DE2031776A1 - Supersonic jet pump - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Übersehallstrahlpumpe mit einer konvergent-divergenten Treibdüse, einer Saugkammer und einem mit der Treibdüse koaxialen, konvergent-divergenten Diffusor, Überschallstrahlpumpen dieser Art werden zum Auspumpen von Behältern verwendet.The invention relates to a supersonic jet pump with a convergent-divergent propellant nozzle, a suction chamber and a convergent-divergent one coaxial with the propellant nozzle Diffuser, supersonic jet pumps of this type are used to pump out containers.
Eine bekannte Übersohallstrahlpumpe weist eine konvergentdivergente Treibdüse mit einem kleinen öffnungswinkel, der weniger als 10° und im allgemeinen 7° beträgt, auf· Dieser Düse wird unter Druck stehendes Fuid zugeführt,das aus einer geeigneten Quelle kommt. Die Strahlpumpe weist ferner eine mit dem zu leerenden Behälter, in Verbindung stehende Saugkammer und einen mit der Düse koaxialen, konvergentdivergenten Diffusor auf, der den Fluidstrom komprimiert, der aus dem aus der Düse ausgetretenen Fluidstrahl und dem durch diesen Strahl angesaugten Fluid gebildet wird. InA known supersonic jet pump has a convergent-divergent one Propellant nozzle with a small opening angle, which is less than 10 ° and generally 7 °, on · This The nozzle is supplied with pressurized fluid that comes out comes from a suitable source. The jet pump also has one connected to the container to be emptied Suction chamber and a convergent-divergent diffuser coaxial with the nozzle, which compresses the fluid flow, the fluid jet emerging from the nozzle and the fluid sucked in by this jet is formed. In
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dieser Ausführungsforin sind die Überschallstrahlpumpen gewiesen industriellen Anwendungsgebieten schlecht angepaßt, bei denen es erforderlich ist9 daß die Pumpleistung für einen weiten Bereich in der Saugkaramer herrschender Drucke, z„B. zwischen 0,01 und 100 Torr, stetig ist und mit einem guten Wirkungsgrad erfolgt.According to this embodiment, the supersonic jet pumps are poorly adapted to industrial fields of application in which it is necessary 9 that the pump output is suitable for a wide range of pressures prevailing in the suction chamber, e.g. between 0.01 and 100 Torr, is steady and takes place with good efficiency.
Gemäß einer verbesserten AusführungsfonBs die in der französischen Patentschrift Nr, 1 555 517 beschrieben ist, enthält eine Überschallstrahlpumpe eines konvergent-divergenten Diffusor, dessen divergenter Teil mindestens drei aufeinanderfolgende Abschnitte*verschiedener Konizitäten aufweist, line solche Überschallstrahlpumpe weist auch eine Treibdüse auf, die zwei aufeinanderfolgende divergente Abschnitte mit araehtiaesiclen Divergenzen enthält, wobei der erste dieser -Abschnitte einen öffnungswinkel von weniger als 10° und der zweite dieser Abschnitte einen öffnungswinkel in der Qr&Benordnung zwischen 20° und 60° hat«.According to an improved AusführungsfonB s in the French Patent No., 1,555,517 describes a supersonic jet pump includes a convergent-divergent diffuser, whose divergent part * comprises at least three successive portions of different conicities, line such supersonic jet pump has a motive nozzle, the two contains consecutive divergent sections with araehtiaesiclen divergences, the first of these sections having an opening angle of less than 10 ° and the second of these sections having an opening angle in the Qr & Ben order between 20 ° and 60 ° «.
