CN106401883A - 风力涡轮机中转子和机舱之间的雷电传导装置 - Google Patents
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Abstract
风力涡轮机中的转子和机舱之间的雷电传导装置,其包括:第一电导体板(1),其中其末端中的一个与放置在每个叶片根部的金属条(4)分开一距离;第二电导体板(2),其中末端中的一个与风力涡轮机的槽元件(5)分开一距离;第一和第二板(2)之间的电导体元件;耦接至第一和第二板(2)的电绝缘体(6),其还耦接至风力涡轮机的轮毂(3);以及第一和第二板(2)之间的相对位移元件,该元件配置为确保第一板(1)的末端和金属条(4)之间的预定距离,以及第二板(2)的末端和槽元件(5)之间的预定距离。
Description
技术领域
本发明涉及转子和机舱之间的雷电传导装置,其配置为安装在风力涡轮机中,以及涉及相关的安装程序,本发明用于风力类型的可再生能源工业中,以及由朝地面的雷暴导致的雷电的管理和电传导中。
本发明主题的雷电传导装置的首要目标是防止风力涡轮机的敏感部件在它们的主要实体上产生过流,其通过落在所述风力涡轮机上的雷电产生,将部分雷电引导至地面。该保护由简单、多用途的雷电传导装置实现,具有用于存在于每个风力涡轮机的位置中的不同条件的最优安装设施,并且其确保电流从风力涡轮机的转子到机舱、从风力涡轮机(不会流过叶片轴承、轮毂和风力涡轮机叶片的动力传动系(power train)的其它部件)到地面安全且有效的适当传导。
背景技术
通过介绍可知,可以将风力涡轮机放置在很多位置以将风能转换成电功率,为了使风能最大化,将其放置在不受物理障碍保护的战略位置(例如山顶、海边区域等)。
在暴露区域的位置以及风力涡轮机自身的几何结构,其相当于锚定在地面的基座上的极,并且在上部具有轮毂,从轮毂上分出三个或更多具有空气动力学外形的叶片。这极有可能会吸引雷电,一旦雷电接触风力涡轮机,就会有高幅值电流流过,这会损坏风力涡轮机的内部组件,对能源供应公司具有后续损坏,并且由于风力涡轮机的极端位置,对现场替换受损部件的操作员也有风险。当雷电落到移动的叶片上时,最重要的点是将雷电传导到地面,并且必须将雷电传导到风力涡轮机的保持静止的机舱上,因此,必须在移动的叶片和静止的机舱之间放置连接元件,其将所述雷电传导至地面,并且不会影响正常叶片的性能。
为了解决该问题,已知保护风力涡轮机的组件不受雷击的系统,其由以下组成:首先利用连接叶片尖端的内部导线将电荷从叶片尖端或叶片导向地面,叶片尖端由叶片的内部加强梁支撑以随后通过叶片轴承将电流导向轮毂,并且从轮毂导向低速轴。然后通过轴承到达框架并最终穿过将框架连接到塔架的回转环(slewing ring),电荷被带到地面。然而,该方案显示的主要缺点是,通过这种方式释放雷电会损坏轴承和放电传动系(discharge train),因此已经寻找了可替换的方案。
关于此,需要注意的是与本申请的申请人相同的公开号为ES-2265776的申请,该申请描述了雷电传导装置,其由固定在第二绝缘棒(insulating bar)上的导电棒(conduction bar)形成,并且固定在风力涡轮机轮毂上。因此,雷电传导装置的第一端位于风力涡轮机的每个叶片根部的金属带之前第一距离处,其允许入射到风力涡轮机的叶片尖端的雷电电跳跃(electric jump),同时第二端位于风力涡轮机机舱的槽(gutter)前方第二距离处,其允许雷电电跳跃。因此,通过很多导电装置,包括雷电传导装置,雷电从其入射于其上的叶片尖端流至地面,所述装置防止雷电影响风力涡轮机的敏感部件。
