CN114439605B - 一种中冷温度试验控制装置 - Google Patents

Abstract

一种中冷温度试验控制装置，包括循环水系统、制冷水系统、膨胀水箱、变频泵、热交换器、加热器和实车中冷器；热交换器的冷冻水侧与制冷水系统相连通，热交换器的冷却水出水口与加热器的进水口相连通，加热器的出水口与实车中冷器的冷却水入口相连通，实车中冷器的冷却水出口与膨胀水箱的进水口相连通，所述膨胀水箱的补水口与循环水系统的出水口相连通，膨胀水箱底部的出水口与变频泵的进水口相连通，变频泵的出水口与热交换器的冷却水回水口相连通。本设计可以精确控制进入中冷器的冷却水温度，避免冷媒受环境温度影响，为中冷器供给恒温冷却水；同时实验控制装置能在精确控制流量的同时不产生气泡，为中冷器供给恒流的冷却水。

Description

一种中冷温度试验控制装置

技术领域

本发明涉及一种发动机测试装置，尤其涉及一种中冷温度试验控制装置，具体适用于发动机中冷实验。

背景技术

由于中冷器冷却介质温度直接影响发动机进气温度，而发动机的进气温度直接影响发动机的性能，因此在发动机标定等实验时需要对中冷器的冷却介质的温度及流量进行精确控制。目前现有的中冷温度试验控制技术中，原理都是采用一路冷却循环水和一路PID调节阀对发动机中冷器进行冷却，实现将温度控制在目标范围内。具体是指一路冷却循环水进入中冷器中进行循环并带走中冷器热量，实现中冷器出口气体温度的冷却。现有的中冷实验温度控制技术中，处于实验室条件考虑多采用循环水作为冷媒来模拟中冷器的温度实验环境，而实验室中循环水的温度会随环境温度变化在5-45℃范围内波动；同时由于发动机中冷器出口气体温度除了额定工况点以外其他工况中的中冷温度相差很大，冷媒的流量变化造成这些工况点的冷却散热量在实验中是不恒定的，同时也无法实现也无法保证发动机在不同气候条件下不同工况点排放数据的一致性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的一种中冷温度试验过程中冷媒温度易随环境发生变化，同时在实验过程中不同工况点的冷却散热量不恒定，无法保持测试一致性的问题，提供了一种可精确控制冷媒的温度和流量，并能确保不同工况点测试数据一致性的中冷温度试验控制装置。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

一种中冷温度试验控制装置，所述控制装置包括：循环水系统、制冷水系统、膨胀水箱、第一循环泵、热交换器、加热器和实车中冷器；

所述热交换器的冷冻水进水口与制冷水系统的冷冻水出水口相连通，热交换器的冷冻水出口与制冷水系统的冷冻水回水口相连通，热交换器的冷却水出水口与加热器的进水口相连通，所述加热器的出水口与实车中冷器的进水口相连通，所述实车中冷器的出水口与膨胀水箱的回水口相连通，所述膨胀水箱的补水口与循环水系统的出水口相连通，膨胀水箱底部的出水口与第一循环泵的进水口相连通，所述第一循环泵的出水口与热交换器的冷却水回水口相连通。

所述控制装置还包括第一比例调节阀、第二比例调节阀，所述第一比例调节阀的进水口与热交换器的冷却水回水口相连通，第一比例调节阀的出水口与膨胀水箱的补水口相连通，所述制冷水系统的冷冻水出水口通过第二比例调节阀与热交换器的冷冻水进水口相连通；

所述加热器的出水口与实车中冷器的进水口之间的管路上设置有流量计和恒温水温度传感器，所述实车中冷器的空气出气管路上设置有出气温度传感器；

所述流量计的信号输出端、恒温水温度传感器的信号输出端、出气温度传感器的信号输出端均与PLC控制器的信号采集端相连接；所述第一比例调节阀的控制端、第二比例调节阀的控制端均与PLC控制器的比例阀控制信号输出端相连接。

所述实车中冷器的出水口与膨胀水箱的进水口之间的管路上设置有中冷器回水收集箱和第二循环泵，中冷器回水收集箱的进水口与实车中冷器的出水口相连通，中冷器回水收集箱的出水口与第二循环泵的进水口相连通，第二循环泵的出水口与膨胀水箱的回水口相连通。

