CN114345176B - 一种组合式搅拌装置及搅拌方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种组合式搅拌装置及搅拌方法，以多个规则布置的旋转搅拌机构共同进行搅拌，搅拌机构上安装机械叶片和喷嘴，机械叶片进行强制搅拌，形成固定的强制搅拌区域，喷嘴喷射出的高压射流进行喷射搅拌，形成相互重叠的喷射搅拌区域，从而实现对一定范围内的物料进行全覆盖的搅拌，提升搅拌效率。

Description

一种组合式搅拌装置及搅拌方法

技术领域

本发明涉及到淤泥质粘土的搅拌固化处理的，具体涉及到一种组合式搅拌装置及搅拌方法。

背景技术

目前建筑渣土当中的淤泥质黏土通常被当作无用土体处理，需要进行外运堆填或海上抛弃，存在处理量大、运输成本高和不符合环保要求的问题，理想的处理方式是将其与固化剂进行搅拌固化后作为建筑材料使用。

传统的淤泥质粘土搅拌设备通常只针对原位土体的搅拌固化，以多轴搅拌设备和高压旋喷设备为主，以搅拌成桩为目的，存在搅拌形式单一、搅拌覆盖范围小、搅拌效率低的问题，无法用于大面积的淤泥质粘土的快速搅拌固化处理。而目前的淤泥质粘土与固化剂的拌合工作，主要通过人工和挖掘机械配合进行，生产效率低，搅拌均匀性差。

面对沿海城市大量的淤泥质粘土消纳处理需求，急需一种能够实现土体与固化剂快速搅拌混合的装置，便于实现淤泥质粘土的快速搅拌固化处理。

申请号为CN200710013698.0的高压喷射搅拌法水泥土桩成桩装置及其施工方法，包括动力头、设置在动力头上的搅拌钻杆和与搅拌钻杆连接的水泥浆泵，所述搅拌钻杆的下部设有外伸的喷射搅拌管，喷射搅拌管的外端设有喷嘴，搅拌钻杆连通水泥浆泵和喷嘴。本发明方法，包括步骤有：(1)动力头驱动搅拌钻杆沉入地基土；(2)通过喷射搅拌管向土体喷射水泥浆，或同轴喷射水泥浆和压缩空气，水泥浆与土体掺搅混合，直至设计深度；(3)边搅拌边提升搅拌钻杆到地面。

上述现有专利公开了具有搅拌杆和喷嘴的结合使用搅拌机构，但只公开了单独使用的情况，搅拌范围有限，搅拌效率较低。

申请号为CN202010109912.8的中国发明专利于2020年06月19日公开了一种多轴旋喷钻具及多根旋喷桩同步施工方法，包含两根或两根以上的钻杆和旋喷钻头，每根钻杆上配置一只旋喷钻头；钻杆布置的间距大于5倍的钻杆直径，钻杆的直径不小于80mm；钻头具有中空内腔的旋转轴和切削翼；钻头上设置有喷嘴，喷嘴包括喷气口和喷浆口；所述喷气口环绕喷浆口布置；钻杆为中空钻杆，中间布置有压缩空气和高压浆液的输送管道；同步施工的多根旋喷桩横截面呈圆形或扇形。

上述现有专利中，虽然公开了多根旋喷桩结合应用搅拌，在钻头上设置有喷嘴，钻杆为中空钻杆，中间布置有压缩空气和高压浆液的输送管道，但该方案仅通过高压射流进行搅拌，不能形成强制搅拌，对淤泥质黏土的固化搅拌效率较低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种组合式搅拌装置及搅拌方法，以多个规则布置的搅拌机构共同进行搅拌，搅拌机构具有强制搅拌区域和喷射搅拌区域，从而实现对一定范围内的物料进行全覆盖的搅拌，提升搅拌效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的一个方面，公开一种组合式搅拌装置，包括若干个按照一定规则排列的搅拌机构，所述搅拌机构包括一个旋转轴、一组机械叶片和四个喷嘴，其中两个喷嘴安装于旋转轴上，另外两个喷嘴安装于机械叶片的的端部。