该方案确保风力涡轮机的主要组件不受损坏,但是显现出不方便,主要涉及所述雷电传导装置相对叶片和槽的装配和安装,为了最优地将雷电传导到地面,必须确保导电棒末端分别与叶片条和槽之间有预定的特定距离,并且它们之间没有直接接触,因此,必须非常精确地放置传导装置,似乎如果叶片的金属条与棒(bar)的末端之间的距离或者棒的另一个末端与槽之间的距离过大,那么在它们之间引起电弧所需的张力(tension)就会增大,它们会停止工作,并且电弧将跳跃到靠近风力涡轮机的其它金属元件上,由此会引起后续问题。该距离也受叶片和槽的工厂公差的影响。
必须注意的是,也有叶片(将其轴翻转并且也随轮毂一起转)和槽(静止的)之间直接接触的雷电传导装置,但是当高电流流过时这会产生焊接问题(welding problems),除了由于移动部件和固定部件之间的摩擦引起的磨损而需要频繁维护之外,由于组件之间的摩擦还会产生过大的噪音。
因此,假设在组装时不方便,并且保证电弧在叶片的金属条、导电棒和槽之间跳跃的预定距离,需要可以安装在任何类型的风力涡轮机上的新型雷电传输装置,其可适应叶片的金属条和槽元件之间变化的距离,并且确保当雷电通过这两种元件各自的叶片到达风力涡轮机的结构时,这两个元件之间始终有适当的电传导,并且所有这些都使用简单的传导设备,其易于安装和维护,并且与目前已知的现有技术相比更经济。
发明内容
本发明涉及风力涡轮机的转子和机舱之间的雷电传导装置,配置为安装在具有叶片的风力涡轮机中,相对于轮毂旋转,其中所述风力涡轮机附加地包括槽元件,因此传导装置包括以下主要实体:
-第一电导体板,其中其末端中的一个与放置在每个叶片根部的金属条分开一距离;
-第二电导体板,其中其末端中的一个与所述风力涡轮机的槽元件分开一距离;
-第一和第二板之间的电导体元件;
-电绝缘体,耦接至所述第一和第二导体板,其中所述绝缘体还耦接至所述风力涡轮机的轮毂,以及
-所述第一和第二板之间的相对位移元件,所述元件配置为确保所述第一板的末端和位于每个叶片根部的所述金属条之间的预定距离,以及所述第二板的末端和所述槽元件之间的预定距离。
必须阐明的是第一板的末端与位于每个叶片根部的金属条之间的分隔距离,以及第二板的末端中的一个与所述风力涡轮机的槽元件之间的分隔距离,其确保建立足够允许电流通过两个板从金属条流至槽元件的电弧。
还必须阐明的是,板的概念涉及明显矩形几何形状和减小的厚度的任何类型的金属部件,并且其可变的截面可以是棒型的圆形、棱型的矩形等。
考虑传导装置的主要实体,相对于现有技术,可以看到以下新颖之处,尤其是相对于公开号为ES-2265776的专利申请中描述的雷电传导装置。如在本发明主题的传导装置中,描述了存在由于电传导元件而相互电连接的两个板。因此,由于导体的数量是独立于两个导体的,从而可以相对于位于每个叶片根部的金属条精确地定位第一板的第一末端,并且相对于槽元件精确地定位第二板的第二末端。因此,总是可以保持作为雷电电流路径的元件之间的精确距离,从而确保电弧流向目的位置,直到其通过描述的槽到达地面。
此外,描述的两个板直接或间接耦接至电绝缘体,该电绝缘体又再次直接或间接耦接至相关的风力涡轮机的轮毂(hub)。因此,电绝缘体确保阻止电流从第一板流向轮毂,从而防止损害轴承和所述风力涡轮机的其它移动元件。
关于第一和第二板之间的相对位移元件,记住它们配置为确保第一板的末端与位于每个叶片根部的金属条之间的预定距离,以及第二板的末端与槽元件之间的预定距离,考虑了两个可能的优选实施例:
A)第一实施例描述了两个板之间的相对位移元件可能包括:
-属于第二板的椭圆形槽(oblong groove),
-属于第一板的至少一孔,其相对地位于第二板的椭圆形槽在第一板上方的投影(projection)之内,并且其中至少一固定器(fixation)分别耦接至上述槽和孔,使得能够基于槽的长度修改两个板之间的相对位置。
可以看到,第二板的椭圆形槽确保可以修改两个板末端之间的距离,其涉及椭圆形槽的长度,并且可以描述,雷电传导装置的每种安装的简易且多样方案、和安装程序,其包括以下阶段:
a)以给定距离相距位于每个叶片根部的金属条定位第一板;
b)以给定距离相距所述风力涡轮机的槽元件定位第二板;
c)通过至少一个固定器以及通过第一板相对于第二板的重叠部分,以及通过第二板的椭圆形槽和第一板的所述至少一个槽固定两个板。
必须注意的是,在所述可替换实施例中,第一和第二板之间的电导体元件是这些板,由于至少一个固定器它们相互接触。
此外,为了后续相对于电绝缘体定位两个板,可能的是其中第一板示出撕口(tear),配置为能够相对于支架固定所述板,依次支架耦接至电绝缘体。并且第二板的撕口也配置为允许相对于支架固定所述板。
重申,该固定板的实施例与本发明主题的雷电传导装置安装程序相关联,该安装程序包括以下阶段:
d)通过第一固定元件,通过所述第一板的对应撕口,相对于支架固定第一板;以及
e)通过第二固定元件,通过所述第二板的对应撕口,相对于支架固定第二板。
因此,为了确保整体安装和精确位置该第一可替换实施例中的传导装置,一方面,有必要固定金属条的导体元件和槽相对于第一和第二板的末端的距离,后续地,另一方面,有必要固定第一和第二板的末端相对于耦接至电绝缘体的支架之间的距离。
B)第二实施例描述了两个板之间的相对位移元件可能包括:
-第一弹簧,一端耦接至第一板,并且另一端耦接至绝缘体;
-第二弹簧,一端耦接至第二板,并且另一端耦接至绝缘体;
-电导线,既耦接至第一板又耦接至第二板,并且
-其中在每个板最靠近金属条和槽元件的每一端分别放置两个绝缘元件,由于两个弹簧的弹性强度,两个绝缘元件配置为分别与金属条和槽元件接触;并且绝缘元件配置为避免板的末端分别与金属条和槽元件接触。
相比于第一可替换实施例中的位移元件可以看出显著区别,如在本实施例中,没有利用固定器或椭圆形槽限定第一板的末端和叶片的金属条之间的精确距离以及第二板的末端和槽之间的精确距离。如在第二可替换实施例中,与所述板相关联的绝缘体还分别与金属条和槽接触,从而总是确保精确距离以获得想要的电弧。
关于此,考虑到所述第二可替换实施例,描述了雷电传导装置的安装程序,其包括以下阶段:
a)以预定距离彼此相距绝缘元件固定第一板的一末端,所述末端相对于绝缘元件嵌入其中;
b)以预定距离彼此相距绝缘元件固定第二板的一末端,所述末端相对于绝缘元件嵌入其中;
c)将各个弹簧固定到每个板的与各自的绝缘元件相对的每末端;
d)将弹簧耦接至电绝缘体;
e)通过电导线将每个板连接起来;并且
f)将传导元件置于每个叶片根部的金属条和风力涡轮机的槽元件之间,直到绝缘元件中的一个接触金属条,并且另一个绝缘元件接触槽元件,这借助于与固定到每个绝缘元件的板相关联的弹簧。
可以看出在该第二可替换实施例中,绝缘元件与叶片的相关金属条以及与槽之间有永久接触。因此,所述绝缘元件可能有磨损,从而相比于第一可替换实施例需要更频繁的周期维修。但是与其相比的优点是,板的末端与叶片的金属条和与槽之间的距离总是恒定的,如在相关程序的阶段a)和b)中预定的,另一方面,由于板分别与叶片金属条以及槽之间没有直接接触,因此当雷电电流路过时不会产生焊接点(welding point)-其发生在基于直接接触的系统中。最后,选择具有高抗磨损性和低摩擦系数的绝缘材料,以降低可能的噪声和磨损。
最后,关于两个可替换实施例,其描述了最优选择,其中,电绝缘体通过基座耦接至风力涡轮机的轮毂,基座示出了电绝缘体和风力涡轮机的轮毂之间的相对位移元件。处于吸收几何形状或邻近本发明主题的雷电传导装置的元件的误差的目的,其允许更灵活地安装。
这些位移元件可以包括多个椭圆形槽,配置为能够通过各自的固定元件耦接所述基座和轮毂。其中所述椭圆形槽定位在与雷电传导装置的高度上调节的方向相同的方向。因此,描述了调节雷电传导装置的高度调节程序,其包括,通过以上提到的两个元件之间的相对位移装置,相对于风力涡轮机的轮毂耦接电绝缘体。
