DD261208B5 - Method for detecting sudden imbalance changes on the rotating machinery - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Nachweis ploetzlicher Unwuchtaenderungen an den Laufzeugen rotierender Maschinen, insbesondere grosser Turbomaschinen. Zur Ermittlung geringfuegiger ploetzlicher Unwuchtaenderungen werden die messtechnisch aus dem breitbandigen Schwingungssignalspektrum ermittelten Veraenderungen des drehfrequenten Anteils fuer die Schwinggeschwindigkeit bzw. den Schwingweg benachbarter Lager- bzw. Schwellenschwingungsmessebenen als systemaequivalente Unwuchtaenderungen gegenueber einem Bezugswert nach den BeziehungenDV1NA1K 2K(DV1NhDV1Nv) iDS1NA1K 2K(DS1NhDS1Nv) ibzw. bei Ermittlung von Transienten nach den BeziehungenTV1NA1K 2K(TV1NhTV1Nv) iTS1NA1K 2K(TS1NhTS1Nv) isummiert und als Diagnosekenngroessen fuer die ploetzliche Unwuchtaenderung herangezogen und ausgewertet, z. B. zur Anzeige gebracht und/oder ueberwacht. FigurMethod for detecting sudden imbalance changes on the rotating machinery, in particular large turbomachinery. In order to determine slight sudden imbalance changes, the changes in the rotational frequency component for the vibration velocity or the vibration path of adjacent bearing or threshold vibration measurement planes are measured as system-equivalent imbalance changes compared to a reference value according to the relations DV1NA1K 2K (DV1NhDV1Nv) iDS1NA1K 2K (DS1NhDS1Nv) ibzw. when determining transients according to the relationships TV1NA1K 2K (TV1NhTV1Nv) iTS1NA1K 2K (TS1NhTS1Nv) and summed up as diagnostic parameters for the sudden imbalance change and evaluated, z. B. displayed and / or monitored. figure
Description
! Σ (AV1Nh ! Σ (AV1N h
1NS 1N S
2 K.2 K.
1 Ns = -Vz (AS 1 Nh + AS 1 NJ i 2 K1 N s = -Vz (AS 1 N h + AS 1 NJ i 2 K
und/oder bei kontinuierlicher Messung der drehfrequenten Anteile und Ermittlung von Transienten der Zeigerveränderungen dieser drehfrequenten Signalanteile, gebildet als Zeigerdifferenz zwischen dem aktuellen Wert und dem ständig veränderlichen Bezugswert, der dem Wert der Kenngröße des vorangegangenen Meßzyklus entspricht, die systemäquivalente transiente Unwuchtänderung nach den Beziehungenand / or with continuous measurement of the rotational-frequency components and determination of transients of the changes in the position of these rotational-frequency signal components, formed as a pointer difference between the current value and the constantly variable reference value corresponding to the value of the characteristic of the preceding measurement cycle, the system-equivalent transient imbalance change according to the relationships
TV1NS= -J-Z(TVI Nh+ TV1 Nv) i 2 K.TV1N S = -JZ (TVI N h + TV1 N v) i 2 K.
TS1 Ns = -Jj^I (TS1 Nh + TS1 NJ iTS1 N s = -JJ ^ I (TS1 TS1 N h + i NJ
als Diagnosekenngröße für plötzliche Unwuchtänderungen gebildet und ausgewertet werden, z. B. zur Anzeige gebracht und/oder überwacht werden, wobei in den Beziehungenbe formed and evaluated as a diagnostic characteristic for sudden imbalance changes, z. B. displayed and / or monitored, wherein in the relationships
V1 N- Drehfrequenter Anteil der SchwinggeschwindigkeitV1 N- rotational frequency of vibration velocity
SIN- Drehfrequenter Anteil des SchwingwegesSIN- Rotational frequency component of the vibration path
h - horizontalh - horizontal
ν - vertikalν - vertical
i - benachbarte Lager bzw. Wellenschwingungsmeßebenen K - Anzahl der Meßebeneni - adjacent bearings or wave vibration measurement planes K - number of measurement planes
A - SummenwertA - Sum value
bedeuten.mean.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Auswahl der zu summierenden Änderungen der drehfrequenten Anteile in Abhängigkeit von den für das jeweilige Läufer-/ Lagersystem der rotierenden Maschine wirkenden Einflußvektoren für Unwuchtänderungen des betreffenden Läuferbereiches vorgenommen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the selection of the changes to be summed the rotational frequency components is made in response to the influence vectors acting for the respective rotor / bearing system of the rotating machine influence for imbalance changes of the respective rotor area.
Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Schwingungsuberwachung fur die Diagnose kleiner, plötzlicher Unwuchtanderungen der Laufzeuge rotierender Maschinen, insbesondere großer thermischer Turbomaschinen, mit dem Ziel der Schadensfruherkennung und Verhinderung von Folgeschaden.The present invention relates to a method for selective vibration monitoring for the diagnosis of small, sudden imbalance changes of the rotating machinery, in particular large thermal turbomachinery, with the aim of damage detection and prevention of consequential damage.
Zur Ermittlung der Große der vorhandenen Unwucht von Lauferstrangen rotierender Maschinen sowie zur Überwachung und Signalisierung plötzlich auftretender Unwuchtanderungen sind Verfahren entwickelt worden, welche die drehfrequenten Anteile aus einem breitbandigen Frequenzspektrum von Schwingungssignalen selektiv angeben und dann durch Vergleich mit dem Meßwert vor der eingetretenen Unwuchtanderung den Nachweis des Eintritts gestatten (DD 158581) Die Überwachung erfolgt dabei emkanalig mittels Meßstellenumschalter oder mehrkanalig in Quasr-Echtzeit, wie sie in modernen Schwingungsuberwachungsanlagen (z B DE 3017327, 3112188) realisiert ist, wobei neben dem Ist-Wert des drehfrequenten Schwingungsanteiles die Veränderung gegenüber einem Bezugswert aus früheren Messungen sowie der Transient der zeitlichen Veränderung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen bestimmt und die Große der Veränderungen mit vorgeschriebenen Grenzwerten verglichen und Grenzwertuberschreitungen signalisiert werden Probleme bereiten dabei neben Fehlern in der Aufnehmermeßkette und defekten Aufnehmern, welche durch Uberwachungs- und Fehlalarmunterdruckungsschaltung geratetechnisch kompensiert werden, das Erkennen geringer plötzlicher Unwuchtanderungen, da hierbei weder vorgegebene Signalisationsgrenzwerte, die im Interesse der Vermeidung von Fehlsignalisationen bestimmte Mindestwerte erfordern, noch festgelegte Alarmgrenzen überschritten werden Außerdem treten insbesondere bei großen thermischen Turbomaschinen betriebsbedingte, teilweise recht schnell wirkende Änderungen im Schwingungsmveau an einzelnen Lagerbereichen auf, welche von massebedingten Unwuchtanderungen zu unterscheiden sindTo determine the size of the existing imbalance of Lauferstrangen rotating machinery and for monitoring and signaling suddenly occurring imbalance changes methods have been developed which specify the rotational frequency components of a broadband frequency spectrum of vibration signals selectively and then by comparison with the measured value before the occurred Unwuchtanderung the proof of Admit admission (DD 158581) The monitoring is done emkanalig means Meßstellenumschalter or multi-channel in Quasr real-time, as implemented in modern vibration monitoring systems (eg DE 3017327, 3112188), wherein in addition to the actual value of the rotational frequency vibration component, the change from a reference value determined from previous measurements as well as the transient of the temporal change between two consecutive measurements and the magnitude of the changes compared with prescribed limits and threshold exceedances sig be nalized Problems are doing next to errors in the Aufnehmermeßkette and defective sensors, which are compensated devices technically monitoring and Fehlalarmunterdruckungsschaltung, recognizing less sudden imbalance changes, since it does not specified signaling limits that require the sake of avoiding faulty Signage certain minimum values, nor set alarm limits In addition, especially in large thermal turbomachinery operating, sometimes quite rapidly acting changes in the vibration level at individual storage areas, which are to be distinguished from mass imbalances
