DE2509344B2 - Verfahren und Anordnung zur automatischen Regelung einer Kessel-Turbinen-Einheit - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur automatischen Regelung einer Kessel-Turbinen-EinheitInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Regelanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 4 beschriebenen,
aus der US-PS 35 45 207 bekannten Art.
Herkömmlicherweise wird bei der Regelung von Kessel-Turbinen-Einheiten in Kraftwerken der Dampf-
durchsatz variiert Daher ändert sich die Generatorleistung mit der zugeführten Dampfmenge. Dies geschieht
dadurch, daß eine Gruppe von Turbinen-Eingangs ventilen vorgesehen ist, die je nach Aufbau der Turbine
sequentiell oder parallel arbeiten. Der Dampfdruck wird konstant gehalten, die zugeführte Dampfmenge ist von
der Ventilstellung abhängig.
Die Kessel-Turbinen-Einheit kann durch Änderung des Drucks geregelt werden, wobei die Stellung des
Einlaßventils entweder fest bleibt oder erforderlichenfalls geändert wird, um die Leistung oder andere
Einstellbedingungen aufrechtzuerhalten. Dampfstrom und erzeugte Leistung werden durch Änderung des
Drosseldrucks verändert Bei steigendem Druck steigt die Leistung, umgekehrt nimmt sie bei abnehmendem
Druck ebenfalls ab. Üblicherweise werden die Turbinenventile so verwendet, daß sich ein unmittelbares
Obergangsverhalten oder Ansprechen auf die Belastung ergibt, wobei das letzte Erfordernis durch automatische
Regelung der Kessel-Eingangsgrößen vorgegeben wird, so daß Arbeits- oder Drosseldruck ein bestimmtes
Erfordernis erfüllen. Es besteht daher die Neigung, daß die Turbinen-Stellventile in einer Stellung verbleiben,
wenn sich die Leistung innerhalb des Belastungsbereichs ändert, der durch das Erfordernis zur Verstellung
des Drosseldrucks bestimmt wird. Dabei wird der Soll-Drosseldruck so programmiert, daß das Turbinen-Stellventil auf einer bestimmten gewünschten öffnungsweite verbleibt Hierdurch sollen die thermischen
Beanspruchungen möglichst gering gehalten werden, sie sind jedoch trotzdem noch verhältnismäßig hoch.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur automatischen
Regelung einer Kessel-Turbinen-Einheit anzugeben, bei denen der Drosseldruck in einem begrenzten Bereich
veränderlich ist
Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren bzw. der gattungsgemäSen Regelanordnung
erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 bzw. Patentanspruch 4 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise kann der Sollwert des Drosseldrucks so verändert werden, daß
die Abweichung zwischen Soll- und Istwert der Turbinentemperatur minimal ist, so daß die thermischen
Beanspruchungen infolge Temperaturschwankungen praktisch unbeachtlich sind.
Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgerrcäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Regelanordnung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 und 3 bzw. 5 bis 8.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 das Blockschaltbild einer Regelanordnung für Kessel-Turbinen-Einheiten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig.2 das Blockschaltbild einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Regelanordnung;
Fig.3 das Blockschaltbild eines gegenüber Fig. 1
abgewandelten Teils der Regelanordnung; und
Fig.4 das Blockschaltbild eines abgewandelten Ausführungsbeispiels der Regelanordnung der F i g. 3.
Der in Fig.) gezeigte Kessel IO ist mit den üblichen
Speiseleitungen, nämlich einer Brennstoffleitung 12 und einer Luftleitung 16 versehen. Brennstoff und Luft
werden am Brenner 14 vermischt und verbrannt, so daß dem Kessel die notwendige Wärme zugeführt wird. Das
Speisewasser wird durch eine Leitung 18 zugeführt. Der
Ober die Luftleitung 16 zugeführte Luftdurchsatz wird
mittels eines Reglers 22 und eines Ventils 20 eingestellt Der Regier 22 besteht hier aus einem PI-Regler. Der
Luftdurchsatz durch die Luftleitung 16 wird durch einen Durchflußmesser 24 gemessen, der über zwei Anzapfungen
auf den Druckunterschied an einer Drosselstelle 26 anspricht
Der Brennstoffdurchsatz durch die Brennstoffleitung 12 wird über ein Ventil 30 mittels eines Reglers 32
geregelt, der ähnlich dem Regler 22 ist. Der Brennstoffdurcbsatz
wird mittels eines Durchflußmessers 34 gemessen, der auf den Druckunterschied an einer
Drosselstelle 36 anspricht.
