CN116169586A - 一种电解铝母线保护柜 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力设备领域,具体涉及一种电解铝母线保护柜。具体技术方案为:包括箱体,所述箱体内设置有第一散热机构,所述第一散热机构包括辅助电路驱动的制冷组件,所述辅助电路包括辅助电源、与辅助电源电连接的温控组件,所述制冷组件的工作电路包括制冷电路,所述辅助电路与制冷电路通过继电器电连接;当箱体内温度达到一定值,所述温控组件连通辅助电路,继电器控制制冷组件工作。当箱体内温度达到一定值T,所述温控组件连通辅助电路,继电器控制制冷组件工作,达到箱体快速散热的目的。充分考虑箱体内环境温度变化,既能节约能耗,又能考虑到温度较高时的散热。
Description
技术领域
本发明属于电力设备领域,具体涉及一种电解铝母线保护柜。
背景技术
电解铝的工作原理是以碳素体作为阳极,铝液作为阴极,通入强大的直流电后,在950-970℃后,在电解槽内进行电化学反应,产生铝液。汇流母线作为电解铝厂的主要电流通道,而电解铝生产是一个连续化生产过程,故汇流母线运行状态的好坏将对电解铝厂的安全稳定运行造成重要影响,如何保证汇流母线处于安全稳定的工作非常重要,需设置工作保护柜对汇流母线正常工作保驾护航。
随着铝电解的生产规模、产能不断扩大,铝电解直流大电流也在不断的增大,逐渐由80KA到350KA,甚至更大,故汇流母线工作时温度较高。若保护柜散热效果不好,存在因汇流母线因温度过高导致火灾的风险,故保护柜的散热效果非常重要。目前保护柜的散热方式通常是在箱体上设置散热片或散热窗,这种散热方式散热效果较差,尤其是对于温度快速升高和温度较高的情况。
因此,如果提供一种快速散热且散热效果好的电解铝母线保护柜,将具有优越的工业应用前景。
发明内容
为解决背景技术中的技术问题,本发明提供一种电解铝母线保护柜,提高保护柜的散热效果,同时保证温度较高时的快速降温。
为实现上述发明目的,本发明所采用的技术方案是:一种电解铝母线保护柜,包括箱体,所述箱体内设置有第一散热机构,所述第一散热机构包括辅助电路驱动的制冷组件,所述辅助电路包括辅助电源、与辅助电源电连接的温控组件,所述制冷组件的工作电路包括制冷电路,所述辅助电路与制冷电路通过继电器电连接;当箱体内温度达到一定值,所述温控组件连通辅助电路,继电器控制制冷组件工作。
优选的:所述温控组件包括密封的试管,所述试管中部填充有水银,其余部分填充有膨胀气体,所述辅助电源两端通过导线伸入所述试管内上方气体中;当箱体内温度升至一定值,试管内水银上升至连通辅助电路,驱动制冷组件工作。
优选的:所述制冷组件包括设置在箱体内侧壁上、开口朝向其相对侧壁的固定框,所述固定框内设置有制冷U形管,所述制冷U形管与制冷系统连接,所述制冷系统通过制冷电路控制启闭。
优选的:所述固定框开口端设置有打开/封闭固定框的收卷组件,所述收卷组件包括设置在所述固定框开口处的收卷筒,所述收卷筒内设置有中心轴,所述中心轴上设置有涡卷发条弹簧,沿所述涡卷发条弹簧长度方向设置有可收卷的密封板,所述涡卷发条弹簧的自由端设置有钢绳,所述钢绳另一端与第一电机连接。
优选的:所述固定框上、平行于收卷方向的侧壁上开设有限制密封板收卷方向的限位通孔;和/或,所述固定框开口端设置有防护网。
优选的:所述箱体内还设置有第二散热机构,所述第二散热机构包括设置在箱体侧壁靠近下端的第一散热孔组件、设置在箱体顶部的多个第二散热孔组件,第一散热孔组件包括多个第一散热孔,第二散热孔组件包括多个第二散热孔;
所述第一散热孔为由内向外开口大小逐渐增大的通孔,所述第二散热孔为由内向外开口大小逐渐减小的通孔。
