CN106133497A - 平衡修正用支承装置 - Google Patents

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円山豪人
中野健
本井久之
大森直陆
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Abstract

本发明的平衡修正用支承装置具有:插入于被旋转体(1)的立式的心轴(17),所述被旋转体在与旋转中心交叉的方向具有端面(23a),还在该端面的旋转中心部具有支承孔(29),所述立式的心轴通过与支承孔的嵌合而从铅垂方向被插入;流体向心轴承(37),所述流体向心轴承设置于心轴的外周面,借助从心轴的外周面被喷出的流体而旋转自如地承接被旋转体的支承孔内表面;以及流体推力轴承(47),所述流体推力轴承配置于心轴的周围,向被旋转体的端面喷出流体而使被旋转体浮起。

Description

平衡修正用支承装置
技术领域
本发明涉及为了进行涡轮压缩机的转子等旋转的被旋转体的平衡修正而使用立式的心轴将该被旋转体支承为旋转自如的平衡修正用支承装置。
背景技术
在旋转的涡轮压缩机的转子(相当于本申请的被旋转体)中,为了消除制作时的部件公差所带来的不平衡(动态不平衡),通常,使用平衡修正装置,在计测不平衡量后,对该不平衡进行修正。
在平衡修正装置中,为了能够高精度地进行不平衡量的计测,使用如下的支承装置(平衡修正用支承装置):该支承装置使用立式的心轴将转子以单体的形式支承为旋转自如。大多如专利文献1所公开的那样使用如下的构造:作为心轴,使用嵌入位于转子的旋转中心部的截面圆形的支承孔的圆柱状的心轴,在该心轴的外周面设置流体向心轴承,在心轴的基端侧设置流体推力轴承。
通过该构造,若将转子的支承孔与心轴嵌合,则转子整体均被心轴插入。然后,从流体向心轴承的喷出孔向支承孔的内表面喷出流体(例如空气),并从流体推力轴承的喷出孔向支承孔的开口缘部喷出流体(例如空气),由此,转子在心轴的周围浮起且被支承为旋转自如。
不平衡量(动态不平衡量)的计测通过如下步骤进行:从外部对该浮起状态的转子施加旋转力,例如朝叶片喷射驱动流体(例如空气),使转子旋转,由此,利用设置于平衡修正装置的各种传感器对旋转的转子的动作进行计测。
专利文献1:日本特开2005-172537号公报
然而,通过流体向心轴承进行的转子的径向的支承在转子下部的微小范围进行,通过流体推力轴承进行的转子的推力方向的支承也与工件的外径相比在较窄的范围进行。因此,在转子的不平衡量过大的情况下,转子倾斜,带来不平衡量的计测精度的恶化,正常的不平衡量的计测变得困难。特别地,在为容易产生过大的不平衡的转子、即转子的重心位置位于比由流体向心轴承支承的位置更靠上侧的位置的转子的情况下,容易产生计测精度的恶化。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种即便在产生过大的不平衡量的情况下,也能够进行高精度的被旋转体的不平衡量的计测的平衡修正用支承装置。
本发明所涉及的平衡修正用支承装置具有流体推力轴承,上述流体推力轴承将包含与旋转中心交叉的方向的端面的被旋转体支承为旋转自如,其中,上述流体推力轴承在上述被旋转体的上述端面中的、从上述被旋转体的上述旋转中心与上述被旋转体的外周端之间的中间部至上述外周端的位置支承上述被旋转体(技术方案1)。
优选该平衡修正用支承装置还具有将上述被旋转体支承为旋转自如的流体向心轴承(技术方案2)。
并且,优选在该平衡修正用支承装置中,上述被旋转体在上述端面的中央部设置有支承孔,上述流体向心轴承旋转自如地承接上述支承孔的内表面(技术方案3)。
并且,优选在该平衡修正用支承装置中,上述流体向心轴承包含心轴,上述流体推力轴承具有包围上述心轴的壁部(技术方案4)。
