CN115707942A - 燃烧室试验装置用机匣和燃烧室试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧室试验装置用机匣和燃烧室试验装置，其中燃烧室试验装置用机匣(1)包括外机匣(10)和内机匣(20)，外机匣(10)设有空腔，内机匣(20)设置于所述空腔内，且所述外机匣(10)与所述内机匣(20)之间设有第一隔热材料。燃烧室试验装置包括燃烧室试验装置用机匣。本发明机匣结构强度较高，而且耐热性好，改善了机匣的结构强度和耐热性能；而且，可以降低对内机匣和外机匣所采用的材料的强度和耐热性的要求，从而扩大机匣的选材范围。

Description

燃烧室试验装置用机匣和燃烧室试验装置

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种燃烧室试验装置用机匣和燃烧室试验装置。

背景技术

目前，在航空发动机的燃烧室部件研制过程中，通常采用单头部试验的方式来对燃烧室部件方案进行验证和优化。单头部燃烧室试验装置被要求能够模拟部件方案的关键特征，在试验中测试不同燃烧室头部方案的点火熄火、燃烧效率、污染排放等主要性能，获得排放、燃烧效率、点火熄火等性能数据，筛选出一个或多个排放达标、燃烧效率较高、点火熄火性能较优的头部方案，作为部件方案优化的基础，为扇形及全环试验件提供数据支撑。

常规的单头部燃烧室试验装置由机匣、火焰筒、燃油喷嘴组成，机匣用于安装燃油喷嘴和火焰筒，并且机匣作为单头部燃烧室试验装置的承力件及燃烧室试验的气流通道。由于机匣的工作环境为高温高压，因此在相关技术中，机匣通常采用高温合金材料制成的棒材作为机匣的制造原材料，并经过锻造制造而成，而高温合金材料制成的棒材加工周期较长，成本也很高，使用受到了限制。

需要说明的是，公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明实施例提供一种燃烧室试验装置用机匣和燃烧室试验装置，可以改善机匣的结构，降低机匣的选材要求。

根据本发明的一个方面，提供一种燃烧室试验装置用机匣，包括：

外机匣，设有空腔；和

内机匣，设置于空腔内，且外机匣与内机匣之间设有第一隔热材料。

在一些实施例中，外机匣采用不锈钢材料，内机匣采用板材件制成，板材件的材料为高温合金。

在一些实施例中，第一隔热材料包括陶瓷纤维毯。

在一些实施例中，外机匣包括第一筒体、第一法兰和第二法兰，第一法兰和第二法兰分别焊接连接于第一筒体的两端。

在一些实施例中，内机匣包括第二筒体以及分别连接于第二筒体的两端的第一翻边和第二翻边，第一翻边和第二翻边自第二筒体的外表面沿远离第二筒体的方向延伸，以在内机匣的外表面与外机匣的内表面之间形成用于容纳第一隔热材料的容纳空间。

在一些实施例中，外机匣还包括用于安装喷嘴的安装座，外机匣设有第一安装孔，安装座围绕第一安装孔安装于外机匣上，内机匣设有与第一安装孔位置对应的第二安装孔。

在一些实施例中，内机匣还包括第三翻边，第三翻边围绕第二安装孔安装于内机匣上且自内机匣的外表面沿远离内机匣的方向延伸。

在一些实施例中，第三翻边与外机匣的内表面之间具有第一预设距离。

在一些实施例中，燃烧室试验装置用机匣还包括盖板和箱体，盖板连接于安装座的外侧以封闭第一安装孔，箱体连接于盖板的内侧，箱体内设有第二隔热材料。

在一些实施例中，燃烧室试验装置用机匣还包括套筒，套筒设置于箱体的内部，喷嘴插入套筒中，第二隔热材料设置于套筒的外部。

在一些实施例中，套筒与盖板之间具有第二预设距离。

根据本发明的另一个方面，提供一种燃烧室试验装置，包括上述的燃烧室试验装置用机匣。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的用于燃烧室试验装置的机匣包括双层结构，该机匣包括内机匣和外机匣，内机匣装入外机匣的内部，而且在内机匣和外机匣之间设有第一隔热材料，这种包括双层结构并且在夹层中设置第一隔热材料的机匣结构强度较高，而且耐热性好，因此机匣结构强度和耐热性得到了明显改善；而且，可以降低对内机匣和外机匣所采用的材料的强度和耐热性的要求，从而扩大机匣的选材范围。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明燃烧室试验装置一个实施例的结构示意图。

