CN115355321A - 一种用于仪表风系统的被动防护阀组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及仪表风防爆技术领域，具体是涉及一种用于仪表风系统的被动防护阀组件，包括阀体外壳、球体阀芯和被动泄压组件，阀体外壳的中部为一个球形腔体，球形腔体的两侧连通有进气管道和出气管道，球体阀芯上设有泄压平衡通孔，被动泄压组件包括气膜顶杆、推动活塞和连杆传动机构，气膜顶杆包括竖直顶杆，推动活塞包括倾斜推杆，本装置的被动泄压组件能够确保球体阀芯在被气压驱动将出气管道封堵后，能够通过弹性气膜受力带动竖直顶杆上行，上行后的竖直顶杆通过连杆传动机构，驱动倾斜推杆斜向下运动，使得球体阀芯反向滚动，以此来改变泄压平衡通孔的方向，确保了不论球体阀芯如何滚动，其上的泄压平衡通孔最终都能实现泄压的功能。

Description

一种用于仪表风系统的被动防护阀组件

技术领域

本发明涉及仪表风防爆技术领域，具体是涉及一种用于仪表风系统的被动防护阀组件。

背景技术

仪表风指的是给各生产用气动动力，如气动阀，和用来控制和显示工艺参数的仪表用气，空气质量要求较高，压力稳定，其中，仪表风系统是仪表系统的动力源，仪表风系统主要用于开关阀门，也用于仪表的吹扫，在工业生产时与通有仪表风的管道相连的设备会由于气压泄露，导致压力不平衡，从而通有仪表风的管道会因压力过大而发生爆裂，造成大量仪表风外流，最终使得系统瘫痪，给企业造成大量的经济损失，现有的我国申请公告号为CN104421467B的中国专利公开了一种仪表风专用防爆阀及其加工和使用方法来防止管道发生爆裂后大量仪表风外泄，但是上述专利还具有以下缺陷：会出现阀芯上的平衡压力孔对不准阀体的进口和出口的情况，从而进而当气压增大后管道还是会出现爆裂的风险。

所以有必要提供一种用于仪表风系统的被动防护阀组件来解决上述的问题。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种用于仪表风系统的被动防护阀组件。

为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案为：1.一种用于仪表风系统的被动防护阀组件，包括：

阀体外壳，呈水平设置，其中部为一个球形腔体，球形腔体的两侧连通有轴向均呈水平且共轴线的进气管道和出气管道；

球体阀芯，活动设置于球形腔体内，用于进气管道一侧气压瞬间增大时通过气压驱动将出气管道封堵，球体阀芯上设有用于将进气管道内的气体引向出气管道的泄压平衡通孔；

被动泄压组件，设于阀体外壳的上方，被动泄压组件包括气膜顶杆、推动活塞和连杆传动机构，气膜顶杆包括一个活动设于球形腔体上方的竖直顶杆，推动活塞包括一个活动设于竖直顶杆旁侧的倾斜推杆，竖直顶杆与倾斜推杆通过连杆传动机构传动相连，竖直顶杆用于受进气管道的气压向上运动，并将所受的向上推力传递于倾斜推杆，使得倾斜推杆伸出并推动球体阀芯朝进气管道滚动，滚动后的球体阀芯会再次被气压顶至出气管道，循环往复直到球形阀体滚至泄压平衡通孔的两端分别朝向进气管道和出气管道，以此实现泄压功能。

进一步的，阀体外壳可拆卸的分为上壳和下壳，上壳的顶部成型有一个加厚凸台，加厚凸台的顶部开设有一个竖直向下与球形腔体相连通的竖直通槽，加厚凸台的顶部还开设有一个倾斜向下与球形腔体相连通且靠近出气管道的倾斜通槽，倾斜通槽与竖直通槽沿进气管道的轴向间隔分布，竖直通槽和倾斜通槽的轴线相交于球形腔体的球心上，气膜顶杆与推动活塞分别活动设于竖直通槽与倾斜通槽内。

