DE1601612C - Differential pressure regulator of a fuel control device for internal combustion engines, especially for gas turbine engines - Google Patents

Differential pressure regulator of a fuel control device for internal combustion engines, especially for gas turbine engines

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DE1601612C
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German (de)
Inventor
Christian 8081 Schöngeising; Holzhauer Hubert; Maier Karl; 8000 München Greune
Original Assignee
Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München
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Description

lässigbaren kleinen Betrag reduziert werden sollen, kolbens als auch des Dämpfungskolbens um deren wobei die Regelvorrichtung nach der Erfindung an- Längsachsen mittels der zwischen beiden Kolben benähernd mit den Eigenschaften des bekannten Pro- findlichen Feder zu übertragen, wobei der Dämpportional-Integralreglers ausgestattet, lediglich den fungskolben mit seinem den Bimetallscheiben zuBauaufwand eines P-Reglers haben soll. 5 gewandten Ende sich an diesen mittels eines Axial-admissible small amount should be reduced, piston as well as the damping piston by their wherein the control device according to the invention is approximated on longitudinal axes by means of the between the two pistons with the properties of the well-known sensible spring to be transferred, with the damping proportional integral controller equipped, only the fung piston with its bimetal disks to construction effort of a P-controller. 5 facing end to this by means of an axial

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß da- lagers abstützt.According to the invention, the task set is supported locally.

durch gelöst, daß die Federkraft durch mindestens Eine Ausführungsform der Erfindung ist in dersolved by that the spring force by at least one embodiment of the invention is in the

zwei Federn aufgebracht wird, zwischen die ein nachfolgenden Zeichnung beispielsweise dargestellt.two springs is applied, between which a following drawing is shown for example.

Dämpfungskolben mit veränderbarer Dämpfungs- Darin stellt 6 eine Brennstoffeinspritzdüse für eineDamping piston with variable damping. 6 shows a fuel injector for a

kraft geschaltet ist, und das in an sich bekannter io Gasturbine dar, welche über die Leitungsteile 7 und 8power is switched, and that in a known io gas turbine, which via the line parts 7 and 8

Weise der Öffnungsquerschnitt durch die Relativ- mit Brennstoff von der Pumpe 9 versorgt wird. DerWay, the opening cross-section through which the relative fuel is supplied from the pump 9. the

bewegung zwischen dem Differenzdruckkolben und Brennstoff läuft der Pumpe bei 10 zu. Der DruckMovement between the differential pressure piston and fuel runs to the pump at 10. The pressure

einem ihn umgebenden feststehenden Gehäuse be- vor der Brennstoffpumpe 9 wird mit p0 und dera stationary housing surrounding it in front of the fuel pump 9 with p 0 and the

stimmt ist. Druck nach der Pumpe mit P1 bezeichnet. Deris true. Pressure after the pump is designated by P 1 . the

