DE3048854A1 - Verfahren zum betreiben von pumpen - Google Patents
Verfahren zum betreiben von pumpenInfo
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Description
Tokyo Shibaura Üenki Kabushiki Kaisha, 72 Horikawacho,
Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken (Japan)
Diese Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Betreiben von Pumpen, sie befaßt sich insbesondere
aber mit einem Verfahren zum Anfahren und Einschalten von Pumpen in einem Pumpspeicher-Wasserkraftwerk,
zu dem eine reversierbare Einzeldrehzahl-Pumpenturbine und eine Hilfspumpe (booster pump) gehören..
Für das Be triebsverha1 ten und Arbeitsverhalten einer
Einzeldrehzahl-Puinpen turbine gilt ganz allgemein, daß sich der mit dem höchsten Wirkungsgrad oder der
höchsten Leistung verbundene Arbeitspunkt beim Turbinenbetrieb vom Arbeitsverhalten als Pumpe unterscheidet.
So ist ganz besonders die Netto-Druckhöhe, bei der die Pumpenturbine während der Verwendung als Turbine
mit maximaler Leistung oder mit maximalen Wirkungsgrad arbeitet, größer als die gesamte Druckhöhe für
den Fall, daß die Pumpenturbine mit maximaler Leistung
oder mit maximalem Wirkungsgrad als Pumpe arbeitet. In einem wirklichen Punipspeicher-Wa.sserkraftwerk
ist demgegenüber jedoch die Netto-Druckhöhe der Turbine während des Turbinenbetriebes kleiner
als die gesamte üruckhöhe beim Pumpenbetrieb, und zwar um den Betrag, der gleich dem Druckhöhenverlust
des vom Wasser zwischen dem oberen Staubecken und dem unteren Staubecken zurückzulegenden Weges ist.
Wird nun eine Pumpenturbine im Turbinenbetrieb mit einer Drehzahl oder mit einem Arbeitspunkt betrieben,
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der der höchsten Leistung oder dem höchsten Wirkungsgrad
entspricht, dann wird bei Puiiipenbetrieb mit
einem niedrigen Wirkungsgrad oder mit einer niedrigen Leistung gearbeitet. Vor kurzem ist eine neuartige
Pumpspeicher-Wasserkraftanlage vorgeschlagen
worden, bei welcher eine Hilfspumpe (booster pump) zu einer reversierbaren Einzeldrehzahl-Pumpenturbine
derart in Reihe angeordnet und geschaltet ist, um den bei Puinpenbetrieb sonst niedrigen Wirkungsgrad
der Punipenturbine zu verbessern. Die Hilfspumpe (booster pump) wird dabei derart in Betrieb genommen
und gefahren, daß sie über den von der Punipenturbine erzeugten Druck hinaus einen Teil der Druckhöhe
oder des Druckes erzeugt, der erforderlich ist, wenn das Puinpspeicher-Wasserkraftsystem mit maximaler
Leistung oder mit maximalem Wirkungsgrad arbeiten soll. Um wirtschaftlich gerechtfertigt zu sein,
müssen Pumspeicher-Wasserkraftanlagen einen hohen Wirkungsgrad haben. Für die Entwicklung eines geeigneten
Verfahrens, das für das Betreiben einer reversierbaren Einzeldrehzahl-Pumpenturbine bestimmt ist,
ist deshalb ein recht starker Bedarf gegeben. Was das Betreiben einer reversierbaren Einzeldrehzahl-Pumpenturbine
mit einer Hilfspumpe (booster pum) betrifft so steht man jedoch immer wieder vor vielen
technischen Problemen. Dies gilt auch für das Verfahren der genauen Steuerung und Regelung, und
dies ganz besonders im Hinblick auf den Pumpenbetrieb, weil die Steuerung und Regelung des Pumpenbetriebes
sehr kompliziert ist.