进一步的，气膜顶杆还包括：

一号限位柱，呈竖直固定设于竖直通槽内；

圆柱壳，同轴固定设于一号限位柱的底部且位于球形腔体内，圆柱壳的直径大于一号限位柱的直径，圆柱壳的下端为开口结构；

弹性气膜，呈圆形，同轴固定设于圆柱壳的下端且完全覆盖于圆柱壳下端的开口结构；

其中，竖直顶杆的下端竖直向下穿过一号限位柱，并伸入至圆柱壳内与弹性气膜的圆心处固连竖直顶杆的上端向上伸出至加厚凸台外。

进一步的，推动活塞还包括呈倾斜固定设于倾斜通槽内的二号限位柱，二号限位柱内同轴开设有一个柱状阶梯通槽，柱状阶梯通槽的一端孔径大于另一端的孔径，并且柱状阶梯通槽大孔径的一端位于二号限位柱的下端，倾斜推杆活动设于柱状阶梯通槽的小孔径端内，倾斜推杆朝向球形腔体的一端同轴固定设有一个位于柱状阶梯通槽大孔径端内的限位圆盘，倾斜推杆的另一端斜向上伸出至加厚凸台外。

进一步的，连杆传动机构包括：

轴座，固定设于加厚凸台的顶部；

直线轴承，嵌设于轴座内，直线轴承的轴向与进气管道的轴向一致；

活动柱，插设于直线轴承内，活动柱的两端均伸出至固定座外且分别朝向竖直顶杆和倾斜推杆的延伸端；

一号连杆，呈倾斜状态，其两端分别与竖直顶杆的延伸端以及活动柱的一端相铰接；

二号连杆，呈倾斜状态，其两端分别与倾斜推杆的延伸端以及活动柱的另一端相铰接。

进一步的，上壳与下壳相连接的部位均设有密封垫。

进一步的，加厚凸台的顶部固定设有一个用于保护连杆传动机构的包覆外壳。

进一步的，竖直顶杆的底部成型有一直径小于自身的插销，插销向下穿过弹性气膜，并伸出至弹性气膜外，插销上同轴固定设有两个呈上下对称分布用于相向将弹性气膜夹紧的圆形压片。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：相比于传统的泄压防爆阀而言，本装置的被动泄压组件能够确保球体阀芯在被气压驱动将出气管道封堵后，能够通过弹性气膜受力带动竖直顶杆上行，上行后的竖直顶杆通过连杆传动机构，驱动倾斜推杆斜向下运动，使得倾斜推杆抵触球体阀芯，使球体阀芯反向滚动，以此来改变球体阀芯所开设的泄压平衡通孔的方向，在此过程中，进气管道内处于高压的气体还没有排出，所以球体阀芯会在球形腔体内被气压和倾斜推杆驱动往复滚动，直至泄压平衡通孔的两端分别对准进气管道和出气管道，确保了不论球体阀芯如何滚动，其上的泄压平衡通孔最终都能实现泄压的功能。

附图说明

图1是实施例的立体结构示意图；

图2是实施例的俯视图；

图3是图2沿A-A线的剖视图；

图4是图3所指A1的局部放大示意图；

图5是图3所指A2的局部放大示意图；

图6是实施例的阀体外壳的立体结构分解图；

图7是实施例的气膜顶杆的立体结构分解图；

图8是实施例的上壳的俯视图；

图9是图8沿B-B线的剖视图；

图10是实施例的二号限位柱的俯视图；

图11是图10沿C-C线的剖视图；

图12是实施例的被动泄压组件工作后的俯视图；

图13是图12沿D-D线的剖视图；

图14是图13所指A3的局部放大示意图；

图15是图13所指A4的局部放大示意图。

图中标号为：1、阀体外壳；2、球形腔体；3、进气管道；4、出气管道；5、球体阀芯；6、泄压平衡通孔；7、竖直顶杆；8、倾斜推杆；9、上壳；10、下壳；11、加厚凸台；12、竖直通槽；13、倾斜通槽；14、一号限位柱；15、圆柱壳；16、弹性气膜；17、二号限位柱；18、柱状阶梯通槽；19、限位圆盘；20、轴座；21、直线轴承；22、活动柱；23、一号连杆；24、二号连杆；25、密封垫；26、包覆外壳；27、插销；28、圆形压片。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