Der Durchsatz durch die Speisewasserleitung 18 wird durch ein Ventil 40 eingestellt, das von einem
nichtgezeigten Regler gesteuert wird. Dieser regelt die Speisewasserzufuhr in bekannter Weise.
Der vom Kessel in der Ausgangs-Dampfleitung 60
erzeugte Dampfdruck P,, der als Drosseldruck bezeichnet wird, wird mittels eines Druckmeßgerätes 62 über
eine Zweigleitung 64 gemessen, die an die Ausgangs-Dampfleitung
60 angeschlossen ist Bei der Regelanordnung der F i g. 1 muß ferner eine den Dampfstrom zur
Turbine wiedergebende Messung ausgeführt werden. Hierzu kann der Dampfdruck direkt gemessen werden
oder es kann der Druck in der ersten Stufe der Turbine oder in einer anderen geeigneten Stufe gemessen
werden. Der dabei gewonnene Meßwert steht in Beziehung zum Dampfdurchsatz durch die Turbine.
Gemäß F i g. 1 wird der Dampfdruck P\ in der ersten ■">
Stufe der Turbine durch ein Druckmeßgerät 70 gemessen, das Ober eine Zweigleitung 72 mit der ersten
Stufe der Turbine 68 verbunden ist
In der ersten Stufe wird ferner auch eine Temperaturmessung
durchgeführt. Dies geschieht durch ein ^ Thermoelement, das über eine Leitung 83 an einen
Übertrager 85 angeschlossen ist, der auf einer Leitung 87 ein der Temperatur in der ersten Stufe der Turbine
entsprechendes Signal erzeugt.
Gemäß Fig. 1 wird der Dampf vom Kessel 10 über *o
ein Turbinen-Regelventil 90 der Turbine 68 zugeführt Das Ventil 90 stellt die normalerweise verwendete
Ventilgruppe dar. Die Turbine 68 ist mechanisch mit einem Generator 74 gekuppelt. Die elektrische Energie
wird auf Leitungen 76 abgegeben. D'.s Ausgangsleistung 4^
auf den Leitungen 76 wird mittels eines Wattmeters 80 gemessen. Als Ausgangssignal des Wattmeters 80
erscheint auf einer Leitung 81 ein Signal, das ein Maß für die tatsächliche Ausgangsleistung G1 des Generators G
ist. Der Sollwert der Ausgangsleistung des Generators **>
74 wird ar> einer Klemme 82 mittels eines Signals Gd
vorgegeben.
Das Steuergerät 86 ist mechanisch über eine Kupplung 84 mit der Turbine 68 und dem Generator 74
gekuppelt Das Steuergerät 86 steuert über die ">·> Kupplung 88 die Stellung des Turbinen-Regelventils 90,
das seinerseits den Dampfdurchsatz zur Turbine 68 steuert. Das Steuergerät 86 wird über Leitungen 91 und
92 gesteuert, so daß es die öffnungsweite des Ventils 90 vergrößert oder verkleinert und sich der Dampfdurch- mi
satz so ändert, daß der Istwert G, auf der Leitung 81 mittels eines Reglers 100 auf Sollwert Gdgehalten wird.