优选的:所述箱体外侧壁上、位于第一散热孔组件处设置有可转动的挡板,所述第一散热孔组件下方、箱体外侧壁上设置有水位感应组件;
自然状态时,挡板位于第一散热孔组件上方;箱体外部存在水时,水位感应组件驱动挡板旋转至遮挡第一散热孔组件。
优选的:所述箱体外侧壁上设置一空腔,所述空腔沿竖直方向的上下两端分别设置有与外界连通的第一通孔、第二通孔,所述水位感应组件包括设置在所述第二通孔竖向截面上的弹性片,所述弹性片靠近空腔的一侧与杠杆组件的一自由端连接;所述第一通孔内设置有压缩弹簧,所述压缩弹簧靠近空腔的一端与第一通孔侧壁固定连接,其另一端设置有限位块,所述挡板上设置有与限位块适配的限位槽,所述限位块靠近压缩弹簧的一端与所述杠杆组件的另一自由端相对应。
优选的:所述弹性片靠近空腔的一侧设置有连杆,所述连杆另一端与杠杆组件的一自由端固定连接,其连接部设置有第一磁块,所述空腔内与弹性片正对的一侧壁上设置有与第一磁块相吸引的第二磁块;自然状态时,第一磁块与第二磁块之间没有磁吸引力。
优选的:所送杠杆组件靠近压缩弹簧的另一自由端设置有第三磁块,所述限位块靠近所述压缩弹簧的一端设置有与所述第三磁块相吸引的第四磁块;自然状态时,第三磁块与第四磁块之间没有磁吸引力。
本发明具有以下有益效果:
通过设置辅助电源、温控组件,辅助电路与制冷电路通过继电器电连接,当箱体内温度达到一定值T,所述温控组件连通辅助电路,继电器控制制冷组件工作,达到箱体快速散热的目的。充分考虑箱体内环境温度变化,既能节约能耗,又能考虑到温度较高时的散热。同时,温控组件包括试管,试管中部填充有水银,其余部分填充有膨胀气体,辅助电源两端通过导线伸入试管内上方气体中。当箱体内温度升高至一定值T时,水银在试管内的位置上升至一定高度H,由于水银具有导电性能,此时水银连通了辅助电源两端的导线,从而连通辅助电路,继电器开始工作,连通制冷电路,驱动制冷组件工作,加速箱体散热。
附图说明
图1为本发明保护柜的整体结构示意图;
图2为本发明温控组件的整体结构示意图;
图3为本发明的制冷电路流程示意图;
图4为本发明固定框结构的俯视示意图;
图5为本发明挡板结构的正视图;
图6为本发明挡板自然状态时的侧视剖面图;
图7为本发明挡板工作状态时的侧视剖面图。
图中:箱体1、固定框2、防护网3、制冷U形管4、密封板5、收卷筒6、转动轴7、第一电机8、第一散热孔9、第二散热孔10、试管11、水银12、导线13、涡卷发条弹簧14、限位通孔15、钢绳16、挡板17、固定轴18、弹性片19、第一通孔20、限位块21、限位槽22、第四磁块23、压缩弹簧24、第三磁块25、支点26、空腔27、连杆28、第二通孔29、第二磁块30、第一磁块31、杠杆32。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。若未特别指明,实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“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发明,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。
如图1-7所示,一种电解铝母线保护柜,包括用于保护母线暴露在外界环境中的箱体1,所述箱体1内设置有第一散热机构、第二散热机构,第二散热机构始终处于工作状态,为箱体1散热;只有当箱体1内温度升高至一定值T时,第一散热机构才开始工作,T可根据实际需要,视情况设定,如40℃、50℃或60℃等。当箱体1内温度较高且大于或等于温度T时,第一散热机构、第二散热机构同时工作,对箱体1快速散热,保证箱体1内的母线正常工作。