Zwischen Steuerkolben und der bekannten Diffe- 15 Brennstoff wird weiter über das Zumeßgerät 11 der renzdruckfeder ist also ein Dämpfungskolben und Brennstoffdüse 6 zugeteilt und der Druck nach der eine weitere Feder geschaltet. Somit ist bei einem Zumeßstelle mit p2 bezeichnet. Die Brennstoffregel-Proportionalregler die Differenzdruckfeder in zwei vorrichtung soll den Differenzdruck px-po in der Teile aufgeteilt, zwischen denen der Dämpfungs- Leitung 8 vor und der Leitung 7 nach dem Zumeßkolben liegt. Der Differenzdruckregler bleibt dabei 20 gerät konstant halten. Durch die Leitung 12 strömt weiterhin ein Proportionalregler, welcher geringste, Brennstoff in den Ringraum 13 und belastet die vernachlässigbare Regelabweichungen zuläßt und Stirnfläche 14 des Differenzdruckkolbens 15 mit dem den großen Vorteil der baulichen Einfachheit und Druck pv Der durch die Leitung 16 in den Ringgrößeren Betriebssicherheit im Vergleich zu dem be- raum 17 einströmende Brennstoff belastet die Stirnkannten Proportional-Integralregler besitzt, da bei 25 fläche 18 des Kolbens 15 mit dem Druck p2. Gleichder Erfindung das vollständige Integralreglersystem zeitig drücken die Differenzdruckfedern 19 und 22 (Steuervorrichtung) weggelassen werden kann. Dar- auf die Innenfläche 18 des Differenzdruckkolbens 15, über hinaus ist es möglich, die gesamte Federkon- so daß sich der Differenzdruckkolben 15 zunächst im stante beider Federn sehr klein auszuführen, so daß Gleichgewicht befindet. Wird z.B. der Druck p., an die Verstärkung des Regelteils groß wird und der 30 der Zumeßstelle 11 abgesenkt, so schiebt sich der bleibende Differenzdruckfehler klein bleibt. Kolben 15 nach oben und gibt die Absteuerstelle 20Between the control piston and the known differential fuel, a damping piston and fuel nozzle 6 are assigned via metering device 11 to the compression spring, and the pressure is switched to another spring. Thus, a metering point is denoted by p 2 . The fuel control proportional regulator, the differential pressure spring in two device is intended to split the differential pressure p x -p o in the parts between which the damping line 8 is before and the line 7 is after the metering piston. The differential pressure regulator remains constant. A proportional regulator continues to flow through the line 12, which allows the smallest amount of fuel to enter the annular space 13 and burden the negligible control deviations, and the end face 14 of the differential pressure piston 15 with which the great advantage of structural simplicity and pressure p v of the operational reliability through the line 16 in the ring is greater Compared to the fuel flowing into the area 17, the front edge is loaded with a proportional-integral controller, since at 25 the area 18 of the piston 15 has the pressure p 2 . Like the invention, pressing the full integral regulator system in time, the differential pressure springs 19 and 22 (control device) can be omitted. On this, on the inner surface 18 of the differential pressure piston 15, it is also possible to make the entire spring cone so that the differential pressure piston 15 is initially very small in the constant of both springs, so that equilibrium is established. If, for example, the pressure p., At which the gain of the control part becomes large and that of the metering point 11 is lowered, the remaining differential pressure error remains small. Piston 15 upwards and gives the shut-off point 20

Mit dem in seiner Dämpfungskraft veränderlichen frei. Dabei fließt so viel Brennstoff durch die LeitungWith the freely changeable in its damping force. There is so much fuel flowing through the pipe

Dämpfungskolben wird erreicht, daß das gesamte 21 in die Zulaufleitung 10 zurück, daß der Druck pt The damping piston ensures that the entire 21 is returned to the feed line 10, that the pressure p t

Regelsystem stabil bleibt. Die zwischen Dämpfungs- im Ringraum 13 so weit abgesenkt wird, bis derControl system remains stable. The between damping in the annular space 13 is lowered until the

kolben und Differenzdruckkolben geschaltete Feder 35 ursprüngliche Gleichgewichtszustand wieder einge-piston and differential pressure piston switched spring 35 original state of equilibrium restored

begrenzt die Wirkung des Dämpfungskolbens bei treten ist. Mittels eines durch ein einstellbareslimits the effect of the damping piston when pedaling. By means of one through one adjustable

Regelstörungen sehr hoher Frequenz und garantiert Drosselorgan 24 in seiner Dämpfung veränderlichenControl disturbances of very high frequency and guaranteed throttle element 24 variable in its damping

eine Ausregelung hochfrequenter Störungen mit einer Dämpfungskolbens 25 ist es möglich, das Zeitverhal-a compensation of high-frequency disturbances with a damping piston 25, it is possible to reduce the time behavior

kleinen Verstärkung. ten der Regeleinrichtung so zu optimieren, daß ge-small reinforcement. to optimize the control device so that

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Er- 40 maß der bekannten Funktion (Fehler Δ ρ · Verstär-According to an expedient development, the measurement of the known function (error Δ ρ · amplification

findung sind zwischen den zum Differenzdruckkolben kung = Änderung der abfließenden Brennstoffmenge)finding are between the differential pressure piston kung = change in the amount of fuel flowing off)

gehörigen Differenzdruckfedern und dem Dämp- bei sehr klein bleibendem Fehler, und folglich gro-associated differential pressure springs and the damping, with the error remaining very small, and consequently large

fungskolben Bimetallscheiben angeordnet, welche ßer Verstärkung, keine Unstabilität auftritt und auchFung piston bimetallic disks arranged, which ßer reinforcement, no instability occurs and also

sich bei Erwärmung des Brennstoffes ausdehnen und noch hochfrequente Störungen ausgeregelt werdenexpand when the fuel is heated and high-frequency disturbances are still corrected

damit die Differenzdruckfedern auf einen höheren 45 können.so that the differential pressure springs can be set to a higher 45.

