CN112815014A - 轴承冷却结构及风力发电机 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种轴承冷却结构，包括：轴承座，具有贯穿其中的介质流道，介质流道包括介质输入端、流道腔道和介质输出端，介质输入端和介质输出端位于流道腔道的不同末端，介质输出端面向轴承；回油箱，被配置为集聚润滑后的润滑介质；动力装置，被配置为驱动润滑介质自回油箱依次流经介质输入端、流道腔道和介质输出端后流入轴承；至少一个换热器，换热器具有吸热端和放热端，吸热端与回油箱或回油箱中的润滑介质接触，吸热端吸收润滑介质的热量并将热量传递至放热端；风冷通道，被配置为引入冷风，换热器的放热端位于风冷通道内，冷风对放热端进行冷却。

Description

轴承冷却结构及风力发电机

技术领域

本申请涉及轴承冷却技术领域，具体涉及一种轴承冷却结构及风力发电机。

背景技术

在轴承的运转过程中，一般需要采用润滑介质对轴承进行润滑。此外，润滑介质在润滑过程会吸收轴承运转产生的热量，起到对轴承的冷却作用。对于吸热升温的润滑介质，需要及时进行冷却。目前，对润滑介质的冷却，常见的是循环水冷却方式，存在内部构造复杂、防漏密封要求提高、成本较高、故障率高等弊端。

发明内容

本申请实施例提供一种轴承冷却结构及风力发电机，旨在解决现有技术中采用循环水冷却造成内部构造复杂且冷却效率较低的问题。

一方面，本申请实施例提供一种轴承冷却结构，包括：轴承座，具有贯穿其中的介质流道，所述介质流道包括介质输入端、流道腔道和介质输出端，所述介质输入端和所述介质输出端位于所述流道腔道的不同末端，所述介质输出端设置于所述轴承座上面向轴承的一侧且所述介质输出端与所述轴承保持正对；回油箱，被配置为集聚润滑后的润滑介质；动力装置，被配置为驱动所述润滑介质自所述回油箱依次流经所述介质输入端、所述流道腔道和所述介质输出端后流入所述轴承；至少一个换热器，所述换热器具有吸热端和放热端，所述吸热端与所述回油箱或所述回油箱中的润滑介质接触，所述吸热端吸收所述润滑介质的热量并将所述热量传递至所述放热端；风冷通道，被配置为引入冷风，所述换热器的放热端位于所述风冷通道内，所述冷风对所述放热端进行冷却。

在一些实施例中，所述轴承座的轴向与水平方向平行，所述回油箱设置于所述轴承座的下方，所述回油箱顶部设有进油口。

在一些实施例中，所述回油箱包括环形构造，所述环形构造套设于所述轴承座的外周侧，所述环形构造的内周壁与所述轴承座的外周壁之间形成间隙配合。

在一些实施例中，所述介质流道包括多组介质输出端，每组所述介质输出端对应于一个轴承，每组所述介质输出端包括至少一个介质输出端。

在一些实施例中，所述冷风为所述轴承所在设备的多余冷却风量或外界空气风量。

在一些实施例中，所述介质流道的介质输出端具有环形槽构造，所述环形槽构造的中心轴与所述轴承座的中心轴重合。

在一些实施例中，所述环形槽构造的槽口开设于所述轴承座的端面上或所述轴承座的内周面上。

在一些实施例中，所述环形槽构造的槽宽大于所述流道腔道的直径，且所述环形槽构造的槽口宽度不小于其槽底宽度。

在一些实施例中，所述换热器为热管或半导体制冷片。

在一些实施例中，所述动力装置包括泵和连接管路，所述连接管路连接所述回油箱和所述介质输入端，所述泵设置于所述连接管路上，所述泵用于驱动所述润滑介质自所述回油箱依次流经所述连接管路和所述介质流道后到达所述轴承。

另一方面，本申请实施例提供一种风力发电机，包括：转子轴；以上任一实施例所述的轴承冷却结构，所述轴承冷却结构的轴承座套设于所述转子轴的外周侧，所述轴承座与所述转子轴之间形成间隙配合；至少一个轴承，设置于所述转子轴和所述轴承座之间。