图2为本发明燃烧室试验装置用机匣一个实施例中外机匣的结构示意图。

图3为本发明燃烧室试验装置用机匣一个实施例中内机匣的结构示意图。

图4为本发明燃烧室试验装置用机匣一个实施例的结构示意图。

图5为本发明燃烧室试验装置用机匣一个实施例中盖板和箱体的结构示意图。

图6为本发明燃烧室试验装置用机匣一个实施例中盖板和箱体的剖视图。

图中：

1、机匣；2、火焰筒；201、转接段；202、火焰筒本体；3、喷嘴；

10、外机匣；11、第一筒体；12、第一法兰；13、第二法兰；14、安装座；15、第一端口；16、第二端口；17、吊耳；

20、内机匣；21、第二筒体；22、第一翻边；23、第二翻边；24、第三翻边；25、第三端口；26、第四端口；

30、盖板；

40、箱体；41、第一侧板；42、第二侧板；43、底板；

50、套筒；

L1、第一预设距离；L2、第二预设距离。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“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保护范围的限制。

参考图1至3所示，在本发明提供的燃烧室试验装置用机匣的一些实施例中，该机匣1包括外机匣10和内机匣20，外机匣10设有空腔，内机匣20设置于空腔内，且外机匣10与内机匣20之间设有第一隔热材料。

在上述实施例中，机匣1包括双层结构，机匣1包括内机匣20和外机匣10，内机匣20装入外机匣10的内部，而且在内机匣20和外机匣10之间设有第一隔热材料，这种包括双层结构并且在夹层中设置第一隔热材料的机匣结构强度较高，而且耐热性好，因此机匣结构强度和耐热性得到了明显改善；而且，可以降低对内机匣20和外机匣10所采用的材料的强度和耐热性的要求，从而扩大机匣的选材范围，进而有利于缩短机匣的加工周期，降低机匣的制造成本。

本发明提供的机匣1的结构强度高，耐热性好，因此内机匣20和外机匣10的选材范围较广，不需要像相关技术那样选择高温合金棒材作为原材料再经过锻造处理，因此可以解决相关技术中机匣的加工周期长和成本高的问题。

在一些实施例中，外机匣10采用不锈钢材料，内机匣20采用板材件制成，板材件的材料为高温合金。

通过不锈钢材料制造外机匣10的加工周期短，不锈钢材料的成本也较低。内机匣20所选用的板材件可以直接进行弯曲和加工，而不需要像棒材那样先融化再锻造，因此也可以大大缩短加工周期。而且，板材件的厚度较小，即使内机匣20仍选用高温合金材料，也比相关技术中机匣为单层结构且整体采用高温合金棒材的方案更节省成本。

在本发明提供的实施例中，外机匣10采用不锈钢材料，内机匣20采用板材件制成，可以明显缩短加工周期，还可以有效降低成本。

在一些实施例中，第一隔热材料包括陶瓷纤维毯。陶瓷纤维毯的导热率低，隔热效果良好，还具有优良的化学稳定性和热稳定性，因此采用陶瓷纤维毯作为第一隔热材料，可以有效提高机匣1的耐热性能。

在一些实施例中，外机匣10包括第一筒体11、第一法兰12和第二法兰13，第一法兰12和第二法兰13分别焊接连接于第一筒体11的两端。

如图2所示，第一筒体11呈圆筒形状，第一法兰12和第二法兰13为环形结构，第一法兰12和第二法兰13分别焊接连接于第一筒体11的两端。第一法兰12和第二法兰13分别自与第一筒体11的连接处向远离第一筒体11的方向延伸。第一法兰12和第二法兰13上分别设有多个连接孔，分别用于与机匣1前端和后端的部件连接。

