缸1。上轴承2和下轴承3分别设在气缸组件的上面和下面。具体地，如图1所示，当用于压缩机的泵体100为单缸压缩机的泵体时，气缸组件只包括一个气缸1，上轴承2和下轴承3分别设在气缸1的上面和下面，上轴承2、气缸1和下轴承3限定出一个气缸腔，气缸腔内设置有一个活塞5和滑片6，其中，气缸1、上轴承2、下轴承3以及活塞5的至少之一由蠕墨铸铁制成。发明人发现，采用蠕墨铸铁，能够有效增强泵体刚性和抗磨损性能，并且气缸内径、气缸滑片槽和轴承阀座位置的变形量显著降低，此外，采用蠕墨铸铁不仅具有良好的加工性，还可以大大降低压缩机泵体的成本。

需要说明的是，本发明的用于压缩机的泵体100可以为双缸或多缸压缩机的泵体，例如，当用于压缩机的泵体100为双缸压缩机的泵体（图未示出）时，气缸组件包括沿曲轴4的延伸方向间隔分布的两个气缸1，且两个气缸1之间设有隔板，两个气缸1分别为第一气缸和第二气缸，第一气缸位于第二气缸的上方，此时上轴承2设在第一气缸的上面，上轴承2、第一气缸和隔板之间限定出一个气缸腔，下轴承3设在第二气缸的下面，隔板、第二气缸和下轴承3之间限定出另一个气缸腔。当用于压缩机的泵体100为多缸压缩机的泵体时，上轴承2、下轴承3和气缸组件之间的配合关系与双缸压缩机的泵体的配合关系相似，这里就不再重复描述。

根据本发明的实施例，所述蠕墨铸铁包含珠光体和铁素体，其中，基于所述蠕墨铸铁的基体组织，所述珠光体含量为35%～100%，所述铁素体含量为0%～65%。由此，蠕墨铸铁具有良好的加工性能，能够明显提高压缩机泵体的耐磨损性能，且成本较低。

需要说明的是，本发明的描述中所使用的表达方式“珠光体含量为35%～100%”是指在蠕墨铸铁的金相图中，珠光体分布的体积含量，表达方式“所述铁素体含量为0%～65%”是指在蠕墨铸铁的金相图中，铁素体分布的体积含量。

根据本发明的实施例，所述蠕墨铸铁包含：3质量%～4质量%的C，1.6质量%～3质量%的Si，0质量%～1质量%的Mn，不高于0.8质量%的Cu，不高于0.3质量%的P，不高于0.15质量%的S；不高于0.02质量%的Ti。由此，蠕墨铸铁具有良好的加工性能，另外，能够有效提高压缩机泵体的刚性，增强其耐磨损性能，显著改善气缸内径、滑片槽及轴承阀座位置的变形。

根据本发明的实施例，所述蠕墨铸铁的蠕化率为50%～95%。由此，能够进一步提高压缩机泵体的刚性，增强其耐磨损性能，显著改善气缸内径、滑片槽及轴承阀座位置的变形。

根据本发明的实施例，所述蠕墨铸铁的抗拉强度不低于300MPa。由此，能够有效提高压缩机泵体的刚性，增强其耐磨损性能，显著改善气缸内径、滑片槽及轴承阀座位置的变形。

根据本发明的实施例，所述蠕墨铸铁的弹性模量不低于140GPa。由此，有利于提高压塑机泵体的刚性，显著改善气缸内径、滑片槽及轴承阀座位置的变形。

在本发明的另一方面，本发明还提供了一种压缩机。根据本发明的实施例，该压缩机包含前面所述的用于压缩机的泵体。由此，本发明的压缩机成本较低，气缸内径、滑片槽及轴承阀座位置的变形量较低，耐磨损性能较强，且运转过程中不会产生间隙音。

在本发明的再一方面，本发明还提供了一种制冷设备。根据本发明的实施例，该制冷设备包含前面所述的压缩机。本发明的制冷设备具有前面所述的用于压缩机的泵体及压缩机的所有优点，此处不在赘述。

根据本发明的实施例，所述制冷设备为空调。

根据本发明的实施例，所述制冷设备为冰箱。

实施例1：蠕墨铸铁气缸对内径变形的改善

按照以下步骤，对蠕墨铸铁气缸和HT250气缸进行内径变形实验，具体如下：

1、将蠕墨铸铁气缸与HT250气缸分别与上下轴承相连（为方便检测，上下轴承被加工成保证与原泵体面压相等的轴环）；

2、将上下轴承与气缸相连的螺钉按生产规格要求的1.1倍扭矩，以量产顺序锁紧；

3、将锁紧的蠕墨铸铁气缸及HT250气缸在马尔MMQ34型真圆度仪上测定内径圆度，测定位置分别在靠近上轴承及靠近下轴承的气缸内径面上；

典型的蠕墨铸铁气缸和HT250气缸内径变形图分别如图2和图3所示。

压缩机气缸与上下轴承及曲轴调芯锁紧的过程中，由于螺钉紧固力的作用，在气缸的内壁会产生花瓣状的凸起变形，位置与螺钉位置对应。该变形严重时会影响压缩机的性能甚至导致压缩机卡死无法启动。由图2和图3可以看出，与HT250气缸相比，蠕墨铸铁气缸内径变形改善幅度达46%。