Bei den bekannten Überschallstrahlpiampen TeIMt «!©ar aus dem divergenten Seil der Treibdüse an'etreteBäe Treibstrahl das sich um ihn herum in der Satigkaraaer "befinden— ds und aus dem zu leerenden Behälter Isoiiaeaie I1IhU mit 3IeIa0 komprimiert das mitgerissene I1ImU Im kowergentea ?3il 4es Biffusors und. fördert es aeSerlial'b ies ten Seils äes Diffusors unter äem Brack Έ&ο Bei Brsik P in des Saugkamaer und in des sm l@ereai©a Beaäiter ergibt sicla ©in K€®preesioDS¥©rliältiiisWith the well-known supersonic jet piamps TeIMt «! © ar from the divergent rope of the propellant nozzle, the propellant jet that is located around it in the Satigkaraaer" ds "and from the container to be emptied Isoiiaeaie I 1 IhU with 3IeIa 0 compresses the entrained I 1 ImU In the kowergentea? 3il 4es biffusors and. It promotes aeSerlial'b ies ten Seils äes diffusors under äem Brack Έ & ο At Brsik P in the Saugkamaer and in the sm l @ ereai © a Beaäiter results in sicla © in K € ®preesioDS ¥ © rliältiiis
-1 - P-1 - P
Bei einer Überschallstrahlpumpe 9 deren Fl.rafä v©m eiaess? Quells mit dem Xreibdruck P geliefert ein ganz bestimmter Braek Έ* im Ausgaagscpuiaisiim? divergenten Teils der Treibdüse» Wean P- - Έ ist«With a supersonic jet pump 9 whose Fl.rafä v © m eiaess? Quells delivered with the Xreibdruck P a very specific Braek Έ * in the Ausgaagscpuiaisiim? divergent part of the motive nozzle »Wean P- - Έ ist«
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man,'daß die Düse dem Saugdruck P angepaßt ist, und der energetische V/irkungsgrad kommt dann im allgemeinen in diesem Falle dem theoretischen ".Yirkungsgrad nahe; wenn P1 von P abweicht, wird der Wirkungsgrad geringer als der theoretische Wirkungsgrad.it is said that the nozzle is adapted to the suction pressure P, and the energetic efficiency in this case then generally comes close to the theoretical efficiency; if P 1 deviates from P, the efficiency becomes lower than the theoretical efficiency.
Die Betriebsbedingungen einer Strahlpumpe werden im allgemeinen bestimmt durch den Mengenstrom Qg des unter dem Druck P angesaugtenFluids, durch den Treibdruck PQ, durch den. Treibfluid-Hengenstrom Q1 und durch die Art des Treibfluids und des angesaugten Fluids. Es ist selten, daß die Strahlpumpe unter feststehenden Bedingungen arbeitet! im allgemeinen will man, daß der Druck P mit dem Mengenstrom Q« ständig wächst, von einem Mengenstrom Q2 = 0 bis zu einem Kengenstrom Q2, der etwas größer ist als de;, durch die Ausbildung der Strahlpumpe garantierte Mengenstrom. Es ist äußerst wünschenswert, daß der Treibdruck ΡΛ konstant bleibt mit einer Toleranz von etwa - 5 #. Es ist ebenfalls wünschenswert, daß der Treibmengenstrom Q1 minimal ist und daß der energetische Wirkungsgrad dem theoretischen Wirkungsgrad im ganzen Be-* reich der Betriebsdrücke P nahekommt. Keine der vorge-Oannten bekannten Strahlpumpen entspricht all diesen Bedingungen. The operating conditions of a jet pump are generally determined by the volume flow Qg of the fluid sucked in under the pressure P, by the motive pressure P Q , by the. Propellant fluid Hengenstrom Q 1 and by the type of propellant fluid and the fluid sucked in. It is seldom that the jet pump works under fixed conditions! In general, one wants the pressure P to increase steadily with the mass flow Q «, from a mass flow Q 2 = 0 to a nominal flow Q 2 which is somewhat greater than de ;, the mass flow guaranteed by the design of the jet pump. It is highly desirable that the motive pressure Ρ Λ remain constant with a tolerance of about -5 #. It is also desirable that the motive flow Q 1 is minimal and that the energetic efficiency comes close to the theoretical efficiency in the whole range of the operating pressures P. None of the aforementioned known jet pumps meet all of these conditions.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überschallstrahlpumpe zu schaffen, die den vorgenannten Bedingungen Genüge tut und damit die Mangel des Standes der Technik beseitigt.The invention is based on the object of a supersonic jet pump to create that meets the aforementioned conditions and thus the lack of the state of the art eliminated.