Wert vorspannen. Dies hat zur Folge, daß der Diffe- Um die Haftreibung des Differenzdruckkolbens 15Preload value. This has the consequence that the differential To the static friction of the differential pressure piston 15

renzdruck P1 vor und p2 hinter dem Zumeßglied an- und des Dämpfungskolbens 25 auszuschalten, werdenThe differential pressure P 1 in front of and p 2 behind the metering element and the damping piston 25 are switched off

steigt und der infolge einer Brennstofferwärmung beide Kolben gedreht. Diese Drehung wird bei 26increases and both pistons rotated due to fuel heating. This rotation is at 26

kleinere Massendurchsatz am Zumeßglied auskorri- eingeleitet. Dabei ist die Feder 22 so konstruiert, daßsmaller mass throughput initiated at the additive. The spring 22 is designed so that

giert wird. 5° sie die Drehung des Differenzdruckkolbens 15 aufis yawed. 5 ° they rotate the differential pressure piston 15

Ferner soll vorteilhaft die Vorspannung der Diffe- den Dämpfungskolben 25 überträgt. Aus GründenFurthermore, the bias of the differential damping piston 25 should advantageously be transmitted. For reasons

renzdruckfedern in Abhängigkeit von dem spezi- des Druckausgleiches sind die Räume 31, 33 und 36Spaces 31, 33 and 36 are compression springs depending on the specific pressure compensation

fischen Gewicht einer gewählten Brennstoffsorte ein- über die Leitungen 32, 34, 35 mit der Leitung 21Fish the weight of a selected type of fuel via the lines 32, 34, 35 with the line 21

stellbar sein, und zwar mittels einer im Gehäuse der verbunden. Der Dämpfungskolben 25 stützt sichbe adjustable, namely by means of one in the housing of the connected. The damping piston 25 is supported

Vorrichtung angeordneten Verstellschraube, welche 55 über ein Axiallager 29 an den Bimetallscheiben 30Device arranged adjusting screw, which 55 via an axial bearing 29 on the bimetallic disks 30

einen Federanschlag einer Differenzdruckfeder ent- ab; bei einer Erwärmung des Brennstoffs dehnena spring stop from a differential pressure spring; stretch when the fuel heats up

gegen der Wirkung dieser Feder verschiebt und fest- sich diese Bimetallscheiben 30 aus und spannen dieagainst the action of this spring shifts and secures these bimetallic disks 30 and tension the

hält, wobei der Federanschlag gleichzeitig das spezi- Differenzdruckfedern 19 und 22 auf den höherenholds, the spring stop at the same time the special differential pressure springs 19 and 22 to the higher

fische Gewicht des Brennstoffs auf einer Meßskala Wert vor. Dies hat zur Folge, daß der DifferenzdruckCalculate the weight of the fuel on a measuring scale. This has the consequence that the differential pressure

anzeigt. 60 P1-P* steigt und der infolge der Brennstofferwärmungindicates. 60 P 1 -P * increases and that as a result of the fuel heating