因此,根据提出的本发明可以获得雷电传导装置,其能够防止风力涡轮机在其主要实体上产生由落在该风力涡轮机上的大气雷电引起的过流,由于简单、多样的雷电传输装置,其在每个风力涡轮机所在位置的多样条件下易于安装,并且确保合适地将电流从原位安全有效地传导至地面。
附图说明
为了做出完整描述,并且为了助于更好地理解本发明的特征,根据本发明的实用实施例的最优示例,为了说明的目的并且在非限制意义上,提供一组附图,其形成该描述的组成部分,以下示出了:
图1示出了本发明主题的雷电传导装置的三维视图,在其第一可替换实施例中没有弹簧。
图2示出了本发明主题的雷电传导装置的三维视图,涉及基座,其示出了电绝缘体和风力涡轮机的轮毂之间的相对位移元件。
图3示出了以上雷电传导装置的第一可替换实施例的两个板之间的连接装置的细节的二维视图。
图4示出了在具有弹簧的第二可替换实施例的中的本发明主题的雷电传输装置的二维视图。
具体实施方式
考虑图1和图2,可以看出本发明主题的雷电传导装置配置为安装在具有叶片的风力涡轮机中,其相对于轮毂(3)旋转,其中所述风力涡轮机还包括槽元件(5),并且其中所述传导装置包括:
-第一电导体板(1),其中其末端中的一个与位于每个叶片根部的金属条(4)分开一距离;
-第二电导体板(2),其中末端中的一个与所述风力涡轮机的槽元件(5)分开一距离;
-基于所选可替换实施例的类型的第一和第二板(2)之间的电导体装置;
-耦接至所述第一和第二导体板(2)的电绝缘体(6),其中所述绝缘体(6)还耦接至所述风力涡轮机的轮毂(3);
-电绝缘体(6)通过基座(12)耦接至风力涡轮机的轮毂(3)上,基座(12)示出了电绝缘体(6)和风力涡轮机的轮毂(3)之间的相对位移元件,其示出了允许通过螺丝型相对固定元件(13)在所述基座和轮毂(3)之间耦接的三个椭圆形槽(12a,12b,12c),以及
-第一和第二板(2)之间的相对位移元件,所述元件配置为确保第一板(1)的末端和位于每个叶片根部的金属条(4)之间的预定距离以及第二板(2)的末端和槽元件(5)之间的预定距离,其中所述位移元件与以上提到的和以下阐述的两个可替换实施例相关联。
关于两个板之间的相对位移元件的A),第一可替换实施例由图3示出,并且包括:
-属于第二板(2)的椭圆形槽(2a),
-属于第一板(1)的一对孔(1a,1b),其相对地处于第一板(1)上面第二板(2)椭圆形槽(2a)的投影之内,并且其中一对固定器(7)分别耦接至槽(2a)和该一对孔(1a,1b),允许基于槽(2a)的长度修改两个板(1,2)之间的相对位置,以及两个孔(1a,1b)之间的间隔。
此外,第一板(1)示出了撕口(1c),配置为允许将所述板(1)相对于支架(8)固定,支架(8)还耦接至电绝缘体(6),并且第二板(2)示出了撕口(2c),也配置为允许将所述板(2)相对于支架(8)固定。其中从所述图3中可以看出,支架(8)相对于电绝缘体(6)的固定通过四个固定螺丝实现。
必须注意的是,在所述可替换实施例A)中,第一和第二板(2)之间的电导体元件是板(1,2),因为它们因着这些固定器(7)相互接触。
因此,描述了所述第一可替换实施例的雷电传导装置的安装程序,包括以下阶段:
a)以给定距离相对于位于每个叶片根部的金属条(4)定位第一板(1);
b)以给定距离相对于位于所述风力涡轮机的槽元件(5)定位第二板(2);
c)通过第一板(1)相对于第二板(2)的重叠,并且通过第二板(2)的椭圆形槽(2a)和第一板(1)的一对孔(1a,1b),将两个固定器(7)相对于两个板(1,2)固定;
d)通过第一固定元件(14a),通过所述第一板(1)的对应撕口(1c),将第一板(1)相对于支架(8)固定;以及
e)通过第二固定元件(14b),通过所述第二板(2)的对应撕口(2c),将第二板(2)相对于支架(8)固定。