如图3所示,所述第一散热机构包括辅助电路驱动的制冷组件,所述辅助电路包括辅助电源、与辅助电源可电连接的温控组件,所述制冷组件的工作电路包括制冷电路,所述辅助电路与制冷电路通过继电器电连接。通过设置温控组件、继电器,当箱体1内温度达到一定值T,所述温控组件连通辅助电路,继电器控制制冷组件工作,达到箱体1快速散热的目的。同时,当箱体1内温度不高时,温控组件断开辅助电路,继电器断开,制冷电路断开,仅第二散热机构工作,第一散热机构不工作。该保护柜充分考虑箱体1内环境温度变化,既能节约能耗,又考虑到了温度较高时的快速散热。
进一步的,如图2所示,所述温控组件包括设置在箱体1内且为密封状态的试管11,所述试管11中部填充有水银12,其余部分(即试管11内腔的两端)填充有膨胀气体,所述辅助电源两端通过导线13伸入所述试管11内上方气体区域。工作原理为:当箱体1内温度升高时,试管11内下端的气体开始膨胀,且水银12也开始膨胀,水银12在试管11内的位置上升,连通辅助电路;当箱体1内温度降低时,试管11内下端的气体开始收缩,且水银12也开始收缩,水银12在试管11内的位置下降,断开辅助电路。
具体工作过程为:当箱体1内温度升高至一定值T时,水银12在试管11内的位置上升至一定高度H,由于水银12具有导电性能,此时水银12连通了辅助电源两端的导线13,从而连通辅助电路,继电器开始工作,连通制冷电路,驱动制冷组件工作,加速箱体1散热。当箱体1内温度降低至温度T以下时,试管11内的气体和水银12受冷收缩,水银12在试管11内的位置下降,当水银12顶端位置低于高度H时,辅助电源两端的导线13断开,从而断开辅助电路,断开制冷电路,此时第一散热机构不再工作。
进一步的,所述制冷组件包括设置在箱体1内侧壁上、开口朝向其相对侧壁(即正对侧壁)的固定框2,即固定框2的开口朝向箱体1的中部,所述固定框2内固定设置有至少一组制冷U形管4,制冷U形管4内通入制冷剂,所述制冷U形管4与制冷系统连接,制冷系统与制冷电路电连接。制冷剂可以选用空气、液氮、冷水等。所述箱体1内,除了开关门所在侧壁外,其余三个侧壁可以根据实际需要设置制冷组件。由于热空气位于箱体1内上部,优选的,将制冷组件设置在箱体1内侧壁的上部,且箱体1内部的三个侧壁上均设置有制冷组件。如此,使箱体1内部形成上小下大的形状,热空气在箱体1内向上流动,箱体1下端和上端流过的空气总量相同,由于上端箱体1尺寸更小,则流速更大,压强更小;下端箱体1尺寸更大,流速更小,压强更大,加快了箱体1内下端的热空气自动流向上端,提高第二散热机构的散热效果。
进一步的,如图4所示,所述固定框2开口端设置有打开/封闭固定框2的收卷组件,所述收卷组件包括设置在所述固定框2开口处的收卷筒6,所述收卷筒6内设置有中心轴,所述中心轴上设置有涡卷发条弹簧14,沿所述涡卷发条弹簧14长度方向设置有可收卷的密封板5,所述涡卷发条弹簧14的自由端设置有钢绳16,所述钢绳16另一端与第一电机8连接。密封板5的上下两端均设置有涡卷发条弹簧14和对应的收卷筒6,保证密封板5更好地工作。密封板5为可收卷的材质,如铝薄板。当第一散热机构工作时,密封板5收卷起来,使制冷U形管4暴露在箱体1环境中,箱体1内部空气直接与制冷U形管4接触,快速降温。当第一散热机构不工作时,密封板5伸展开,关闭固定框2开口,不仅使制冷U形管4密封在固定框2内,也使箱体1内部体积形成上小下大的关系,辅助第二散热机构工作。
进一步的,为了将密封板5更好地收卷,所述密封板5上、垂直收卷方向的两端均设置有收卷筒6、涡卷发条弹簧14,两所述涡卷发条弹簧14的自由端均设置有钢绳16,两所述钢绳16另一端与转动轴7连接,所述转动轴7的一端与第一电机8输出端连接。第一电机8驱动转动轴7转动,牵引两端钢绳16,打开密封板5。
