CN110002620B - 旋流过滤器 - Google Patents

Abstract

根据本公开的实施例，提供了一种旋流过滤器，包括压力罐，其设置有入口、净水出口和杂质出口；在所述压力罐内设置有滤网管和围绕所述滤网管螺旋形设置的旋流通道，其中所述滤网管与所述净水出口连通，所述旋流通道与所述入口连通并引导流入入口的待净化的流体形成旋流，待净化的流体经过旋流通道分离出杂质，分离出杂质的流体流入滤网管，经滤网管过滤之后的流体从净水出口流出，并且分离出的杂质从杂质出口流出。本公开的旋流过滤器在过滤效果上不受尺寸限制，并且能耗低，其还可以对压力罐内部进行自动清理，提高了设备的自动化运行水平，使得旋流过滤器在使用上更加方便。

Description

旋流过滤器

技术领域

本公开涉及一种水处理设备，具体而言，涉及一种旋流过滤器。

背景技术

从液体中分离颗粒物的技术一般包括絮凝、沉降、旋流、过滤分离等。尺寸和分离效率是各种分离系统的限制因素。絮凝和沉降技术需要沉淀池和较长的沉淀时间。旋流装置虽然占地面积小，但是现有的旋流装置存在能量消耗大、分级质量不稳定等问题。过滤分离虽然能够产生高质量的分离，但是污垢容易积累，需要及时进行清理。

旋流过滤器是一种离心分离设备，其一般用于污水或者废水的处理。旋流过滤器可以将沙砾、污垢、泥、腐殖质、植物等固体物从水流中分离出来。用于水处理的旋流过滤器既可以用于人工水体的净化，也可以用于自然水体的净化，例如，河湖水体，园林景观水体、养殖水体，喷泉、游泳池、水上乐园等。

带旋流装置的过滤器可以通过在进口和出口设置导流板来产生旋流的离心力，以将水和杂质分离。然而，一方面，由于水流对导流板的冲击，这种方式会产生大的能量损耗，另一方面，由于受到设备尺寸和离心力大小的因素的影响，杂质的分离效果不稳定而且难以控制。

因此，需要一种旋流过滤器，其可以平衡分离效率、能量效率和使用的方便性。

发明内容

根据本公开的一方面，提供了一种旋流过滤器，其包括压力罐，其设置有入口、净水出口和杂质出口；在所述压力罐内设置有滤网管和围绕所述滤网管螺旋形设置的旋流通道，其中所述滤网管与所述净水出口连通，所述旋流通道与所述入口连通并引导流入入口的待净化的流体形成旋流，待净化的流体经过旋流通道分离出杂质，分离出杂质的流体流入滤网管，经滤网管过滤之后的流体从净水出口流出，并且分离出的杂质从杂质出口流出。

通过在旋流过滤器中形成围绕滤网管的旋流通道，压力罐内部形成了旋流而无需导流板，既可以减少能量损耗，又可以保证杂质分离的效果。

根据本公开实施例的旋流过滤器，所述旋流通道可以包括螺旋形设置的混液板，其横截面在径向上从靠近所述滤网管的内边缘基本上横向向外延伸。

根据本公开实施例的旋流过滤器，可选地，所述旋流通道还可以包括从所述混液板的外边缘基本上向下延伸的挡泥板，分离出的杂质从所述挡泥板与其下方的混液板之间的间隙流出所述旋流通道，从而在挡泥板与所述压力罐内壁之间形成流过杂质的杂质道，在旋流通道内形成流过待净化的流体的混液道，并且杂质道与混液道在空间上分离。

本公开的压力罐内部形成了基本上互不干扰的在空间上分离的混液道、杂质道和清水道，分别用于流过待净化的流体、杂质和净化之后的流体，改善了过滤效果并且使得过滤效果更佳稳定。

根据本公开实施例的旋流过滤器，可选地，所述旋流通道还包括设置在所述混液板和所述挡泥板之间的滑泥板，其与所述压力罐的中心轴线之间的角度小于所述混液板与所述压力罐的中心轴线之间的角度且大于所述挡泥板与所述压力罐的中心轴线之间的角度。