参考图1至图15所示一种用于仪表风系统的被动防护阀组件，包括：

阀体外壳1，呈水平设置，其中部为一个球形腔体2，球形腔体2的两侧连通有轴向均呈水平且共轴线的进气管道3和出气管道4；

球体阀芯5，活动设置于球形腔体2内，用于进气管道3一侧气压瞬间增大时通过气压驱动将出气管道4封堵，球体阀芯5上设有用于将进气管道3内的气体引向出气管道4的泄压平衡通孔6；

被动泄压组件，设于阀体外壳1的上方，被动泄压组件包括气膜顶杆、推动活塞和连杆传动机构，气膜顶杆包括一个活动设于球形腔体2上方的竖直顶杆7，推动活塞包括一个活动设于竖直顶杆7旁侧的倾斜推杆8，竖直顶杆7与倾斜推杆8通过连杆传动机构传动相连，竖直顶杆7用于受进气管道3内的气压向上运动，并将所受的向上推力传递于倾斜推杆8，使得倾斜推杆8伸出并推动球体阀芯5朝进气管道3滚动，滚动后的球体阀芯5会再次被气压顶至出气管道4，循环往复直到球形阀体滚至泄压平衡通孔6的两端分别朝向进气管道3和出气管道4，以此实现泄压功能。

参考图1、图6、图8和图9所示，阀体外壳1可拆卸的分为上壳9和下壳10，上壳9的顶部成型有一个加厚凸台11，加厚凸台11的顶部开设有一个竖直向下与球形腔体2相连通的竖直通槽12，加厚凸台11的顶部还开设有一个倾斜向下与球形腔体2相连通且靠近出气管道4的倾斜通槽13，倾斜通槽13与竖直通槽12沿进气管道3的轴向间隔分布，竖直通槽12和倾斜通槽13的轴线相交于球形腔体2的球心上，气膜顶杆与推动活塞分别活动设于竖直通槽12与倾斜通槽13内。

上壳9与下壳10能够相向合圆进行固定，并组成阀体外壳1，以此便于球体阀芯5的安装，球体阀芯5的直径大于进气管道3与出气管道4的孔径，以此来确保球体阀芯5能够起到封堵出气管道4的作用，并且在倾斜推杆8推动球体阀芯5朝进气管道3滚动后，同时在进气管道3和出气管道4压力平衡后，球体阀芯5会因自身重力回滚至球形腔体2内（参考图3和图13，球体阀芯5的位置所示），加厚凸台11用于增加上壳9的壁厚，便于开设竖直通槽12和倾斜通槽13。

参考图3和图4所示，气膜顶杆还包括：

一号限位柱14，呈竖直固定设于竖直通槽12内；

圆柱壳15，同轴固定设于一号限位柱14的底部且位于球形腔体2内，圆柱壳15的直径大于一号限位柱14的直径，圆柱壳15的下端为开口结构；

弹性气膜16，呈圆形，同轴固定设于圆柱壳15的下端且完全覆盖于圆柱壳15下端的开口结构；

其中，竖直顶杆7的下端竖直向下穿过一号限位柱14，并伸入至圆柱壳15内与弹性气膜16的圆心处固连竖直顶杆7的上端向上伸出至加厚凸台11外。

正常运行状态下，气流从进气管道3进入至球形腔体2内，再从球体阀芯5与球形腔体2之间的缝隙流向出气管道4（参考图3的箭头指向），此时进气管道3和出气管道4两侧的压力值恒定，球体阀芯5始终在球形腔体2内不会运动，当出气管道4一侧的管道炸裂导致气体瞬间泄露，气压减少时，进气管道3内较大的气压会推动球体阀芯5朝出气管道4滚动，并将出气管道4封堵，此后气流会将位于球形腔体2内的弹性气膜16向上顶，此时弹性气膜16会向上带动竖直顶杆7在一号限位柱14内向上运动，然后竖直顶杆7通过连杆传动机构，使得倾斜推杆8能够伸出将球体阀芯5朝进气管道3顶，在球体阀芯5上的泄压平衡通孔6的两端没有对准进气管道3和出气管道4时，由于进行管道一侧的气压出不去，从而球体阀芯5被气压和倾斜推杆8往复驱动在球形腔体2内来回滚动，直至球体阀芯5上的泄压平衡通孔6的两端分别对准进气管道3和出气管道4，此时进气管道3内的气体会顺着泄压平衡通孔6流向出气管道4，以此来实现对连接进气管道3一侧气压过大时的泄压功能，其中，圆柱壳15起到固定弹性气膜16的作用，并且圆柱壳15内的空心腔体用于弹性气膜16被气压向上顶时具有一个上行空间，一号限位柱14可通过在其表面加工一圈螺纹用于旋设固定于竖直通槽12内，为了减少竖直顶杆7在一号限位柱14内的滑道摩擦，降低机械损耗，在一号限位柱14内可以加设一个导滑套（未在图中示出）。