进一步的,所述固定框2上、平行于收卷方向的侧壁上开设有限制密封板5收卷方向的限位通孔15,即固定框2的上下两侧壁上、靠近其开口端设置限位通孔15,使涡卷发条弹簧14、密封板5收卷/伸展过程更顺畅。
进一步的,所述固定框2开口端设置有防护网3。防护网3在固定框2上的位置更靠近制冷U形管4,即当密封板5伸展开时,防护网3用于保护制冷U形管4。
进一步的,所述第二散热机构包括设置在箱体1侧壁靠近下端的第一散热孔组件、设置在箱体1顶部的第二散热孔组件,第一散热孔组件包括多个第一散热孔9,第二散热孔组件包括多个第二散热孔10。由于冷空气位于较低的地方,热空气位于较高的地方,故箱体1内部的热空气易于上升至箱体1内上部,通过第二散热孔10排出箱体1,使箱体1内压强相对于外界环境更小,在压强差的作用下,则箱体1外部的冷空气通过第一散热孔9进入箱体1。通过设置第一散热孔9、第二散热孔10,使箱体1内部空气与箱体1外部空气形成一个自动循环通道,加快箱体1散热。
为了提高第二散热机构的散热效果,所述第一散热孔9为由内向外开口大小逐渐增大的通孔,第一散热孔9的空气由外向内流,流过截面的气体总量相同,故对于截面尺寸大的地方,流速更小,压强更大;对于截面尺寸小的地方,流速更大,压强更小。故其入口端的压力大于其出口端的压力,加快箱体1外部的冷空气进入箱体1内部。所述第二散热孔10为由内向外开口大小逐渐减小的通孔,第二散热孔10的空气由内向外流,其入口端的压力大于其出口端的压力,加快箱体1内部的热空气流出箱体1外部。
由于该箱体1内主要存放用电设备或零件,不允许水等液体流入箱体1内部,否则会发生重大安全事故或导致电解铝厂停止工作,所以该保护柜的使用环境要求非常高。但当电解铝厂发生溶液泄漏,或当地天气恶劣导致雨水进入电解厂时,需要保护柜具有抵御水进入箱体1的功能。基于此原因,该保护柜还在设置对应功能的组件。
具体地,如图5-7所示,所述箱体1外侧壁上、位于第一散热孔组件处设置有可转动的挡板17,所述第一散热孔组件下方、箱体1外侧壁上设置有水位感应组件。自然状态时,挡板17位于第一散热孔组件上方,通过第一散热孔组件使箱体1内部与外界环境连通,利于散热。当箱体1外部周围存在一定高度的水时,水内部压强的作用点作用于水位感应组件时,水位感应组件驱动挡板17旋转至遮挡第一散热孔组件。
进一步的,挡板17与箱体1外侧壁的连接方式为,所述第一散热孔组件的上方设置有一固定轴18,挡板17上靠近其边缘的位置与固定轴18转动连接。
进一步的,挡板17为圆形挡板17,将挡板17分为两半圆,两半圆的质量不相同且重量差值较大,固定轴18设置在质量较轻的一半圆上且位于其中轴线上。当没有水时,通过限位组件使重量较大的半圆位于重量较小的上部。当存在一定高度水时,水位感应组件使限位组件对挡板17失效,没有限位组件对重量较大的半圆的限位,重量较大的半圆由于重力影响随固定轴18转动至下方,最终状态为重量较大的半圆位于重量较小的下部,挡板17对第一散热孔9进行遮挡,防止水通过第一散热孔9进入箱体1内部。
进一步的,箱体1外侧壁上设置一空腔27,所述空腔27沿竖直方向的上下两端分别设置有与外界连通的第一通孔20、第二通孔29,所述水位感应组件包括设置在所述第二通孔29竖向截面上的弹性片19,所述弹性片19靠近空腔27的一侧与杠杆组件的一自由端固定连接。
所述限位组件包括压缩弹簧24,所述压缩弹簧24固定设置在第一通孔20内,所述压缩弹簧24靠近空腔27的一端与第一通孔20侧壁固定连接,压缩弹簧24另一端设置有限位块21。所述挡板17上靠近箱体1侧壁的一侧设置有与限位块21适配的限位槽22,所述限位块21靠近压缩弹簧24的一端与所述杠杆组件的另一自由端相对应。