第一筒体11上还设有两个第一端口15和一个第二端口16，第一端口15可以作为测试端口，用于测试机匣内部温度或压力的测试元件可以设置于测试端口中。第二端口16可以用于安装点火电嘴，电嘴发出电火花可以点燃喷嘴3喷出的燃油。

在其他实施例中，第一端口15和第二端口16的数量可以根据实际需要灵活设置。

第一筒体11的外表面还设有吊耳17，方便机匣的吊装。吊耳17包括方形块，方形块的中心设有吊装孔。

在一些实施例中，外机匣10为整体式机匣，外机匣10所包含的各个部件一体成型，这样可以减小后期焊缝开裂风险，提高机匣的使用寿命。

在一些实施例中，内机匣20包括第二筒体21以及分别连接于第二筒体21的两端的第一翻边22和第二翻边23，第一翻边22和第二翻边23自第二筒体21的外表面沿远离第二筒体21的方向延伸，以在内机匣20的外表面与外机匣10的内表面之间形成用于容纳第一隔热材料的容纳空间。

如图3所示，第二筒体21为圆筒形状，第一翻边22和第二翻边23为环形形状。通过设置第一翻边22和第二翻边23，在内机匣20插入外机匣10的内部空腔之后，第一翻边22和第二翻边23的外侧边与外机匣10的内壁面相互接触，使内机匣20的外表面和外机匣10的内表面之间具有一定的距离，从而在内机匣20的外表面和外机匣10的内表面之间形成容纳空间，该容纳空间可以用于容纳第一隔热材料。

第二筒体21上还设有两个第三端口25和一个第四端口26，第三端口25与外机匣10上的第一端口15相对应，用于安装测试元件。第四端口26与外机匣10上的第二端口16相对应，用于安装点火电嘴。

在其他实施例中，第三端口25和第四端口26的数量可以根据实际需要灵活设置。

第三端口25和第四端口26自第二筒体21沿着远离第二筒体21的方向延伸，使得第三端口25和第四端口26均具有预设的高度，这样可以方便测试元件和电嘴的插入。同时，第三端口25和第四端口26与外机匣10的内表面之间具有第三预设距离L3。该第三预设距离L3的设置，可以在将内机匣20装入外机匣10的内部后，防止由于第三端口25和第四端口26的顶部抵顶于外机匣10的内表面，而使得第一翻边22和第二翻边23与外机匣10的内表面之间存在较大间隙，进而影响第一翻边22和第二翻边23与外机匣10的内表面之间的焊接连接。通过设置第三预设距离L3，有利于使第一翻边22和第二翻边23能够与外机匣10的内表面保持接触，提高焊接质量。

通过设置第三预设距离L3，还可以在受热变形时，防止第三端口25和第四端口26受热变形膨胀后对所在位置的焊缝产生挤压，出现应力集中、焊缝开裂等问题。

在一些实施例中，外机匣10还包括用于安装喷嘴3的安装座14，外机匣10设有第一安装孔，安装座14围绕第一安装孔安装于外机匣10上，内机匣20设有与第一安装孔位置对应的第二安装孔。

安装座14围绕第一安装孔的周围进行设置，安装座14的形状与第一安装孔的形状相匹配。安装座14设有与第一安装孔位置对应的第三安装孔，安装座14安装于外机匣10之后，第三安装孔与第一安装孔、第二安装孔上下贯通形成安装通道，喷嘴3可以安装于安装通道中，安装通道的设置有利于提高喷嘴3安装的稳定性。

喷嘴3用于向设置于机匣1内部的火焰筒2输送可燃气体。火焰筒2包括转接段201和火焰筒本体202，转接段201用于与喷嘴3连接，火焰筒本体202为燃料燃烧产生火焰的容器。