参考图3和图5所示，推动活塞还包括呈倾斜固定设于倾斜通槽13内的二号限位柱17，二号限位柱17内同轴开设有一个柱状阶梯通槽18，柱状阶梯通槽18的一端孔径大于另一端的孔径，并且柱状阶梯通槽18大孔径的一端位于二号限位柱17的下端，倾斜推杆8活动设于柱状阶梯通槽18的小孔径端内，倾斜推杆8朝向球形腔体2的一端同轴固定设有一个位于柱状阶梯通槽18大孔径端内的限位圆盘19，倾斜推杆8的另一端斜向上伸出至加厚凸台11外。

当竖直顶杆7被弹性气膜16驱动向上行后，通过连杆传动机构，使倾斜连杆在二号限位柱17内倾斜向下运动并伸出至球形腔体2内，将此时封堵在出气管道4的球体阀芯5朝向进气管道3顶，使得球体阀芯5滚动，改变球体阀芯5上泄压平衡通孔6的方向，直至泄压平衡通孔6的两端分别对准进气管道3和出气管道4，实现泄压的功能，其中，固定设于倾斜推杆8朝向球形腔体2一端的限位圆盘19能够在柱状阶梯通槽18的大孔径端内位移，并且通过柱状阶梯通槽18的小孔径端限制限位圆盘19的上行，以此来确保倾斜推杆8只能够斜向下运动，从而进气管道3一侧过大的气压不会作用于限位圆盘19上，防止倾斜推杆8反向带动竖直顶杆7运动，二号限位柱17可通过在其表面加工一圈螺纹用于旋设固定于倾斜通槽13内，为了减少倾斜推杆8在二号限位柱17内的滑道摩擦，降低机械损耗，在二号限位柱17内可以加设一个导滑套（未在图中示出）。

参考图3所示，连杆传动机构包括：

轴座20，固定设于加厚凸台11的顶部；

直线轴承21，嵌设于轴座20内，直线轴承21的轴向与进气管道3的轴向一致；

活动柱22，插设于直线轴承21内，活动柱22的两端均伸出至固定座外且分别朝向竖直顶杆7和倾斜推杆8的延伸端；

一号连杆23，呈倾斜状态，其两端分别与竖直顶杆7的延伸端以及活动柱22的一端相铰接；

二号连杆24，呈倾斜状态，其两端分别与倾斜推杆8的延伸端以及活动柱22的另一端相铰接。

当竖直顶杆7向上运动后，会带动一号连杆23，使得一号连杆23推动活动柱22在直线轴承21内水平朝向出气管道4滑动，在活动柱22滑动的同时，活动柱22朝向出气管道4的一端会带动二号连杆24，使得二号连杆24抵触倾斜推杆8，最终实现倾斜推杆8朝向球形腔体2内的一端伸出，并作用于球体阀芯5上，使得球体阀芯5滚动，以此改变泄压平衡通孔6的方向，一旦泄压平衡通孔6的两端分别朝向进气管道3和出气管道4后，进气管道3内过大的气压会将气体通过泄压平衡通孔6导向气压较小的出气管道4，在进气管道3内的气体还未泄压时，球体阀芯5会被进气管道3内的气压和倾斜推杆8往复驱动，在球形腔体2内来回滚动，直至泄压平衡通孔6的两端分别朝向进气管道3和出气管道4，实现引气泄压的功能。