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Die Erfindung stellt sich somit die nachstehend angeführte Aufgabe:-
Ei η Verfahren für das Betreiben von Pumpen in einer
Pumpspeichepwasserkraftanlage - diese bestehend aus einer reversierbaren Einzeldrehzahl-Pumpenturbine
und aus einer Hilfspumpe (booster pump), bei dem die Pumpenturbine und die Hilfspumpe (booster pump) im
Pumpenbetrieb hintereinander und in Reihe einfach und weich angefahren und in Betrieb genommen werden
können, und dies ohne komplizierte Anfahr-und Starttechnik.
Die Erfindung lost die gestellte Aufgabe dadurch, daß sie zum Betreiben einer aus einer reversierberen
Einzeldrehzahl-Pumpenturbine und aus einer Hilfspumpe (booster) bestehenden Pumpseicher-Wasserkraftanlage
- die Hilfspumpe dabei in einer Zweigleitung angeordnet, die zum Entleerungstunnel über einen
Teil parallel angeordnet ist, und zwar dem Entleerungstunnel zwischen der Pumpenturbine und dem unteren
Wasserhaltungsbecken, ein Verfahren vorsieht, zu dem die nachstehend angeführten Einzelschritte
gehören: -
das Schließen eines Ventiles aa der Austrittsseite
der Pumpenturbine;
das Schließen und Absperren des Teiles des Wassertunnels, der zur Abzweigleitung parallel angeordnet
ist;
das öffnen der Abzweigleitung;
das Anfahren und Starten der Pumpenturbine als Pumpe in Luft;
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das Beginnen der Luftabsaugung der im Inneren der Pumpenturbine dann noch verbliebenen Luft, wenn
die Pumpenturbine auf die vorgegebene Drehzahl hochgefahren worden ist;
nach dem Beginn des Luftabsaugungsvorganges das Anfahren und Starten der Hilfspumpe (booster pump)
und das öffnen des Einlaßventiles an der Austrittsseite der Pumpenturbine dann, wenn die Hilfspumpe
(booster pump) auf eine vorgegebene Drehzahl hochgefahren worden ist.
Gegenstand dieser Erfindung ist somit ein Verfahren zum Betreiben einer Pumpspeicher-Wasserkraftanlage,
die aus einer reversierbaren Einzeldrehzahlturbine und aus einer Hilfspumpe (booster pump) besteht
und bei der die Hilfspumpe (booster pump) in einer Zweigleitung sich befindet, welche zu einein
Teil des Wasserführungstunnels zwischen der Pumpenturbine
und dem unteren Wasserhaituncjsbecken parallel
angeordnet ist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zu ihm die nachstehend angeführten
Einzelschritte gehören:-
das Schließen eines der Austrittseite der purnpenturbine
zugeordneten Ventiles;
das Schließn und Absperren des parallel zur Zweigleitung geführten Teil des Wasserführungstunnels;
das öffnen der Zweigleitung;
das Anfahren und Starten der Pumpenturbine im Puinpenbetrieb
in Luft;
das Starten und Anfahren des Absaugens der im Inneren
der Puiiipenturbinenach dem Hochfahren auf die vorgegebene Drehzahl noch vorhandenen Luft;
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das Starten und Anfahren der Hilfpunipe (booster
pump) nach Beginn des Luftabsaugungsvorganges;
schließlich auch noch das öffnen des Ein!aßventiles
an der Austrittsseite der Pumpenturbine nach
dem Hochfahren der Hilfspumpe (booster pump) auf die gewünschte und vorgegebene Drehzahl.
Die Erfindung soll nachstehend nun anhand des in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles (der
in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele) näher
erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in:-
Fig. 1 Eine schematische Darstellung einer Pumpspeicher-Wasserkraf
tanl age., auf welche sich die Erfitidung bezieht.