在一些实施例中，第一安装孔呈长方形，安装座14也呈长方形。

在一些实施例中，内机匣20还包括第三翻边24，第三翻边24围绕第二安装孔安装于内机匣20上且自内机匣20的外表面沿远离内机匣20的方向延伸。

通过设置第三翻边24，可以在第二安装孔处支撑外机匣10。通过第三翻边24还可以在于外机匣10的内表面与内机匣20的外表面之间形成的用于容纳第一隔热材料的容纳空间中分隔出专门用于安装喷嘴3管道的安装空间，防止第一隔热材料进入喷嘴3的输送通道中。

如图4所示，在一些实施例中，第三翻边24与外机匣10的内表面之间具有第一预设距离L1。这样设置的好处是，在将内机匣20装入外机匣10的内部后，防止由于第三翻边24抵顶于外机匣10的内表面，而使得第一翻边22和第二翻边23与外机匣10的内表面之间存在较大间隙，进而影响第一翻边22和第二翻边23与外机匣10的内表面之间的焊接连接。通过设置第一预设距离L1，有利于使第一翻边22和第二翻边23能够与外机匣10的内表面保持接触，提高焊接质量。

通过设置第一预设距离L1，还可以在受热变形时，防止第三翻边24受热变形膨胀后对所在位置的焊缝产生挤压，出现应力集中、焊缝开裂等问题。

第一预设距离L1与第三预设距离L3的大小可以相等，也可以不相等。

在一些实施例中，机匣1还包括盖板30和箱体40，盖板30连接于安装座14的外侧以封闭第一安装孔，箱体40连接于盖板30的内侧，箱体40内设有第二隔热材料。

通过在盖板30的靠近内机匣20的一侧设置箱体40，可以延长对喷嘴3管道的支撑，提高喷嘴3的安装稳定性。

在箱体40内设置第二隔热材料，可以提高箱体40的耐热性能。

第二隔热材料可以选用陶瓷纤维毯，也可以采用其他隔热材料。

在一些实施例中，机匣1还包括套筒50，套筒50设置于箱体40的内部，喷嘴3插入套筒50中，第二隔热材料设置于套筒50的外部。

通过设置套筒50，可以进一步稳固喷嘴3，防止喷嘴3防止晃动。通过设置套筒50，还可以防止第二隔热材料进入喷嘴3的输送通道中。

套筒50的直径略大于喷嘴3的管道直径，套筒50的直径小于箱体40的尺寸。箱体40的形状可以与盖板30的形状以及第一安装孔的形状相匹配。

在一些实施例中，套筒50与盖板30之间具有第二预设距离L2。

通过设置第二预设距离L2，在连接盖板30和箱体40时，可以避免由于套筒50抵顶于盖板30的表面而使得箱体40与盖板30之间具有间隙，进而影响箱体40与盖板30的焊接连接质量。通过设置第二预设距离L2，可以使箱体40的顶部与盖板30的下表面相互接触，从而有效保证箱体40与盖板30的焊接连接质量。

如图5和图6所示，盖板30上设有多个与安装座14连接的连接孔。盖板30上还设有三个用于安装喷嘴3的安装孔。三个喷嘴3分别插入对应的安装孔，并穿过盖板30、套筒50伸入到内机匣20的内部。

箱体40的远离盖板30的一侧不超过外机匣10的内表面。

箱体40呈长方形形状，箱体40包括两个相对布置的第一侧板41、两个相对布置的第二侧板42和底板43，两个第一侧板41和两个第二侧板42连接形成长方形框架，底板43连接于长方形框架的底部，形成顶部具有开口的箱体40。其中，第二侧板42的底部呈圆弧形状，与第一筒体11的圆筒形状相匹配。