参考图6所示，上壳9与下壳10相连接的部位均设有密封垫25。

密封垫25防止气体从上壳9与下壳10的连接处泄漏。

参考图6所示，加厚凸台11的顶部固定设有一个用于保护连杆传动机构的包覆外壳26。

包覆外壳26起到对连杆传动机构的保护作用，防止灰尘的落入以及其他外界因素的影响。

参考图4和图7所示，竖直顶杆7的底部成型有一直径小于自身的插销27，插销27向下穿过弹性气膜16，并伸出至弹性气膜16外，插销27上同轴固定设有两个呈上下对称分布用于相向将弹性气膜16夹紧的圆形压片28。

两个相向将弹性气膜16夹紧的圆形压片28用于将插销27与弹性气膜16相固定的同时，防止插销27穿过弹性气膜16的部位在被气压向上顶时，发生漏气，从而影响弹性气膜16的弹性驱动效果。

工作原理：

正常运行状态下，气流从进气管道3进入至球形腔体2内，再从球体阀芯5与球形腔体2之间的缝隙流向出气管道4（参考图3的箭头指向），保证设备的正常供气，此时进气管道3和出气管道4两侧的压力值恒定，球体阀芯5始终在球形腔体2内不会运动，当出气管道4一侧有管道发生炸裂导致气体瞬间泄露后，进气管道3内较大的气压会推动球体阀芯5朝出气管道4滚动，并将出气管道4封堵，此时进气管道3中的气压会作用于球形腔体2内的弹性气膜16，使弹性气膜16向上顶，并带动竖直顶杆7在一号限位柱14内上行，上行后的竖直顶杆7会推动一号连杆23，使得一号连杆23推动活动柱22在直线轴承21内朝向出气管道4水平滑动，此时二号连杆24会被活动柱22水平滑动后的一端带动，并推动倾斜推杆8在二号限位柱17内斜向下运动，以此通过倾斜推杆8斜向下的运动来推动球体阀芯5，从而使得球体阀芯5朝向出气管道4滚动，进而通过球体阀芯5的滚动来改变其上开设的泄压平衡通孔6的方向，由于进气管道3内始终处于高压的状态，那么球体阀芯5会被气压和倾斜推杆8往复驱动在球形腔体2内来回滚动，直至泄压平衡通孔6的两端分别对准进气管道3和出气管道4，此时进气管道3内的气体会顺着泄压平衡通孔6流向出气管道4排出（参考图13的箭头指向），当进气管道3和出气管道4的压力平衡后，球体阀芯5会因自身的重力回滚至初始状态，本装置可设于整个管道系统的上游，当下游有管道发生炸裂导致气体泄露时，球体阀芯5可有效的将出气管道4封堵，减少大量气体的流出，同时通过被动泄压组件使得球体阀芯5发生滚动，将泄压平衡通孔6的两端分别对准进气管道3和出气管道4，确保了进气管道3有微量的气体流出，在保证不会有大量气体流出的前提下，进行缓慢泄压，防止进气管道3压力过大而爆裂。

以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种用于仪表风系统的被动防护阀组件，其特征在于，包括：

阀体外壳（1），呈水平设置，其中部为一个球形腔体（2），球形腔体（2）的两侧连通有轴向均呈水平且共轴线的进气管道（3）和出气管道（4）；

球体阀芯（5），活动设置于球形腔体（2）内，用于进气管道（3）一侧气压瞬间增大时通过气压驱动将出气管道（4）封堵，球体阀芯（5）上设有用于将进气管道（3）内的气体引向出气管道（4）的泄压平衡通孔（6）；

被动泄压组件，设于阀体外壳（1）的上方，被动泄压组件包括气膜顶杆、推动活塞和连杆传动机构，气膜顶杆包括一个活动设于球形腔体（2）上方的竖直顶杆（7），推动活塞包括一个活动设于竖直顶杆（7）旁侧的倾斜推杆（8），竖直顶杆（7）与倾斜推杆（8）通过连杆传动机构传动相连，竖直顶杆（7）用于受进气管道（3）的气压向上运动，并将所受的向上推力传递于倾斜推杆（8），使得倾斜推杆（8）伸出并推动球体阀芯（5）朝进气管道（3）滚动，滚动后的球体阀芯（5）会再次被气压顶至出气管道（4），循环往复直到球形阀体滚至泄压平衡通孔（6）的两端分别朝向进气管道（3）和出气管道（4），以此实现泄压功能。

