CN1992096A - 在热交换器水腔内操作的装置和方法 - Google Patents

在热交换器水腔内操作的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在热交换器(1)的水腔(7)内操作的装置(10)，水腔包括基本上半球形的壁(6)和管板(5)，在所述壁的上部管板(5)由许多竖直孔(4)贯穿。该装置包括至少一个导轨(11)和机械手(20)，导轨提供有用于连接在管板(5)下表面上的连接构件并支承至少一个小车(15)，小车能够沿所述导轨(11)运动并安装有摆动提升装置(19)，机械手(20)包括一个连接基部(30)，连接基部提供有结合在管板(5)下表面上的结合构件和与提升装置(19)相互作用以将连接基部(30)拉靠在管板(5)上的驱动装置。本发明更具体地适用于压水核反应堆的蒸汽发生器。

Description

在热交换器水腔内操作的装置和方法
技术领域
本发明涉及在热交换器特别是压水核反应堆的蒸汽发生器的水腔内操作的装置和方法。
背景技术
压水核反应堆包括一回路，核反应堆的加压冷却水在一回路中循环，一回路通常包括几个环路，在每个环路上放置一台蒸汽发生器，它通过核反应堆的加压冷却水和给水之间的热交换提供给水的加热和蒸发，以便产生蒸汽，该蒸汽送到发电站的透平。压水核反应堆的蒸汽发生器包括通常为圆柱形的筒体和一个基本上半球形状的水腔，筒体的轴线竖直放置，筒体中放置热交换管束。半球形状在包围管束的筒体下面构成蒸汽发生器的下部。
一个很厚的管板水平地放置并且由竖直方向的按阵列布置的孔贯穿，所述管板提供在蒸汽发生器的上部和水腔之间的分隔。蒸汽发生器管束的管子通过其端部以密封方式接合和连接在管板的孔中。水腔一方面通过构成蒸汽发生器外壳的下部的半球形壁，另一方面通过具有许多孔以使管束的管子通过和连接的管板的下部水平表面限定。
管束的每个管子在其上部处弯曲并具有两个直管段，直管段的端部在将水腔分成两个腔室的隔板两侧接合在贯穿管板的孔内，每个腔室通过管子连接到一回路的管道，以使反应堆的冷却水进入水腔的一个腔室内，再进入管束的每根管子中。
在管束的管子内循环的加压冷却水被收回在水室的第二腔室内，由连接到水腔的第二腔室的一回路管道收集。
为了能够进入水腔，在限定水腔的腔室的半球形外壳的两个部分中的每一个上，水腔的半球形外壳被进入舱口或人孔贯穿。
在核反应堆运行过程中，管板、隔板和蒸汽发生器管束的热交换管的管壁经受机械和热应力。同样在管板和隔板之间的焊接区域也经受机械和热应力。
在一定的运行时间之后，这些应力可以引起裂纹出现或起始裂纹。裂纹必须加以探测，以便防止在给水所进入的蒸汽发生器外壳的内容积中加压冷却水的任何泄漏，以致如果裂纹扩展，它们不能损伤加压外壳的完整性。
因此，例如在核电站的计划停堆来将燃料组件再装入反应堆容器的过程中，定期进行蒸汽发生器管子的检查以及在管板和隔板之间的连接区域的检查是必要的。
如果裂纹或起始裂纹被探测到，必须执行操作以防止在恢复蒸汽发生运行时的泄漏风险和压力容器完整性受到损害。
检查和操作可以由在蒸汽发生器水腔内工作的操作人员执行。
这种技术具有使操作人员在含有活化材料的沉积物的高放射性区域内工作的缺点，这些活化材料由接触堆芯燃料组件的核反应堆冷却水循环带进水腔。因此，即使在极端快速地执行操作的情况下，而且每个操作人员出现在蒸汽发生器水腔内的时间很短，由操作人员接收的剂量可能也是相当大的。
因此，必须让许多操作人员执行操作，以便限制他们接收的剂量。
为了防止与操作人员必须进入水腔有关的缺点，已知的做法是利用从水腔外面遥控的装置执行检查操作并进行各种操作，例如去掉裂纹或起始裂纹或任何其他操作。
这些远距离操作装置使得可以减少操作人员处在蒸汽发生器内腔中的时间，甚至不再需要操作人员在水腔内操作。
相应地，已知的象人一样的机械手通过进入舱口被插进水腔并包括一个连接部件，该连接部件可以连接到这个舱口附近的水腔壁上。