Fig. 2 Diagramme betreffend die Betriebs-und Steue· un rungssequenzen von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Was die- Zeichnung betrifft, so sind in den verschiedenen
Darstellungen gleiche oder ähnliche Teile auch
mit gleichen Hinweiszahlen gekennzeichnet. So zeigt Fig. 1 ganz besonders eine als Turbine und als Pumpe
zu verwendende reversierbare Einzeldrehzahl-Purnpenturbine 1, mit der ein Motorgenerator 2 direkt gekoppelt
ist. Dargestellt ist auch noch eine Rohrleitung 3, die in die Punipenturbi ne 1 führt und mit einem
oberen (und nicht dargestellten) Wasserhal.tungsbekken
verbunden ist. Wiedergegeben sind weiterhin
auch noch: ein un leres Wasserhailungsbecken 6; ein
AblaufwasserfUhrungstunnel 5, der eine AbI auf Ieitung
4 der Pumpenturbine 1 mit dem unteren Wasserhaltungsbecken
6 verbindet; eine Abzweigungsleitüng 7, die
zur Umgehung des Wasserablauf tunnels 5 einem Teil
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dieses Wasserableitungsstollens 5 parallel zugeordnet
ist; schließlich auch noch eine Hilfspumpe 9, die in der Abzwweigungsleitung 7 angeordnet und montiert
ist. An der Austrittsseite der Hilfspumpe
(booster pump) 9 ist ein Ventil 10 in die Abzweigungsleitung 7 eingebaut, wohingegen ein Ventil 11
in den Teil des Wasserabi auftunne1s 5 eingebaut ist,
der zur Abzweigungsleitung 7 parallel liegt. Ein
Motor 8 ist derart angeordnet und eingebaut, daß er die Hilfspumpe (booster pump) 9 antreiben kann.
Zur Vereinfachung der Zeichnung ist die Verbindung
zwischen der Hilfspumpe (booster pump) 9 und der Antriebseinheit 8 weggelassen worden, d.h. nur die
Hilfspumpe (booster p.ump) 9 ist skizzenhaft dargestellt. Zur Pumpenturbine 1 gehören auch noch (nicht
dargestellte FührungsschaufeIn, die als Ventil an
der Auslaßseite der Pumpenturbine 1 wirksam werden.
Die Wasserkraftanlagen werden nun wie folgt betrieben,
wobei in der Zeichnung die jeweils zutreffenden ßetriebszustände des Ein!aßventiles 10 und des
Eirilaßventiles 11 wie folgt dargestellt sind:-
üie Vo11inie kennzeichnet jeweils für das Ventil
den Öffnungszustand, während für das Ventil 10 die. gestrichelte Linie den Schließzustand kennzeichnet.
Demgegenüber steht für das Ventil 11 die Vollinie
für den Schließzustand dieses Ventiles, während die gestrichelte Linie im Falle des Ventiles 11 für den
Öffiiungszustaiid steht.
Beim Turbinenbetrieb der Pumpen turbine 1 wird das
Ventil 10 zunächst einmal in die mit <jestrichel ter
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Linie wiedergegebene Schließzustand gebracht, so daß
die Zweigleitung 7 geschlossen und abgesperrt ist. Demgegenüber wird das Ventil 11 in die mit gestrichelter
Linie wiedergegebenen Öffnungzustand gebracht, was w.iederum zur Folge hat, das der Wasserabführungstunnel
5 mit dem unteren Wasserhaltebecken 6 verbunden
ist und die die Pumpenturbine 1 als Turbine arbeitet.
In Fig. 1 ist diese Position mit gestrichelten Linien dargestellt und wiedergegeben. In diesem
Falle wird von einem (nicht dargestellten) oberen Wasserhaltungsbecken aus das Wasser derart geführt,
daß es über die Rohrleitung 3 in die Pumpenturbine
I hineinströmt, daß es die Pumpenturbine 1 antreibt
und schließlich die Pumpenturbine 1 wieder verlassend in die Wasserabf ührurnjslei tung 4 fließt. Die Pumpenturbine
1 arbeitet dabei im Turbinenbetrieb und treibt den Motorgenerator 2 an, welcher dann elektrischen
Strom erzeugt. Das der Wasserabführungsleitung
4 zuströmende Wasser wird über den Wasserabi auf tunnel
5 in.das untere Wasserhaltungsbecken 6 geführt. Zu
diesem Zeitpunkt ist die Hilfspumpe (booster pump)
9 nicht eingeschaltet und arbeitet nicht.