根据本公开实施例的旋流过滤器，可选地，还包括设置在所述旋流通道的底部的防扰板，其设置为倒置的锥体，在该锥体的顶部设置有贯穿口。

根据本公开实施例的旋流过滤器，可选地，所述入口设置在所述压力罐的上部，连接所述入口的进水管设置在与所述旋流通道的弧线相切的方向上。

根据本公开实施例的旋流过滤器，可选地，所述入口设置在所述压力罐的上部，其连接的进水管的形状为渐开线、涡线或者弧线。

根据本公开实施例的旋流过滤器，可选地，所述杂质出口设置在所述压力罐的底部，所述旋流过滤器还包括与所述杂质出口连接的排污主管路，其包括电动阀，该电动阀为常闭电动阀。

根据本公开实施例的旋流过滤器，可选地，还包括与杂质出口连接的旁路，其绕过所述排污主管路的电动阀，并且包括可调节的阀门。

根据本公开实施例的旋流过滤器，可选地，所述滤网管设置在所述压力罐的中心部分，其包括封闭段和网孔段，其中封闭段接近所述入口。

根据本公开实施例的旋流过滤器，可选地，所述滤网管的网孔间隙为0.5-1.5毫米。

根据本公开实施例的旋流过滤器，可选地，所述混液板与所述压力罐的中心轴线之间的角度为65°到90°。

根据本公开实施例的旋流过滤器，可选地，所述混液板与所述压力罐的中心轴线之间的角度为75°到85°。

根据本公开实施例的旋流过滤器，可选地，所述滑泥板与所述压力罐的中心轴线之间的角度为20°到35°。

根据本公开实施例的旋流过滤器，可选地，还包括测量所述压力罐的压力的压力传感器。

根据本公开实施例的旋流过滤器，可选地，还包括与所述净水出口连接的常开状态的电动阀。

根据本公开实施例的旋流过滤器，可选地，还包括控制装置，其用于控制排污主管路的所述电动阀的开启和关闭。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于如前所述的旋流过滤器的自动清洗滤网管的方法，其包括根据压力罐的压力水平或者按照旋流过滤器的运行时间的设定值确定是否需要清洗滤网管；当确定需要清洗滤网管时，控制与杂质出口连接的排污主管路的电动阀开启，使得流体从滤网管的网孔反向流出，并从排污主管路流出压力罐。

根据本公开的自动清洗滤网管的方法，可选地，所述旋流过滤器进一步包括与所述净水出口连接的常开状态的电动阀，当确定需要清洗所述滤网管时，控制与所述净水出口连接的常开状态的电动阀关闭。

根据本公开的再一方面，提供了包括前述旋流过滤器的一种水处理系统。

根据本公开实施例的旋流过滤器，通过设置旋流通道，将混液道、杂质道和清水道相分离，使得各个通道互不影响，改善了过滤效果并且使得过滤效果更佳稳定。需要净化的流体通过混液道的旋流通道形成旋流(也称涡流)，一方面减少了能量损耗，另一方面消除了设备的尺寸限制。再者，根据本公开实施例的旋流过滤器一方面可以通过旋流离心作用将待净化的流体中的杂质分离出去，减少了颗粒和悬浮物对清水道滤网管的堵塞，另一方面通过设置控制装置，可以实现对滤网管和排污管路进行自动清理，而无需拆卸或者更换滤网管，改善了滤网管的使用寿命并且使得对旋流过滤器的维护更加方便。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1是根据本公开一个实施例的旋流过滤器的结构示意图；