人们还知道一些在蒸汽发生器水腔内操作的装置，该装置包括一块板和旋转台，所述板用于将该装置连接在管板下表面的下面，旋转台安装成在连接板上垂直于该板的轴线旋转，即在操作过程中绕垂直于管板的竖直轴线旋转。
该装置还包括一个或两个可伸缩臂，可伸缩臂以旋转方式固定地连接到旋转台，以便能够绕旋转台轴线旋转以扫过一个或两个环形区域。
至今使用的操作装置一般地说来是相当笨重的，以及在结构上是极端复杂的，并需要长时间和困难的操作，特别是将它们插入和放置在蒸汽发生器水腔内。
此外，这些装置通常是为特定操作设计的，特别地在机加工操作中不能承受很大的力。
而且，在操作的初始阶段中将该装置放置在水腔内是一个复杂的操作，它可能需要至少一个操作人员位于水腔的内部。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种避免上述缺点的在热交换器水腔内操作的装置和方法。
因此，本发明的目的是提供一种在热交换器的水腔内操作的装置，水腔包括基本上为半球形的壁，并且在该壁的上部由管板限定，该壁包括至少一个进入舱口，管板由许多竖直孔贯穿，所述装置的特征在于，它包括：
—至少一个导轨，所述导轨提供有连接在管板下表面上的连接构件，并支承至少一个小车，小车能够沿所述导轨运动并安装有摆动提升装置，和
—机械手，所述机械手包括连接基部，连接基部一方面提供有在所述导轨任一侧结合在管板下表面上的结合构件，另一方面提供有与提升装置相互作用以拉动连接基部靠在管板上的驱动装置。
根据本发明的其他特征：
—所述至少一个导轨包括至少一个放置在第一导轨的延伸部上的第二导轨和第二小车，小车能够沿导轨运动，该装置包括工具支架，该工具支架包括连接基部，连接基部一方面提供有在所述导轨任一侧结合在管板下表面上的构件，另一方面提供有与提升装置相互作用以拉动连接基部靠在管板上的驱动装置，
—所述至少一个导轨的所述连接构件由至少两个保持夹构成，每个保持夹用于插入在管板的竖直孔内，
—所述装置包括用于插进机械手的可动的倾斜装置，倾斜装置包括连接在进入舱口的外边缘的元件和支承机械手的板，机械手的连接基部面向进入舱口放置并能够在所述倾斜装置上运动，
—机械手和工具支架的连接基部由通常为平行六面体形状的支承板构成，支承板包括驱动装置的中心壳和在两个相对侧上用于定位导轨的凹槽，
—支承板在其一侧的至少一个凹槽内包括两个指引柱，每个指引柱用于插入到与管板的竖直孔相应的垫板的孔中，
—每个基部的支承板的结合构件包括至少两个液压保持夹，每个液压保持夹用于插入管板的竖直孔中，
—每个基部的支承板的结合构件包括四个液压保持夹，每个液压保持夹用于插入在管板的竖直孔中，所述夹子的每一个放置在支承板的拐角上，
—摆动提升装置由链条或缆绳构成，
—驱动装置由轮子构成，所述轮子由减速器带动旋转并提供有与提升装置接合的构件，和
—所述轮子是齿轮。
本发明的另一个目的是提供一种在热交换器的水腔内操作的方法，水腔包括基本上为半球形的壁，该壁包括至少一个进入舱口并且在该壁的上部由管板限定，管板由许多竖直孔贯穿，所述方法的特征在于：
—将至少一个导轨通过进入舱口插入水腔，所述导轨支承至少一个小车，小车能够沿所述导轨运动并安装有摆动提升装置，
—将所述导轨连接在管板的下表面上，
—在水腔的外边放置机械手，所述机械手包括连接基部，连接基部一方面提供有结合在管板下表面上和在所述导轨任一侧的结合构件，另一方面提供有与提升装置相互作用的驱动装置，
—将机械手的连接基部面向进入舱口放置，
—借助于与驱动装置相互作用的提升装置将机械手吊入水腔内，
—通过结合在竖直孔内的结合构件将机械手的连接基部连接在管板的下表面上的确定位置，和
—从水腔外边远距离控制机械手，以在该水腔内执行各种操作。
根据本发明的其他特征：
—一方面通过与提升装置相互作用的驱动装置的作用，另一方面借助于小车，将机械手运动到一个新预定位置以在水腔内执行一系列新的操作。