Diese Aufgabe 1st bei einer Überschallstrahlpumpe der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, -daß mindestens ein Mischrohr in der Saugkammer koaxial mit der Treibdüse zwischen dieser und dem Diffusor angeordnet ist und daß das Mischrohr einen eine Saugzone bildendenWith a supersonic jet pump, this task is the one at the beginning mentioned type solved according to the invention, -that at least one mixing tube in the suction chamber coaxially with the propellant nozzle is arranged between this and the diffuser and that the mixing tube forms a suction zone
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Teil, einen konvergenten Teil, eine Verengung und einen divergenten Teil aufweist οPart, a convergent part, a constriction and a has divergent part ο
Die von dem Erfinder betriebenen theoretischen Forschungen haben ergeben, daß die Wirkung des Mischrohrs die Erhöhung der Bewegungsgröße des aus dem System herauskommenden Treibstrahls ist. Diese Erhöhung entspricht etwa dem auf das Mischrohr ausgeübten Axialdruck. Der Erfinder hat festgestellt, daß es ein optimales Verhältnis zwischen der Länge und dem Ausgangsdurchmesser des Mischrohrs gibt, und dieses Verhältnis liegt in der Größenordnung von 10. Dies ist für eine angepaßte Düse richtig. Aufgrund zahlreicher Arbeiten, die nicht angepaßte - ja selbst sehr weit von ihrem Anpassungspunkt entfernte Düsen betrafen, konnte festgestellt werden, daß das genannte Verhältnis dann bis zu einem möglicherweise Eins nahekommenden Wert bedeutend reduziert werden kann. Man stellt in diesen Fällen fest, daß bei Drucken P in der Saugkammer, die höher sind als der Druck P- im Ausgangsquerschnitt des divergenten Teils der Düse, das Mischrohr nur wenig Y/irkung auf das Arbeiten der Strahlpumpe hat. Sobald hingegen der Druck P kleiner wird als der Druck P1, weitet sich der Treibstrahl am Ausgang des divergenten Teils der Düse und legt sich an den Wänden des divergenten Teils des Mischrohrs an; damit schafft er Überdrucke und bewirkt eine Erhöhung der Bewegungsgröße des Strahls. Durch diese wesentliche Bewegungsgrößenerhöhung wird eine Verbesserung des energetischen Wirkungsgrads der Strahlpumpe bewirkt, was um so bedeutender ist, ie weiter der Druck von dem Druck P- entfernt ist.Theoretic research carried out by the inventor has shown that the effect of the mixing tube is to increase the amount of movement of the propulsion jet emerging from the system. This increase corresponds approximately to the axial pressure exerted on the mixing tube. The inventor has found that there is an optimal ratio between the length and the exit diameter of the mixing tube, and this ratio is on the order of 10. This is correct for a matched nozzle. On the basis of numerous works which concerned nozzles that were not adapted - even nozzles very far away from their adaptation point, it was possible to establish that the said ratio can then be significantly reduced down to a value possibly approaching one. In these cases it is found that at pressures P in the suction chamber which are higher than the pressure P- in the outlet cross-section of the divergent part of the nozzle, the mixing tube has little effect on the operation of the jet pump. On the other hand, as soon as the pressure P becomes smaller than the pressure P 1 , the propulsion jet expands at the outlet of the divergent part of the nozzle and rests against the walls of the divergent part of the mixing tube; thus it creates overpressures and causes an increase in the movement size of the jet. Through this significant movement size increase to improve the energy efficiency of the jet pump is effected, which is important in order to further ie the pressure of the pressure P is removed.