所述加热器的出水口与实车中冷器的进水口之间的管路上还设置有压力传感器，所述压力传感器的信号输出端与PLC控制器的信号采集端相连接，

所述第一循环泵为变频泵，第一循环泵的控制端与PLC控制器的变频泵控制信号输出端相连接。

所述膨胀水箱的顶部设置有安全气阀，膨胀水箱内设置有第一液位开关，膨胀水箱的补水口处设置有补水电磁阀，所述补水电磁阀的控制端与第一液位开关相连接；

所述中冷器回水收集箱内设置有第二液位开关，所述第二循环泵的控制端与第二液位开关相连接。

所述第一循环泵的出水口处设置有第一单向阀；所述第二循环泵的出水口处设置有第二单向阀。

所述热交换器的冷却水回水口处设置有第一温度传感器，热交换器的冷却水出水口处设置有第二温度传感器，热交换器的冷冻水进水口处设置有冷冻水温度传感器，所述第一温度传感器的信号输出端、第二温度传感器的信号输出端、冷冻水温度传感器的信号输出端均与PLC控制器的信号采集端相连接。

所述补水电磁阀的进水口处设置有第一过滤器，所述第二比例调节阀的进水口处设置有第二过滤器。

所述膨胀水箱的底部设置有第一排水阀，所述第一排水阀通过管道与膨胀水箱相连通；中冷器回水收集箱的底部设置有第二排水阀，所述第二排水阀通过管道与中冷器回水收集箱相连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明中冷温度试验控制装置中的冷媒为冷却水，冷却水进入实车中冷器对中冷进气进行冷却后自实车中冷器排出，并依次进入中冷器回水收集箱、膨胀水箱，最后从膨胀水箱水箱回流至热交换器再次进行冷却，系统稳定运行后，循环水系统仅在膨胀水箱内液位较低时对其进行补水，并且膨胀水箱内的冷却水自其底部流出，依次经过热交换器、加热器后温度被控制在25±2℃范围内，再流入实车中冷器中，中冷温度试验控制装置中冷却水温度几乎不受循环水温度影响；同时第一循环泵仅从膨胀水箱内抽取冷却水，膨胀水箱隔离了循环水系统与实验装置中的冷却水循环，避免外界循环水系统的水压变化对实验装置造成影响，同时也能避免外部气泡进入冷却水循环，进而对冷媒的流量检测及冷却效果造成影响。因此，本设计中循环水系统仅对膨胀水箱进行补水，不直接接入实验循环系统，避免冷媒受环境温度影响的同时减少循环管路中气泡，便于对冷却水流量进行精确控制。

2、本发明一种中冷温度试验控制装置中设置有第一比例调节阀、第二比例调节阀和恒温水温度传感器，通过调节第一比例调节阀开度，可使一部分冷却水回流至膨胀水箱，相对于通过调节变频泵转速控制冷却水流量可以减少气泡的产生，进而稳定、精确的控制进入中冷器的冷却水流量，使中冷器出气达到预设温度；第二比例调节阀可控制进入热交换器的冷冻水流量，从而调节热交换效率，使流出热交换器的冷却水温度达到预设值25℃±3℃，从而为中冷器供给恒温、恒流的冷却水供给。因此，本设计中通过设置第一比例调节阀、第二比例调节阀、流量计和恒温水温度传感器，可实现为中冷器供给恒温、恒流的冷却水。

3、本发明一种中冷温度试验控制装置中加热器的出水口与实车中冷器的冷却水入口之间的管路上设置有压力传感器，PLC控制器可通过压力传感器获取管道内部压力，进而对第一循环泵的转速进行调整，避免系统过压。因此，本设计中PLC控制器根据管道内部压力对第一循环泵的转速进行调整，避免系统过压，安全性高。

4、本发明一种中冷温度试验控制装置中的膨胀水箱内设置有第一液位开关，膨胀水箱的补水口处设置有补水电磁阀，补水电磁阀的控制端与第一液位开关相连接；中冷器回水收集箱内设置有第二液位开关，第二循环泵的控制端与第二液位开关相连接，可实现中冷器回水收集箱自动排水、膨胀水箱自动补水功能，确保冷却水的顺畅循环。因此，本设计中第一液位开关控制补水电磁阀的开闭，第二液位开关控制第二循环泵的启停，可实现中冷器回水收集箱自动排水、膨胀水箱自动补水。