机械叶片的长度和高压射流的压力和流量都可以设计不同的参数，从而实现不同的搅拌范围，并通过合理布置不同规则排列的搅拌机构，对不同形状的搅拌区域进行全覆盖。

通过安装于旋转轴上的喷嘴喷射高压射流一搅拌，与机械叶片的搅拌相互配合，提高搅拌效果。

通过布置在机械叶片的外侧端部喷嘴喷射高压射流二，扩大搅拌覆盖范围，并对相邻搅拌机构之间的位置进行搅拌。

高压射流由安装在搅拌机构上的高压喷嘴发出，并可以根据搅拌物料的性质，调整喷射压力、流量以及旋转速度和提升速度，从而实现不同的喷射搅拌范围。

旋转轴内包含多个独立通道，每个独立通道可分别通过不同压力和流量的液体和气体，并且至少连接一个喷嘴。

依靠多个旋转的搅拌机构组合进行搅拌，在每个搅拌机构的旋转轴上设计多个固定的交错布置的机械叶片，并在机械叶片和旋转轴上设计喷嘴，可分别喷射液体和空气，旋转轴设计多个独立通道，分别连接不通的喷嘴；旋转轴带动机械叶片旋转搅拌物料的同时，机械叶片的外侧端部和旋转轴上的多个液体和空气喷嘴，持续喷射液体和空气，辅助机械叶片进行搅拌，扩大搅拌范围。液体和空气射流的使用，使相邻搅拌机构的叶片间隔一定距离，就可以实现相邻间隙的土体的搅拌，不影响相邻搅拌机构的独立旋转，以便于对搅拌机构进行灵活布置，实现搅拌区域的全面覆盖。

在工作时，多个搅拌机构同时旋转，并同时移动插入待搅拌的物料中，同时喷射液体和空气，搅拌机构插入到物料底部以后，再缓慢旋转上提，上提的同时，根据实际需要，可再次喷射液体或空气，加强搅拌效果，喷射液体优先采用需要混合的物料配置的液体，从而将不同物料进行混合搅拌。也可单独使用空气辅助搅拌，减少其他物料的加入。

进一步的，还包括设于搅拌机构之间的旋转喷射机构，旋转喷射机构包括一个旋转轴、两个喷嘴，而没有机械叶片，两个喷嘴均安装于旋转轴上，旋转喷射机构用于填补搅拌机构未覆盖的的搅拌死角。

进一步的，所述高压射流的介质包括空气、水、搅拌配料中的至少一种。同时喷射液体和空气时，优先采用同轴喷射的设计，空气射流包裹液体射流，可以提高喷射距离。

优选的，高压射流使用固化剂或其他物料的溶液，在喷射搅拌的同时实现不同物料的搅拌混合。

进一步的，若干个所述搅拌机构均固定安装于工作平台上，所述工作平台为三轴可移动平台。

每个所述搅拌机构的旋转轴外侧套设有驱动套，所述驱动套连接驱动装置，所述驱动装置至少连接一个所述搅拌机构的驱动套。

进一步的，多个搅拌机构同时固定在工作平台上，单个搅拌机构的旋转轴由驱动套固定并带动旋转，相邻的搅拌机构的驱动套可共用一个驱动装置进行驱动，从而减少驱动装置，必要时可以用由单个驱动装置对应单个驱动套和旋转轴分别进行驱动，尤其是对于不同的搅拌机构，分配不同的动力，可以优化动力分配，减少功耗损失。

搅拌机构的旋转轴上部连接注入机构，注入机构连接对应的泵组和空压机，工作平台可同时带动多个搅拌机构在支架上进行下放和提升运动，下放运动的同时，各搅拌机构旋转轴在驱动装置和驱动套的驱动下进行旋转，进入搅拌容器后，高压射流开始喷射，在机械叶片和高压射流的共同搅拌作用下对物料进行快速搅拌。当下沉到搅拌容器底部，物料全部完成搅拌以后，工作平台带动搅拌结构上升提出，完成搅拌。对于面积较小的搅拌容器，也可以通过抬升和下放搅拌容器，配合固定的搅拌机构进行搅拌。对于面积较大的搅拌容器，可以通过水平移动工作平台或支架，对不同位置的物料进行搅拌，最终实现对搅拌容器内的物料进行全覆盖搅拌。