Ziel der Erfindung ist eine aussagefahigere Beurteilung des mechanischen Zustandes von rotierenden Maschinen, insbesondere von großen thermischen Turbomaschinen, als sie mit bisherigen Verfahren und Einrichtungen zur kontinuierlichen Schwingungsuberwachung und -diagnose möglich istThe aim of the invention is a more meaningful assessment of the mechanical state of rotating machinery, in particular of large thermal turbomachinery, as it is possible with previous methods and devices for continuous vibration monitoring and diagnosis
Dem Bedienpersonal sollen Informationen über geringe, plötzliche Unwuchtanderungen und sich im weiteren daraus entwickelnde Störungen gegeben werden, um Folgeschaden weitestgehend zu verhindernThe operator should be given information about small, sudden imbalance and further resulting from it disturbances to prevent consequential damage as much as possible
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das mit geringem zusätzlichen Gerate- und schaltungstechnischen Aufwand durch Verknüpfung von aus dem breitbandigen Schwingungssignalspektrum ermittelten Veränderungen der drehfrequenten Anteile fur den Schwingweg und die Schwinggeschwindigkeit eine fur den Nachweis geringer, plötzlicher Unwuchtanderungen geeignete Kenngroße liefertThe invention has for its object to develop a method that provides a suitable for the detection of small, sudden Unwuchtanderungen characteristic with little additional equipment and circuit complexity by combining determined from the broadband oscillation signal spectrum changes in the rotational frequency components for the vibration path and the vibration velocity
Erfindungsgemaß werden dazu mit den nach bekannten Verfahren der Schwingungsuberwachung ermittelten drehfrequenten Anteilen der Schwingungssignale und den damit bestimmten Veränderungen gegenüber einem Bezugszustand bzw den transienten Veränderungen eine Summierung der jeweiligen Werte der horizontalen und vertikalen Schwingrichtungen benachbarter Meßebenen vorgenommen und Summenwerte Δ V 1 NA und AS 1 NA fur die Schwinggeschwindigkeit und den Schwingweg nach den BeziehungenIn accordance with the invention, summation of the respective values of the horizontal and vertical directions of oscillation of adjacent measurement levels is carried out with the rotational frequency components of the vibration signals determined by known vibration monitoring methods and the changes therewith relative to a reference state or the transient changes and summation values ΔV 1 N A and AS 1 N A for the vibration velocity and the vibration path according to the relationships
ДѴ1 NA = -^-Σ (ДѴ1 Nh + ДѴ1 Nv)i 2 KДѴ1 N A = - ^ - Σ (ДѴ1 N h + ДѴ1 N v ) i 2 K
AS 1 Na = — ]— Σ (AS 1 Nh + AS 1 NJ ι 2 KAS 1 Na = - ] - Σ (AS 1 N h + AS 1 NJ 2 K
bzw bei kontinuierlicher Messung der drehfrequenten Anteile und Ermittlung von Transienten T der Zeigerveranderungen dieser drehfrequenten Sig na lantei Ie-gebildet a Is Zeigerdifferenz zwischen dem aktuellen Wert und dem des vorhergegangenen Meßzyklus - nach den Beziehungenor with continuous measurement of the rotational-frequency components and determination of transients T of the pointer changes of these rotational-frequency sigma lantei Ie-formed a Is pointer difference between the current value and that of the previous measurement cycle - according to the relationships
TV1NA = -V Σ (TV 1Nh+ TVIN7)!TV1N A = -V Σ (TV 1N h + TVIN 7 )!