并且,优选在该平衡修正用支承装置中,上述心轴包含与上述支承孔嵌合的嵌插部,在上述嵌插部的外周面设置有流体的喷出孔,在上述嵌插部的轴心部设置有上述流体的排出路(技术方案5)。
并且,优选在该平衡修正用支承装置中,上述被旋转体在上述端面的中央部设置有突起部,上述流体向心轴承具有旋转自如地承接上述突起部的外周面的凹部(技术方案6)。
并且,优选在该平衡修正用支承装置中,在上述凹部的内周面设置有流体的喷出孔(技术方案7)。
本发明所涉及的平衡修正用支承装置具有:插入于被旋转体的立式的心轴,上述被旋转体在与旋转中心交叉的方向具有端面,还在该端面的中央部具有支承孔,上述立式的心轴通过与支承孔的嵌合而从铅垂方向被插入;流体向心轴承,上述流体向心轴承设置于心轴的外周面,借助从心轴的外周面被喷出的流体而旋转自如地承接被旋转体的支承孔的内表面;以及流体推力轴承,上述流体推力轴承配置于心轴的周围,向被旋转体的端面喷出流体而使被旋转体浮起(技术方案8)。
并且,本发明所涉及的平衡修正用支承装置具有:供被旋转体插入的立式的心轴,上述被旋转体在与旋转中心交叉的方向具有端面,还在该端面的中央部具有突起部,上述立式的心轴具有能够与上述被旋转体的上述突起部嵌插的凹部,上述被旋转体通过突起部与凹部的嵌合而从铅垂方向被插入;流体向心轴承,上述流体向心轴承设置于凹部的内周面,借助从凹部的内周面被喷出的流体而旋转自如地承接突起部的外周面;以及流体推力轴承,上述流体推力轴承配置于心轴的周围,向被旋转体的端面喷出流体而使被旋转体浮起(技术方案9)。
优选流体推力轴承向上述被旋转体的上述端面中的、从上述被旋转体的上述旋转中心与上述被旋转体的外周端之间的中间部至上述外周端的区域喷出流体(技术方案10)。
根据本发明,被旋转体的推力方向的支承刚性增加,因此被旋转体即便在产生过大的不平衡量时也不倾斜,而被保持为稳定的姿态。
因此,即便在产生过大的不平衡量的情况下,也能够以高精度进行被旋转体的不平衡量的计测。
附图说明
图1是将本发明的第一实施方式的平衡修正用支承装置与应用了该装置的平衡修正装置一并示出的立体图。
图2是将该平衡修正用支承装置的各部分的构造与将转子(被旋转体)装配于心轴后的状态一并示出的剖视图。
图3是沿着图2中的A线的心轴的俯视剖视图。
图4是沿着图2中的B线的心轴的俯视剖视图。
图5是示出本发明的第二实施方式的平衡修正用支承装置的剖视图。
图6是沿着图5中的C-C线的局部剖视的俯视图。
具体实施方式
以下,基于图1~图4所示的第一实施方式对本发明进行说明。
图1的立体图示出对被旋转体、例如涡轮压缩机的转子1(此处例如为压缩机转子(Compressor rotor))的不平衡量(动态不平衡量)进行计测的平衡修正装置的简要结构,例如,图中标号3表示该装置的基板,标号5表示在该基板3的上表面立起设置的框架体,标号7表示配置于框架体5的前方的振动桥接体。
振动桥接体7与从框架体5的前表面突出的多个支承弹簧部件9和从基板3的上表面突出的支承弹簧部件(未图示)分别连接。由此,将振动桥接体7的整体支承为能够在左右方向位移。从该振动桥接体7的前部突出有支承臂体11。该支承臂体11的前端部形成为平板状。在该支承臂体11的前端部的上表面安装有用于对上述涡轮压缩机的转子1进行支承的支承装置15(相当于本申请的平衡修正用支承装置)。
而且,在振动桥接体7的侧方设置有对传递至振动桥接体7的振动进行检测的各种传感器12。在支承装置15的周围设置有喷出用于使转子1旋转的流体、例如压缩空气的一对喷出头部13。此外,在图1中,标号12a表示将各种传感器12安装于基板3上的安装部件,标号13a表示将喷出头部13安装于基板3上的安装部件。
在上述支承装置15,应用使用立式的心轴17将转子1(单体)支承为旋转自如的构造。图2~图4的剖视图示出该支承装置15的各部分的构造。