所送杠杆组件靠近压缩弹簧24的的另一自由端设置有第三磁块25,所述限位块21靠近所述压缩弹簧24的一端设置有与所述第三磁块25相吸引的第四磁块23;自然状态时,第三磁块25与第四磁块23之间没有磁吸引力。
需要说明的是,杠杆组件包括杠杆32和支撑杠杆32的支点26,所述支点26固定设置在空腔27侧壁上,杠杆32撬动时,支点26位置不变。支点26的设置位置靠近第一通孔20,也就是说,杠杆32下方的自由端距离支点26的距离更大,与弹性片19连接的一自由端仅需要较小的力就能将另一自由端撬动。位于支点26两端的杠杆32质量不相同,由于靠近压缩弹簧24自由端的重心距离支点26的距离更短,为了获得更大的力矩,所以其需要更大的重量,才能使靠近压缩弹簧24的自由端远离压缩弹簧24,靠近弹性片19的自由端靠近弹性片19,即杠杆32下端向左偏移。
弹性片19可以为厚度较薄的弹簧片,其与第二通孔29内侧壁的连接部设置有弹性材料。当弹性片19被挤压时,由于设置了弹性材料,能够保证第二通孔29的密封性。
可以理解的是,空腔27和杠杆组件沿竖直方向设置在第一散热孔组件的中部,也就是说,第一散热孔9矩形排列,中间两竖排的第一散热之间的距离可以设置宽点,使第一散热不会穿过空腔27和杠杆组件,保证空腔27和杠杆组件的正常工作。
进一步的,为了提高杠杆组件的灵敏性,所述弹性片19靠近空腔27的一侧设置有连杆28,所述连杆28另一端与杠杆组件的一自由端固定连接,其连接部设置有第一磁块31,所述空腔27内与弹性片19正对的一侧壁上设置有与第一磁块31相吸引的第二磁块30;自然状态时,第一磁块31与第二磁块30之间没有磁吸引力。工作时,杠杆组件的该自由端由杠杆高点向低点移动时,当第一磁块31与第二磁块30之间出现磁吸引力时,能够快速将另一自由端由杠杆低点移动至高点。通过设置第一磁块31与第二磁块30,弹性片19仅需要获得较小的挤压力,就能控制挡板17工作,遮挡第一散热孔组件。
挡板17的工作原理是:自然状态时,如图6所示,弹性片19处于自然状态,弹性片19与与杠杆组件的一自由端固定连接,该自由端位于杠杆组件的高点;靠近压缩弹簧24的另一自由端位于杠杆组件的低点,压缩弹簧24处于压缩状态,将限位块21抵入限位槽22内,限制挡板17在箱体1侧壁上的位置。
工作时,如图7所示,外部水流的内部压强挤压弹性片19,弹性片19向第二通孔29内压缩,挤压杠杆组件的一自由端从高点向低点移动,使杠杆组件的另一自由端从低点向高点移动,第三磁块25不断靠近第四磁块23,当第三磁块25与压缩弹簧24接触时,第三磁块25、第四磁块23之间出现磁吸引力,在磁吸引力作用下,将限位块21从限位槽22吸入第一通孔20内,由于挡板17上半圆的重量更大,在重力作用下,绕固定轴18转动至遮挡住第一散热孔组件,防止水进入箱体1内。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形、变型、修改、替换,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电解铝母线保护柜,包括箱体(1),其特征在于:所述箱体(1)内设置有第一散热机构,所述第一散热机构包括辅助电路驱动的制冷组件,所述辅助电路包括辅助电源、与辅助电源电连接的温控组件,所述制冷组件的工作电路包括制冷电路,所述辅助电路与制冷电路通过继电器电连接;当箱体内温度达到一定值,所述温控组件连通辅助电路,继电器控制制冷组件工作。