2 IN2 IN
TS1 NA = — ]— Σ (TS 1 Nh + TS1 NJ ι 2 KTS1 N A = - ] - Σ (TS 1 N h + TS1 NJ 2 K
als Diagnosekenngroße fur die plötzliche Unwuchtanderung gebildet und ausgewertet, ζ B zur Anzeige gebracht und/oder überwachtformed and evaluated as a diagnostic parameter for the sudden imbalance, ζ B displayed and / or monitored
In den Beziehungen bedeutenIn relationships mean
V1 N DrehfrequenterAnteilderSchwinggeschwindigkeitV1 N Rotational frequency of the swinging speed
S1 N Drehfrequenter Anteil des SchwingwegesS1 N Rotational frequency component of the vibration path
A SummenwertA total value
h horizontalh horizontal
ν vertikalvertical
ι benachbarte Lager-bzw Wellenschwingungsmeßebenenι adjacent bearing or Wellenschwingungsmeßebenen
K Anzahl der MeßebenenK number of measurement levels
Es wird dabei der physikalische Zusammenhang berücksichtigt, daß sich eine Unwuchtanderung am Laufzeug entsprechend den vorliegenden Einflußvektoren sowohl in horizontaler und in vertikaler Schwingrichtung an beiden Lager- und Wellenschwingungsmeßebenen als auch darüber hinaus beim gekoppelten Wellenstrang noch an weiteren benachbarten Schwingungsmeßebenen (abhangig von den dynamischen Eigenschaften des Laufer-ZLagerVFundamentsystems des Typs der rotierenden Maschine sowie von der Lage der Ebene der Unwuchtanderung und der Urunwucht) durch unterschiedliche Änderungen der Unwuchtzeiger gleichzeitig bemerkbar macht Durch die Summierung dieser Unwuchtanderung, wobei alle Werte positiven Betrag haben,It takes into account the physical context that an imbalance change on the rotor according to the present influence vectors in both horizontal and vertical vibration direction at both bearing and Wellenschwingungsmeßebenen and beyond the coupled shaft train at other adjacent vibration levels (depending on the dynamic properties of the Laufer-ZLagerVFundamentsystems of the type of the rotating machine, and at the same time makes apparent from the position of the plane of the initial unbalance and Unwuchtanderung) by different changes to the unbalanced pointers by summing these Unwuchtanderung, where all values are positive amount,
(Betrage der Zeigerveranderungen(Amount of pointer changes
AVIN = ѴТЙ - vTfts„ug,AVIN = ѴТЙ - vTft s " ug ,
AS 1 N = sTW - STf^ug bzw TV1 N = TVuT(t) - TVTW (t - At), TS1 N = TSTW (t) - TSTW (t - At))AS 1 N = sTW - STf ^ ug or TV1 N = TVuT (t) - TVTW (t - At), TS1 N = TSTW (t) - TSTW (t - At))
zu den Diagnosekenngroßen werden die neuen Diagnosekenngroßen betragsmaßig als Summe bedeutend großer und gestatten damit, geringe, plötzliche Unwuchtanderungen zu erkennen und sie von betriebsbedingten, fur insbesondere große thermische Turbomaschinen, typische und teilweise relativ schnell wirkende Veränderungen im Schwingungsniveau an einzelnen Lagerbereichen zu unterscheidento the Diagnosekenngroßen the new diagnostic parameters in terms of amount as a sum of significantly larger and allow to detect small, sudden imbalance changes and to distinguish them from operational, especially large thermal turbomachinery, typical and sometimes relatively fast-acting changes in vibration levels at individual storage areas
Die Auswahl der zu verknüpfenden Meßebenen kann durch Rechnungen der erzwungenen Schwingungen des dynamischen Modells der rotierenden Maschinen, durch Modellversuche bzw durch statistische Auswertung vorliegender Betriebs- und Versuchsmessungen an den betreffenden Maschinen vorgenommen werdenThe selection of the measurement levels to be linked can be made by computations of the forced vibrations of the dynamic model of the rotating machines, by model tests or by statistical evaluation of existing operating and test measurements on the machines in question
Ausfuhrungsbeispielexemplary