在一些实施例中，所述风力发电机还包括定转子冷却风扇，所述风冷通道的输入端与所述定转子冷却风扇的出风端连通。

本申请实施例通过回油箱集聚润滑后的润滑介质，通过在回油箱上设置至少一个换热器，换热器的吸热端与回油箱接触或直接与回油箱中的润滑介质接触、而间接或直接地吸收回油箱中的润滑介质的热量，吸热端的热量进而传递至换热器的放热端，由风冷通道引入的冷风对放热端进行冷却，相比于相关技术中的循环水冷却方式，省却了冷却液、供冷却液循环流动的水循环流道以及驱动冷却液循环流动的动力系统，可以简化结构而节约布置空间和降低故障率，降低防漏密封要求和整体成本；此外，可以利用轴承所在设备的多余冷却风量或者自然环境中的冷风，作为风冷通道的冷风来源而对换热器的放热端进行强迫冷却，有效地降低能耗、提高能量利用率，并保证较佳的冷却效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一些实施例提供的轴承冷却结构及风力发电机的一种结构剖视图；

图2是图1中的M处放大图；

图3是本申请一些实施例提供的轴承冷却结构及风力发电机的另一种结构剖视图；

图4是本申请一些实施例提供的介质输出端的另一种结构图；

图5是本申请一些实施例提供的轴承冷却结构及风力发电机的又一种结构剖视图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，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”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申请和简化描述，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申请的限制。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本申请中“适用于”或“被配置为”的使用意味着开放和包容性的语言，其不排除适用于或被配置为执行额外任务或步骤的设备。另外，“基于”的使用意味着开放和包容性，因为“基于”一个或多个所述条件或值的过程、步骤、计算或其他动作在实践中可以基于额外条件或超出所述的值。

在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

如图1～5所示，本申请实施例提供一种轴承冷却结构，包括轴承座11、回油箱12、动力装置13、风冷通道15以及至少一个换热器14。

轴承座11是安装在设备(诸如发电机、电动机等各类具有转轴的机械设备)上，用以支撑轴承2的构件。同一轴承座11支撑的轴承2的数量根据实际需要决定，轴承座11上可以设置一个或多个轴承2，本申请实施例对此不作限定。轴承座11的轴向根据实际需要进行布置，本申请实施例对此不作限定。在一些示例中，轴承座11的轴向与水平方向平行，此即卧式布置；在又一些示例中，轴承座11的轴向与水平方向垂直，此即立式布置。

轴承座11的结构形式根据实际需要决定，以与所支撑的轴承2相匹配为准，本申请实施例对此不作限定。在一些实施例中，轴承座11为环形基座。示例性的，轴承2可以设置于环形基座的内周侧，环形基座的内周面与轴承2的外周面相对连接。又示例性的，轴承2也可以设置于环形基座的端部，轴承2的一端端面与环形基座的一端端面相对连接。

轴承座11具有贯穿其中的介质流道，介质流道包括介质输入端111、流道腔道112和介质输出端113。流道腔道112具有至少两个末端，介质输入端111和介质输出端113位于流道腔道112的不同末端。在一些实施例中，润滑介质通过介质输入端111进入流道腔道112，穿过流道腔道112后从介质输出端113输出到对应的轴承2上，实现对轴承2的润滑和冷却。

其中，介质输出端113面向轴承2。在一些实施例中，介质输出端113设置于轴承座11上面向轴承2的一侧且该介质输出端113与该轴承2保持正对。在一些示例中，在轴承座11为环形基座且轴承2设置于环形基座的内周侧时，对应于该轴承2的介质输出端113可以设置环形基座的内周面上，该介质输出端113可进一步位于环形基座的内周面上与该轴承2相对连接的区域，相应地，该介质输出端113与该轴承2保持正对。在又一些示例中，在轴承座11为环形基座且轴承2设置于环形基座的端部时，对应于该轴承2的介质输出端113可以设置于环形基座的一端端面上，该端端面与该轴承2的一端端面相对连接，相应地，该介质输出端113与该轴承2保持正对。

介质输入端111的数量根据实际需要决定，可以是一个或多个，本申请实施例对此不作限定；示例性的，介质输入端111为一个。类似地，介质输出端113的数量根据实际需要决定，可以是一个或多个，本申请实施例对此不作限定。

在一些实施例中，介质流道包括多组介质输出端113。每组介质输出端113对应于一个轴承2，将流道腔道112中的部分润滑介质输出至该轴承2，由该部分润滑介质对该轴承2进行润滑。其中，每组介质输出端113包括至少一个介质输出端113。这样，介质流道可以为多个轴承2提供润滑和冷却所需的润滑介质。