Gemäß F i g. I werden dem Steuergerät 86 über die Leitungen 91 und 92 Steuersignale zugeführt, die durch
einen Vergleich der Signale Gd und G, in einem *>*
Komparator 96 erzeugt verden. Die Differenz zwischen den beiden Signalen wird dann über eine Leitung 98
dem Regler 100 als Eingangssignal zugeführt. Der Regler 100 ist als Pl Regler aufgebaut Er kann auf
seinen beiden Ausgangsleitungen 91 und 92 elektrische Impulse erzeugen, deren Dauer von der vom Regler
geforderten Größe der schrittweisen Steuerung abhängig ist
In dieser Weise wird also die elektrische Ausgangsleistung
des Generators 74 entsprechend dem an der Klemme 82 zugeführten Sollwert Gd geregelt Es sei nun
beschrieben, wie die dem Kessel 10 zugeführte Energie so geregelt wird, daß sich der gewünschte Dampfdruck
Ps ergibt Das Signal P1 wird durch ein Regelsystem so
modifiziert, daß in der ersten Stufe der Turbine oder einer beliebigen anderen Stelle der Turbine eine
gewünschte Temperatur aufrechterhalten wird.
Das auf einer Leitung 108 erzeugte Signal gibt die von der Turbine geforderte Leistung wieder. Dieses Signa!
entsteht durch Teilung des gemessenen Drucks P\ der ersten Stufe der Turbine 68 durch den gemessenen
Drosseldruck P1 in einer Divisior ■:stufe 114. Dieses
Signa! (PJP) wird über eine Lcif.iP.g 116 ciner
Multiplikationsstufe 139 zugführt und mit dem Signal P1
aus der Leitung 117 multipliziert, das den Sollwert des
Drosseldrucks darstellt
Das Signal auf der Leitung 117 entsteht durch ein Regelsystem. Gemäß F i g. 1 enthält das Regelsystem
zur Bildung des Signals auf der Leitung 117 eine Quelle, die auf einer Leitung 125 den Sollwert der Temperatür
der ersten Stufe vorgibt Der Sollwert auf der Leitung 125 wird mittels eines Komparators 126 mit dem Istwert
der Temperatur der ersten Stufe auf der Leitung 87 verglichen. Das vom Komparator 126 erzeugte
Fehlersignal auf der Leitung 127 stellt die Abweichung der Temperatur Ts der ersten Stufe vom Sollwert dar.
Diese Abweichung soll mit Hilfe des Reglers 122 auf Null gebracht werden. Der Regler 122 hat Pl-Verhalten.
Das Regelsystem zur Erzeugung des Signals P, auf der Leitung 117 soll also in erster Linie auf eine Abweichung
zwischen den Signalen auf den Leitungen 125 und 87 ansprechen, so daß diese Signale durch den Regler 122,
der das Signal P1 auf der Leitung 117 vorgibt möglichst
gleichgehalten werden. Der Regler 122 ändert über das Kessel-Eingangsregelsystem den Dampfdruck in der
Ausgangs-Dampfleitung 60, so daß die Temperatur T5 in der ersten Stufe sich entsprechend, d. h. in Richtung auf
den Sollwert ändert.
Das Ausgangssignal des Reglers 122 auf der Leitung 121 wird dann dem Eingang einer Begrenzerschaltung
130 zugeführt. Diese enthält eine Einrichtung zur Begrenzung des Ausgangs, nämlich des Signals P* das
den Druck-Sollwert wiedergibt auf der Leitung 117, auf einen maximalen und minimalen Wert, sowie zur
Begrenzung der Geschwindigkeit, mit der sich der Wert ändert.
Das P, ändert sich also infolge der Arbeitsweise des
Reglers 122 innerhalb eines begrenzter Bereichs und mit einer begrenzten Geschwindigkeit, so daß stets
versucht wird, die Temperatur der ersten Stufe gleich dem auf der Leit ng 125 vorgegebenen Sollwert zu
halten.