附图说明

图1是本发明中冷温度试验控制装置的结构示意图。

图2是本发明中冷温度试验控制装置的控制原理图。

图中：循环水系统1、制冷水系统2、膨胀水箱3、第一循环泵4、热交换器5、加热器6、实车中冷器7、中冷器回水收集箱8、第二循环泵9、第一比例调节阀10、第二比例调节阀11、流量计12、恒温水温度传感器13、出气温度传感器14、压力传感器15、第一液位开关16、补水电磁阀17、第二液位开关18、第一单向阀19、第二单向阀20、第一温度传感器21、第二温度传感器22、冷冻水温度传感器23、第一过滤器24、第二过滤器25、安全气阀26、PLC控制器27、第一排水阀28、第二排水阀29。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1至图2，一种中冷温度试验控制装置，所述控制装置包括：循环水系统1、制冷水系统2、膨胀水箱3、第一循环泵4、热交换器5、加热器6和实车中冷器7；

所述热交换器5的冷冻水进水口与制冷水系统2的冷冻水出水口相连通，热交换器5的冷冻水出口与制冷水系统2的冷冻水回水口相连通，热交换器5的冷却水出水口与加热器6的进水口相连通，所述加热器6的出水口与实车中冷器7的冷却水入口相连通，所述实车中冷器7的冷却水出口与膨胀水箱3的进水口相连通，所述膨胀水箱3的补水口与循环水系统1的出水口相连通，膨胀水箱3底部的出水口与第一循环泵4的进水口相连通，所述第一循环泵4的出水口与热交换器5的冷却水回水口相连通。

所述控制装置还包括第一比例调节阀10、第二比例调节阀11，所述第一比例调节阀10的进水口与第一循环泵4的出水口相连通，第一比例调节阀10的出水口与膨胀水箱3的进水口相连通；

所述制冷水系统2的冷冻水出水口通过第二比例调节阀11与热交换器5的冷冻水进水口相连通，制冷水系统2为热交换器5提供冷冻水以进行换热，对流经热交换器5的冷却水进行降温；

所述加热器6的出水口与实车中冷器7的冷却水入口之间的管路上设置有流量计12和恒温水温度传感器13，所述实车中冷器7的空气出气管路上设置有出气温度传感器14；

所述流量计12的信号输出端、恒温水温度传感器13的信号输出端、出气温度传感器14的信号输出端均与PLC控制器27的信号采集端相连接；所述第一比例调节阀10的控制端、第二比例调节阀11的控制端均与PLC控制器27的控制信号输出端相连接。

所述实车中冷器7的冷却水出口与膨胀水箱3的进水口之间的管路上设置有中冷器回水收集箱8，中冷器回水收集箱8的进水口与实车中冷器7的冷却水出口相连通，中冷器回水收集箱8的出水口与第二循环泵9的进水口相连通，第二循环泵9的出水口与膨胀水箱3的进水口相连通。

所述加热器6的出水口与实车中冷器7的冷却水入口之间的管路上设置有压力传感器15，所述压力传感器15的信号输出端与PLC控制器27的信号采集端相连接，所述第一循环泵4的控制端与PLC控制器27的控制信号输出端相连接，所述PLC控制器27根据压力传感器15所测得的管道压力调节第一循环泵4的转速。

所述膨胀水箱3的顶部设置有安全气阀26，膨胀水箱3内设置有第一液位开关16，膨胀水箱3的补水口处设置有补水电磁阀17，所述补水电磁阀17的控制端与第一液位开关16相连接；

所述中冷器回水收集箱8内设置有第二液位开关18，所述第二循环泵9的控制端与第二液位开关17相连接。

所述第一循环泵4的出水口处设置有第一单向阀19；所述第二循环泵9的出水口处设置有第二单向阀20。

所述热交换器5的冷却水回水口处设置有第一温度传感器21，热交换器5的冷却水出水口处设置有第二温度传感器22，热交换器5的冷冻水进水口处设置有冷冻水温度传感器23，所述第一温度传感器21的信号输出端、第二温度传感器22的信号输出端、冷冻水温度传感器23的信号输出端均与PLC控制器27的信号采集端相连接。