Bei einer Überschallstrahlpumpe gemäß der Erfindung ist also eine wesentliche Erhöhung des energetischen Wirkungsgrads im Bereich der Saugdrucke gegeben, wo der Wirkungsgrad der herkömmlichen Strahlpumpen infolge eines An-In a supersonic jet pump according to the invention thus a substantial increase in the energetic efficiency is given in the area of the suction pressures, where the efficiency of conventional jet pumps as a result of an
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passungsfehlers mangelhaft ist.mismatch is inadequate.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen von erfindungsgemäßen Überschallstrahlpumpen im einzelnen beschrieben»The invention is described in the following description of exemplary embodiments shown schematically in the drawing of supersonic jet pumps according to the invention described in detail »
Es zeigen:Show it:
Pig. 1 einen Sohnitt eines Ausführungsbeispieles eines konvergent-divergenten Mischrohrs für eine erfindungsgemäße Strahlpumpe jPig. 1 shows a version of an embodiment of a convergent-divergent mixing tube for a jet pump according to the invention j
Pig. 2 einen Schnitt eines Ausführungsbeispieles der Strahlpumpe;Pig. 2 shows a section of an embodiment of FIG Jet pump;
Pig. 3 einen Schnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles des konvergent-divergenten Mischrohrs, mit zwei divergierenden ADsehnitten verschiedener Divergenz; . Pig. 3 shows a section of a second exemplary embodiment of the convergent-divergent mixing tube, with two diverging A-strands of different divergence; .
Pig. 4 ein Diagramm, in dem als Abszissen der Saugdruck und als Ordinate der von einer Überschallstrahlpumpe angesaugte Pluidmengenstrom aufgetragen ist.Pig. 4 shows a diagram in which the suction pressure as the abscissa and the fluid flow drawn in by a supersonic jet pump as the ordinate is applied.
Das Mischrohr nach Pig. 1 weist einen konvergenten Teil 1 auf, dessen Öffnungswinkel 45° beträgt, einen divergenten Teil 2, dessen Öffnungswinkel 7° beträgt, einen Mittelteil 3» der die Saugzone des Saugrohrs bildet und mit drei öffnungen 4 versehen ist, wodurch das1 Ansaugen ermöglicht wird, und einen Stutzen 5, dessen Prof11 sich an eine Treibdüse einer Überschallstrahlpumpe herkömmlicher Bauart derart anpaßt, daß das Mischrohr an dieser Düse befestigt und mit Hilfe einer Befestigungsvorrichtung, die Pig's mixing tube. 1 has a convergent part 1, the opening angle of which is 45 °, a divergent part 2, the opening angle of which is 7 °, a central part 3 »which forms the suction zone of the suction pipe and is provided with three openings 4, which enables 1 suction, and a connecting piece 5, the Prof11 of which adapts to a drive nozzle of a supersonic jet pump of conventional design in such a way that the mixing tube is fastened to this nozzle and with the aid of a fastening device that
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mit einer öffnung 6 zusammenwirkt, festgehalten werdencooperates with an opening 6, are held
In Pig. 2 ist das Mischrohr der in Pig. 1 dargestellten Ausführung in seiner Gesamtheit mit 21 bezeichnet. Dieses Mischrohr 21 ist in einer Überschallstrahlpumpe angeordnet, die eine Treibdüse 22, eine Saugkammer 23. und einen Diffusor 24 aufweist, derart, daß das Mischrohr 21 koaxial mit der Düse 22 ist und stromab zu dieser gelegen ist, wobei die Strömungsrichtung des Fluids durch den Pfeil 20 dargestellt ist. Die Vorrichtung zur Befestigung des Mischrohrs 21 an der Treibdüse 22 ist bei 26 dargestellt.In Pig. 2 is the mixing tube of the Pig. 1 denoted by 21 in its entirety. This Mixing tube 21 is arranged in a supersonic jet pump, which has a driving nozzle 22, a suction chamber 23 and has a diffuser 24 such that the mixing tube 21 is coaxial with the nozzle 22 and located downstream thereof is, the direction of flow of the fluid through the arrow 20 is shown. The device for fastening the mixing tube 21 to the driving nozzle 22 is at 26 shown.
Der Ausgang β durchmess er d des MischroSirs 21 weicht wenig von der Länge 1 seines divergenten Teils ab, und sein öffnungswinkel liegt nahe bei 7°. Die Proportionen des . Mischrohrs sind also so, daß es hinsichtlich seiner aerodynamischen Wirkung als kurzes Mischrohr bezeichnet werden kann.The output β diameter d of the mixer 21 deviates little from the length 1 of its divergent part, and its opening angle is close to 7 °. The proportions of the. Mixing tube are so that it is referred to as a short mixing tube in terms of its aerodynamic effect can be.