本发明的另一个方面，提供一种组合式搅拌方法，以多个规则布置的搅拌机构共同进行搅拌，每个搅拌机构的旋转轴上安装机械叶片进行强制搅拌，形成强制搅拌区域，同时，喷嘴喷射高压射流，旋转轴带动高压射流旋转，形成喷射搅拌区域。若干个搅拌机构的强制搅拌区域相互分离，避免了相邻搅拌机构的机械叶片的相互影响。通过喷射搅拌区域相互重叠，填补了强制搅拌区域之间的空白区域。通过强制搅拌区域和喷射搅拌区域的相互组合，实现对一定范围的全面覆盖搅拌。可以通过调整搅拌机构之间的间隔距离、机械叶片的长度以及高压射流的喷射参数，控制强制搅拌区域和喷射搅拌区域的范围大小，适应不同物料的搅拌需要。

所述搅拌机构采用喷射高压射流的一种方式进行搅拌，或者也可以同时采用喷射高压射流和机械叶片旋转的两种方式结合进行搅拌。

可使用多个不同的搅拌机构进行组合搅拌，以装有机械叶片和喷嘴的大直径的搅拌机构形成强制搅拌区域和喷射搅拌区域，以只有喷射结构的搅拌机构形成喷射搅拌区域，以装有机械叶片和喷嘴的小直径的搅拌机构形成强制搅拌区域和喷射搅拌区域。以不同的搅拌机构进行组合分配，对搅拌区域进行全覆盖，可以有效避免使用同一种搅拌机构可能会造成的覆盖不完全、重叠面积大或功耗浪费大等问题，而且可以根据不同搅拌区域的形状进行优化布局，减少重叠搅拌面积，实现更加高效搅的拌作业。

进一步的，所述搅拌机构的机械叶片旋转形成第一轮廓圆，所述搅拌机构喷射的高压射流最远处旋转一周形成第二轮廓圆；所述强制搅拌区域位于所述第一轮廓圆内，所述喷射搅拌区域位于所述第二轮廓圆与所述第一轮廓圆之间的环形圈范围。

比如一种组合方式是，两个相邻的所述搅拌机构中，一个所述搅拌机构的第一轮廓圆与另一个所述搅拌机构的第二轮廓圆相切；每个所述搅拌机构的第二轮廓圆的范围大小和形状均相同，每个所述搅拌机构的第一轮廓圆的范围大小和形状均相同，且三个相邻的所述搅拌机构的旋转中心连线组成等腰三角形。

比如一种组合方式是，四个搅拌机构的旋转中心的连线组成矩形结构，且该四个搅拌机构的第二轮廓圆部分重合；上述四个搅拌机构的几何中心还设有一个搅拌机构，该搅拌机构的第一轮廓圆与上述四个搅拌机构的第二轮廓圆相切；还设置有若干个旋转喷射机构，旋转喷射机构只具有第二轮廓圆，用于填补上述四个搅拌机构的覆盖空白区域。

进一步的，若干个所述搅拌机构可以同时对容器内的物料进行一次性全覆盖搅拌，也可以通过多次整体移位，对容器内的物料进行全面覆盖搅拌。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、以多个规则布置的旋转搅拌机构共同进行搅拌，搅拌机构上安装机械叶片和喷嘴，机械叶片进行强制搅拌，形成固定的强制搅拌区域，喷嘴喷射出的高压射流进行喷射搅拌，形成相互重叠的喷射搅拌区域，从而实现对一定范围内的物料进行全覆盖的搅拌，提升搅拌效率；

2、机械叶片的长度和高压射流的压力和流量都可以设计不同的参数，从而实现不同的搅拌范围，并通过合理布置不同规则排列的搅拌机构，对不同形状的搅拌区域进行全覆盖，从而实现用最少的搅拌机构适应最大的搅拌区域，降低成本。