所述补水电磁阀17的进水口处设置有第一过滤器24，所述第二比例调节阀11的进水口处设置有第二过滤器25。

本发明的原理说明如下：

所述循环水系统1为实验楼中的水循环系统，其中的循环水为自然水，自然水的温度受外界环境影响在5-45℃范围内波动。

所述制冷水系统2为制冷装置，制冷水系统2将向热交换器5输出温度为7-12℃的冷冻水，对中冷温度试验控制装置内的冷却水进行降温。

由于试验法规对中冷器冷却介质温度有明确的规定，要求冷却介质温度为25℃±5℃，以确保发动机在不同气候条件下不同工况点排放数据的一致性。因此，在流入变热交换器5的冷却水温度较高时，需要通过调节第二比例调节阀11，控制制冷水系统2中流出的冷冻水流量，进而改变热交换器5的换热效率，使流出变热交换器5的冷却水温度保持在25℃±5℃范围内；若流入变热交换器5的冷却水温度较低，则关闭第二比例调节阀11，并开启加热器6，确保进入实车中冷器7中的冷却水温度在25℃±5℃的规定范围内。

压力传感器15用于检测系统管道内压力，根据压力传感器15测得的管道压力调节第一循环泵4的转速，可避免发生系统过压。

进行发动机台架中冷温度试验时，开启中冷温度试验控制装置，首先在发动机未达到额定工况时，通过第一比例调节阀10、第二比例调节阀11控制冷却水的温度和流量，使恒温水温度传感器13的反馈温度在25±2℃范围内，流量计12反馈的流量在15-20l/min范围内；

随后发动机进入额定工况，此时确定中冷出气的目标值，中冷出气的目标值可根据实际需要设置为10-60℃度范围内的任意值，通常中冷出气的目标值为52℃，并通过第二比例调节阀11精细调节进入实车中冷器7内的冷却水流量，直到实车中冷器7的中冷出气达到目标值52℃；

直到实车中冷器7的中冷出气达到目标值52℃后，锁定第二比例调节阀11的开度，保持进入实车中冷器7内的冷却水流量恒定，第二比例调节阀11的开度锁定后由于第二比例调节阀11的开度为机械位置，相对于通过变频泵调节冷却水流量来说其控制更稳定可靠，且不会在管路内产生气泡；

随后再次调节第一比例调节阀10，使恒温水温度传感器13的反馈温度在25±2℃范围内，中冷温度试验控制装置调节完成。

中冷温度试验控制装置调节完成后，流入实车中冷器7内的冷却水流量、流入换热器的冷冻水流量保持不变，随后即可根据发动机试验需求进入任意工况进行试验。

中冷温度试验控制装置在运行过程中，实车中冷器7的温控箱中多余的冷却水被抽出至中冷器回水收集箱8，确保实车中冷器7温控箱内不积水。

中冷器回水收集箱8内设置有第二液位开关18，中冷器回水收集箱8内的水位上升至设定的最高水位时，第二液位开关18控制第二循环泵9开启，将中冷器回水收集箱8内的冷却水送入膨胀水箱3，中冷器回水收集箱8内的水位降低；当中冷器回水收集箱8内的水位降低到设定的最低水位时，第二液位开关18控制第二循环泵9停止运行；

膨胀水箱3内设置有第一液位开关16，当膨胀水箱3内水位低于设定的最低水位时，第一液位开关16控制补水电磁阀17开启，使循环水系统1的冷却水出口与膨胀水箱3相连通，循环水系统1中的冷却水注入膨胀水箱3，膨胀水箱3内水位升高；当膨胀水箱3内水位高于设定的最高水位时，第一液位开关16控制补水电磁阀17关闭，循环水系统1中的冷却水不再注入膨胀水箱3。