—在机械手的连接基部已经连接在管板下表面上之后，进行如下步骤：
—面向进入舱口放置工具支架的连接基部，该连接基部提供有用于在所述导轨任一侧结合在管板下表面上的结合构件和与提升装置相互作用的驱动装置，
—借助于与驱动装置相互作用的提升装置将工具支架吊入水腔内，
—在确定的位置，通过在竖直孔内的结合构件将工具支架的连接基部连接在管板下表面上，和
—从水腔外边远距离控制机械手，一方面在所述水腔内执行各种操作，另一方面通过使机械手的端部与在工具支架上待用的工具相互作用，进行完成操作所必需的工具更换。
附图说明
在阅读作为例子并参照附图给出的下列描述之后，本发明将更好理解，其中：
图1是包括水腔的蒸汽发生器下部的局部切除的示意透视图，在水腔中利用根据本发明的装置进行操作，
图2是一个倾斜装置的示意透视图，用于插进操作装置的机械手
图3是导轨和用于支承和移动机械手的小车的示意透视图，
图4是图3的导轨和小车的示意剖视图，
图5是用于将机械手连接到管板上的基部的示意透视图，
图6是机械手的工具支架一个例子的示意透视图，和
图7是配备有根据本发明的操作装置的蒸汽发生器水腔的局部示意透视图。
具体实施方式
图1示出热交换器例如核电站的蒸汽发生器的下部，一般地用附图标记1指示。蒸汽发生器1包括一般为圆柱形的外筒体2，在外筒体中放置由一套管子3构成的热交换管束。
通常，蒸汽发生器的热交换管束中的每根管子3具有U形状并包括一个弯曲的上部和两个直管段，直管段的底端接合和连接在管板5的竖直孔4内，管板5将蒸汽发生器1的上部与下部分开，上部包围管束的管子3，下部由构成蒸汽发生器1的水腔7的基本上为半球形的壁6限定。
这个水腔7在其上部由管板5的下表面限定。
水腔7由一个竖直隔板8分开成两个腔室，该隔板8放置在构成一个对称平面的管板5的径向平面内，蒸汽发生器1的管束的每根管子3的直管段的端部连接到该对称平面的每一侧。
隔板8将水腔7分成第一和第二腔室，它们分别连接到压水核反应堆的冷却水的入口管道和出口管道(未示出)，冷却水在由隔板8分开的入口腔室和出口腔室之间的管子3内部循环。这个隔板8构成通过连续焊缝连接到管板5的下表面的分隔板，该焊缝沿在管板5和隔板8之间的整个接触长度延伸。
图1的剖视平面是一个平行于隔板8的平面，以致水腔的两个腔室中只有一个在图1中是可见的。
水腔7的壁6由进入舱口9或人孔贯穿，使得可以进入水腔7的腔室内部，例如执行检查、修理、维护或机加工操作。
特别地，进入舱口9(图1)可以具体地用于将根据本发明的用附图标记10整体指示的操作装置插进蒸汽发生器的水腔7。该操作装置可以用于执行所有操作，例如检查、修理、机加工或维护。
操作装置10包括几个独立的元件，从而能够将操作构件插进水腔7内部并在所述水腔7内部移动这些操作构件。
如图1到3所示，操作装置包括至少一个导轨11，导轨11装备有连接在管板5下面的构件18。
如图2和3所示，导轨11由垫板12和滑道13构成，垫板12设计成作用在管板5的下表面，滑道13由垫板12支承，至少一个小车15在滑道上运动。滑道13沿导轨11的垫板12的整个长度延伸，在每个滑道13的纵向边缘上具有与行走滚轮16相互作用的V形轮廓，行车滚轮16由小车15支承并具有与滑道13的纵向边缘匹配的形状。
在图2和3中示出的示范实施例中，每个滚轮16都具有双轮(dualwheel)形状。
优选地，导轨11由两部分导轨构成，以便使它们较容易地通过进入舱口9插进水腔7，每个导轨11包括连接在管板5下面的构件。
这些连接构件优选地包括一个临时保持夹17和三个保持夹18，保持夹沿导轨11的垫板12的整个长度分布，如图2所示。临时保持夹17还能将小车15锁到导轨11上。临时保持夹17和保持夹18是常规类型的，每个夹子包括管状套筒，管状套筒能够径向膨胀，其名义外径稍微小于竖直孔4的内径。夹子17的管状套筒的膨胀优选地由手动控制，夹子18的管状套筒的膨胀是从水腔7外边通过一个合适的已知的类型的操作构件操作的。