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfuhrungsbeispiel naher erläutert werden Die zugehörige Zeichnung zeigt dazu eine mögliche Ausfuhrungsform zur Realisierung des erfindungsgemaßen Verfahrens im Blockschaltbild Die Schwingungen einer zu überwachenden und zu diagnostizierenden rotierenden Maschine werden durch eine Mehrzahl von Lager- und/oder Wellenschwingungsaufnehmern 1 a erfaßt Die elektrischen Ausgangssignale der Schwingungsaufnehmer bzw der den Schwingungsaufnehmern zugehörigen Anpaßbausteine 1 b gelangen an den Verstarker 2 des jedem Schwingungsaufnehmer zugeordneten und völlig selbständigen Schwingungsuberwachungsgerates In der Zeichnung ist zur Vereinfachung nur ein Meßkanal fur eine Lagerschwingungsmeßstelle dargestellt Das Überwachungsgerät realisiert in analoger Meßwertverarbeitung die dem Stand derTechnik entsprechende breitbandige und selektive Echtzeituberwachung des Schwingungssummenpegels, des dreh- und doppeltdrehfrequenten Signalanteiles sowie deren Veränderungen auf Grenzwertuberschreitung Die Überwachungsgeräte besitzen einen nahezu vom Aufnehmertyp unabhängigen prinzipiellen Aufbau Unterschiede sind durch mögliche elektrische Signalintegration bei Lagerschwingungsaufnehmern durch den Frequenzbereich bei der Bandpaßfilterung des Meßsignales und die Art des Filterverfahrens zur Gewinnung der selektiven Signalanteile gegeben Im einzelnen sind fur ein Überwachungsgerät außer dem Schwingungsaufnehmer 1 a folgende Funktionselemente typischThe accompanying drawings show a possible embodiment for implementing the method according to the invention in a block diagram. The oscillations of a rotating machine to be monitored and diagnosed are detected by a plurality of bearing and / or shaft vibration sensors 1a In the drawing is shown for simplicity only a measuring channel for a Lagerschwingungsmeßstelle The monitoring device realized in analogue Meßwertverarbeitung the state of the art corresponding broadband and selective real-time monitoring of the vibration sum level, the rotational and double-rotational frequency signal component and de Differences to limit value overrun The monitoring devices have an almost independent of the transducer type fundamental structure differences are given by possible electrical signal integration in bearing vibration transducers by the frequency range in the bandpass filtering of the measuring signal and the type of filtering method for obtaining the selective signal components Specifically, for a monitor except the vibration sensor 1 a following functional elements typical
- Verstarker 2- Amplifier 2
- Integrator 3, um im Bedarfsfall das gemessene Signal in das zu überwachende umzuwandeln- Integrator 3, if necessary, to convert the measured signal into the monitored
- Bandpaßfilter 4, um unwichtige Teile des Spektrums zu unterdrucken- Bandpass filter 4, to suppress unimportant parts of the spectrum
- Schmalbandfilteremrichtungen 5 mit steuerbarer Mittenfrequenz zur Ausfilterung der dreh- und doppeltdrehfrequenten Signalanteile- Narrow band filter 5 with controllable center frequency for filtering the rotational and double-rotational frequency signal components
- Synchronisier- und Steuereinrichtung 6 zur exakten Einstellung der Mittenfrequenzen der Schmalbandfilteremrichtungen 5 auf die Maschinendrehfrequenz und die doppelte Maschinendrehfrequenz mittels eines, von der Maschinenwelle mit dem Aufnehmer 7 pro Rotordrehung abgeleiteten Impulses- Synchronizing and control device 6 for the exact setting of the center frequencies of the narrow band filter devices 5 on the engine rotational frequency and the double engine rotational frequency by means of a, derived from the machine shaft with the pickup 7 per rotor rotation pulse
- Gleichrichter 8 zur Quantifizierung der ausgefilterten Signalanteile (es wird ein dem Spitze-Spitze , Spitze- oder Effektivwert proportionales Gleichspannungssignal gebildet)Rectifier 8 for quantizing the filtered-out signal components (a DC signal proportional to the peak-to-peak, peak-to-peak or rms value is formed)