图2是根据本公开的一个实施例的旋流过滤器的旋流通道的结构示意图；

图3是根据本公开一个实施例的旋流过滤器的入口管路的示意图；

图4是根据本公开一个实施例的旋流过滤器的入口管路的示意图；

图5示意性地示出了根据本公开一个实施例的旋流过滤器的过滤状态图，其中①表示混合液路径，②表示杂质路径，③表示净化之后的流体路径；

图6示意性地示出了根据本公开一个实施例的旋流过滤器的清洗状态图，其中⑤表示清洗路径。

附图文字

1 压力罐

2 盖体

3 混液道

4 杂质道

5 清水道

6 压力传感器

7 安装件

8 排气阀

10 旋流通道

11 压力罐的腔体内壁

12 入口

13 净水出口

14 杂质出口

22 入口的进水管

31 混液板

32 滑泥板

33 挡泥板

34 防扰板

35 贯穿口

36 滑泥槽

41 排污主管路

42 排污主管路的阀门

43 旁路

44 旁路的阀门

45 净水出口的阀门

51 滤网管

60 控制器

70 固定件

O 压力罐的中心轴线

α 压力罐的中心轴线与混液板之间的角度

β 压力罐的中心轴线与滑泥板之间的角度

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

图1是根据本公开一个实施例的旋流过滤器的结构示意图。图2是根据本公开的一个实施例的旋流过滤器的旋流通道的结构示意图。如图1-2所示，该旋流过滤器(也可以称为泥水分道旋流过滤器)包括压力罐1和盖体2。压力罐1和盖体2密封连接。图1所示出的压力罐1为竖直放置，也可以根据需要改变压力罐1的放置方向。

压力罐1为旋转对称的空心腔体。例如，压力罐1可以形成为上端圆柱形且下端圆锥形的空腔。上端的圆柱形有利于混合液(即待净化的流体)形成旋流，而下端的圆锥形有利于杂质的收集。压力罐也可以根据旋流的方式采用其他合适的旋转对称形状。压力罐1的腔体内包括安装在压力罐1的中心区域的滤网管51和围绕滤网管51设置的旋流通道10。滤网管51和旋流通道10将压力罐1的腔体大致分成三个在空间上分离而又相互流体连通的通道，即混液道3、杂质道4和清水道5，大致分别用于流过混合液、杂质和净化之后的流体。位于压力罐的中心区域的滤网管51形成清水道5。靠近腔体内壁11的部分区域形成为杂质道4。混液道3位于清水道5和杂质道4之间，大致由旋流通道10限定。混液道3、杂质道4和清水道5的限定将在下文中结合旋流通道10的结构进行更具体的描述。

压力罐1上还设置有入口12、净水出口13和杂质出口14。入口12位于压力罐1的上部，其与混液道13相连通，形成混合液的流通路径。净水出口13位于压力罐1的顶部，其与清水道5相连通，形成净化之后的流体的流通路径。杂质出口14位于压力罐1的底部，其与杂质道4相连通，形成杂质排出的路径。为了更容易形成旋流，如图3所示，入口12的进水管22可以以与旋流通道相切的方向形成，使得进入的混合液以切向方向进入混液道3。可选地，入口12的进水管22也可以形成渐开线、涡线或者弧线等形式，由此减少进入的混合液对旋流通道10中的混合液液流的冲击，从而更容易形成旋流。净水出口13在旋流过滤器的工作过程中处于打开状态，用于排出过滤之后的流体。

旋流通道10引导流体形成旋流，所以旋流通道10一般形成为螺旋形，从入口向杂质出口方向延伸。如图1所示的实施例中，旋流通道10包括混液板31和挡泥板33。混液板31是螺旋形向下延伸的，其横截面在径向上从靠近所述滤网管的内边缘基本上横向向外延伸。横向的混液板可以引导流体中的杂质在离心力的作用下向压力罐的内壁方向移动。为了提高杂质通过离心分离方式的分离效果，混液板31可以是平面的，还可以在径向上以从内向外的方向向下倾斜一角度。例如混液板31与中心轴线O之间的角度α可以小于90度，例如可以在65°到90°之间，优选为75°到85°之间。这样的角度有利于混合液中的密度中等的杂质在旋流时从混液板31上滑落，防止其堆积在混液板31上。挡泥板33基本上呈竖直向下的方向，其防止分离出去的杂质重新流回混合液中。挡泥板33与其下方临近的混液板31之间具有间隙(也称为滑泥槽)36，以便杂质顺利排出。