然后,关于两个板之间的相对位移元件的B)第二可替换实施例由图4示出,并且包括:
-一侧耦接至第一板(1)并且另一侧耦接至绝缘体(6)的第一弹簧(1d);
-一侧耦接至第二板(2)并且另一侧耦接至绝缘体(6)的第二弹簧(2d),其中两个板(1,2)示出条形几何形状,最小截面为50mm2;
-既耦接至第一板(1)又耦接至第二板(2)的电导线(9),其也示出50mm2的截面;以及
-其中,在最靠近金属条(4)和槽(5)的每个板(1,2)的每个末端分别放置两个绝缘元件(10,11),由于两个弹簧的弹性强度,其配置为分别与该金属条(4)和槽(5)接触,并且所述绝缘元件(10,11)配置为避免板(1,2)的末端分别与金属条(4)和槽元件(5)接触。
因此,描述了所述第二可替换实施例中的雷电传导装置的安装程序,包括以下阶段:
a)以预定距离相对于绝缘元件中的一个(10)固定第一板(1)的末端,所述末端相对于绝缘元件(10)嵌入其中,其中所述固定由化学或机械方式实现;
b)以预定距离相对于绝缘元件中的另一个(11)固定第二板(2)的末端,所述末端相对于绝缘元件(11)嵌入其中,其中所述固定由化学或机械方式实现;
c)将各个弹簧(1d,2d)固定到每个板(1,2)的与各自的绝缘元件(12,11)相对的每个末端;
d)将弹簧(1d,2d)耦接至电绝缘体(6);
e)通过电导线(9)将每个板(1,2)连接起来;并且
f)在每个叶片根部的金属条(4)和所述风力涡轮机的槽元件(5)之间定位传导元件,直到绝缘元件(10)中的一个接触每个金属条(4),并且另一个绝缘元件(11)接触槽元件(5),这归功于与固定到每个所述绝缘元件(10,11)的板(1,2)相关联的弹簧(1d,2d)。
基于该描述和该组附图,本领域人员可以理解,在本发明的主题中可以用多种方式结合描述的本发明的实施例。已经根据本发明的一些优选实施例描述了本发明,但是对于本领域人员来说很明显的是,可以在所述优选实施例中引入多种变形,而不会超出本发明要求保护的主题。
Claims (11)
1.风力涡轮机中的转子和机舱之间的雷电传导装置,配置为安装在相对于轮毂(3)旋转的具有叶片的风力涡轮机中,其中所述风力涡轮机额外包括槽元件(5),所述雷电传导装置包括:
-第一电导体板(1),其中其一端与放置在每个叶片根部的金属条(4)分开一距离;
-第二电导体板(2),其中其一端与所述风力涡轮机的槽元件(5)分开一距离;
-第一和第二电导体板(2)之间的电导体元件;
-电绝缘体(6),耦接至所述第一和第二电导体板(2),还耦接至所述风力涡轮机的轮毂(3),以及
-所述第一和第二电导体板(2)之间的相对位移元件,所述元件配置为确保所述第一电导体板(1)的一端和位于每个叶片根部的所述金属条(4)之间的预定距离,以及所述第二电导体板(2)的一端和所述槽元件(5)之间的预定距离。
2.根据权利要求1所述的雷电传导装置,其特征在于,两个电导体板之间的所述相对位移元件包括:
-属于所述第二电导体板(2)的椭圆形槽(2a),
-属于所述第一电导体板(1)的至少一孔(1a,1b),其相对地位于所述第一电导体板(1)上所述第二电导体板(2)椭圆形槽(2a)的投影之内,并且其中至少一固定器(7)分别耦接至所述椭圆形槽(2a)和所述至少一孔(1a,1b),允许基于所述槽(2a)的长度修改所述两个电导体板(1,2)之间的相对位置。
3.根据权利要求2所述的雷电传导装置,其特征在于,所述第一电导体板(1)具有撕口(1c),配置为使所述第一电导体板(1)相对于支架(8)固定,所述支架(8)还耦接至电绝缘体(6),并且所述第二电导体板(2)具有撕口(2c),也配置为允许所述第二电导体板(2)相对于所述支架(8)固定。