2.根据权利要求1所述的一种用于仪表风系统的被动防护阀组件，其特征在于，阀体外壳（1）可拆卸的分为上壳（9）和下壳（10），上壳（9）的顶部成型有一个加厚凸台（11），加厚凸台（11）的顶部开设有一个竖直向下与球形腔体（2）相连通的竖直通槽（12），加厚凸台（11）的顶部还开设有一个倾斜向下与球形腔体（2）相连通且靠近出气管道（4）的倾斜通槽（13），倾斜通槽（13）与竖直通槽（12）沿进气管道（3）的轴向间隔分布，竖直通槽（12）和倾斜通槽（13）的轴线相交于球形腔体（2）的球心上，气膜顶杆与推动活塞分别活动设于竖直通槽（12）与倾斜通槽（13）内。

3.根据权利要求2所述的一种用于仪表风系统的被动防护阀组件，其特征在于，气膜顶杆还包括：

一号限位柱（14），呈竖直固定设于竖直通槽（12）内；

圆柱壳（15），同轴固定设于一号限位柱（14）的底部且位于球形腔体（2）内，圆柱壳（15）的直径大于一号限位柱（14）的直径，圆柱壳（15）的下端为开口结构；

弹性气膜（16），呈圆形，同轴固定设于圆柱壳（15）的下端且完全覆盖于圆柱壳（15）下端的开口结构；

其中，竖直顶杆（7）的下端竖直向下穿过一号限位柱（14），并伸入至圆柱壳（15）内与弹性气膜（16）的圆心处固连竖直顶杆（7）的上端向上伸出至加厚凸台（11）外。

4.根据权利要求2所述的一种用于仪表风系统的被动防护阀组件，其特征在于，推动活塞还包括呈倾斜固定设于倾斜通槽（13）内的二号限位柱（17），二号限位柱（17）内同轴开设有一个柱状阶梯通槽（18），柱状阶梯通槽（18）的一端孔径大于另一端的孔径，并且柱状阶梯通槽（18）大孔径的一端位于二号限位柱（17）的下端，倾斜推杆（8）活动设于柱状阶梯通槽（18）的小孔径端内，倾斜推杆（8）朝向球形腔体（2）的一端同轴固定设有一个位于柱状阶梯通槽（18）大孔径端内的限位圆盘（19），倾斜推杆（8）的另一端斜向上伸出至加厚凸台（11）外。

5.根据权利要求2所述的一种用于仪表风系统的被动防护阀组件，其特征在于，连杆传动机构包括：

轴座（20），固定设于加厚凸台（11）的顶部；

直线轴承（21），嵌设于轴座（20）内，直线轴承的轴向与进气管道的轴向一致；

活动柱（22），插设于直线轴承（21）内，活动柱（22）的两端均伸出至固定座外且分别朝向竖直顶杆（7）和倾斜推杆（8）的延伸端；

一号连杆（23），呈倾斜状态，其两端分别与竖直顶杆（7）的延伸端以及活动柱（22）的一端相铰接；

二号连杆（24），呈倾斜状态，其两端分别与倾斜推杆（8）的延伸端以及活动柱（22）的另一端相铰接。

6.根据权利要求2所述的一种用于仪表风系统的被动防护阀组件，其特征在于，上壳（9）与下壳（10）相连接的部位均设有密封垫（25）。

7.根据权利要求2所述的一种用于仪表风系统的被动防护阀组件，其特征在于，加厚凸台（11）的顶部固定设有一个用于保护连杆传动机构的包覆外壳（26）。

8.根据权利要求3所述的一种用于仪表风系统的被动防护阀组件，其特征在于，竖直顶杆（7）的底部成型有一直径小于自身的插销（27），插销（27）向下穿过弹性气膜（16），并伸出至弹性气膜（16）外，插销（27）上同轴固定设有两个呈上下对称分布用于相向将弹性气膜（16）夹紧的圆形压片（28）。

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