附图说明

图1为本发明一种组合式搅拌装置的一个实施例俯视示意图；

图2为本发明一种组合式搅拌装置的一个实施例俯视示意图；

图3为本发明一种组合式搅拌装置的一个实施例俯视示意图；

图4为本发明一种组合式搅拌装置的一个实施例俯视示意图；

图5为本发明一种组合式搅拌装置的一个实施例主视示意图；

图6为本发明搅拌机构的一个实施例主视示意图；

图7为本发明搅拌机构的一个实施例俯视示意图；

图中：1、机械叶片；2、高压射流一；3、旋转轴；4、高压射流二；5、强制搅拌区域；6、喷射搅拌区域；7、工作平台；8、支架；9、驱动套；10、驱动装置；11、注入机构；12、第一轮廓圆；13、第二轮廓圆。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“水平”、“垂直”等指示的方位或位置关系为均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。

本发明的一个方面，公开一种组合式搅拌装置，如图1、6、7所示，包括若干个按照一定规则排列的搅拌机构，所述搅拌机构包括一个旋转轴3、一组机械叶片1和四个喷嘴，其中两个喷嘴安装于旋转轴3上，另外两个喷嘴安装于机械叶片1的的端部,所述机械叶片的一端端部与所述旋转轴固定连接。

机械叶片1的长度和高压射流的压力和流量都可以设计不同的参数，从而实现不同的搅拌范围，并通过合理布置不同规则排列的搅拌机构，对不同形状的搅拌区域进行全覆盖。

通过安装于旋转轴3上的喷嘴喷射高压射流一2搅拌，与机械叶片1的搅拌相互配合，提高搅拌效果。

通过布置在机械叶片1的外侧端部喷嘴喷射高压射流二4，扩大搅拌覆盖范围，并对相邻搅拌机构之间的位置进行搅拌。

高压射流由安装在搅拌机构上的高压喷嘴发出，并可以根据搅拌物料的性质，调整喷射压力、流量以及旋转速度和提升速度，从而实现不同的喷射搅拌范围。

旋转轴3内包含多个独立通道，每个独立通道可分别通过不同压力和流量的液体和气体，并且至少连接一个喷嘴。

依靠多个旋转的搅拌机构组合进行搅拌，在每个搅拌机构的旋转轴3上设计多个固定的交错布置的机械叶片1，并在机械叶片1和旋转轴3上设计喷嘴，可分别喷射液体和空气，旋转轴3设计多个独立通道，分别连接不通的喷嘴；旋转轴3带动机械叶片1旋转搅拌物料的同时，机械叶片1的外侧端部和旋转轴3上的多个液体和空气喷嘴，持续喷射液体和空气，辅助机械叶片1进行搅拌，扩大搅拌范围。液体和空气射流的使用，使相邻搅拌机构的叶片间隔一定距离，就可以实现相邻间隙的土体的搅拌，不影响相邻搅拌机构的独立旋转，以便于对搅拌机构进行灵活布置，实现搅拌区域的全面覆盖。

在工作时，多个搅拌机构同时旋转，并同时移动插入待搅拌的物料中，同时喷射液体和空气，搅拌机构插入到物料底部以后，再缓慢旋转上提，上提的同时，根据实际需要，可再次喷射液体或空气，加强搅拌效果，喷射液体优先采用需要混合的物料配置的液体，从而将不同物料进行混合搅拌。也可单独使用空气辅助搅拌，减少其他物料的加入。

进一步的，还包括设于搅拌机构之间的旋转喷射机构，旋转喷射机构包括一个旋转轴3、两个喷嘴，而没有机械叶片，两个喷嘴均安装于旋转轴3上，旋转喷射机构用于填补搅拌机构未覆盖的的搅拌死角。

进一步的，所述高压射流的介质包括空气、水、搅拌配料中的至少一种。同时喷射液体和空气时，优先采用同轴喷射的设计，空气射流包裹液体射流，可以提高喷射距离。

优选的，高压射流使用固化剂或其他物料的溶液，在喷射搅拌的同时实现不同物料的搅拌混合。

进一步的，如图5所示，若干个所述搅拌机构均固定安装于工作平台7上，所述工作平台7由支架8支撑，所述工作平台7可相对于所述支架8水平和竖直方向位移。多个搅拌机构旋转的同时可轴向上下移动，实现对一定深度范围的物料进行搅拌。