此处,在对支承装置15进行说明之前,对成为计测对象部件的转子1进行说明,转子1例如如图1以及图2所示,由将多片叶片21(在图1、图2中简化示出)一体地形成于圆板形的基座部23上的转子主体25构成。转子1的通过基座部23的中心的轴心成为旋转中心。而且,基座部23的下表面成为与转子1的旋转中心交叉的端面23a。在该端面23a的中央部(旋转中心部),一体地形成有筒形的突起部27。在该突起部27内,形成有用于与未图示的轴组装的支承孔29。此处,支承孔29由从突起部27的前端呈直线状延伸至比位于转子1的中心部的重心位置G靠下侧的位置的有底的截面圆形的空间形成(图2)。由此,转子1形成为抑制了内部空间的形成的、机械刚性高的构造。当然,支承孔29也可以从突起部27的下端贯通至转子主体25的上端。
返回支承装置15,参照图1以及图2对支承装置15的各部分进行说明,心轴17构成为具有:配置于支承臂体11的上表面的圆形的设置座31;以及从该设置座31的中央部沿铅垂方向突出的嵌插部33。嵌插部33呈能够与支承孔29嵌插的圆柱形。换句话说,心轴17形成为通过与支承孔29的嵌合而从铅垂方向插入于转子1的构造。而且,嵌插部33的例如中段部分比除此之外的上段部分、下段部分细。
也如图3所示,在嵌插部33中的上段部分33a、下段部分33b的外周面,在周方向等间隔地分别设置有多个喷出孔、例如四个喷出孔35。由此,在上段部分33a、下段部分33b各自的外周面形成流体向心轴承面36。由此,构成承接支承孔29的内表面的流体向心轴承37。
在心轴17的周围,以呈圆形地包围心轴17的方式配置有多个壁部、例如四个圆弧形的壁部40。壁部40均配置于以心轴17的轴心作为中心的同一圆周上。而且,壁部40从配置于支承臂体11与设置座31之间的支承座40a朝上方突出。壁部40均配置于转子1的外周端侧。壁部40配置于转子1的端面23a中的、从转子1的旋转中心与外周端之间的中间部至端面23a的外周端的区域内。此外,所谓中间部,并不意味着端面23a的外周端与旋转中心之间的、单纯的距离上的中间,而是意味着与旋转中心相比更靠外周端侧如下的程度的位置:即便在产生被旋转体的过大的不平衡量时,与现有技术相比,被旋转体也不倾斜而能够保持稳定的姿态。该壁部40的位置例如预先考虑转子1的形状、转子1的重量、转子1的重心位置G、转子旋转时的过大的不平衡量的产生情
IP1673116P况等而确定。此处,壁部40例如配置于距转子1的旋转中心3/4的程度的位置。壁部40的前端部(上端部)均定位于在将转子1装配于心轴17时与转子1的端面23a接近对置的位置。在这些壁部40的前端部,在周方向等间隔地设置有多个喷出孔43。由此,分别在壁部40的前端面形成流体推力轴承面45。由此,构成对端面23a的外周端侧的端面部分进行支承的流体推力轴承47。
如图2~图4所示,在心轴17内的外周侧,沿着轴向形成有多条、例如四条供给通路50。供给通路50等间隔地配置于与心轴17的喷出孔35对应的地点。供给通路50均从嵌插部33的前端部附近延伸至设置座31,以前端侧作为底部,以设置座31侧作为入口部。而且,各供给通路50与各喷出孔35连通。供给通路50的入口部均如图2所示从支承座40a经由在支承臂体11内横跨形成的中继通路51连接于设置在外部的静压轴承用流体供给装置53。换句话说,从静压轴承用流体供给装置53向各喷出孔35引导流体、例如压缩空气。由此,转子1由从各喷出孔35被喷出的流体(空气)从径向支承。
另外,如图3以及图4所示,在嵌插部33的轴心部,设置有用于供结束径向的支承后的流体(空气)向外部排出的排出路55。排出路55例如由沿着嵌插部33的轴心形成的排出通路56、设置于中段部分33c的外周面的上下部的多个例如在周方向等间隔地配置的四个排出孔57、设置于设置座31的排出孔部59的组合构成。其中,排出孔57与排出通路56连通。排出通路56与排出孔部59连通。排出孔部59向外部开口。另外,排出通路56的上端部在嵌插部33的前端面开口。由此,从喷出孔35被喷出后的流体(空气)通过排出通路56以及排出孔部59而被向外部导出。