在混液板31和挡泥板33之间还可以设置滑泥板32。滑泥板32与压力罐1的中心轴线之间的角度β小于α且大于挡泥板33与压力罐1的中心轴线之间的角度。滑泥板32有利于混合液中的密度较大的杂质的收集。这些密度较大的杂质可以通过滑泥槽36进入杂质道4。

旋流通道10可以为等螺距螺旋，也可以为变螺距螺旋，其可以根据需要采用相同的半径或者变化的半径。旋流通道10的混液板的横截面不限于平面形式，也可以是弧形或者其他适合的形状，只要能避免杂质堆积并且有利于杂质分离即可。旋流通道10的挡泥板的横截面不限于竖直向下的形式，也可以是倾斜向下的。

在旋流通道的下方形成有防扰板34。防扰板34可以为倒置的圆锥形，并且该圆锥形的顶部具有口径较小的贯穿口35。

旋流通道10和防扰板34可以固定到压力罐1的内壁上。例如，如图2所示，旋流通道10和防扰板34通过一个或多个固定件70固定到压力罐1的内壁上。固定件70可以是杆状、弧形或其他合适的形状，可以通过焊接方式固定旋流通道10。

根据旋流通道的结构，参考图2，混液道3可以是由混液板31、挡泥板33和滑泥板32所限定的基本上独立的旋流通道。从入口进入的流体(混合液)将在旋流通道内流通，由此产生螺旋运动，从而形成旋流。这种旋流的形成方式一方面避免了自然形成旋流所需要的较大的空间尺寸，另一方面避免了通过搅动液体生成旋流的方式所需的较大的能量损耗，从而使得本设备可以具有较小的总体尺寸、占地空间以及较高的能量效率。

杂质道4大致由挡泥板33、防扰板34和压力罐1的腔体内壁11限定，其形成基本上独立的区域，并且通过滑泥槽36与混液道3流体连通。

清水道5是通过滤网管51形成的基本上独立的区域。滤网管51包括封闭段和网孔段，其中封闭段设置于接近入口12的一端，这样有利于混合液形成初始旋流。网孔段可以是具有一定间隙的筛管，例如，间隙为0.5-1.5mm的筛管。网孔段的筛管的间隙既保证较大的过水率，也保证较高的过滤精度。滤网管51可以固定到压力罐中或者可拆卸地安装到压力罐中。

压力罐1的底部的杂质出口14连接有排污主管路41。排污主管路41上设置有阀门(通常为电动阀)42。在旋流过滤器正常工作过程中，该阀门42为关闭状态。如果阀门42是电动阀，则该电动阀处于常闭状态。可选地，为了防止杂质堆积于杂质出口14，杂质出口14与旁路43连通，且旁路43绕过阀门42与排污主管路41连通。旁路43上设置有阀门44，用于调节旁路43的流量的大小。在旋流过滤器正常工作过程中，杂质可以从杂质出口14通过旁路43排除，从而防止杂质堆积于杂质出口14处，由此降低设备的清洗频率并且提高使用效率。阀门42和/或44可以通过控制器60进行控制，以便根据需要打开和闭合。例如，在需要对杂质道和滤网管进行清理时，控制器60可以控制阀门42打开。

可选地，净水出口13可以连接阀门(例如，电动阀)45，来控制净水出口的开启和关闭。在正常工作过程中，阀门45保持打开，因此阀门45可以使用常开电动阀。

可选地，压力罐1还可以包括测试压力罐的压力的压力传感器6以及方便设备使用时进行安装的安装件7。盖体2上可以设置排气阀8，用于释放压力罐1内的气体，防止压力罐1内存在气体而影响液流的流通，从而保证设备的正常使用。