膨胀水箱3的顶部设置有安全气阀26，安全气阀26用于排气保持膨胀水箱3内压力平衡，同时管路内的气泡进入膨胀水箱3后浮起，并从安全气阀26处排出实验装置。

实施例1：

一种中冷温度试验控制装置，所述控制装置包括：循环水系统1、制冷水系统2、膨胀水箱3、第一循环泵4、热交换器5、加热器6和实车中冷器7；所述热交换器5的冷冻水进水口与制冷水系统2的冷冻水出水口相连通，热交换器5的冷冻水出口与制冷水系统2的冷冻水回水口相连通，热交换器5的冷却水出水口与加热器6的进水口相连通，所述加热器6的出水口与实车中冷器7的进水口相连通，所述实车中冷器7的出水口与膨胀水箱3的回水口相连通，所述膨胀水箱3的补水口与循环水系统1的出水口相连通，膨胀水箱3底部的出水口与第一循环泵4的进水口相连通，所述第一循环泵4的出水口与热交换器5的冷却水回水口相连通；所述控制装置还包括第一比例调节阀10、第二比例调节阀11，所述第一比例调节阀10的进水口与热交换器5的冷却水回水口相连通，第一比例调节阀10的出水口与膨胀水箱3的补水口相连通，所述制冷水系统2的冷冻水出水口通过第二比例调节阀11与热交换器5的冷冻水进水口相连通；所述加热器6的出水口与实车中冷器7的进水口之间的管路上设置有流量计12和恒温水温度传感器13，所述实车中冷器7的空气出气管路上设置有出气温度传感器14；所述流量计12的信号输出端、恒温水温度传感器13的信号输出端、出气温度传感器14的信号输出端均与PLC控制器27的信号采集端相连接；所述第一比例调节阀10的控制端、第二比例调节阀11的控制端均与PLC控制器27的比例阀控制信号输出端相连接；所述加热器6的出水口与实车中冷器7的进水口之间的管路上还设置有压力传感器15，所述压力传感器15的信号输出端与PLC控制器27的信号采集端相连接，所述第一循环泵4为变频泵，第一循环泵4的控制端与PLC控制器27的变频泵控制信号输出端相连接；所述膨胀水箱3的顶部设置有安全气阀26，膨胀水箱3内设置有第一液位开关16，膨胀水箱3的补水口处设置有补水电磁阀17，所述补水电磁阀17的控制端与第一液位开关16相连接；所述中冷器回水收集箱8内设置有第二液位开关18，所述第二循环泵9的控制端与第二液位开关17相连接；所述热交换器5的冷却水回水口处设置有第一温度传感器21，热交换器5的冷却水出水口处设置有第二温度传感器22，热交换器5的冷冻水进水口处设置有冷冻水温度传感器23，所述第一温度传感器21的信号输出端、第二温度传感器22的信号输出端、冷冻水温度传感器23的信号输出端均与PLC控制器27的信号采集端相连接。

实施例2：

实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：

所述实车中冷器7的出水口与膨胀水箱3的进水口之间的管路上设置有中冷器回水收集箱8和第二循环泵9，中冷器回水收集箱8的进水口与实车中冷器7的出水口相连通，中冷器回水收集箱8的出水口与第二循环泵9的进水口相连通，第二循环泵9的出水口与膨胀水箱3的回水口相连通。

实施例3：

实施例3与实施例2基本相同，其不同之处在于：

所述第一循环泵4的出水口处设置有第一单向阀19；所述第二循环泵9的出水口处设置有第二单向阀20；所述补水电磁阀17的进水口处设置有第一过滤器24，所述第二比例调节阀11的进水口处设置有第二过滤器25；所述膨胀水箱3的底部设置有第一排水阀28，所述第一排水阀28通过管道与膨胀水箱3相连通；中冷器回水收集箱8的底部设置有第二排水阀29，所述第二排水阀29通过管道与中冷器回水收集箱8相连通。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (8)

1.一种中冷温度试验控制装置，其特征在于：

所述控制装置包括：循环水系统（1）、制冷水系统（2）、膨胀水箱（3）、第一循环泵（4）、热交换器（5）、加热器（6）和实车中冷器（7）；

所述热交换器（5）的冷冻水进水口与制冷水系统（2）的冷冻水出水口相连通，热交换器（5）的冷冻水出口与制冷水系统（2）的冷冻水回水口相连通，热交换器（5）的冷却水出水口与加热器（6）的进水口相连通，所述加热器（6）的出水口与实车中冷器（7）的进水口相连通，所述实车中冷器（7）的出水口与膨胀水箱（3）的回水口相连通，所述膨胀水箱（3）的补水口与循环水系统（1）的出水口相连通，膨胀水箱（3）底部的出水口与第一循环泵（4）的进水口相连通，所述第一循环泵（4）的出水口与热交换器（5）的冷却水回水口相连通；