如图2所示,流体推力轴承47的喷出孔43例如经由在壁部40内~支承座40a内横跨形成的供给通路60、在支承臂体11内形成的中继通路61而与上述静压轴承用流体供给装置53连接。由此,从静压轴承用流体供给装置53被供给的流体(例如压缩空气)从各喷出孔43被喷出。换句话说,利用从静压轴承用流体供给装置53被供给的流体(例如压缩空气),从推力方向支承转子1,从而转子1整体浮起规定量。由此,转子1以心轴17为中心浮起并且被支承为旋转自如。
IP1673116P
使用以上述方式构成的支承装置15对转子1的不平衡量进行计测。
此时,首先,如图1以及图2所示,将沿铅垂方向立起的心轴17嵌入转子1的支承孔29,从而将转子1装配于心轴17。于是,心轴17的嵌插部33被收纳于支承孔29内,各壁部40的前端部与转子1的外周端侧的端面部分相面对。
然后,从静压轴承用流体供给装置53进而从心轴17的喷出孔35、壁部40的喷出孔43喷出流体(例如压缩空气)。于是,从心轴17的喷出孔35被喷出后的流体(例如压缩空气)如图2中的箭头所示,流入流体向心轴承面36与支承孔29的内表面之间。转子1由该所流入的流体支承为在心轴17的周围旋转自如。
另外,从壁部40的喷出孔43被喷出后的流体(例如压缩空气)如图2中的箭头所示将转子1的端面23a推起,流入流体推力轴承面45与端面23a之间,使转子1的整体浮起规定量。由此,转子1被支承为以心轴17为中心旋转自如。
然后,若从一对喷出头部13向浮起的转子1的叶片21吹送驱动流体,则转子1在心轴17的周围旋转。此时的转子1的动作(振动情况)经支承臂体11、振动桥接体7而向各种传感器12传递,从而对转子1的不平衡量进行计测。
此处,在转子1的不平衡量过大的情况下,转子1倾斜,不平衡量的计测变得困难。
但是,利用流体推力轴承47进行的转子1的推力方向的支承并非在支承孔29的开口缘部这样的与转子1的外径相比较窄的区域进行、而是在转子1的端面这样的与转子1的外径相比较宽的区域进行,因此转子1能够确保能够耐受过大的不平衡量的高支承刚性。由此,能够抑制因承受过大的不平衡量而欲倾斜的转子1的动作。换句话说,转子1不倾斜,持续保持稳定的直立姿态。
因此,能够始终以高精度进行转子1的不平衡量的计测,即便在转子1的不平衡量过大的情况下,也能够准确地进行不平衡量的计测。特别地,对于容易产生过大的不平衡量(容易产生倾斜)的转子、例如如图2所示的支承孔29配置在比重心位置G更靠下侧的位置的构造的转子1来说是有效的。
并且,将流体推力轴承47的喷出孔43的位置(流体的喷出位置)设定在从转子1的旋转中心与外周端之间的中间部至端面23a的外周端的区域选择出的、端面23a的外周端侧,由此,对于任意的转子1均能够保持稳定的直立姿态。此外,如上所述,所谓中间部,并不意味着端面23a的外周端与旋转中心之间的、单纯的距离上的中间,而是意味着与旋转中心相比更靠外周端侧如下的程度的位置:即便在产生被旋转体的过大的不平衡量时,与现有技术相比,被旋转体也不倾斜而能够保持稳定的姿态。当然,随着转子1的外径增大,如图2中的X位置那样使喷出孔43的位置向外周端侧变更,由此,即便是容易产生过大的不平衡量的转子1,也能够约定进行高精度的不平衡量的计测。
图5以及图6示出本发明的第二实施方式。
本实施方式并非在突起部27的内侧即支承孔29进行转子1的径向支承,而是在突起部27的外侧即外周面进行转子1的径向支承。
