DE2824643C2 - Verfahren zur Herstellung eines Leitrings einer Wasserturbine und dessen Anwendung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Leitrings einer Wasserturbine und dessen AnwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leitrings einer Wasserturbine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
In Wasserturbinen, aber auch in Pumpenturbinen eingesetzte Leitringe besitzen üblicherweise eine obere
und eine untere Ringscheibe, die in Achsrichtung voneinander beabstandet sind, sowie mehrere in Umfangsrichtung
gleich beabstandet angeordnete Leitschaufeln, deren jede sich zwischen der oberen und der unteren
Ringscheibe erstreckt.
Gemäß dem herkömmlichen Herstellverfahren derartiger Leitringe werden obere und untere Ringscheibe
und die Leitschaufeln getrennt hergestellt. Danach werden nach korrektem Anordnen der Leitschaufeln zwischen
oberer und unterer Ringscheibe diese längs den Umfangen der Ober- und Unterenden an oberer bzw.
unterer Ringscheibe fest angeschweißt.
Dieses herkömmliche Verfahren ist jedoch außerordentlich unwirtschaftlich und kann bei der Herstellung
von Leitschaufeln für Wasserturbinen nicht zweckmäßig verwendet weiden, die für die Verwendung unter
hohen Wasserfallhöhen vorgesehen werden sollen. Der Abstand zwischen oberer und unterer Ringscheibe ist
nämlich bei einem derartigen Leitring zu gering. In bestimmten Fällen ist der Abstand zwischen zwei Ringscheiben
an den Innenumfängen dieser Ringe sehr klein, wie beispielsweise 28 cm. Es ist daher außerordentlich
j-> schwierig, durch Einsetzen der Schweißgeräte in den
begrenzten Raum zwischen oberer und unterer Ringscheibe eine befriedigende Schweißung durchzuführen.
Folglich kann die gewünschte Qualität der verschweißten Teile kaum erreicht werden, und darüber hinaus hat
sich häufig erwiesen, daß sogar das Schweißen nicht durchgeführt werden kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Herstellverfahren für Leitringe für Wasserturbinen und Pumpenturbiiien
anzugeben, durch das eine gute Qualität der verschweißten Konstruktion unabhängig vom Abstand
zwischen oberer und unterer Ringscheibe sichergestellt ist.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung wird durch die Unteransprüche weitergebildet. Insbesondere ist die Erfindung auch auf die
Herstellung eines Leitrings einer Pumpenturbine in gleicher Weise anwendbar.
Zwar ist es im Turbinenbau an sich bekannt (vgl. CH-PS 3 56 340), eine Auftragsschweißung durchzuführen,
jedoch lediglich zum Reparieren von durch Benützung stark verschlissenen Teilen, d. h. um deren Gesamtnutzungsdauer
zu erhöhen. Bei der Herstellung solcher Teile wurde die Auftragsschweißung noch nicht verwendet.
Durch die Erfindung wird es möglich, Leitringe auf relativ einfache Weise herzustellen, die bisher insbesondere
aufgrund ihrer Abmessungen nicht oder nur sehr aufwendig herstellbar waren.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dar-
ti5 gestellten Ausführuiigsbeispide näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 im Schnitt einen vollständigen Leitring.
F i g. 2 im Schnitt einen anders ausgebildeten, voll-
28 14
ständigen Leitring,
F i g. 3 den Schnitt HI-III in F i g. 2,
Fig.4A bis 4C Teilaufsichten einer oberen Ringscheibe
mit verschieden ausgebildeten, in Ihr geformten Öffnungen,
F i g. 5 perspektivisch und in Teilansicht einen Leitring bei der Herstellung zur Darstellung der Art, wie
eine Elektroschlackenauftragsschweißung im Raum der Form erreicht wird,
Fig.6 vergrößert perspektivisch ein Beispiel einer Form, wie sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens verwendbar ist,
F i g. 7 den Schnitt VII-VII gemäß F i g 5,
F i g. 8 eine Ansicht ähnlich F i g. 5, jedoch mit Abschmelz-Drahtelektroden
anstelle von Abschmelz-PIattenelektroden, wie in F i g. 5 dargestellt,
F i g. 9 einen Schnitt ähnlich F i g. 7, bei dem in der unteren Ringscheibe eine Vertiefung ausgebildet ist,
Fig. 10 einen Schnitt ähnlich Fig.7, bü dem in der
unteren Ringscheibe öffnungen ausgebildet sind,
F i g. 11 einen Schnitt ähnlich F i g. 7, wobei in den
Raum der Form ein Kernteil eingesetzt ist.