套筒50的底部抵接或者连接于底板43上。套筒50的顶部与盖板30的下表面之间具有第二预设距离L2。

通过设置第二预设距离L2，还可以在受热变形时，防止套筒50受热变形膨胀后对所在位置的焊缝产生挤压，出现应力集中、焊缝开裂等问题。

基于上述的燃烧室试验装置用机匣，本发明还提出一种燃烧室试验装置，该燃烧室试验装置包括上述的燃烧室试验装置用机匣。

下面对本发明燃烧室试验装置一个实施例的结构和工作过程进行说明：

如图1所示，为单头部燃烧室的试验装置，该试验装置包括具有双层壁的机匣1、火焰筒2和喷嘴3。该试验装置在工作过程中，气体从机匣1的前端进入机匣1后，气流分为三股：一股气流通过喷嘴3进入火焰筒2的内部，与喷嘴3中喷出的燃油掺混后点燃，进行燃烧过程；另一股用于对火焰筒2的转接段201进行冷却；还有一股用于对火焰筒2的火焰筒本体202进行冷却。机匣1用于安装火焰筒2和喷嘴3，机匣1作为该燃烧室试验装置的承力件和燃烧室试验的气流通道。

如图2、图3和图4所示，机匣1包括外机匣10、内机匣20、盖板30、箱体40和套筒50，外机匣10包括第一筒体11、第一法兰12、第二法兰13、安装座14、第一端口15、第二端口16和吊耳17。其中，第一端口15用于安装测试机匣内的静压、脉动等试验信息的元器件。第二端口16用于安装点火电嘴，电嘴发出电火花点燃燃油。外机匣10中的各零件间均通过氩弧焊焊接。

内机匣20包括第二筒体21、第一翻边22、第二翻边23、第三翻边24、第三端口25和第四端口26。在第二筒体21的外表面和第一筒体11的内表面之间位于第一翻边22和第二翻边23之间的空间内填充有第一隔热材料。沿机匣1的轴向将内机匣20推入外机匣10的内腔中，外机匣10与内机匣20通过第一法兰12和第一翻边22以及第二法兰13与第二翻边23的焊接连接。

如图5和图6所示，安装座14安装在第一筒体11的第一安装孔周围，盖板30封闭于安装座14的上方，箱体40安装于盖板30的内侧。套筒50安装于箱体40的内部，喷嘴3的管道穿过套筒50。

其中，第三端口25和第四端口26均具有预设的高度，形成与套筒类似的结构，通过设置这些端口、箱体40和套筒50，可以避免隔热材料进入喷嘴3的气流通道中，影响试验结果。同时，外机匣10上的第一端口15和第二端口16分别与内机匣20上的第三端口25和第四端口26一一对应，可以保证测试元件及点火电嘴顺利插入气流通道内。

对于高温高压的燃烧室单头部试验来说，机匣需要具备承受高温高压的能力，因此在相关技术中，机匣一般使用高温合金棒材，再经过锻造处理，因此加工周期较长，而且成本高。在本实施例中，外机匣10采用不锈钢，内机匣20采用高温合金板材，而且在外机匣10与内机匣20之间填充第一隔热材料，这种双层壁机匣结构具有良好的耐高温性能，可以大大降低原材料成本，缩短机匣的加工周期。

内机匣20上第三翻边24、第三端口25和第四端口26的顶部与外机匣10的内表面之间具有1mm间隙，这样设置的好处在于：一方面可以防止焊接前预装配时，由于加工误差导致各处端口及翻边与外机匣10的内腔干涉，导致内机匣20无法装配，另一方面，在受热变形时，防止各处套筒及翻边变形膨胀后对所在的相应位置的焊缝产生挤压，导致应力集中、焊缝开裂等问题。

在箱体40的内部以及套筒50的外部填充有第二隔热材料，盖板30与箱体40以及套筒50之间均用氩弧焊焊接。在相关技术中，盖板整体使用高温合金棒材，加工周期较长，而且成本高。在本实施例中，盖板30采用不锈钢材料，箱体40和套筒50均采用高温合金板材，箱体40内添加隔热材料，使其具有良好的耐高温性能，可以大大降低原材料成本、缩短加工周期。