Soll andererseits die Pumpenturbine 1 im Pumpenbetrieb
arbeiten, dann wird das Ventil in die mit Vollinie dargestellte Öffnungsposition gebracht,
was wiederum zu Folge hat, daß die Zweigleitung 7 geöffnet wird, dann wird weiterhin auch das Ventil
II in die mit Vollinie dargestellte Schließposition
gebracht und dadurch der zur Zweigleitung parallel liegende Teil des Wasserabi auf tunnels 7 geschlossen.
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In diesem Falle steht das Wasserabführungrohr 4 mit dem unteren Wasserhaltebecken 6 in Verbindung, und
zwar über die den Auslaß der Zweigleitung 7 in der Mitte des' Wasserabflihrungstunnels 5 und einem Teil
des Wasserabführungstunne1s'5 auf der Seite des unteren
Wasserhaltungsbeckens 6. In Fig. 1 ist diese Position mit Vollinien dargestellt. In diesem Falle
wird die Pumpenturbine 1 vom Motorgenerator 2 angetrieben, wohingegen die Hilfspumpe (booster pump) 9
angetrieben wird von der Antriebseinheit 8. Weil nun die Pumpenturbine 1 und die Hilfspumpe (booster
pump) hydraulisch in Reihe oder hintereinander geschaltet sind, fließt das Wasser, welches auf der
Seite des unteren Wasserhaltungsbeckens 6 von der Hilfspumpe (booster pump) 9 von diesem unteren Wasserhai
tungsbecken 6 her in den Wasserabführungstunnel 5 gesaugt wird, in die Pumpenturbine 1, und
zwar durch die Zweigleitung 7, durch den pumpenturbinenseitigen Teil des Wasserabf ührungstunne Is" 5 und
durch das Wasserabführungsrohr 4. Das Wasser wird dabei mit Druck beaufschlagt und nach oben über die
Rohrleitung 3 in das oberere Wasserhaltungsbecken gedrückt.
Nachstehend soll nun ein verbessertes Verfahren zum Anfahren und Starten von Pumpenturbine 1 und
Hilfspumpe (booster pump) 9 im Pumpbetrieb - dieses Verfahren als Erfindungsgegenstand - in aller Ausführlichkeit
beschrieben und erläutert werden:-
Zunächst einmal wird ein (nicht dargestelltes) Ventil
auf der Auslaßseite der Puiupenturbine 1 ge-
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schlossen, wird das Ventil 10 in die mit Vollinie gekennzeichnete Position gebracht, wird das Ventil
11 in die mit Vollinie dargestellte Position gebracht, was wiederum zur Folge hat, daß die Zweigleitung 7
geöffnet wird, daß weiterhin der Teil des Wasserabführungstunnels 5, der zur Zweigleitung 7 parallel
angeordnet ist, geschlossen und abgesperrt wird. Das Innere der Pumpenturbine 1 steht dadurch Über die
Zweigleitung 7 mit dem unteren Wasserhaltungsbecken
6 in Verbindung. Nun wird von einem (nicht dargestellten) Kompressor aus zum Absenken des Wasserspiegels
dem Inneren der Pumpenturbine 1 Druckluft zugeführt. Sobald der Wasserstand bis unter den
Turbinenrotor oder unter die Turbinenrotoren abgesenkt ist, wird die Pumpenturbine 1 von einem internen
Anlassermotor kleiner Leistung eingeschaltet und in Luft gestartet. Nach dem'Hochfahren
•der Pumpenturbine 1 auf eine vorgegebene Solldrehzahl
wird eine Verbindung zu einer (nicht wiedergegegebenen Vakuumpumpe hergestellt, wobei dann auch
das' Absaugen der Luft beginnt. Nach dem vollstän- ■ digen Absaugen der Luft bzw. nach Beendigung des ·
Luftabsaugvorganges wird durch eine im Inneren eingebaute Antriebseinheit 8 die Hilfspumpe (booster
pump) 9 in Wasser eingeschaltet uhd in Betrieb genommen.