Das Kessel-Leistungssignal oder -regelsignal auf der Leitung 108 wird entsprechend der Abweichung des
Drosseldrucks Pi vom Sollwert P1 geändert Diese
Änderung erfolgt mit Hilfe des Ausgangssignals des Druckmeßgeräts 62, das Über eine Leitung 140 einem
Eingang eines Komparators 141 zugeführt wird, dessen anderem Eingang über eine Leitung 143 das Sollwertsignal
Ps zugeführt wird. Der Vergleich im Komparator 141 führt zu einem Signal auf der Leitung 145. das die
darstellt. Das Signal auf der Leitung 145 wird dem Eingang des Reglers 142 zugeführt. Der Regler 142 hat
PID-Verhalten. Er gibt auf der Ausgangsleitung 144 ein Signal ab, das mittels einer Summationseinheit 150 zu
dem Signal auf der Leitung 108 hinzuaddiert wird. Das Ausgangssignal der Summationseinheit 150 entsteht auf
einer Leitung 154, das ein modifiziertes, die erforderlichen Kessel-Eingangsgrößen wiedergebendes Regelsignal
darstellt. Gemäß Fig. 1 wird das Signal auf der Leitung 154 zur Regelung der Eingangsleistung zum
Kessel 10 verwendet.
Das Signal auf der Leitung 154 gibt den zur Aufrechterhaltung des gewünschten Druckes in der
Ausgangs-Dampfleitung 60 erforderlichen Brennstoffdurchsatz zum Kessel 10 wieder. Das Signal auf der
Leitung 154 wird über eine Leitung 180 einem Stufe ändert, dient somit der Regler 122 dazu, die vom
Kessel abgegebene Dampfmenge durch Änderung seines Arbeitsdrucks P, zu ändern. Durch den geänderten
Arbeitsdruck wird die erzeugte Leistung geändert, wodurch das Ventil 90 mittels des Reglers 100
zurückgestellt wird. Hierdurch wird die Temperatur T, der ersten Stufe auf ihren gewünschten Wert zurückgeführt.
Damit der Sollwert der Temperatur der ersten Stufe innerhalb eines vernünftigen Bereichs gehalten
in wird, wenn sich die Drosscltempcratur über einen
weiten Bereich ändert, kann die Anordnung der F i g. 2 verwendet werden. Gemäß F i g. 2 ändert das Signal auf
der Leitung 124 über den Komparator 123 den Sollwerl Γ, o,der vom Signal auf der Leitung 120 wiedergegeben
wird, so daß der gewünschte Wert oder das effektive Sollwertsignal auf der Leitung 125 entsteht. Zur
Erzeugung dieses Signals auf der Leitung 124 wird die
mit ui*iu ryjtt
rviMii}Sfii allst ισΑ tugLiuiiii, mj
DurchfluBmesser 34 erzeugten Kraftstoffstrom-Istwertsignal
auf der Leitung 184 verglichen wird. Der Komparator 182 erzeugt ein Fehlersignal auf einer
Leitung 186, die an den Eingang des Reglers 32 angeschlossen ist. Dieser steuert das Ventil 30 derart,
daß der Brennstoffdurchsatz in der Brennstoffleitung 12 auf einem Wert gehalten wird, der dem durch das Signal
auf der Leitung 180 vorgegebenen, erforderlichen Brennstoffdurchsatz entspricht.
Das gewünschte Verhältnis zwischen dem Brennstoff- und dem Luftdurchsatz wird normalerweise entsprechend
dem Sollwertsignal für das gewünschte Brennstoff/Luftverhältnis geregelt, das über eine Leitung 192
einer Multiplikationsschaltung 190 zugeführt wird. Das Ausgangssignal von der Multiplikationsschaltung 190
auf der Leitung 204 gibt den erforderlichen Luftdurchsatz durch die Leitung 16 wieder, der erforderlich ist, um
das gewünschte Brennstoff/Luft-Verhältnis aufrechtzuerhalten, wenn der Brennstoffdurchsatz in der Leitung
12 entsprechend dem Signal auf der Leitung 180 ist.
Das Signal auf der Leitung 204 wird mit dem Signal auf der Leitung 206 verglichen, das vom Durchflußmesser
24 erzeugt wird und den Durchsatz durch die Leitung 16 darstellt. Das Signal auf der Leitung 206 wird
mittels eines Komparator 208 mit dem Signal auf der Leitung 204 verglichen. Das Ausgangssignal des
Komparator 208 auf der Leitung 210 stellt das Fehlersignal dar, das dem Regler 22 zugeführt wird.