即,作为心轴,使用在前端部具有能够与转子1的突起部27的外周面嵌合的圆形的凹部67a的心轴67。如图6所示,在该凹部67a的内周面例如在周方向等间隔地设置有多个喷出孔68。喷出孔68经由设置于心轴67的周壁部的供给通路69以及设置于支承臂体11的中继通路71而与第一实施方式同样连接于压轴承用流体供给装置(未图示)。由此,凹部67a的内周面构成向心轴承面,即构成通过从凹部67a的内周面被喷出的流体(例如压缩空气)旋转自如地承接突起部27的外周面的流体向心轴承77。此外,流体推力轴承47与第一实施方式所记载的构造相同。
即便在这样的对转子1的突起部27的外周面进行向心支承的支承装置15中,通过采用对转子1的端面进行推力支承的流体推力轴承47,也能够起到与第一实施方式相同的效果。其中,在图5以及图6中,对与第一实施方式相同的部分标注相同的标号并省略说明。
此外,上述的实施方式中的各结构及其组合等是一个例子,不言而喻,能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行结构的附加、省略、置换以及其他的变更。另外,本发明并不由实施方式限定,不言而喻,仅由“技术方案”限定。例如在上述的实施方式中,列举了使用圆弧形的壁部将流体向转子端面的外周端侧喷出的构造,但并不限于此,也可以使用其他的构造将流体向转子端面的外周端侧喷出。另外,在上述的实施方式中,列举使用了涡轮压缩机的转子的例子,但并不限于此,只要是需要进行不平衡量的计测的被旋转体即可。另外,所使用的流体可以为空气等压缩性流体,也可以为润滑油等非压缩性流体。
标号说明
1:转子(被旋转体);15:支承装置(平衡修正用支承装置);17、67:心轴;27:突起部;29:支承孔;23a:端面;37、77:流体向心轴承;47:流体推力轴承;67a:凹部。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种平衡修正用支承装置,具有流体推力轴承,所述流体推力轴承将包含与旋转中心交叉的方向的端面的被旋转体支承为旋转自如,
所述平衡修正用支承装置的特征在于,
所述流体推力轴承在所述被旋转体的所述端面中的、从所述被旋转体的所述旋转中心与所述被旋转体的外周端之间的中间部至所述外周端的位置支承所述被旋转体。
2.根据权利要求1所述的平衡修正用支承装置,其特征在于,
还具有将所述被旋转体支承为旋转自如的流体向心轴承。
3.根据权利要求2所述的平衡修正用支承装置,其特征在于,
所述被旋转体在所述端面的中央部设置有支承孔,所述流体向心轴承旋转自如地承接所述支承孔的内表面。
4.根据权利要求3所述的平衡修正用支承装置,其特征在于,
所述流体向心轴承包含心轴,所述流体推力轴承具有包围所述心轴的壁部。
5.根据权利要求4所述的平衡修正用支承装置,其特征在于,
所述心轴包含与所述支承孔嵌合的嵌插部,
在所述嵌插部的外周面设置有流体的喷出孔,在所述嵌插部的轴心部设置有所述流体的排出路。
6.根据权利要求2所述的平衡修正用支承装置,其特征在于,
所述被旋转体在所述端面的中央部设置有突起部,所述流体向心轴承具有旋转自如地承接所述突起部的外周面的凹部。
7.根据权利要求6所述的平衡修正用支承装置,其特征在于,
在所述凹部的内周面设置有流体的喷出孔。
8.(修改后)一种平衡修正用支承装置,其特征在于,具有:
插入于被旋转体的立式的心轴,所述被旋转体在与旋转中心交叉的方向具有端面,还在该端面的中央部具有支承孔,所述立式的心轴通过与所述支承孔的嵌合而从铅垂方向被插入;
流体向心轴承,所述流体向心轴承设置于所述心轴的外周面,借助从所述心轴的外周面被喷出的流体而旋转自如地承接所述被旋转体的支承孔的内表面;以及
流体推力轴承,所述流体推力轴承配置于所述心轴的周围,向所述被旋转体的所述端面中的、从所述被旋转体的所述旋转中心与所述被旋转体的外周端之间的中间部至所述外周端的区域喷出流体而使所述被旋转体浮起。
9.(修改后)一种平衡修正用支承装置,其特征在于,具有:
供被旋转体插入的立式的心轴,所述被旋转体在与旋转中心交叉的方向具有端面,还在该端面的中央部具有突起部,所述立式的心轴具有能够与所述被旋转体的所述突起部嵌插的凹部,所述被旋转体通过所述突起部与所述凹部的嵌合而从铅垂方向被插入;
流体向心轴承,所述流体向心轴承设置于所述凹部的内周面,借助从所述凹部的内周面被喷出的流体而旋转自如地承接所述突起部的外周面;以及
流体推力轴承,所述流体推力轴承配置于所述心轴的周围,向所述被旋转体的所述端面中的、从所述被旋转体的所述旋转中心与所述被旋转体的外周端之间的中间部至所述外周端的区域喷出流体而使所述被旋转体浮起。
10.(删除)
说明或声明(按照条约第19条的修改)
针对本发明权利要求书中的权利要求8、9的修改是根据在国际检索阶段认为具有新颖性以及创造性的提出申请时的权利要求10进行的进一步限定,以便明确该权利要求8、9中记载的发明与文献1(WO2014/034769A1)和文献2(JP2011-247837A)所公开的发明之间的区别。

Claims (10)

1.一种平衡修正用支承装置,具有流体推力轴承,所述流体推力轴承将包含与旋转中心交叉的方向的端面的被旋转体支承为旋转自如,
所述平衡修正用支承装置的特征在于,
所述流体推力轴承在所述被旋转体的所述端面中的、从所述被旋转体的所述旋转中心与所述被旋转体的外周端之间的中间部至所述外周端的位置支承所述被旋转体。
2.根据权利要求1所述的平衡修正用支承装置,其特征在于,
还具有将所述被旋转体支承为旋转自如的流体向心轴承。
3.根据权利要求2所述的平衡修正用支承装置,其特征在于,
所述被旋转体在所述端面的中央部设置有支承孔,所述流体向心轴承旋转自如地承接所述支承孔的内表面。
4.根据权利要求3所述的平衡修正用支承装置,其特征在于,
所述流体向心轴承包含心轴,所述流体推力轴承具有包围所述心轴的壁部。
5.根据权利要求4所述的平衡修正用支承装置,其特征在于,
所述心轴包含与所述支承孔嵌合的嵌插部,
在所述嵌插部的外周面设置有流体的喷出孔,在所述嵌插部的轴心部设置有所述流体的排出路。
6.根据权利要求2所述的平衡修正用支承装置,其特征在于,
所述被旋转体在所述端面的中央部设置有突起部,所述流体向心轴承具有旋转自如地承接所述突起部的外周面的凹部。
7.根据权利要求6所述的平衡修正用支承装置,其特征在于,
在所述凹部的内周面设置有流体的喷出孔。
8.一种平衡修正用支承装置,其特征在于,具有:
插入于被旋转体的立式的心轴,所述被旋转体在与旋转中心交叉的方向具有端面,还在该端面的中央部具有支承孔,所述立式的心轴通过与所述支承孔的嵌合而从铅垂方向被插入;
流体向心轴承,所述流体向心轴承设置于所述心轴的外周面,借助从所述心轴的外周面被喷出的流体而旋转自如地承接所述被旋转体的支承孔的内表面;以及
流体推力轴承,所述流体推力轴承配置于所述心轴的周围,向所述被旋转体的端面喷出流体而使所述被旋转体浮起。
9.一种平衡修正用支承装置,其特征在于,具有:
供被旋转体插入的立式的心轴,所述被旋转体在与旋转中心交叉的方向具有端面,还在该端面的中央部具有突起部,所述立式的心轴具有能够与所述被旋转体的所述突起部嵌插的凹部,所述被旋转体通过所述突起部与所述凹部的嵌合而从铅垂方向被插入;
流体向心轴承,所述流体向心轴承设置于所述凹部的内周面,借助从所述凹部的内周面被喷出的流体而旋转自如地承接所述突起部的外周面;以及
流体推力轴承,所述流体推力轴承配置于所述心轴的周围,向所述被旋转体的端面喷出流体而使所述被旋转体浮起。
10.根据权利要求8或9所述的平衡修正用支承装置,其特征在于,
所述流体推力轴承向所述被旋转体的所述端面中的、从所述被旋转体的所述旋转中心与所述被旋转体的外周端之间的中间部至所述外周端的区域喷出流体。
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