Die F i g. 1 bis 3 zeigen Beispiele vollständiger Leitringe. F i g. 1 zeigt einen Leitring 10, der eine obere
Ringscheibe 11, eine von der oberen Ringscheibe 11 in
Achsrichtung beabstandete untere Ringscheibe 12 und mehrere in Umfangsrichtung gleich beabstandete
Leitschaufeln 13 enthält, deren jede sich zwischen der oberen und der unteren Ringscheibe 11,12 erstreckt.
Die Fig.2 und 3 zeigen einen weiteren Leitring 20.
Dieser Leitring 20 besitzt eine obere Ringscheibe 21, eine untere Ringscheibe 22, die von der oberen Ringscheibe
21 in Achsrichtung beabstandet ist und sich zu letzterer parallel erstreckt, sowie mehrere in Umfangsrichtung
gleich beabstandete Leitschaufeln 23, deren jede sich zwischen oberer und unterer Ringscheibe 21, 22
erstreckt.
Der Leitring 10 gemäß Fig. 1 kann im wesentlichen
gemäß dem gleichen Verfahren hergestellt werden wie der Leitring 20 gemäß F i g. 2 und 3. Aus diesem Grunde
wird im folgenden das erfindungsgemäße Herstellverfahren beispielhaft für Leitringe erläutert, wie sie in den
F i g. 2 und 3 dargestellt sind.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden erste Öffnungen in der Dickenrichtung der oberen
Ringscheibe 21 an Stellen gebildet, an denen die Leitschaufeln 23 anzuordnen sind. Diese öffnungen sind
dazu vorgesehen, daß eine Führungsdüse bzw. ein Führungsrohr eines Elektroschlackenauftragsschweißgerätes
in den Raum einer weiter unten erläuterten Form eingesetzt oder eingeführt werden kann. Folglich ist jede
Form einer öffnung zulässig, die das Einsetzen des Führungsrohrs durch sie hindurch ermöglicht.
Bei dem in Fig.4A dargestellten Beispiel sind die
Öffnungen in Form mehrerer Löcher 25 ausgebildet, während bei dem anderen in F i g. 4B dargestellten Beispiel
jede der öffnungen aus einem Lpngloch oder Schlitz 26 mit einer Form ähnlich der Querschnittsform
der Leitschaufeln 23besteht, jedoch etwas kleiner ist als diese. Gemäß dem in Fig.4C dargestellten weiteren
Ausführungsbeispiel ist jede der öffnungen als Schlitz 27 einer Form und Größe ausgebildet, die mit der des
Querschnitts der Leitschaufeln 23 übereinstimmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden mit insbesonderem. aber beispielhaftem Bezug auf die
Form der öffnung 27 gemäß F i g. 4C erläutert, obgleich
das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher Weise auf öffnungen anwendbar ist, wie sie in den F i g. 4A und 4B
dargestellt sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden obere
und untere Ringscheibe 21, 22 mit dem erforderlichen Abstand angeordnet, d. h. daß ein Abstand, der im we
sentiichen gleich der Höhe der Leitschaufeln 23 ist, zwischen
ihnen freigelassen ist. Dann werden mehrere Formen ähnlich der Form 30 gemäß F i g. 6 an vorgegebenen
Stellen zwischen den beabstanderen oberen und unteren Ringscheiben 21 und 22 in einer Weise angeordnet,
wie sie in F i g. 5 und 7 dargestellt ist.
Wie sich insbesondere aus F i g. 6 ergibt, ist die Form
30 teilbar mit zwei trennbaren Abschnitten 31,32, deren
jeder eine Vertiefung 33,34 besitzt Diese Vertiefungen 33, 34 bilden zusammengesetzt einen Raum 36, der der
äußeren Form der Leitschaufel 23 entspricht, wenn die beiden Abschnitte 31, 32 zusammengebracht sind und
miteinander mittels Klammern 35 einstückig gehalten sind. Ein Paar von Anschlüssen 37 ist in jedem Abschnitt
33,34 der Form 30 eingeschraubt, an denen, wie dargestellt, eine Einlaßleitung 38 und eine Auslaßleitung 39
befestigt sind derart, daß ein Kühlfluid durch einen in jedem Formen-Abschnitt 33, 34 gebildeten Durchtritt
40 (F i g. 7) strömen bzw. umgewälzt werden kann.
Wie sich aus F i g. 7 ergibt, ist der Raum 36 zur in der oberen Ringscheibe 21 gebildeten Öffnung 27ausgerichtet
angeordnet und mit dieser in Verbindung, wenn jede Form richtig in der vorgegebenen Stellung zwischen
oberer und unterer Ringscheibe 21,22 angeordnet ist.