4.根据前述任一项权利要求所述的雷电传导装置,其特征在于,所述第一和第二电导体板(2)之间的电导体元件是该第一和第二电导体板(1,2),因为其归因于所述至少一个固定器(7)相互接触。
5.根据权利要求1所述的雷电传导装置,其特征在于,两个电导体板之间的所述相对位移元件包括:
-第一弹簧(1d),一端耦接至所述第一电导体板(1),并且另一端耦接至所述电绝缘体(6);
-第二弹簧(2d),一端耦接至所述第二电导体板(2),并且另一端耦接至所述电绝缘体(6);
-电导线(9),既耦接至所述第一电导体板(1)又耦接至所述第二电导体板(2),并且
-其中在每个电导体板(1,2)最靠近所述金属条(4)和所述槽元件(5)的每一端分别放置绝缘元件(10,11),由于两个弹簧(1d,2d)的弹性强度,两个绝缘元件(10,11)配置为分别与所述金属条(4)和所述槽元件(5)接触;并且所述绝缘元件(10,11)配置为避免所述每个电导体板(1,2)的端分别与所述金属条(4)和所述槽元件(5)接触。
6.根据前述任一项权利要求所述的雷电传导装置,其特征在于,所述电绝缘体(6)通过基座(12)耦接至所述风力涡轮的轮毂(3),所述基座(12)具有位于所述电绝缘体(6)和所述风力涡轮机的所述轮毂(3)之间的相对位移元件。
7.根据权利要求6所述的雷电传导装置,其特征在于,所述基座包括多个椭圆形槽(12a,12b,12c),配置为允许所述基座和所述轮毂(3)之间通过各个固定元件(13)耦接。
8.权利要求2-4任一项限定的所述的雷电传导装置的安装程序,其特征在于,所述雷电传导装置的安装程序包括以下阶段:
a)以给定距离相距位于每个叶片根部的所述金属条(4)定位所述第一电导体板(1);
b)以给定距离相距位于所述风力涡轮机的槽元件(5)定位所述第二电导体板(2);
c)通过至少一个固定器(7),通过所述第一电导体板(1)相对于所述第二电导体板(2)的重叠部分,以及通过所述第二电导体板(2)的所述椭圆形槽(2a)和所述第一电导体板(1)的所述至少一孔(1a,1b)固定两个电导体板(1,2)。
9.根据权利要求8所述的雷电传导装置的安装程序,针对权利要求3中限定的所述雷电传导装置,其特征在于,包括以下阶段:
d)通过第一固定元件(14a),通过所述第一电导体板(1)的对应撕口(1c),相对于所述支架(8)固定所述第一电导体板(1);以及
e)通过第二固定元件(14b),通过所述第二电导体板(2)的对应撕口(2c),相对于所述支架(8)固定所述第二电导体板(2)。
10.权利要求5中限定的所述雷电传导装置的安装程序,其特征在于,所述雷电传导装置的安装程序包括以下阶段:
a)以预定距离相距一个绝缘元件(10)固定所述第一电导体板(1)的一端,所述一端相对于所述一个绝缘元件(10)嵌入其中;
b)以预定距离相距另一个绝缘元件(11)固定所述第二电导体板(2)的一端,所述一端相对于所述另一个绝缘元件(11)嵌入其中;
c)将各个弹簧(1d,2d)固定到每个电导体板(1,2)的与各自的所述绝缘元件(12,11)相对的每个端;
d)将所述弹簧(1d,2d)耦接至所述电绝缘体(6);
e)通过所述电导线(9)将每个电导体板(1,2)连接起来;并且
f)在每个叶片根部的所述金属条(4)和所述风力涡轮机的所述槽元件(5)之间定位传导元件,直到所述绝缘元件(10)中的一个接触所述金属条(4),并且另一个绝缘元件(11)接触所述槽元件(5),这归功于与固定到每个所述绝缘元件(10,11)的电导体板(1,2)相关联的弹簧(1d,2d)。
11.权利要求6或7限定的所述雷电传导装置的高度的调节程序,其特征在于,所述调节程序包括:通过所述两个元件之间的所述相对位移元件,相对于所述风力涡轮机的所述轮毂(3)耦接所述电导体(6)。
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