临时保持夹17能将导轨11保持在管板5的下表面上，同时导轨11通过保持夹18被连接。
导轨11可以包括几个小车15，用于两个不同元件的支承和运动，这将在下面看到。
如图2所示，小车15安装有摆动提升装置19，它由链条或缆绳或由任何其他的已知类型的合适构件构成。
操作装置还包括机械手，其整体用附图标记20指示。工业类型的这种机械手20包括几个彼此活动连接的臂元件21，以允许自由端22在空间中作大约覆盖360°的运动。机械手20的自由端22装备有连接水腔7内的操作工具的装置或适合于要执行操作的观察或检查构件。
机械手20包括连接在管板5下面的基部30，如图5所示，这个连接基部30由一般为平行六面体形状的支承板31构成。连接在管板5下面的基部30的支承板31包括一个中心壳32，在壳内放置与提升装置19相互作用的驱动装置33，以便拉动基部30靠在所述管板上。驱动装置33由放置在盒34内的一个轮子(未示出)构成，这个轮子由轴35支承，该轴35由减速器36带动旋转，该减速器36由扭矩限制器(未示出)保护。这个轮子配备有与提升装置19接合的构件，如果提升装置19由链条构成，则轮子是一个齿轮。为此，盒34包括链条19进入的开口34a和链条19出来的开口34b。
而且，支承板31在其两个相对侧上包括用于定位导轨11的凹槽37。至少一个凹槽37配备有两个指引柱(indexing post)38。这些指引柱38是已知类型的，每个指引柱包括一个弹簧(未示出)，使它们在滑道13两侧压在垫板12的下表面，垫板12具有与管板5的预定孔4相应的孔12a。支承板31还包括至少两个已知类型的液压保持夹40，每个液压保持夹优选地用于穿进管板5的竖直孔4，如图5所示，支承板31设置有四个液压保持夹40，每个液压保持夹放置在支承板31的转角处。这些保持夹40是已知类型的，每个保持夹都包括一个径向可膨胀的管状套筒，以使每个夹子连接在竖直孔4中，以将基部30和机械手保持在水腔7内的管板5的下面。
为了更容易地将机械手20插进水腔7，本发明的装置包括一个倾斜装置50(图1和4)，用于支承和插进机械手20。倾斜装置50是可活动的，设置有用于连接到进入舱口9的外周边上的元件51并包括用于支承机械手20的板52，机械手的基部30面向进入舱口9放置。小车52能够在倾斜装置50上运动。
本发明的装置还包括至少一个第二小车15，它能够在导轨11上运动，与第一小车15一样。
如图6所示，本发明的装置还包括工具支架60，工具支架包括连接基部30，所述连接基部30与机械手20的连接基部30一样。这个连接基部提供有两个指引柱38、用于在导轨11每一侧结合在管板5下面的结合构件40、和带有提升装置19以将工具支架60的连接基部30拉靠在管板5上的驱动装置33。按常规方式，工具支架60包括一些开槽，每个开槽用于接收适合于由机械手要做的工作的工具61。这个工具61例如可以是用于检查的构件或用于观察的构件或用于机加工水腔7内零件的构件。
操作装置10按下列方式放置在水腔7内部。
首先，一个位于水腔7内的操作人员通过进入舱口9接收第一导轨11，小车15由临时夹子17锁紧到导轨11上。该操作人员借助于夹子17将导轨11保持在管板5的下表面上，同时将在导轨11每端的保持夹18在竖直孔4中拧到确定的扭矩。操作人员然后取下临时夹子17以释放小车15，并锁紧基本上位于导轨11中心线上的保持夹18。然后，他对第二导轨11执行同样的操作，以致导轨11构成了连续的滑道。导轨11因此包括两个小车15，在水腔7内每个小车吊挂着一个链条19。
然后，处在水腔外的操作人员通过连接元件51将倾斜装置50夹紧到进入舱口的外边缘上。如图4所示，倾斜装置50的小车52支承机械手20，该机械手的连接基部30面向进入舱口9放置。