Sobald die Hilfspumpe (booster pump) 9 auf die vorgegebene Solldrehzahl hochgefahren worden
ist, wird diese Hilfspumpe (booster pump) 9 dem äußeren Elektrosystem parallel geschaltet. Nun wird
das Ventil an der Auslaßseite der Pumpenturbine 1
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in den Öffnungszustand gebracht, wobei die hintereinander
oder in Reihe geschalteten Pumpenturbine
1 und die Hilfspumpe dann im Pumpenbetrieb arbeiten.
Fig. 2 zeigt die Zeitsequenzen des zuvor beschriebenen Verfahrens.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß sowohl das Ventil 10 als auch das Ventil 11 nur dann
angesteuert und dadurch geöffnet oder geschlossen werden, wenn das auslaßseitige Ventil der Pumpenturbine
1 geschlossen ist und wenn weder die Pumpenturbine 1 noch die Hilfspumpe 9 arbeitet, d.h., wenn
weder im Wasserabführungstunnei 5 noch in der Zweigleitung Wasser vorhanden ist oder Wasser strömt.
Die Ventile 10 und 11 können deshalb auch zum öffnen
oder Schließen sicher und leicht sowie mit nur
geringfügiger Leistungsaufnahme betätigt werden.
Darüber hinaus ist die Hilfspumpe (booster pump) 9 in der Zweigleitung, die zusammen, mit der Pumpenturbine
1 an den gleichen Wasserdurchlaß angeschlossen
ist, dann nicht in Betrieb, wenn die Pumpenturbine 1 im Pumpenbetrieb an Luft angefahren und zum
äußeren E1ekLrosystem parallel geschaltet wird. Und
das ist genau der Grund, weshalb die Pumpenturbine 1 in Luft als Pumpe weich und stabil und ohne Aufrühren
des abgesenkten Wasserspiegels angefahren und in Betrieb genommen werden kann.
Auch die Hilfspumpe. (booster pump) 9 wird zum äußeren
Elektronetz parallel geschaltet, wenn das Ventil 10 geöffnet ist und wenn die Hilfspumpe 9 zusammen
mit der Pumpenturbine 1 an den gleichen Wasserdurchlaß angeschlossen ist. Das bedeutet, daß die
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Pumpen türb ine 1 und die Hi Ί f s pumpe (booster pump)
nacheinander dadurch in Reihe gestartet und als Pumpe
angefahren werden können, und zwar dadurch, daß zunächst einmal das Ventil an der Auslaßseite der
Puinpenturbine 1 geschlossen wird, wobei dieses Anfahren
als Pumpt- dann einfach ist und ohne aufwendige und. kompli/ierte Starttechnik erfolgen kann.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird die Hi If spujnpe (booster pump) 9 dann sofort in Wasser in Betrieb genommen und angefahren, wenn
das Absaugen der noch in der Pumpenturbine 1 befindlichen Luft abgeschlossen ist. In alternativer Weise
kann die Hilfspumpe (booster pump) 9 jedoch auch dann in Betrieb genommen und angefahren werden, wenn
mit dem Absaugen der Luft begonnen worden ist oder wenn das Absaugen der Luft stattfindet (Fig. 3).