介质输出端113的结构形式多样，可以是孔状结构，也可以是槽体结构，本申请实施例对此不作限定。

如图1～3及图5所示，在一些实施例中，介质流道的介质输出端113具有环形槽构造，环形槽构造的中心轴与轴承座11的中心轴重合。其中，环形槽构造包括环形槽底和位于环形槽底相对两侧的两个槽侧面，环形槽构造的槽口开设于轴承座11的表面上。在环形槽构造下，介质输出端113可以沿轴承2的周向对轴承2形成环绕式覆盖，润滑介质可以沿环形槽的周向到达轴承2周向的各个区域，实现较为全面的润滑和冷却作用。

在一些示例中，环形槽构造的槽口可以开设于轴承座11的端面上，对位于轴承座11端部的轴承2输出润滑介质。其中，环形槽构造的一个槽侧面位于另一个槽侧面的内周侧，两个槽侧面保持正对，且每个槽侧面为一环形曲面。示例性的，环形槽构造的环形槽底可以是位于一个平面内的平面环形。

在又一些示例中，环形槽构造的槽口也可以开设于轴承座11的内周面上，对位于轴承座11内的轴承2输出润滑介质。其中，环形槽构造的环形槽底可以是与轴承座11的内周面平行的环形曲面。示例性的，环形槽构造的每个槽侧面分别是位于一个平面内的平面环形。

示例性的，环形槽构造的槽宽大于流道腔道112的直径，且环形槽构造的槽口宽度不小于其槽底宽度。这样，可以减少润滑介质从流道腔道112进入环形槽构造时的流体阻力，保证润滑介质可以沿环形槽构造的周向均匀地分布，从而对轴承2提供较为均匀的润滑和冷却作用。

如图4所示，在另一些实施例中，介质输出端113也可以是孔状结构。对应于同一个轴承2的一组介质输出端113，可以沿轴承座11的周向成环形分布，从多个方向对轴承2进行润滑和冷却。示例性的，该组介质输出端113沿轴承座11的周向成环形均匀分布，使作用效果更为均匀。

轴承2的类型根据实际需要决定，包括滚动轴承、滑动轴承等类型。在一些实施例中，轴承2为滑动轴承且滑动轴承包括多个轴瓦。在一些实施例中，轴承冷却结构还包括油封16，油封16设置于介质输出端113，防止润滑介质发生渗漏。

回油箱12被配置为集聚润滑后的润滑介质。润滑介质对轴承2进行润滑的同时，会从轴承2吸收热量并将该部分热量带走，使轴承2的温度降低而实现冷却目的。相应地，润滑后的润滑介质显著升温而超出工作温度区间，需要先进行冷却降温，才能再次用于对轴承2进行润滑和冷却。回油箱12对润滑后的润滑介质进行集聚，便于对该部分润滑介质进行集中冷却。在一些示例中，轴承冷却结构不设回油管路，轴承2上的润滑介质不通过专用的回油管路进行回流，以简化结构。

如图1～2及图5所示，在一些实施例中，轴承座11的轴向与水平方向平行，则回油箱12设置于轴承座11的下方，回油箱12顶部设有进油口。轴承2上的润滑介质在重力作用下滴落，从回油箱12顶部的进油口进入回油箱12。这样，利用重力进行润滑介质的集聚回收，无需设置专门的润滑介质回油管路和动力系统，轴承座11也无需设置用于回油的机械结构，使管路结构和机械结构得以简化，降低能耗、提高能量利用率。

如图3所示，在一些实施例中，回油箱12具有环形构造并套设于轴承座11的外周侧，环形构造的内周壁与轴承座11的外周壁之间形成间隙配合。示例性的，回油箱12具有筒体结构。轴承2上的一部分润滑介质在重力作用和离心力作用下直接滴落至回油箱12的底部，而另一部分润滑介质则在离心力作用飞溅至回油箱12的内壁面、随后在重力作用下沿回油箱12的内周壁下滑集聚至回油箱12的底部，从而实现润滑介质的集聚。一方面，无需设置专门的润滑介质回油管路和动力系统，轴承座11也无需设置用于回油的机械结构，使管路结构和机械结构得以简化，降低能耗、提高能量利用率；另一方面，由于离心力而飞溅的润滑介质也可以被集聚，避免润滑介质流失，提高润滑介质的利用率。

如图1～5所示，动力装置13被配置为驱动润滑介质自回油箱12流经介质流道后流入轴承2。示例性的，在动力装置13提供的驱动力下，回油箱12中已经被冷却的润滑介质到达介质输入端111，随后经过流道腔道112和介质输出端113，最终流到轴承2处而执行润滑和冷却任务。