Dieser verstellt das Ventil 20 und ändert den Luftdurchsatz in der Leitung 16 so, daß der Luftdurchsatz
möglichst genau entsprechend dem Signal auf der Leitung 204 gehalten wird.
Im eingeschwungenen Zustand des Systems liegt die Temperatur der ersten Stufe der Turbine 68 normalerweise
auf einem Wert, der dem vom Signal auf der Leitung 125 wiedergegebenen entspricht. Wenn sich
beispielsweise Gj ändert, steuert der Regler 100 das
Steuergerät 86, das seinerseits die Öffnungsweite des Ventils 90 in einer Richtung ändert, in der sich der
Dampfdurchsatz zur Turbine 68 so ändert, daß das Ausgangssignal G, des Generators geändert wird, so
daß es gleich dem neuen Wert Gd ist Durch die
Änderung der Stellung des Ventils 90 ändert sich das Verhältnis P\IPb so daß sich das Leistungs- oder
Regelsignal PxPJP1 auf der Leitung 108 in ähnlicher
Weise ändert Hierdurch ergibt sich eine unmittelbare Änderung der Kessei-Eingangsgrößen. Während das
Belastungsregelsystem das Steuergerät 86 so regelt daß sich die erzeugte Leistung durch Änderung der Stellung
des Ventils 90 und damit der Temperatur der e.rsten s!tsiT!ner2tur T- mi! einem SoüwTi T- *· verlichen
Die Drosseltemperatur wird in der Dampfleitung 60 beispielsweise mittels eines Thermoelements an einem
Punkt 65 gemessen. Das Thermoelement ist über eine Leitung 69 mit einem Übertrager 67 verbunden. Der
Übertrager 67 erzeugt auf einer Leitung 71 ein Signal. das die Drosseltemperatur T, wiedergibt. Das Signal auf
2--> der Leitung 71 wird im Komparator 128 mit dem Signal
auf der Leitung 129 verglichen, das den Sollwert T1n.
den gewü'.vhten Wert für 7", wiedergibt. Das Ausgangssignal des Komparators 128 auf der Leitung 131 gibt die
Abweichung von T, gegenüber T, ο wieder. Das Signal
in auf der Leitung 131 erzeugt einen Spannungsabfall an einem Potentiometer 133. der der Differenz T1-T10
entspricht. Am Schleifer 133a des Potentiometers 133 wird das gewünschte Potential für die Leitung 124
abgegriffen, wodurch das Signal auf der Leitung 120 in
)■> der gewünschten Weise kompensiert wird. Die Einstellung
des Schleifers 133a wird empirisch bestimmt. Die Einstellung erfolgt durch einen Einstellknopf 1336.
F i g. 3 zeigt eine Anordnung mit einem programmierten Drosseldruck-Sollwert, wie er oben im Zusammenhang
mit dem Stand der Technik erwähnt wurde. Gemäß F i g. 3 wird jedoch der Sollwert durch das
Ausgangssignal des Reglers 122 geändert oder vorgespannt Das Ausgangssignal des Reglers 122 auf der
Leitung 121 wird mittels des Komparators 222 dem Signal auf der Leitung 220 hinzuaddiert. Dieses Signal
wird über eine Leitung 121a der Begrenzerschaltung 130 zugeführt, die den Drosseldruck-Sollwert P1 erzeugt.
Das über die Leitung 220 hinzuaddierte Signal ist der programmierte Sollwert, der mittels eines Funktionsgenerators
224 erzeugt wird. Diesem w'-d über c'.ie
Leitung 226 das Signal G</zugeführt, das an der Klemme
82 abgegeben wird und die gewünschte Leistung darstellt Durch diese Anordnung wird der programmierte
Drucksollwert so programmiert daß die Temperatur der ersten Stufe in der oben beschriebenen
Weise auf ihren gewünschten Wert gebracht wird.