以下将分别参考图5和图6对旋流过滤器的过滤和清洗过程进行详细说明。图5示出了根据本公开一个实施例的旋流过滤器的过滤状态图，其中①表示混合液路径，②表示杂质路径，③表示清水路径。在正常过滤过程中，混合液在一定外力作用下从入口12进入混液道3。根据上文描述，混合液最好以切线方向进入混液道3，来避免对混合液液流的冲击。在混液道的旋流通道的引导下，在混液道3中产生了旋流(参见图4中的①)。混合液中密度较大的杂质(例如，泥土、石粒等)受到离心力的作用，同时沿轴向向下运动且沿径向向外运动，在遇到挡泥板33后可以沿挡泥板33向下运动。在滑泥板32处收集的杂质从滑泥槽41中进入杂质道4，由此杂质与混合液相隔离，其运动不再受到混合液旋流的影响。混合液中的一部分杂质可以从混液板31上滑落，经由滑泥板32进入杂质道4。杂质在自身重力的作用下，沿着压力罐1的底部的圆锥形段汇集至杂质出口14处，从旁路43中流出(图4中的②)。剩余的混合液(相对干净的混合液)继续在混液道3内旋转向下运动，进入防扰板34的圆锥段，由于直径缩小，且贯穿口35很小，相对干净的混合液无法及时排出，而会经过滤网管51的过滤作用后进入清水道5，最终净化之后的流体从净水出口13排出(图4中的③)。由此运行过程可以看出，混合液中杂质和净化之后的流体在独立的通道内流通，干扰因素很少，过滤效果会非常稳定。同时，混合液的旋流运动减少了颗粒及悬浮物堵塞清水道滤网管51的情况。

混合液中有些密度小的成份无法通过离心力旋流分离出来。它们需要经过滤网管51的过滤。当设备运行一段时间之后，滤网管51可能会被这些杂质堵塞，由此需要对滤网管51进行清理。根据本公开的实施例的旋流过滤器可以进行自动清洗，从而提高了设备的使用寿命和使用效率。

因为滤网管51的堵塞可以使得压力罐的内部压力升高，所以旋流过滤器可以根据压力传感器6所感测的压力来确定是否进行自动清洗。旋流过滤器也可以根据过滤运行时间进行定期自动清洗。例如，当旋流过滤器感测到的压力值大于设定值时或者过滤运行时间到达设定值时，旋流过滤器的控制器将确定进入自动清洗模式。此时，控制器60控制阀门42开启。如果净水出口设置了阀门45，控制器60还可以控制阀门45关闭。当流体从入口12进入混液道3形成旋流后，流体会接着进入清水道5。由于阀门42打开，流体将逆行从滤网管51的网孔向外流出。这一过程实现了对滤网管51的清洗。流体将再次进入混液道3中，并且从混液道3与杂质道4的连通口(滑泥槽41和贯穿口35)进入杂质道4，这一过程实现了对杂质道4的清理。最终流体从排污主管路41和旁路43流出，从而完成清洗过程(参见图五中的⑤)。

根据本公开实施例的旋流过滤器，通过设置旋流通道将压力罐的内部空间在物理上分为基本独立的混液道、杂质道和清水道，使得各个通道互不影响，从而实现更好的和更稳定的过滤效果。

相比于现有的旋流过滤器，根据本公开实施例的旋流过滤器在过滤效果上不受尺寸限制，并且能耗低，而且通过旋流离心作用的分离，一方面减少了颗粒物和悬浮物堵塞清水道的滤网管的情况，另一方面可以进行自动清理而无需拆卸，改善了滤网管的寿命，提高了设备的自动化运行水平，使得旋流过滤器在使用上更加方便。因此，根据本公开实施例的旋流过滤器结构简单紧凑，维修方便，能耗低，能效比高，使用范围广，净化水质效果佳，持久耐用。

本公开所述的旋流过滤器可以用于各种水处理系统中，以用于对人工水体或自然水体等进行净化。

以上所述仅是本公开的示范性实施方式，而非用于限制本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (18)

1.一种旋流过滤器，其特征在于，包括：

压力罐，其设置有入口、净水出口和杂质出口；

在所述压力罐内设置有滤网管和围绕所述滤网管螺旋形设置的旋流通道，其中所述滤网管与所述净水出口连通，所述旋流通道与所述入口连通并引导流入入口的待净化的流体形成旋流，