如图4所示，每个所述搅拌机构的旋转轴3外侧套设有驱动套9，所述驱动套9连接驱动装置10，所述驱动装置10至少连接一个所述搅拌机构的驱动套9。

进一步的，多个搅拌机构同时固定在工作平台7上，单个搅拌机构的旋转轴3由驱动套9固定并带动旋转，相邻的搅拌机构的驱动套9可共用一个驱动装置10进行驱动，从而减少驱动装置10，必要时可以用由单个驱动装置10对应单个驱动套9和旋转轴3分别进行驱动，尤其是对于不同的搅拌机构，分配不同的动力，可以优化动力分配，减少功耗损失。

搅拌机构的旋转轴3上部连接注入机构11，注入机构11连接对应的泵组和空压机，注入机构11连接旋转轴3内部的多个独立通道，多个独立通道分别连接喷嘴，其原理为现有的高压旋喷工艺，如申请号为2020209148058的中国发明公开的一种超高压三重管导流器，如申请号为2015207807420的中国发明公开的一种用于双管高压旋喷工艺的钻具，如申请号为2015201953052的中国发明公开的一种用于四重高压旋喷的钻具分流器。

工作平台7可同时带动多个搅拌机构在支架8上进行下放和提升运动，下放运动的同时，各搅拌机构旋转轴3在驱动装置10和驱动套9的驱动下进行旋转，进入搅拌容器后，高压射流开始喷射，在机械叶片1和高压射流的共同搅拌作用下对物料进行快速搅拌。当下沉到搅拌容器底部，物料全部完成搅拌以后，工作平台7带动搅拌结构上升提出，完成搅拌。对于面积较小的搅拌容器，也可以通过抬升和下放搅拌容器，配合固定的搅拌机构进行搅拌。对于面积较大的搅拌容器，可以通过水平移动工作平台7或支架8，对不同位置的物料进行搅拌，最终实现对搅拌容器内的物料进行全覆盖搅拌。

本发明的另一个方面，提供一种组合式搅拌方法，以多个规则布置的搅拌机构共同进行搅拌，每个搅拌机构的旋转轴3上安装机械叶片1进行强制搅拌，形成强制搅拌区域5，同时，喷嘴喷射高压射流，旋转轴3带动高压射流旋转，形成喷射搅拌区域6。若干个搅拌机构的强制搅拌区域5相互分离，避免了相邻搅拌机构的机械叶片1的相互影响。通过喷射搅拌区域6相互重叠，填补了强制搅拌区域5之间的空白区域。通过强制搅拌区域5和喷射搅拌区域6的相互组合，实现对一定范围的全面覆盖搅拌。可以通过调整搅拌机构之间的间隔距离、机械叶片1的长度以及高压射流的喷射参数，控制强制搅拌区域5和喷射搅拌区域6的范围大小，适应不同物料的搅拌需要。

所述搅拌机构采用喷射高压射流的一种方式进行搅拌，或者也可以同时采用喷射高压射流和机械叶片1旋转的两种方式结合进行搅拌。

可使用多个不同的搅拌机构进行组合搅拌，以装有机械叶片1和喷嘴的大直径的搅拌机构形成强制搅拌区域5和喷射搅拌区域6，以只有喷射结构的搅拌机构形成喷射搅拌区域6，以装有机械叶片1和喷嘴的小直径的搅拌机构形成强制搅拌区域5和喷射搅拌区域6。以不同的搅拌机构进行组合分配，对搅拌区域进行全覆盖，可以有效避免使用同一种搅拌机构可能会造成的覆盖不完全、重叠面积大或功耗浪费大等问题，而且可以根据不同搅拌区域的形状进行优化布局，减少重叠搅拌面积，实现更加高效搅的拌作业。