Dann wird eine ring- oder scheibenförmige Platte 43 mit Öffnungen 42, deren jede in Form und Größe der
Öffnung 27 in der oberen Ringscheibe 21 entspricht, auf der oberen Ringscheibe 21 so angeordnet, daß die öffnungen
42 zu den entsprechenden öffnungen 27 der oberen Ringscheibe 21 ausgerichtet sind.
Nach Anordnen der Platte 43 wird eine Elektroschlackenauftragsschweißung
in dem Raum 36 jeder Form 30 in der folgenden Weise erreicht:
Eine selbstverzehrende Düse bzw. ein Rohr 45 eines Elektroschlackenauftragsschweißgerätes ist in den
Raum 36 der Form 30 durch die Öffnung 42 in der scheibenförmigen Platte 43 und durch die öffnung 27 in
der oberen Ringscheibe 21 eingeführt. Eine selbstverzehrende oder Abschmelz-PIattenelektrode 46 wird
kontinuierlich von einem Zufü'irmotor 27 unter Führung
durch das Rohr 25 eingeführt. Die Abschmelz-PIattenelektrode 46 wird kontinuierlich durch die Hitze geschmolzen,
die durch elektrischen Strom erzeugt wird, der durch die Abschmelz-PIattenelektrode 46 selbst, die
geschmolzene Schlacke 48 und geschmolzenes Metall 49 fließt, um so den Raum 36 in der Form 30 und zumindest
einen Teil des Raums zu füllen, der durch die öffnungen 27 und 42 in der oberen Ringscheibe 21 und der
scheibenförmigen Platte 43 gebildet ist.
Das geschmolzene Metall 49 wird aufeinanderfolgend verfestigt, wenn es durch die gekühlte Wand der Form
30 gekühlt wird, wie das durch das verfestigte Metall 50 in F i g. 7 wiedergegeben ist.
Es zeigt sich, daß die Leitschaufel 23 gebildet wird und daß gleichzeitig obere und untere Ringscheibe 21,
22 über die so gebildete Leitschaufel 23 starr miteinander verbunden werden, wenn die Elektroschlackenauftragsschweißung
im Raum 36 der Form 30 beendet ist.
Schließlich werden die Form 30 und die scheibenförmige Platte 43 entfernt und wird der Teil des Schweißmetalls,
der im Raum der öffnung 42 in der scheibenförmigen Platte 43 verfestigt ist, mittels mechanischer Bearbeitung
entfernt.
Selbstverständlich sind nicht ausschließlich Ab-
Selbstverständlich sind nicht ausschließlich Ab-
28 14 643
schmelz-Plattenelektroden zu verwenden, sondern können
ohne weiteres ebenso anders ausgebildete selbstverzehrende oder Absehmelz-Elektroden verwendet
werden. Beispielsweise kann die Abschmelz-Plattenelektrode 46 durch mehrere von selbstverzehrenden
Düsen oder Rohren 145 geführte Abschmelz-Drahtelektroden 146 ersetzt werden, wie in F i g. 8 dargestellt.
In einem derartigen Fall werden, wie in F i g. 8 dargestellt, die Abschmelidrahtelektroden 146 kontinuierlich
in den Formen-Raum 36 eingeführt mittels des Zuführmotors 47 durch Führung durch die entsprechenden Düsen
oder Rohre 145. Jedoch ist aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten die Verwendung einer Abschmelz-Plattenelektrode
46 vorzuziehen und zu empfehlen.
Gemäß dem erläuterten erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Bildung der Leitschaufeln und das miteinander
Verbinden von oberer und unterer Ringscheibe simultan mittels einer Elektroschlackenauftragsschweißung,
die innerhalb der Formen erreicht wird, so daß ein erhöhter Wirkungsgrad der Ferligungsarbeit gewährleistet
ist. Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Vollenden eines Leitrings erforderliche Zeit ist tatsächlich
um etwa das Zehnfache kürzer als die bei herkömmlichen Verfahren erforderliche Zeit.
Gleichzeitig kann gemäß der Erfindung ein qualitativ hochstehender Leitring ohne wesentliche Schwierigkeiten
erzeugt werden, selbst wenn der Abstand zwischen oberer und unterer Ringscheibe 21, 22 klein ist, da die
Absehmelz-Elektroden durch die in der oberen Ringscheibe 21 gebildeten öffnungen eingeführt bzw. zugeführt
werden.