待净化的流体经过旋流通道分离出杂质，分离出杂质的流体流入所述滤网管，经所述滤网管过滤之后的流体从所述净水出口流出，并且分离出的杂质从所述杂质出口流出，

所述旋流通道包括螺旋形设置的混液板和从所述混液板的外边缘基本上向下延伸的挡泥板，所述混液板的横截面在径向上从靠近所述滤网管的内边缘基本上横向向外延伸，分离出的杂质从所述挡泥板与其下方的混液板之间的间隙流出所述旋流通道，从而在挡泥板与所述压力罐内壁之间形成流过杂质的杂质道，在旋流通道内形成流过待净化的流体的混液道，并且杂质道与混液道在空间上分离。

2.根据权利要求1所述的旋流过滤器，其特征在于，所述旋流通道还包括设置在所述混液板和所述挡泥板之间的滑泥板，其与所述压力罐的中心轴线之间的角度小于所述混液板与所述压力罐的中心轴线之间的角度且大于所述挡泥板与所述压力罐的中心轴线之间的角度。

3.根据权利要求1所述的旋流过滤器，其特征在于，还包括设置在所述旋流通道的底部的防扰板，其设置为倒置的锥体，在该锥体的顶部设置有贯穿口。

4.根据权利要求1所述的旋流过滤器，其特征在于，所述入口设置在所述压力罐的上部，连接所述入口的进水管设置为与所述旋流通道的弧线相切。

5.根据权利要求1所述的旋流过滤器，其特征在于，所述入口设置在所述压力罐的上部，其连接的进水管的形状为渐开线、涡线或者弧线。

6.根据权利要求1所述的旋流过滤器，其特征在于，所述杂质出口设置在所述压力罐的底部，

所述旋流过滤器还包括与所述杂质出口连接的排污主管路，其包括电动阀，该电动阀为常闭电动阀。

7.根据权利要求6所述的旋流过滤器，其特征在于，还包括与杂质出口连接的旁路，其绕过所述排污主管路的电动阀，并且包括可调节的阀门。

8.根据权利要求1所述的旋流过滤器，其特征在于，所述滤网管设置在所述压力罐的中心部分，其包括封闭段和网孔段，其中封闭段接近所述入口。

9.根据权利要求1所述的旋流过滤器，其特征在于，所述滤网管的网孔间隙为0.5-1.5毫米。

10.根据权利要求1所述的旋流过滤器，其特征在于，所述混液板与所述压力罐的中心轴线之间的角度为65°到90°。

11.根据权利要求10所述的旋流过滤器，其特征在于，所述混液板与所述压力罐的中心轴线之间的角度为75°到85°。

12.根据权利要求2所述的旋流过滤器，其特征在于，所述滑泥板与所述压力罐的中心轴线之间的角度为20°到35°。

13.根据权利要求1所述的旋流过滤器，其特征在于，还包括测量所述压力罐的压力的压力传感器。

14.根据权利要求1所述的旋流过滤器，其特征在于，还包括与所述净水出口连接的常开状态的电动阀。

15.根据权利要求7所述的旋流过滤器，其特征在于，还包括控制装置，其用于控制排污主管路的所述电动阀的开启和关闭。

16.一种用于如权利要求1-15中任一项所述的旋流过滤器的自动清洗滤网管的方法，该方法包括

根据压力罐的压力水平或者按照旋流过滤器的运行时间的设定值确定是否需要清洗滤网管；

当确定需要清洗滤网管时，控制与杂质出口连接的排污主管路的电动阀开启，使得流体从滤网管的网孔反向流出，并从排污主管路流出压力罐。

17.如权利要求16所述的旋流过滤器的自动清洗滤网管的方法，其中所述旋流过滤器进一步包括与所述净水出口连接的常开状态的电动阀，当确定需要清洗所述滤网管时，还控制与所述净水出口连接的电动阀关闭。

18.一种水处理系统，其特征在于，包括根据权利要求1-15中任一项所述的旋流过滤器。

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