操作人员将链条19的自由端插入由机械手20的基部支承的驱动装置33的开口34a，并使链条19和驱动装置33的齿轮接合。链条的端部通过出口开口34b出来。驱动装置33的齿轮由减速器36驱动。
借助于绞车(未示出)，小车52在倾斜装置50上运动，以便将机械手20插入，直到它的第一关节已在水腔7内。机械手20然后折叠以更容易地将它插进水腔7。小车15能够在导轨11的滑道13上自由地平移运动，小车15达到和机械手的轴同样高度，一旦进入所述水腔7，机械手20折叠以防止其撞到水腔7的臂，这样它处在找到平衡点的位置，以使连接基部30的上表面和管板5平行。
机械手20然后通过驱动装置33的链条19和齿轮来提升，直到两个带弹簧的指引柱38压在滑道13每侧的垫板12的下表面上，以便实现侧向定位。机械手20由操作人员从水腔7外边借助于一根杆在导轨11上运动，以使指引柱38放置在垫板12的孔12a内。机械手再由驱动装置33的链条19和齿轮吊起，以使连接基部30的板31的支承表面接触管板5的下表面。每个保持夹40如指引柱38那样使其自身定位在管板5的竖直孔4内。连接基部30的正确平整由两个运动传感器控制(未示出)。当这个连接基部30被施压平靠在管板5下表面上时，机械手20借助于液压保持夹40被锁紧到所述管板5上。
这样，机械手20连接到在管板5下面的预定位置。
操作人员执行同样操作，借助于其连接基部30也把工具支架60连接在管板5下面。
操作人员从水腔7外边远距离控制机械手20，从而利用由工具支架60支撑的工具61执行各种操作，诸如检查、观察操作或机加工操作。
一旦机械手20已经在水腔7的确定区域已经执行完这些操作，机械手20能够与管板5脱开并借助于与驱动装置33的齿轮相互作用的链条19下降，以及借助于小车15运动到一个新预定位置以执行一系列新的水腔7内的操作。
这些操作能够在任何时间在不需要操作人员出现在蒸汽发生器的水腔内部的情况下执行。
特别地，机械手和工具支架在水腔内部的插入、放置和连接可以完全从水腔外边执行。

Claims (14)

1.一种在热交换器(1)的水腔(7)内操作的装置，水腔(7)包括基本上为半球形的壁(6)，并且在该壁的上部由管板(5)限定，该壁包括至少一个进入舱口(9)，管板由许多竖直孔(4)贯穿，所述装置的特征在于，它包括：
—至少一个导轨(11)，所述导轨提供有连接在管板(5)下表面上的连接构件(18)，并支承至少一个小车(15)，小车能够沿所述导轨(11)运动并安装有摆动提升装置(19)，和
—机械手(20)，所述机械手包括连接基部(30)，连接基部一方面提供有在所述导轨(11)任一侧结合在管板(5)下表面上的结合构件(40)，另一方面提供有与提升装置(19)相互作用以拉动连接基部(30)靠在管板(5)上的驱动装置(33)。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述至少一个导轨(11)包括至少一个放置在第一导轨的延伸部上的第二导轨和第二小车(15)，小车(15)能够沿导轨(11)运动，该装置包括工具支架(60)，该工具支架包括连接基部(30)，连接基部一方面提供有在所述导轨(11)任一侧结合在管板(5)下表面上的构件(40)，另一方面提供有与提升装置(19)相互作用以拉动连接基部(30)靠在管板(5)上的驱动装置(33)。
3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，所述至少一个导轨(11)的所述连接构件由至少两个保持夹(18)构成，每个保持夹用于插入在管板(5)的竖直孔(4)内。
4.根据权利要求1到3中的任何一项权利要求的装置，其特征在于，所述装置包括用于插进机械手(20)的可动的倾斜装置(50)，倾斜装置包括连接在进入舱口(9)的外边缘的元件(51)和支承机械手(20)的板(52)，机械手的连接基部(30)面向进入舱口(9)放置并能够在所述倾斜装置(50)上运动。