Weiter kann der Wirkungsgrad der Arbeit noch weiter dadurch erhöht werden, daß das Elektroschlackenauftragsschweißen
automatisch durchgeführt wird.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zweckmäßig
bei der Herstellung solcher Leitringe ist. die einen kleinen Abstand zwischen oberer und unterer
Ringscheibe besitzen, wie diejenigen für Wasserturbinen, die zur Verwendung bei hohen Wasserfallhöhen
vorgesehen sind. Jedoch kann selbstverständlich das erfindungsgemäße Verfahren auch bei der Herstellung
von Leitschaufeln verwendet werden, die relativ große Abstände zwischen oberer und unterer Ringscheibe besitzen.
Fig. 9 zeigt eine Weiterbildung der unteren Ringscheibe, wobei im übrigen gleiche Teile wie in dem vorstehend
erläuterten Ausführungsbeispiel gleiche Bezugszeichen besitzen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind, wie in Fig. 9 deutlich dargestellt, Vertiefungen 51 in der Fläche der
unteren Ringscheibe 122 an Stellen ausgebildet, an denen die Leitschaufeln 23 zu sichern sind. Jede Vertiefung
51 besitzt eine Form, die im wesentlichen der Querschnittsform der Leitschaufeln 23 entspricht Wenn obere
und untere Ringscheibe 21,22 mit dem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet werden, werden die
Vertiefungen 51 in der Oberseite der unteren Ringscheibe 122 zu den entsprechenden öffnungen 127 in der
oberen Ringscheibe 121 vertikal ausgerichtet. Zusätzlich sind, wenn die Formen 30 richtig zwischen oberer
und unterer Ringscheibe 21, 122 angeordnet sind, die Räume 36 in den Formen 30 jeweils in Verbindung mit
den Öffnungen 127 in der oberen Ringscheibe 21 und den Vertiefungen 51 in der unteren Ringscheibe 122.
Durch das Vorsehen der Vertiefungen 51 wird der Schweißbereich erhöht, um so eine größere Festigkeit
der Verbindung zwischen den Leitschaufeln 23 und der unteren Ringscheibe 122 zu erreichen.
Fig. 10 zeigt eine weitere Weiterbildung der unteren Ringscheibe. In Fig. 10 sind die gleichen Teile wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die untere Ringscheibe 222 gemäß Fig. 10 ist an Stellen, an denen die Leitschaufeln 23 anzuordnen sind, mit öffnungen 151 einer Form versehen, die im wesentlichen der Querschnittsform der Leitschaufeln 23 entspricht. Die öffnungen 151 der unteren Ringscheibe 222 sind vertikal ausgerichtet zu den entsprechenden öffnungen 127 in der oberen Ringscheibe 21, wenn die beiden Ringscheiben 21, 222 mit vorgegebenem Abstand zueinander angeordnet sind. Weiter sind, wenn die Formen 30 richtig zwischen oberer und unterer Ringscheibe 21, 222 angeordnet sind, die Räume 36 in den Formen 30 in Verbindung mit
Fig. 10 zeigt eine weitere Weiterbildung der unteren Ringscheibe. In Fig. 10 sind die gleichen Teile wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die untere Ringscheibe 222 gemäß Fig. 10 ist an Stellen, an denen die Leitschaufeln 23 anzuordnen sind, mit öffnungen 151 einer Form versehen, die im wesentlichen der Querschnittsform der Leitschaufeln 23 entspricht. Die öffnungen 151 der unteren Ringscheibe 222 sind vertikal ausgerichtet zu den entsprechenden öffnungen 127 in der oberen Ringscheibe 21, wenn die beiden Ringscheiben 21, 222 mit vorgegebenem Abstand zueinander angeordnet sind. Weiter sind, wenn die Formen 30 richtig zwischen oberer und unterer Ringscheibe 21, 222 angeordnet sind, die Räume 36 in den Formen 30 in Verbindung mit
den zugehörigen öffnungen 127, 151 in oberer und unterer
Ringscheibe 21,222.
Vor der Durchführung der Elektroschlackenschweißung kann eine ring- oder scheibenförmige Platte 53
oder ein Plattenteil mit Vertiefungen 52, die an Stellen ausgebildet sind, die den öffnungen 151 in der unteren
Ringscheibe 222 entsprechen, in Berührung mit der Unterseite der unteren Ringscheibe 222 so angeordnet
werden, daß die öffnungen 151 in letzterer verschlossen werden.