- Signalauswertebaugruppe 9 (Schwellwertschalter) zur Klassifizierung der Signalanteile sowie deren Veränderungen und fur die Ableitung von Kontroll- und Warnsignalen- Signal evaluation module 9 (threshold value switch) for the classification of the signal components as well as their changes and for the derivation of control and warning signals
- Bausteine 10 fur die Realisierung von Warnsignalen und Schutzmaßnahmen- Building blocks 10 for the realization of warning signals and protective measures
- Zeigerinstrumente oder Zifferanzeigen 11 zur Anzeige der zu überwachenden Parameter- Pointer instruments or numeric displays 11 for displaying the parameters to be monitored
- Testoszillator 12 zur Überprüfung der gesamten Meßeinrichtung- Test oscillator 12 for checking the entire measuring device
Entsprechend der erfindungsgemaßen erweiterten Ausnutzung des Informationsgehaltes der Schwingungssignale werden die Signalpegel nach den Gleichrichtern 8 einer analogen oder digitalen Rechenschaltung 13 zugeführt, mit deren Hilfe die systemaquivalenten Unwuchtanderungen bzw die systemaquivalenten transienten Unwuchtanderungen als charakteristische Diagnosekenngroßen fur die Erkennung geringer Unwuchtanderungen gemäß den genannten Beziehungen ermittelt werden Die Summenwerte AV1 NA, AS1 NA bzw TV1 NA, TS1 NA werden zusätzlich der Signalauswertebaugruppe 9 zugeführt, dereine Anzeigeeinheit 11 und eine Signalisierungseinheit 10 nachgeordnet ist Es erfolgt damit eine Überwachung der Pegel und eine Signalisation bei GrenzwertuberschreitungenAccording to the invention extended utilization of the information content of the vibration signals, the signal levels are fed to the rectifiers 8 of an analog or digital arithmetic circuit 13, with the help of the system equivalent imbalance or the system equivalent transient imbalance changes are determined as characteristic diagnosis parameters for the detection of minor imbalance changes according to the above-mentioned relationships Summation values AV1 N A , AS1 N A or TV1 N A , TS1 N A are additionally fed to the signal evaluation module 9, which is followed by a display unit 11 and a signaling unit 10. This results in monitoring of the levels and signaling in the event of limit value overruns
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD30209587A DD261208B5 (en) | 1987-04-24 | 1987-04-24 | Method for detecting sudden imbalance changes on the rotating machinery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD30209587A DD261208B5 (en) | 1987-04-24 | 1987-04-24 | Method for detecting sudden imbalance changes on the rotating machinery |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DD261208A1 DD261208A1 (en) | 1988-10-19 |
DD261208B5 true DD261208B5 (en) | 1995-03-23 |
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ID=5588480
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DD30209587A DD261208B5 (en) | 1987-04-24 | 1987-04-24 | Method for detecting sudden imbalance changes on the rotating machinery |
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DD (1) | DD261208B5 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007038173B4 (en) * | 2006-08-15 | 2016-10-20 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) | Unbalanced motor shaft diagnostic system for a high-speed compressor |
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---|---|---|---|---|
CN110907031A (en) * | 2019-12-04 | 2020-03-24 | 江苏方天电力技术有限公司 | Visual monitoring method for vibration variation of phase modulator based on data statistical analysis |
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1987
- 1987-04-24 DD DD30209587A patent/DD261208B5/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102007038173B4 (en) * | 2006-08-15 | 2016-10-20 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) | Unbalanced motor shaft diagnostic system for a high-speed compressor |
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DD261208A1 (en) | 1988-10-19 |
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