Der Durchmesser D des Halses 25 d.ee Biffusors 24 ist etwa gleich dem Auegangsdurchmeseer d ies Mischrohrs 21«The diameter D of the neck 25 of the biffusor 24 is approximately equal to the outlet diameter of the mixing tube 21 «
Vorzugsweise wird die TreiMüs© 22 s© dimeasioBi@2?t9 daß ihr Anpassungsdruck gleich etwa einem Drittel ies maximalem förderdruck©s ist« Unter öieseia Bedingungen bewirkt wie bereits gesagt, das Vorhandensein des Miseferohrs 21 praktisch keine Betriebsstörung i@r Strahlpumpe bei Ssragfeucken, die größer siod als der Aapassuögsfeuek der freioclüse, weil das Mischrohr 21 kurs ist«, Bei gaugdrulken. hingegen, die kleiner siisd als der ArapassiaQgsdracks wird Ü3T energetische Wirkungsgrad der Strahlpumpe wesentlich verbessert, wie das. die im folgenden erläuterte fig. 4 zeigt.Preferably, the TreiMüs © 22 s © dimeasioBi @ 2? T 9 that its adjustment pressure is equal to about a third of its maximum delivery pressure © s. Under these conditions, as already said, the presence of the misfeed pipe 21 causes practically no malfunction in the jet pump in the event of Ssragfeucken That siod greater than the Aapassuögsfeuek of the freioclüse, because the mixing tube 21 is on course «, at gaugdrulken. on the other hand, the smaller than the siisd ArapassiaQgsdrack s Ü3T energy efficiency of the jet pump substantially improved, as the. that explained in the following fig. 4 shows.
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In Pig. 3 ist ein Mischrohr 31 dargestellt, das mit Hilfe einer Befestigungsvorrichtung 33 koaxial auf einer Treibdüse 32 montiert ist. Das Mischrohr 31 weist einen konvergenten Abschnitt 34 auf und zwei divergente Abschnitte 35 und 36, deren Öffnungswinkel mit cC und β bezeichnet sind. Man sieht,· daß der Öffnungswinkel des Abschnittes 36 kleiner ist als der öffnungswinkel des Abschnittes 35. Dadurch wird vermieden, daß das Mischrohr 31 zu kurz ist, und es wird ihm damit ein mittlerer öffnungswinkel in der Größenordnung von 7° gegeben, wie bei dem Mischrohr 21 in Pig. 2.In Pig. 3 shows a mixing tube 31 which is mounted coaxially on a propellant nozzle 32 with the aid of a fastening device 33. The mixing tube 31 has a convergent section 34 and two divergent sections 35 and 36, the opening angles of which are denoted by cC and β. It can be seen that the opening angle of section 36 is smaller than the opening angle of section 35. This prevents the mixing tube 31 from being too short, and it is thus given an average opening angle of the order of magnitude of 7 °, as in that Mixing tube 21 in Pig. 2.
Die Regulierung des Wirkungsgrades der Strahlpumpe kann vervollkommnet werden durch die Regulierung des Winkels γ ,der die Lage der Verengung des Mischrohrs 31 im Verhältnis zu dem Ausgangsquerschnitt der Treibdüse 32 bestimmt. Diese Regulierung kann dadurch erfolgen, daß die Befestigungsvorrichtung 33» die das Mischrohr 31 an der Treibdüse 32 festhält, verstellbar gemacht wird.The regulation of the efficiency of the jet pump can be perfected by regulating the angle γ , which determines the position of the constriction of the mixing tube 31 in relation to the outlet cross-section of the driving nozzle 32. This regulation can take place in that the fastening device 33 'which holds the mixing tube 31 on the propulsion nozzle 32 is made adjustable.