实施例2：蠕墨铸铁对轴承阀座位置变形的改善

按照以下步骤，对蠕墨铸铁轴承和HT250轴承进行轴承阀座位置变形实验，具体如下：从精加工完成品开始，在SURFCOM1800D-12粗糙度仪上，分别检测精加工完成、铆接、调芯、三点焊各工序完成后的主轴承X面直线度，检测方法如图4所示，检测位置如图5所示。其中，图4中箭头所示为粗糙度仪的检测探针，图5中的1-1为排气口方向，2-2为铆钉口方向。具体地，检测方法为粗糙度仪的检测探针沿排气口方向或铆钉口方向扫描，然后以检测探针沿排气口方向或铆钉口方向扫描的距离为横坐标，以轴承阀座位置变形量为纵坐标，绘制变形图。

各工序以铆接工序变形量最大，而后工序稍有恶化。其中，铆接工序中蠕墨铸铁主轴承阀座位置和HT250主轴承阀座位置变形图分别如图6和图7所示，图中上部为过排气口方向测定，下部为过铆钉口方向测定。由图6和图7的结果可知，本发明的蠕墨铸铁主轴承，从过排气口及过铆钉口两个方向测定的轴承面阀座变形量相比HT250轴承减少均超过40%。

实施例3：蠕墨铸铁对滑片槽变形的改善

气缸滑片槽的变形主要发生在调芯工序，滑片槽变形试验模拟调芯工序完成后的工件状况进行变形量测量。为方便检测，下轴承对应气缸滑片槽位置加工成开口状，以上轴承、气缸及开口下轴承组装形成组件，紧固后在RONDCOM54SD真圆度仪上分别从滑片槽两侧面（S、T面）沿压缩机轴向测量变形量，以变形量为横坐标，真圆度仪的检测探针沿滑片槽的扫描距离为纵坐标绘制变形图。

蠕墨铸铁气缸和HT250气缸滑片槽变形图分别如图8和图9所示，图中左侧为S面变形曲线，右侧为T面变形曲线。由图8和图9可以看出，与HT250气缸相比，本发明的蠕墨铸铁气缸，滑片槽变形量降低30%以上。

实施例4：蠕墨铸铁对泵体机械刚性的改善

1、如图1所示的泵体组件，上轴承分别使用蠕墨铸铁及HT250；

2、步骤1的泵体曲轴主轴端与转子热套，形成泵体热套件；

3、以专用夹具装夹蠕墨铸铁泵体热套件；

4、在转子铁芯中部施加一个逐渐递增的负荷，在转子铁芯末端用千分表或位移传感器逐个测量转子的变形位移；

5、以负荷为横轴，位移为纵轴作成泵体机械刚性图；

6、以专用夹具装夹HT250上轴承泵体热套件，重复步骤4～5，作成HT250泵体机械刚性图。

蠕墨铸铁主轴承泵体与HT250主轴承泵体机械刚性对比图如图10所示。由图10可知，采用本发明的技术方案，只更换蠕墨铸铁轴承，泵体机械刚性便可提升13.3%，成功解决了压缩机间隙音问题，突破了原设计极限，使产品得以量产。

实施例5：蠕墨铸铁对气缸壁厚的改善

将蠕墨铸铁气缸运用于压缩机，相比原有的HT250，由于强度及弹性模量的提升，通过仿真模拟计算，气缸减重达29.3%，而实际零件加工及装机试验检测，在减重25%时，不仅性能满足产品设计要求，滑片槽变形及内径变形较现有技术方案均有改善。

蠕墨铸铁气缸和HT250气缸的截面图分别如图11和图12所示。发明人发现，与HT250气缸相比，使用铸墨铸铁气缸，可以有效减小气缸壁厚。蠕墨铸铁气缸相比HT250气缸，其壁厚减少超过20%，同时，非圆轭部也可大幅减小宽度。为压缩机小型化设计及成本降低提供了空间。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于压缩机的泵体，其特征在于，包括：

气缸组件，所述气缸组件包括至少一个气缸；

上轴承和下轴承，所述上轴承和所述下轴承分别设在所述气缸组件的上面和下面；

曲轴，所述曲轴贯穿所述上轴承、所述气缸组件和所述下轴承，

其中，所述气缸组件、所述上轴承和所述下轴承限定出一个气缸腔，所述气缸腔内设置有一个活塞和滑片，

所述气缸、所述上轴承、所述下轴承以及所述活塞的至少之一由蠕墨铸铁制成。

2.根据权利要求1所述的用于压缩机的泵体，其特征在于，所述蠕墨铸铁其基体组织包含珠光体和铁素体，

其中，

基于所述蠕墨铸铁的基体组织，所述珠光体含量为35%～100%，所述铁素体含量为0%～65%。

3.根据权利要求1所述的用于压缩机的泵体，其特征在于，所述蠕墨铸铁包含：

3质量%～4质量%的C，1.6质量%～3质量%的Si，0质量%～1质量%的Mn，不高于0.8质量%的Cu，不高于0.3质量%的P，不高于0.15质量%的S；不高于0.02质量%的Ti。

4.根据权利要求1所述的用于压缩机的泵体，其特征在于，所述蠕墨铸铁的蠕化率为50%～95%。

5.根据权利要求1所述的用于压缩机的泵体，其特征在于，所述蠕墨铸铁的抗拉强度不低于300MPa。

6.根据权利要求1所述的用于压缩机的泵体，其特征在于，所述蠕墨铸铁的弹性模量不低于140GPa。

7.一种压缩机，其特征在于，包含权利要求1-6任一项所述的用于压缩机的泵体。

8.一种制冷设备，其特征在于，包含权利要求7所述的压缩机。

9.根据权利要求8所述的制冷设备，其特征在于，所述制冷设备为空调。

10.根据权利要求8所述的制冷设备，其特征在于，所述制冷设备为冰箱。

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