Um die Haftreibung der wesentlichen Teile der kleinere Massendurchsatz an der Zumeßstelle 11 ausVorrichtung, welche Regelbewegungen unterliegen, zu korrigiert wird. Mittels einer Einstellvorrichtung 37 verringern bzw. auszuschalten, was — wie schon in läßt sich die Vorspannung der Differenzdruckfeder der deutschen Auslegeschrift 1186 265 für einen 19 entsprechend dem spezifischen Gewicht des je-Steuerschieber beschrieben — zu einer Erhöhung 65 weiligen Brennstoffs wählen. Auf der Anzeigevorder Regelgenauigkeit führt, wird in weiterer Aus- richtung 38, 39 ist das mit der Einstellvorrichtung 37 bildung der Erfindung weiter vorgeschlagen, eine ge- eingestellte spezifische Gewicht des Brennstoffs abmeinsame Drehbewegung sowohl des Differenzdruck- zulesen.In order to reduce the static friction of the essential parts of the smaller mass throughput at the metering point 11 from which rule movements are subject to being corrected. By means of an adjusting device 37 reduce or switch off what - as in can be the preload of the differential pressure spring the German Auslegeschrift 1186 265 for a 19 corresponding to the specific weight of the ever-control valve - select 65 current fuel for an increase. On the front display Control accuracy leads, in further alignment 38, 39 is that with the setting device 37 Formation of the invention further proposed, a set specific weight of the fuel common Rotary movement of both the differential pressure read.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