In Fig. 4 ist das Betriebsdiagramm von Überschallstrahlpumpen dargestellt· Als Abszisse ist der Druck P des angesaugten Fluids aufgetragen und als Ordinate der bei diesem Druck angesaugte Mengenstrom Q«, wobei beide Maßstäbe logarithmisch sind. Die Kurve 1 entspricht dem Betrieb einer Strahlpumpe herkömmlicher Bauart, deren Düse einem Druck von etwa einem Drittel des Förderdrucks angepaßt ist; man sieht, daß die untere Grenze des Saugdr >;cks ziemlich hoch bleibt. Bei 2 sieht man die Verbesserung, die durch eine in etwa dem Saugdruck angepaßte Düse gemäß der vorgenannten Patentschrift erzielt wird; jedoch ist bei einer so verbesserten Strahlpumpe der Leistungsbereich begrenzt und es tritt eine plötzliche Veränderung des Betriebsleistungsbereichs ein. Wenn der Mengenstrom unter einen Wert Q^im abgesunken ist, steigt4 shows the operating diagram of supersonic jet pumps. The pressure P of the sucked in fluid is plotted as the abscissa and the flow rate Q1 sucked in at this pressure is plotted as the ordinate, both scales being logarithmic. Curve 1 corresponds to the operation of a jet pump of conventional design, the nozzle of which is adapted to a pressure of about one third of the delivery pressure; it can be seen that the lower limit of the suction pressure remains fairly high. At 2 you can see the improvement that is achieved by a nozzle adapted approximately to the suction pressure according to the aforementioned patent; however, with such an improved jet pump, the power range is limited and a sudden change in the operating power range occurs. If the mass flow has fallen below a value Q ^ im , it increases
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der Druck P plötzlich an, wie es der Kurventeil 2a zeigt. Bei 3 sieht man die Verbesserung, die durch die erfindungsgemäße "Vervollkommnung der Strahlpumpe erzielt wird, bei zwei Werten des Winkels T , nämlich bei 45° und 90° f es gibt keine Änderung des Betriebsleistungsbereichs und auch keinen Saugdruckanstieg, so daß die erfindungegemäße Yorrichtung eine automatische Anpassung der Strahlpumpe für alle Mengenströme des bei etwa konstantem Treibctruck angesaugten Fluids ermöglicht.the pressure P suddenly increases, as the curve part 2a shows. At 3 you can see the improvement that comes through the "perfection of the jet pump according to the invention is achieved at two values of the angle T, namely at 45 ° and 90 ° f there is no change in the operating power range and no increase in suction pressure, so that the device according to the invention has an automatic Adjustment of the jet pump for all volume flows of the fluid sucked in at approximately constant driving pressure enables.
Zur Vermeidung von Mißverständnissen wird ausgeführt, daß sich die Bezugszahl 2 in Fig« 4 nur auf die beiden gestrichelt dargestellten Kurventeile zwischen der ausgezogenen Kurve 1 und der gestrichelten Geraden Q.. bezieht und daß der Kurventeil 2a zwischen den Kurventeilen 2 und der Kurve Γ die Kurventeile 2 zu zwei-Kurven für die zwei Werte des Winkels s « 45° und 90° ergänzt. Diese beiden Kurven 2, 2a stellen die Verbesserung dar, die sich nach der Lehre der vorgenannten Patentschrift ergibt.To avoid misunderstandings, it is stated that the reference number 2 in Fig «4 relates only to the two broken curve parts between the solid curve 1 and the dashed straight line Q .. and that the curve part 2a between the curve parts 2 and the curve Γ die Curve parts 2 to two curves for the two values of the angle s «45 ° and 90 ° added. These two curves 2, 2a represent the improvement that results from the teaching of the aforementioned patent.
Die Bezugszahl 3 betrifft nicht den Schnittpunkt zwischen den beiden unter Qlim befindlichen gestrichelten Kurventeile, sondern betrifft die ganzen gestrichelt dargestellten Kurventeile zwischen Qlim und der Abszisse die zusammen mit den Kurventeilen 2 zwei. Kurven für die beiden Werte des Winkels T* nach der Lehre der vorliegenden Anmeldung ergeben«The reference number 3 does not relate to the point of intersection between the two dashed curve parts located under Q lim , but relates to the entire curve parts shown in dashed lines between Q lim and the abscissa together with the curve parts 2 two. Curves for the two values of the angle T * according to the teaching of the present application result "
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