进一步的，所述搅拌机构的机械叶片1旋转形成第一轮廓圆12，所述搅拌机构喷射的高压射流最远处旋转一周形成第二轮廓圆13；所述强制搅拌区域5位于所述第一轮廓圆12内，所述喷射搅拌区域6位于所述第二轮廓圆13与所述第一轮廓圆12之间的环形圈范围。

比如一种组合方式是，如图2所示，两个相邻的所述搅拌机构中，一个所述搅拌机构的第一轮廓圆12与另一个所述搅拌机构的第二轮廓圆13相切；每个所述搅拌机构的第二轮廓圆13的范围大小和形状均相同，每个所述搅拌机构的第一轮廓圆12的范围大小和形状均相同，且三个相邻的所述搅拌机构的旋转中心连线组成等腰三角形。

比如一种组合方式是，如图3所示，四个搅拌机构的旋转中心的连线组成矩形结构，且该四个搅拌机构的第二轮廓圆13部分重合；上述四个搅拌机构的几何中心还设有一个搅拌机构，该搅拌机构的第一轮廓圆12与上述四个搅拌机构的第二轮廓圆13相切；还设置有若干个旋转喷射机构，旋转喷射机构只具有第二轮廓圆13，用于填补上述四个搅拌机构的覆盖空白区域。

进一步的，若干个所述搅拌机构可以同时对容器内的物料进行一次性全覆盖搅拌，也可以通过多次整体移位，对容器内的物料进行全面覆盖搅拌。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种组合式搅拌方法，其特征在于，包括若干个规则布置的搅拌机构，所述搅拌机构包括旋转轴、至少一组机械叶片和若干个喷嘴，所述机械叶片的一端端部与所述旋转轴固定连接，所述喷嘴安装于所述机械叶片的另一端端部和/或所述旋转轴上，所述旋转轴的内部设有至少一个独立通道，所述独立通道用于通过可调压力和流量的流体，每个所述独立通道均连接至少一个所述喷嘴；还包括若干个旋转喷射机构，所述旋转喷射机构设于两个相邻的搅拌机构之间，所述旋转喷射机构包括旋转轴和若干个装设于所述旋转轴上的喷嘴；在若干个所述搅拌机构之间设置旋转喷射机构进行共同搅拌，且所述旋转喷射机构仅采用喷射高压射流的一种方式进行搅拌；所述搅拌机构的机械叶片旋转形成第一轮廓圆，所述搅拌机构喷射的高压射流最远处旋转一周形成第二轮廓圆；强制搅拌区域位于所述第一轮廓圆内，喷射搅拌区域位于所述第二轮廓圆与所述第一轮廓圆之间的环形圈范围；

搅拌方法包括如下步骤：

若干个规则布置的搅拌机构在搅拌区域内共同进行搅拌；

所述搅拌机构搅拌时通过喷射高压射流形成喷射搅拌区：

所述搅拌机构通过机械叶片旋转形成强制搅拌区；

所述搅拌机构的喷射搅拌区的搅拌范围大于其强制搅拌区的搅拌范围；

相邻的两个搅拌机构的喷射搅拌区部分重合。

2.根据权利要求1所述的一种组合式搅拌方法，其特征在于，若干个所述搅拌机构均固定安装于工作平台上，所述工作平台为三轴可移动平台。

3.根据权利要求1所述的一种组合式搅拌方法，其特征在于，每个所述旋转轴外侧套设有驱动套，所述驱动套连接驱动装置。

4.根据权利要求1所述的一种组合式搅拌方法，其特征在于，两个相邻的所述搅拌机构中，一个所述搅拌机构的第一轮廓圆与另一个所述搅拌机构的第二轮廓圆相切。

5.根据权利要求4所述的一种组合式搅拌方法，其特征在于，每个所述搅拌机构的喷射搅拌区的范围大小和形状均相同，每个所述搅拌机构的强制搅拌区的范围大小和形状均相同，且相邻的三个所述搅拌机构的旋转中心连线组成等腰三角形。

6.根据权利要求1所述的一种组合式搅拌方法，其特征在于，若干个所述搅拌机构可以同时对容器内的物料进行一次性全覆盖搅拌，也可以通过多次整体移位，对容器内的物料进行全面覆盖搅拌。

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