5.根据权利要求1至4中的任何一项权利要求的装置，其特征在于，机械手(20)和工具支架(60)的连接基部(30)由通常为平行六面体形状的支承板(31)构成，支承板(31)包括驱动装置(33)的中心壳(32)和在两个相对侧上用于定位导轨(11)的凹槽(37)。
6.根据权利要求5的装置，其特征在于，支承板(31)在其一侧的至少一个凹槽(37)内包括两个指引柱(38)，每个指引柱(38)用于插入到与管板(5)的竖直孔(4)相应的垫板(12)的孔中。
7.根据权利要求1到6中的任何一项权利要求的装置，其特征在于，支承板(31)的结合构件包括至少两个液压保持夹(40)，每个液压保持夹(40)用于插入在管板(5)的竖直孔(4)中。
8.根据权利要求1到6中的任何一项权利要求的装置，其特征在于，支承板(31)的结合构件包括四个液压保持夹(40)，每个液压保持夹(40)用于插入在管板(5)的竖直孔(4)中，所述夹子(40)的每一个放置在支承板(31)的拐角上。
9.根据权利要求1到8中的任何一项权利要求的装置，其特征在于，摆动提升装置(19)由链条或缆绳构成。
10.根据权利要求1到9中的任何一项权利要求的装置，其特征在于，驱动装置(33)由轮子构成，所述轮子由减速器(36)带动旋转并提供有与提升装置(19)接合的构件。
11.根据权利要求10的装置，其特征在于，所述轮子是齿轮。
12.一种在热交换器(1)的水腔(7)内操作的方法，水腔包括基本上为半球形的壁(6)，该壁包括至少一个进入舱口(9)并且在该壁的上部由管板(5)限定，管板由许多竖直孔(4)贯穿，所述方法的特征在于：
—将至少一个导轨(11)通过进入舱口(9)插入水腔(7)，所述导轨(1)支承至少一个小车(15)，小车能够沿所述导轨(11)运动并安装有摆动提升装置(19)，
—将所述导轨(11)连接在管板(5)的下表面上，
—在水腔(7)的外边放置机械手(20)，所述机械手(20)包括连接基部(30)，连接基部一方面提供有结合在管板(5)下表面上和在所述导轨(11)任一侧的结合构件(40)，另一方面提供有与提升装置(19)相互作用的驱动装置(33)，
—将机械手(20)的连接基部(30)面向进入舱口(9)放置，
—借助于与驱动装置(33)相互作用的提升装置(19)将机械手(20)吊入水腔(7)内，
—通过结合在竖直孔(4)内的结合构件(40)将机械手(20)的连接基部(30)连接在管板(5)的下表面上的确定位置，和
—从水腔(7)外边远距离控制机械手(20)，以在该水腔(7)内执行各种操作。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，一方面通过与提升装置(19)相互作用的驱动装置的作用，另一方面借助于小车(15)，将机械手(20)运动到一个新预定位置以在水腔(7)内执行一系列新的操作。
14.根据权利要求12或13的方法，其特征在于，在机械手(30)的连接基部(30)已经连接在管板(5)下表面上之后，进行如下步骤：
—面向进入舱口(9)放置工具支架(60)的连接基部(30)，该连接基部提供有用于在所述导轨(11)任一侧结合在管板(5)下表面上的结合构件(40)和与提升装置(19)相互作用的驱动装置(33)，
—借助于与驱动装置(33)相互作用的提升装置(19)将工具支架(60)吊入水腔(7)内，
—在确定的位置，通过在竖直孔(4)内的结合构件(40)将工具支架(60)的连接基部(30)连接在管板(5)下表面上，和
—从水腔(7)外边远距离控制机械手(20)，一方面在所述水腔内执行各种操作，另一方面通过使机械手(20)的端部与在工具支架(60)上待用的工具相互作用，进行完成操作所必需的工具更换。
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