所述实车中冷器（7）的出水口与膨胀水箱（3）的进水口之间的管路上设置有中冷器回水收集箱（8）和第二循环泵（9），中冷器回水收集箱（8）的进水口与实车中冷器（7）的出水口相连通，中冷器回水收集箱（8）的出水口与第二循环泵（9）的进水口相连通，第二循环泵（9）的出水口与膨胀水箱（3）的回水口相连通。

2.根据权利要求1所述一种中冷温度试验控制装置，其特征在于：

所述控制装置还包括第一比例调节阀（10）、第二比例调节阀（11），所述第一比例调节阀（10）的进水口与热交换器（5）的冷却水回水口相连通，第一比例调节阀（10）的出水口与膨胀水箱（3）的补水口相连通，所述制冷水系统（2）的冷冻水出水口通过第二比例调节阀（11）与热交换器（5）的冷冻水进水口相连通；

所述加热器（6）的出水口与实车中冷器（7）的进水口之间的管路上设置有流量计（12）和恒温水温度传感器（13），所述实车中冷器（7）的空气出气管路上设置有出气温度传感器（14）；

所述流量计（12）的信号输出端、恒温水温度传感器（13）的信号输出端、出气温度传感器（14）的信号输出端均与PLC控制器（27）的信号采集端相连接；所述第一比例调节阀（10）的控制端、第二比例调节阀（11）的控制端均与PLC控制器（27）的比例阀控制信号输出端相连接。

3.根据权利要求2所述一种中冷温度试验控制装置，其特征在于：

所述加热器（6）的出水口与实车中冷器（7）的进水口之间的管路上还设置有压力传感器（15），所述压力传感器（15）的信号输出端与PLC控制器（27）的信号采集端相连接；

所述第一循环泵（4）为变频泵，第一循环泵（4）的控制端与PLC控制器（27）的变频泵控制信号输出端相连接。

4.根据权利要求3所述一种中冷温度试验控制装置，其特征在于：

所述膨胀水箱（3）的顶部设置有安全气阀（26），膨胀水箱（3）内设置有第一液位开关（16），膨胀水箱（3）的补水口处设置有补水电磁阀（17），所述补水电磁阀（17）的控制端与第一液位开关（16）相连接；

所述中冷器回水收集箱（8）内设置有第二液位开关（18），所述第二循环泵（9）的控制端与第二液位开关（18 ）相连接。

5.根据权利要求4所述一种中冷温度试验控制装置，其特征在于：

所述第一循环泵（4）的出水口处设置有第一单向阀（19）；所述第二循环泵（9）的出水口处设置有第二单向阀（20）。

6.根据权利要求5所述一种中冷温度试验控制装置，其特征在于：

所述热交换器（5）的冷却水回水口处设置有第一温度传感器（21），热交换器（5）的冷却水出水口处设置有第二温度传感器（22），热交换器（5）的冷冻水进水口处设置有冷冻水温度传感器（23），所述第一温度传感器（21）的信号输出端、第二温度传感器（22）的信号输出端、冷冻水温度传感器（23）的信号输出端均与PLC控制器（27）的信号采集端相连接。

7.根据权利要求6所述一种中冷温度试验控制装置，其特征在于：

所述补水电磁阀（17）的进水口处设置有第一过滤器（24），所述第二比例调节阀（11）的进水口处设置有第二过滤器（25）。

8.根据权利要求7所述一种中冷温度试验控制装置，其特征在于：

所述膨胀水箱（3）的底部设置有第一排水阀（28），所述第一排水阀（28）通过管道与膨胀水箱（3）相连通；中冷器回水收集箱（8）的底部设置有第二排水阀（29），所述第二排水阀（29）通过管道与中冷器回水收集箱（8）相连通。

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