1 2 Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckregler Patentansprüche: einer Brennstoffregelvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Gasturbinentriebwerke,1 2 The invention relates to a differential pressure regulator Patent claims: a fuel control device for internal combustion engines, in particular for gas turbine engines, 1. Differenzdruckregler einer Brcnnstoffregel- mit deren Hilfe die durch eine Förderpumpe einer vorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbeson- 5 Einspritzeinrichtung zuzuführende Brennstoffmenge dere für Gasturbinentriebwerke, mit deren Hilfe. in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsgrößen sodie durch eine Förderpumpe einer Einspritz- wie vom Umgebungszustand der Brennkraftmaschine einrichtung zuzuführende Brennstoffmenge in mittels eines in der Leitung zwischen Förderpumpe Abhängigkeit von bestimmten Betriebsgrößen so- und Einspritzeinrichtung angeordneten Zumeßgliedes wie vom Umgebungszustand der Brennkraft- io regelbar ist, wobei zum Konstanthalten der am Zumaschine mittels eines in der Leitung zwischen meßglied herrschenden Druckdifferenz ein mittels Förderpumpe und Einspritzeinrichtung angeord- Federkraft belasteter Differenzdruckkolben vom vor neten Zumeßgliedes regelbar ist, wobei zum und hinter dem Zumeßglied herrschenden Brennstoff-Konstanthalten der am Zumeßglied herrschenden druck beaufschlagt ist und den Öffnungsquerschnitt Druckdifferenz ein mittels Federkraft belasteter 15 einer eine Verbindung zwischen der Brennstoffleitung Differenzdruckkolben vom vor und hinter dem vor dem Zumeßglied und einem drucklosen Brenn-Zumeßglied herrschenden Brennstoffdruck be- Stoffbereich herstellenden Überströmöffnung steuert, aufschlagt ist und den Öffnungsquerschnitt einer Um Differenzdrücke in einer Brennstoffzumeßeineine Verbindung zwischen der Brennstoffleitung richtung an einem Zumeßglied konstant zu halten, vor dem Zumeßglied und einem drucklosen 20 sind bereits Einrichtungen bekanntgeworden, mit Brennstoffbereich herstellendenUberströmöffnung deren Hilfe die Änderung eines Druckes hinter dem steuert, dadurch gekennzeichnet, daß Zumeßglied eine gleichsinnige Änderung des Drukdie Federkraft durch mindestens zwei Federn kes vor dem Zumeßglied zur Folge hat. Bei der-(22, 19) aufgebracht wird, zwischen die ein artigen Einrichtungen handelt es sich um Propor-Dämpfungskolben (25) mit veränderbarer Dämp- 25 tionalregler für die an dem Zumeßglied entstehende fungskraft geschaltet ist, und daß in an sich be- Druckdifferenz als Regelgröße. Diese Proportionalkannter Weise der Öffnungsquerschnitt durch die regler lassen jedoch aus Stabilitätsgründen verhaltnis-Relativbewegung zwischen dem Differenzdruck- mäßig große Regelabweichungen und damit Diffekolben (15) und einem ihn umgebenden fest- renzdruckunterschiede zu, was für eine genaue Brennstehenden Gehäuse bestimmt ist. 3° Stoffdosierung nachteilig ist.1. Differential pressure regulator of a fuel regulation with the help of which the through a feed pump a Device for internal combustion engines, in particular the amount of fuel to be supplied to the injection device those for gas turbine engines, with their help. depending on certain company sizes so the by a feed pump of an injection engine as well as the ambient condition of the internal combustion engine device to be supplied amount of fuel in by means of a in the line between the feed pump Dependence on certain operating variables so and injection device arranged metering member as can be controlled by the ambient condition of the internal combustion engine, with the amount on the additional machine being kept constant by means of a pressure difference prevailing in the line between the measuring element a means Feed pump and injection device arranged- spring force loaded differential pressure piston from the front Neten metering element can be regulated, with the fuel being held constant to and behind the metering element the pressure prevailing on the metering element is applied and the opening cross-section Pressure difference a 15 loaded by means of spring force a connection between the fuel line Differential pressure piston from in front of and behind the in front of the metering element and an unpressurized combustion metering element the prevailing fuel pressure is controlled by the overflow opening producing the material area, is opened and the opening cross-section of an order of differential pressures in a fuel metering unit To keep the connection between the fuel line direction at a metering element constant, before the metering element and a pressureless 20 facilities have already become known, with Fuel area producing overflow opening whose help the change of a pressure behind the controls, characterized in that the metering element changes the pressure in the same direction Spring force by at least two springs kes in front of the metering element. At the- (22, 19) is applied, between which one-like facilities are proportional damping pistons (25) with a variable damping controller for the at the metering element fungskraft is switched, and that in itself pressure difference as a control variable. This proportional knowledgeable Way, the opening cross-section through the regulator, however, allows for reasons of stability ratio-relative movement between the differential pressure- moderately large control deviations and thus differential pistons (15) and a fixed pressure difference surrounding it, what an exact burning situation Housing is intended. 3 ° substance dosing is disadvantageous. 