Im letzteren Falle wird der durch die Drehbewegung oder Kreisei bewegung der Hilfspumpe (booster pump)
9 erzeugte Wasserdruck derart dem Wasserabführungsrohr
4 der PuinpiMi turbine 1 auf geschal tet, daß der
Luftabsaugdruck in der Pumpenturbine 1 erhöht.wird
und daß der Vorgang der Luftabsaugung: schnell beendet
wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel: kann der Zeitraum zwischen dem Beginn und dem Anfahren des
Pumpbetriebes kürzer sein als dies bei dem davor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Die mit Fig. 1 wiedergegebenen Pumpspeicher-Wasserkraftan
1 agc ist zwar an beiden Enden des Zweigrohres Oder der Zweigleitung 7 mit dem Wasserabführungstunnel
5 verbunden, dennoch kann die Erfindung auch
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bei einer Pumpspeicher-Wasserkraftan 1 age Anwendung
finden, bei welcher die Zweigleitung 7 direkt mit dem unteren Wasserhaltungsbecken 6 verbunden ist.
Es dürfte klar sein, daß aufgrund der zuvor beschriebenen
Technik und des zuvor beschriebenen Verfahrens zahlreiche Modifikationen und Änderungen möglich
sind. Es sollte deshalb klar sein, daß im Rahmen
der Patentansprüche die Erfindung auch anders verwirklicht und realisiert werden kann, als dies
in der Patentbeschreibung beschrieben worden ist.
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Claims (4)
- PATENTANWÄLTE F-W-HEMMbRICH-GERD-MULUER-D-GROSSE-F-POLLMEIER ~εΐάιυοο <"·■·»· 73443Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha, 72 Horikawacho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken (Japan)PatentansprücheVerfahren zum Betreiben von Pumpen eines Pumpspeicherwerkes, bestehend aus einer reversiblen Konstandrehzahl-Pumpturbine und aus einer Zwischenpumpe, bei dem die Zwischenpumpe in einer Zweigleitung angeordnet ist, welche parallel zu einem Teil eines sich verjüngenden Tunnels zwischen der Pumpturbine und einem unteren Speicherbecken geführt ist,dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahrendas Schließen eines Ventils auf der Auslaßseite der Pumpturbine,das Schließen und Absperren des der Zweigleitung parallel zugeordneten :7um sich verjüngenden Tunnel gehörenden Teils, das öffnen der Zweigleitung,das Anfahren der Pumpturbine als Pumpe in Luft, das Absaugen der im Inneren der Pumpturbine vorhandenen Luft, nachdem die Pumpturbine auf eine vorgegebene Drehzahl hochgefahren worden ist,das Anfahren der Zwischenpumpe nach dem der Luftabsaugprozeß begonnen hat,und das öffnen eines Ventils auf der Auslaßseite der Pumpturbine nachdem die Zwischenpumpe auf eine vorgegebene Drehzahl hochgefahren worden ist beinhaltet.
- 2. Verfahren zum Betreiben von Pumpen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,- 14 -130037/082 6 0WQINAL INSPectedPATENTANWÄLTE F.W. HEMMgRICH* G^RD-MiM^f? -:D. GROSSE? · F. POLLMEIER■: :'-\§ 304885*%^"daß die Zwischenpumpe dann angefahren wird/ wenn der Luftabsaugvorgang abgeschlossen ist.
- 3. Verfahren zum Betreiben von Pumpen nach den Ansprüchen 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenpumpe in Wasser angefahren wird.
- 4. Verfahren zum Betreiben von Pumpen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen des sich verjüngenden Teiles des Tunnels sowie das öffnen der Zweigleitung dadurch stattfindet, daß ein der mit der Zwischenpumpe versehenen Zweigleitung auslaßseitig zugeordnetes Ventil geöffnet und ein Ventil in dem parallel zur Zweigleitung liegenden Teil des sich verjüngenden Tunnels geschlossen wird.1 30037/0825
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| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA, KAWASAKI, KANAGAWA, JP |
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