Die öffnungen 151 dienen zur Vergrößerung des Schweißbereiches, um eine größere mechanische Festigkeit
der Schweißverbindung zwischen den zu formenden Leitschaufeln 23 und der unteren Ringscheibe
222 sicherzustellen. Darüber hinaus wird, da das qualitätsschwächere
Schweißen, das zu Beginn des Schweißens unvermeidbar stattfindet, in dem Raum der Vertiefung
52 durchgeführt wird, diese qualitätsschwächere Schweißung vollständig aus dem Schweißbereich zwischen
der Wand und der öffnung 151 und dem verfestigten Schweißmetall 50 ausgeschlossen, wodurch die mechanische
Festigkeit der Schweißverbindung weiter sichergestellt wird.
Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem gleiche Teile wie bei den vorstehenden
Ausführungsbeispielen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine Kernplatte oder ein Kernmetall 55 in den Raum eingesetzt,
der durch die Vertiefung 52 in der Platte 53, die öffnung
151 in der unteren Ringscheibe 222, den Raum 36 in der Form 30 und die öffnung 27 in der oberen Ringplatte 21
gebildet ist, um so diesen Gesamtraum im wesentlichen in zwei Abschnitte zu teilen. Düsen oder Rohre 245,261
werden jeweils in diese beiden Abschnitte eingesetzt, und Abschmelz-Plattenelektroden 246, 262 werden jeweils
in diese beiden Abschnitte durch Führung durch die Rohre 245, 261 mittels Zuführmotoren 247 bzw. 263
eingeführt. Auf diese Weise wird eine Elektroschlackenauftragsschweißung simultan in beiden Abschnitten des
Raums durchgeführt. Dieses Ausführungsbeispiel ist vorteilhaft in bezug auf verringerte Herstellkosten und
kürzere Arbeitszeit, da an der Menge des Schweißmetalls 50 infolge des Vorhandenseins des Kernmetalis 55
beträchtlich eingespart werden kann.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung eines Leitrings einer Wasserturbine, wobei der Leitring eine obere Ringscheibe
und eine untere Ringscheibe besitzt, die durch mehrere Leitschaufeln fest miteinander verbunden
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufel durch eine Öffnung in der oberen
Ringscheibe mittels einer Elektroschlackenauftragsschweißung und innerhalb gekühlter Formen
zwischen den Ringscheiben aufgebaut wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anordnen von oberer und
unterer Ringscheibe in der unteren Ringscheibe an Stellen Vertiefungen gebildet werden, an denen
Leitschaufeln anzuordnen sind, daß die öffnungen in der oberen Ringscheibe vertikal zu den entsprechenden
Vertiefungen der unteren Ringscheibe ausgerichtet werden, und daß die Formen zwischen
oberer und unterer Ringscheibe so angeordnet werden, daß deren Räume mit entsprechenden Öffnungen
der oberen Ringscheibe und entsprechenden Vertiefungen der unteren Ringscheibe in Verbindungsind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen in der unteren Ringscheibe
eine Form besitzen, die im wesentlichen der Querschnittsform der Leitschaufeln entspricht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch
gekennzeichnet, daß vor dem Anordnen von oberer und unterer Ringscheibe Öffnungen in der
unteren Ringscheibe an Stellen gebildet werden, an denen Leitschaufeln anzuordnen sind, daß die Öffnungen
in der oberen Ringscheibe zu entsprechenden Öffnungen in der unteren Ringscheibe vertikal
ausgerichtet angeordnet werden, daß die Formen zwischen oberer und untere. Ringscheibe so angeordnet
werden, daß deren Räume mit entsprechenden Öffnungen in oberer und unterer Ringscheibe in
Verbindung sind, und daß vor der Elektroschlackenauftragsschweißung die Öffnungen der unteren
Ringscheibe von deren Unterseite aus mittels einer Platte verschlossen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnungen in der unteren Ringscheibe eine Form besitzen, die der Querschnittsform
der Leitschaufeln entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte mehrere Vertiefungen
aufweist, die in Verbindung mit entsprechenden Öffnungen der unteren Ringscheibe gebracht werden,
wenn die Platte mit letzterer in Berührung gebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Kernteil in
jedem der Räume in den Formen angeordnet wird, und daß die Elektroschlackenauftragsschweißung
für jeden der so gebildeten beiden Abschnitte des Raums durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —7, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Öffnung in der oberen
Ringscheibe durch mehrere durchgehende Löcher gebildet ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —7, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Öffnung in der oberen Ringscheibe eine Form besitzt, die mit der Querschnittsform
der Leitschaufeln übereinstimmt.
10. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1—9 bei der Herstellung eines Leitrings
einer Pumpenturbine.
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Legal Events
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8126 | Change of the secondary classification |
Ipc: B23K 5/18 |
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