动力装置13可以根据实际需要进行配置，本申请实施例对此不作限定。在一些实施例中，动力装置13包括泵131和连接管路132。连接管路132连接回油箱12和介质流道，泵131则设置于连接管路132上，泵131用于提供润滑介质流动的驱动力，以驱动润滑介质自回油箱12依次流经连接管路132和介质流道后到达轴承2。

换热器14具有吸热端141和放热端142，换热器14的吸热端141与回油箱12或回油箱12中的润滑介质接触。吸热端141吸收回油箱12中的润滑介质的热量，并将该热量传递到放热端142。相比之下，循环水冷却方式以冷却液作为循环冷却介质，需要设置供冷却液循环流动的循环水路和驱动冷却液循环流动的动力系统，内部构造复杂、防漏密封要求提高、成本较高、故障率高。改换为换热器14的本申请实施例的轴承冷却结构，一方面省却了循环水冷却方试所需的各类结构，以简单结构方式实现换热单元的内部换热，使结构得到简化、空间尺寸得到压缩，另一方面简单的结构也能降低故障率和防漏密封要求，使成本得到控制。示例性的，换热器14为具有一体结构的一体式换热器，吸热端141和放热端142一体连接，整个换热过程在一体结构中完成。这样，本申请实施例的轴承冷却结构的结构可以进一步简化，空间布局更为理想。

换热器14的数量可根据实际需要进行选择，可为一个或多个，本申请实施例对此不作限定。在换热器14为多个时，该多个换热器14彼此间隔地设置在回油箱12上。

换热器14的类型可根据实际需要进行选择，本申请实施例对此不作限定。在一些实施例中，换热器14为热管或半导体制冷片。以下分别进行说明。

热管基于热传导原理与相变介质的快速热传递性质，包括蒸发端和冷凝端，蒸发端为吸热端141、冷凝端为放热端142。在热管的蒸发端，管芯内的工作液体受热蒸发并带走热量，该热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝端，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力的作用下，液体回流到蒸发端。这样，就完成了一个闭合循环，从而将大量的热量从蒸发端传到冷凝端。冷凝端进一步将热量释放到热管外的环境中，实现放热降温。在一些示例中，热管的蒸发端插入于回油箱12中的润滑介质中，与润滑介质直接接触而进行热交换。

半导体制冷片是由半导体组成的一种散热装置，由一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成热电偶对。当热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端(亦即吸热端141和放热端142)。在一些示例中，半导体制冷片可以设置于回油箱12上，通过回油箱12间接地吸收回油箱12中的润滑介质的热量，实现对润滑介质的吸热冷却。当然，半导体制冷片的吸热端141也可以与回油箱12中的润滑介质直接接触。

风冷通道15被配置为引入冷风，换热器14的放热端142位于风冷通道15内。这样，换热器14的放热端142的热量可以释放到风冷通道15的冷风中，由冷风将热量带走，从而降低放热端142的温度，保证换热器14的换热冷却效率。可以理解，吸热后的风可以排出到空气中，将热量予以最终释放。此外，风冷通道15可以直接形成于轴承座11的外部，相比于内部布置管路的方式，布置灵活方便、易于安装和维护。

在一些实施例中，风冷通道15引入的冷风为外界空气风量，利用自然环境中的冷风对换热器14的放热端142进行强迫冷却，保证对放热端142的冷却效果。相比于相关技术中的循环水冷却方式，这种方式无需额外设置用于对冷却介质进行冷却的装置结构和动力源，简化结构的同时、降低了能耗需求和故障率。在一些示例中，轴承2所在设备为风力发电机，由于风力发电机的工作环境多为多风的山上或海上，空气冷风资源丰富，既能保证冷却效果、也能降低能耗需求。在一些示例中，风冷通道15还包括过滤网151，过滤网151用于对引入的外界空气进行过滤，去除其中的尘污杂质以保证引入冷风的洁净度，防止对轴承冷却结构的内部以及轴承2造成污染。

如图5所示，在另一些实施例中，风冷通道15引入的冷风为轴承2所在设备的多余冷却风量，利用设备中多余的冷却风量对换热器14的放热端142进行强迫冷却，保证对放热端142的冷却效果，并提高对设备中冷却风量的利用率。相比于相关技术中的循环水冷却方式，这种方式无需额外设置用于对冷却介质进行冷却的装置结构和动力源，简化结构的同时、降低了能耗需求和故障率。

如图1～5所示，本申请一些实施例还提供一种风力发电机100，包括转子轴3、至少一个轴承2和以上任一实施例所述的轴承冷却结构。轴承冷却结构的轴承座11套设于转子轴3的外周侧，轴承座11与转子轴3之间形成间隙配合。轴承2设置于转子轴3和轴承座11之间，介质流道的介质输出端113与轴承2相对。可以理解，风力发电机100还包括定子、叶片等结构，为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