套筒50的顶部与盖板30之间具有1mm的间隙，其好处在于：一方面可以防止焊接前预装配时，由于加工误差当套筒50贴紧盖板30后，箱体40前后的第一侧板41和左右的第二侧板42与盖板30之间存在间隙，出现过定位问题；另一方面，在盖板30工作受热变形时，可以防止套筒50变形膨胀后对所在的相应位置的焊缝产生挤压，出现应力集中、焊缝开裂等问题。

通过对本发明燃烧室试验装置用机匣多个实施例的说明，可以看到本发明燃烧室试验装置用机匣实施例结构简单、原材料的加工成本低、使用寿命高，可以大大节约加工成本，提高试验验证效率，加速航空发动机的研制过进程。

上述各个实施例中燃烧室试验装置用机匣所具有的积极技术效果同样适用于燃烧室试验装置，这里不再赘述。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本发明原理的前提下，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，这些修改和等同替换均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (12)

1.一种燃烧室试验装置用机匣(1)，其特征在于，包括：

外机匣(10)，设有空腔；和

内机匣(20)，设置于所述空腔内，且所述外机匣(10)与所述内机匣(20)之间设有第一隔热材料。

2.根据权利要求1所述的燃烧室试验装置用机匣(1)，其特征在于，所述外机匣(10)采用不锈钢材料，所述内机匣(20)采用板材件制成，所述板材件的材料为高温合金。

3.根据权利要求1所述的燃烧室试验装置用机匣(1)，其特征在于，所述第一隔热材料包括陶瓷纤维毯。

4.根据权利要求1所述的燃烧室试验装置用机匣(1)，其特征在于，所述外机匣(10)包括第一筒体(11)、第一法兰(12)和第二法兰(13)，所述第一法兰(12)和所述第二法兰(13)分别焊接连接于所述第一筒体(11)的两端。

5.根据权利要求1所述的燃烧室试验装置用机匣(1)，其特征在于，所述内机匣(20)包括第二筒体(21)以及分别连接于所述第二筒体(21)的两端的第一翻边(22)和第二翻边(23)，所述第一翻边(22)和所述第二翻边(23)自所述第二筒体(21)的外表面沿远离所述第二筒体(21)的方向延伸，以在所述内机匣(20)的外表面与所述外机匣(10)的内表面之间形成用于容纳所述第一隔热材料的容纳空间。

6.根据权利要求1所述的燃烧室试验装置用机匣(1)，其特征在于，所述外机匣(10)还包括用于安装喷嘴(3)的安装座(14)，所述外机匣(10)设有第一安装孔，所述安装座(14)围绕所述第一安装孔安装于所述外机匣(10)上，所述内机匣(20)设有与所述第一安装孔位置对应的第二安装孔。

7.根据权利要求6所述的燃烧室试验装置用机匣(1)，其特征在于，所述内机匣(20)还包括第三翻边(24)，所述第三翻边(24)围绕所述第二安装孔安装于所述内机匣(20)上且自所述内机匣(20)的外表面沿远离所述内机匣(20)的方向延伸。

8.根据权利要求7所述的燃烧室试验装置用机匣(1)，其特征在于，所述第三翻边(24)与所述外机匣(10)的内表面之间具有第一预设距离(L1)。

9.根据权利要求6所述的燃烧室试验装置用机匣(1)，其特征在于，还包括盖板(30)和箱体(40)，所述盖板(30)连接于所述安装座(14)的外侧以封闭所述第一安装孔，所述箱体(40)连接于所述盖板(30)的内侧，所述箱体(40)内设有第二隔热材料。

10.根据权利要求9所述的燃烧室试验装置用机匣(1)，其特征在于，还包括套筒(50)，所述套筒(50)设置于所述箱体(40)的内部，所述喷嘴(3)插入所述套筒(50)中，所述第二隔热材料设置于所述套筒(50)的外部。

11.根据权利要求10所述的燃烧室试验装置用机匣(1)，其特征在于，所述套筒(50)与所述盖板(30)之间具有第二预设距离(L2)。

12.一种燃烧室试验装置，其特征在于，包括如权利要求1～11任一项所述的燃烧室试验装置用机匣(1)。

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