2.根据权利要求1所述的电解铝母线保护柜,其特征在于:所述温控组件包括密封的试管(11),所述试管(11)中部填充有水银(12),其余部分填充有膨胀气体,所述辅助电源两端通过导线伸入所述试管(11)内上方气体中;当箱体(1)内温度升至一定值,试管(11)内水银(12)上升至连通辅助电路,驱动制冷组件工作。
3.根据权利要求1所述的电解铝母线保护柜,其特征在于:所述制冷组件包括设置在箱体(1)内侧壁上、开口朝向其相对侧壁的固定框(2),所述固定框(2)内设置有制冷U形管(4),所述制冷U形管(4)与制冷系统连接,所述制冷系统通过制冷电路控制启闭。
4.根据权利要求3所述的电解铝母线保护柜,其特征在于:所述固定框(2)开口端设置有打开/封闭固定框(2)的收卷组件,所述收卷组件包括设置在所述固定框(2)开口处的收卷筒(6),所述收卷筒(6)内设置有中心轴,所述中心轴上设置有涡卷发条弹簧(14),沿所述涡卷发条弹簧(14)长度方向设置有可收卷的密封板(5),所述涡卷发条弹簧(14)的自由端设置有钢绳(16),所述钢绳(16)另一端与第一电机(8)连接。
5.根据权利要求4所述的电解铝母线保护柜,其特征在于:所述固定框(2)上、平行于收卷方向的侧壁上开设有限制密封板(5)收卷方向的限位通孔(15);和/或,所述固定框(2)开口端设置有防护网(3)。
6.根据权利要求1所述的电解铝母线保护柜,其特征在于:所述箱体(1)内还设置有第二散热机构,所述第二散热机构包括设置在箱体(1)侧壁靠近下端的第一散热孔组件、设置在箱体(1)顶部的多个第二散热孔组件,第一散热孔组件包括多个第一散热孔(9),第二散热孔组件包括多个第二散热孔(10);
所述第一散热孔(9)为由内向外开口大小逐渐增大的通孔,所述第二散热孔(10)为由内向外开口大小逐渐减小的通孔。
7.根据权利要求6所述的电解铝母线保护柜,其特征在于:所述箱体(1)外侧壁上、位于第一散热孔组件处设置有可转动的挡板(17),所述第一散热孔组件下方、箱体(1)外侧壁上设置有水位感应组件;
自然状态时,挡板(17)位于第一散热孔组件上方;箱体(1)外部存在水时,水位感应组件驱动挡板(17)旋转至遮挡第一散热孔组件。
8.根据权利要求7所述的电解铝母线保护柜,其特征在于:所述箱体(1)外侧壁上设置空腔,所述空腔(27)沿竖直方向的上下两端分别设置有与外界连通的第一通孔(20)、第二通孔(29),所述水位感应组件包括设置在所述第二通孔(29)竖向截面上的弹性片(19),所述弹性片(19)靠近空腔(27)的一侧与杠杆组件的一自由端连接;所述第一通孔(20)内设置有压缩弹簧(24),所述压缩弹簧(24)靠近空腔(27)的一端与第一通孔(20)侧壁固定连接,其另一端设置有限位块(21),所述挡板(17)上设置有与限位块(21)适配的限位槽(22),所述限位块(21)靠近压缩弹簧(24)的一端与所述杠杆组件的另一自由端相对应。
9.根据权利要求8所述的电解铝母线保护柜,其特征在于:所述弹性片(19)靠近空腔(27)的一侧设置有连杆(28),所述连杆(28)另一端与杠杆组件的一自由端固定连接,其连接部设置有第一磁块(31),所述空腔(27)内与弹性片(19)正对的一侧壁上设置有与第一磁块(31)相吸引的第二磁块(30);自然状态时,第一磁块(31)与第二磁块(30)之间没有磁吸引力。
10.根据权利要求8所述的电解铝母线保护柜,其特征在于:所述杠杆组件靠近压缩弹簧(24)的另一自由端设置有第三磁块(25),所述限位块(21)靠近所述压缩弹簧(24)的一端设置有与所述第三磁块(25)相吸引的第四磁块(23);自然状态时,第三磁块(25)与第四磁块(23)之间没有磁吸引力。
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