在一些示例中，在轴承座11为环形基座且轴承2设置于环形基座的内周侧时，该轴承2也套设于转子轴3的外周侧，轴承座11、轴承2和转子轴3自外而内逐层套设。示例性的，轴承2的动圈与转子轴3连接，轴承2的静圈与轴承座11连接。

在另一些示例中，在轴承座11为环形基座且轴承2设置于环形基座的端部时，该轴承2套设于转子轴3的外周侧。同时，轴承座11和转子轴3的轴颈31沿转子轴3的轴向分居该轴承2的两端，轴承2的一端端面与轴承座11的端面连接，另一端端面与转子轴3的轴颈31的端面连接。

示例性的，转子轴3上沿其轴向依次设有4个滑动轴承，每个滑动轴承包括两个轴瓦21。沿转子轴3的轴向，位于两端的两个滑动轴承设置于轴承座11的端面与转子轴3的轴颈31的端面之间，位于中间的两个滑动轴承设置于轴承座11的内周侧。

如图5所示，在一些实施例中，风力发电机100还包括定转子冷却风扇4，风冷通道15的输入端与定转子冷却风扇4的出风端连通。这样，可以利用定转子冷却风扇4产生的冷却风量余量，对换热器14的放热端142进行强迫冷却，保证对放热端142的冷却效果，并提高对利用定转子冷却风扇4的冷却风量的利用率。

如图1～3所示，在另一些实施例中，风冷通道15引入的冷风为外界空气风量，利用风力发电机100所处的多风高空环境中丰富的冷风资源，对换热器14的放热端142进行强迫冷却，既能保证冷却效果、也能降低能耗需求。

以上对本申请实施例所提供的一种轴承冷却结构及风力发电机100进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种轴承冷却结构，其特征在于，包括：

轴承座，具有贯穿其中的介质流道，所述介质流道包括介质输入端、流道腔道和介质输出端，所述介质输入端和所述介质输出端位于所述流道腔道的不同末端，所述介质输出端面向轴承；

回油箱，被配置为集聚润滑后的润滑介质；

动力装置，被配置为驱动所述润滑介质自所述回油箱依次流经所述介质输入端、所述流道腔道和所述介质输出端后流入所述轴承；

至少一个换热器，所述换热器具有吸热端和放热端，所述吸热端与所述回油箱或所述回油箱中的润滑介质接触，所述吸热端吸收所述润滑介质的热量并将所述热量传递至所述放热端；

风冷通道，被配置为引入冷风，所述换热器的放热端位于所述风冷通道内，所述冷风对所述放热端进行冷却。

2.根据权利要求1所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述轴承座的轴向与水平方向平行，所述回油箱设置于所述轴承座的下方，所述回油箱顶部设有进油口。

3.根据权利要求1所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述回油箱包括环形构造，所述环形构造套设于所述轴承座的外周侧，所述环形构造的内周壁与所述轴承座的外周壁之间形成间隙配合。

4.根据权利要求1所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述介质流道包括多组介质输出端，每组所述介质输出端对应于一个轴承，每组所述介质输出端包括至少一个介质输出端。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述介质流道的介质输出端具有环形槽构造，所述环形槽构造的中心轴与所述轴承座的中心轴重合；所述环形槽构造的槽口开设于所述轴承座的端面上或所述轴承座的内周面上；所述环形槽构造的槽宽大于所述流道腔道的直径，且所述环形槽构造的槽口宽度不小于其槽底宽度。

6.根据权利要求1所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述冷风为所述轴承所在设备的多余冷却风量或外界空气风量。

7.根据权利要求1所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述换热器为热管或半导体制冷片。

8.根据权利要求1所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述动力装置包括泵和连接管路，所述连接管路连接所述回油箱和所述介质输入端，所述泵设置于所述连接管路上，所述泵用于驱动所述润滑介质自所述回油箱依次流经所述连接管路和所述介质流道后到达所述轴承。

9.一种风力发电机，其特征在于，包括：

转子轴；

权利要求1～8中任一项所述的轴承冷却结构，所述轴承冷却结构的轴承座套设于所述转子轴的外周侧，所述轴承座与所述转子轴之间形成间隙配合；

至少一个轴承，所述轴承设置于所述转子轴和所述轴承座之间。

10.根据权利要求9所述的风力发电机，其特征在于，还包括定转子冷却风扇，所述风冷通道的输入端与所述定转子冷却风扇的出风端连通。

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