2. Brennstoffregelvorrichtung nach Anspruch 1, Durch die deutsche Patentschrift 1190 758 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungs- eine Einrichtung eingangs genannter Gattung bekraft des Kolbens (25) mittels eines Drossel- kannt, welche die bei Proportionalreglern auftretenorgans (24) veränderlich ist, welches mit dem den unerwünschten Regelabweichungen auszuschalzum Kolben (25) gehörigen Zylinderraum (33) 35 ten vermag, und zwar.mittels eines Proportionalin Verbindung steht. Integralreglers. Hierbei stützt sich ein äußerer als2. Fuel control device according to claim 1, by the German patent 1190 758 is characterized in that the damping forces a device of the type mentioned at the beginning of the piston (25) by means of a throttle, which is the organ that occurs with proportional regulators (24) is variable, which is to be eliminated with the undesired control deviations Piston (25) belonging cylinder space (33) 35 th is able, namely.medium of a proportional Connection. Integral controller. Here is supported by an external than 3. Brennstoffregelvorrichtung nach den An- Differential kolben ausgebildeter Kolben, der von Sprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer getrennten Steuervorrichtung mit integraler zwischen den zum Differenzdruckkolben (15) ge- Wirkung gesteuert wird, auf einen variablen Steuerhörigen Differenzdruckfedern (19, 22) und dem 40 druck ab. Die Teile dieser Steuervorrichtung bilden Dämpfungskolben (25) Bimetallscheiben (30) an- mit dem Kolben einen Integralregler für den Diffegcordnet sind, welche sich bei Erwärmung des renzdruck am Regelglied. Dieser Integralregler hat Brennstoffes ausdehnen und damit die Differenz- zwar den Vorteil, eine Störung vollständig und ohne druckfedern auf einen höheren Wert vorspannen. Restfehler auszuregeln, weist jedoch den Nachteil3. Fuel control device after the on differential piston formed piston, which of Proverbs 1 and 2, characterized in that a separate control device with integral between the differential pressure piston (15) effect is controlled, differential pressure springs (19, 22) and the 40 pressure on a variable controller. The parts of this control device form Damping piston (25) bimetallic disks (30) with the piston an integral regulator for the Diffegcord are, which are when the pressure at the control element heats up. This integral regulator has Expand fuel and thus the difference - although the advantage of a disruption completely and without Pre-tension compression springs to a higher value. Correcting residual errors, however, has the disadvantage 4. Brennstoffregelvorrichtung nach den An- 45 auf, weniger stabil zu sein und leichter zu Schwinsprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gungen zu neigen als ein proportionaler Regler. Um die Vorspannung der. Differenzdruckfedern (19, diese Instabilitäten des integralen Reglers zu ver-22) in Abhängigkeit von dem spezifischen Ge- ringern, sind besondere Drosselstellen vorgesehen, wicht einer gewählten Brennstoffsorte einstellbar Diese bekannte Einrichtung ist jedoch in ihrem Aufist, und zwar mittels einer im Gehäuse der 50 bau sehr kompliziert und erfordert ein erhebliches Vorrichtung angeordneten Verstellschraube (37), Einbauvolumen.4. Fuel regulating device according to the An45, to be less stable and easier to say 1 to 3, characterized in that tends to act as a proportional controller. Around the bias of the. Differential pressure springs (19, these instabilities of the integral regulator to be-22) Depending on the specific lower level, special throttling points are provided, weight of a selected fuel type adjustable This known device is, however, in its list, namely by means of an in the housing of 50 construction very complicated and requires a considerable amount Device arranged adjusting screw (37), installation volume. welche einen Federanschlag (38) der Differenz- Der Vorschlag der deutschen Patentschrift 945002,which has a spring stop (38) of the difference- The proposal of the German patent specification 945002, druckfeder (19) entgegen der Wirkung diese'r bewegliche, ganz vom Brennstoff umgebene Teile derCompression spring (19) against the action of these moving parts of the Feder verschiebt und festhält, wobei der Feder- Regeleinrichtung von Gasturbinen so auszubilden,Spring moves and holds, whereby the spring-regulating device of gas turbines is designed so anschlag gleichzeitig das spezifische Gewicht des 55 daß die Masse dieser Teile im wesentlichen gleichstop at the same time the specific gravity of the 55 that the mass of these parts is essentially the same Kraftstoffs auf einer Meßskala (39) anzeigt. einer Brennstoffmenge gleichen Volumens wie dieFuel on a measuring scale (39). an amount of fuel of the same volume as that 5. ßrennstoffregelvorrichtung nach einem der Teile ist, kann nicht mit der vorliegenden Erfindung Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß verglichen werden. Nach dem bekannten Vorschlag eine gemeinsame Drehbewegung sowohl des Dif- kann nur der Einfluß einer schnellen Bewegungsfercn/.druckkolbens(15) als auch des Diimplungs- 60 änderung weitgehend, es können die im Reglerknlbcns (25) um deren Längsachsen mittels der system auftretenden Regelabweichungen jedoch nicht zwischen beiden Kolben befindlichen Feder (22) ausgeschaltet werden.5. Fuel control device according to one of the parts cannot be used with the present invention Claims 1 to 4, characterized in that they are compared. According to the well-known proposal a common rotary movement of both the differential can only be influenced by a rapid movement of the pressure piston (15) as well as the change in the diminution to a large extent; (25) about their longitudinal axes by means of the system deviations, however, not spring (22) located between the two pistons can be switched off. übertragen wird, wobei der Dämpfungskolbcn Gegenüber den bereits erwähnten bekanntenis transmitted, the damping piston compared to the already mentioned known mit seinem den Bimetallscheibcn (30) zugewand- Regelvorrichtungen ist es die der vorliegenden An-with its regulating devices facing the bimetallic disks (30), it is the ten linde sich an diesen mittels eines Axialhigers 65 meldung zugrunde liegende Aufgabe, einen Diffcreii/.-The task on which this is based is attached to this by means of an Axialhiger 65 message, a differential (29) abstützt. druckregler eingangs genannter Gattung zu schalten,(29) is supported. to switch pressure regulators of the type mentioned at the beginning, mit deren Wirkung die bei einem P-Regler unvermeidbaren Regelabweichungen auf einen vernach-with their effect the unavoidable with a P-controller Control deviations to a negligible

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