F i g. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Anordnung der F i g. 3, wobei der Regler 122 und sein
Eingangssigna! von der Leitung 127 durch ein Signal auf
der Leitung 121 ersetzt ist das zur Abweichung der Drosseltemperatur, die vom Übertrager 67 auf der
Leitung 71 vorgegeben wird, vom Drosseltemperatur-Sollwert T0 in Beziehung steht der auf der Leitung 129
erzeugt wird. Die Differenz zwischen der Drosseltemperatur
T, und dem Sollwert To wird als Ausgangssigna! des Komparators 128 auf der Leitung 131 erhalten. Das
Signal auf der Leitung 131 wird mittels einer Multiplikationsschaltung 230 mit einer Konstanten K
.multipliziert, die als Maßstabsfaktor dient. Von der
Multiplikationsschaltung 230 wird auf die Leitung 121 ein Signal abgegeben, das die Abweichung der
Temperatur der ersten Stufe der Turbine vom gewünschten Wert anzeigt, der aus einer Drosseltempe-
ratur-Abweichung vom Wert Τι ο resultiert, der bei der
Erzeugung des programmierten, im Funktionsgenerator 224 erzeugten Drucksollwerts vorausgesetzt oder
vorweggenommen wird.
Claims (8)
1. Verfahren zur automatischen Regelung einer Kessel-Turbinen-Einheit, bei dem der Dampfdruck
der Turbine entsprechend dem Leistungsbedarf geregelt wird, und bei dem das Verhältnis (P\/Pi) aus
Ist-Dampfdruck in der Turbine und Ist-Dampfdruck in der Ausgangs-Dampfleitung des Kessels zur
Regelung der Brennstoff- und Luftzufuhr zum Kessel herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal aus Soll- und
Iütwertvergleich der Turbinentemperatur über eine Begrenzerschaltung (130) geführt und mit dem
Verhältnis aus Ist-Dampfdruck in der Turbine und Ist-Dampfdruck in der Ausgangs-Dampfleitung des
Kessels multipliziert wird (F i g. 1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Temperatur (T) in der
Ausgangf-Oampfleitung des Kessels mit einem Sollwert (T, o) verglichen und das Fehlersignal zur
Korrektur des Sollwertsignals der Temperatur in der Turbine herangezogen wird (F i g. 2).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal des Begrenzers
(130) von einem vom Sollwer: (GJ) des Leistungsbeciarfs abgeleiteten Signal überlagert wird (F i g. 3).
4. Regelanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Leistungs-Regelstrecke und mit einer Divisionsstufe, mit der der
Turbinendru_k durch den Ausgangsdruck des
Kessels teilbar ist urd dessen Ausgangssignal zur Regelung der Brennstoff- und Luftzufuhr zum
Kessel dient, gekennzeichnet d- xh eine Einrichtung (126) zum Vergleich von Ist- und Soll-Temperatur
der Turbine, an die ein Begrenzer (130) angeschlossen ist, und durch eine Multiplikationsstufe (139) zur
Multiplikation des Ausgangssignals der Divisionsstufe (114) mit dem Ausgangssignal des Begrenzers.
5. Regelanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Begrenzer (130) ein Regler
(122) vorgeschaltet ist.
6. Regelanordnung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen Temperaturfühler (65,
67) in der Ausgangs-Dampfleitung (60) des Kessels (K)), dessen Ausgangssignal mit einem Sollwert (T10)
im Komparator (128) vergleichbar und auf das Temperatur-Sollsignal aufschaltbar ist (F i g. 2).
7.
Regelanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine an das Leistungsbedarfssignal
angeschlossene Funktionsstufe (224), deren Ausgangssignal auf das Eingangssignal des Begrenzers
(130) aufgeschaltet ist.
8. Regelanordnung nach den Ansprüchen 4, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Komparator
(128) eine Multiplikationsstufe (230) zur Multiplikation des Fehlersignals mit einer Konstanten
nachgeschaltet ist.
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