EP0169779B1 - Einrichtung zur Regelung des Entnahmedrucks einer Entnahme-Kondensationsturbine - Google Patents

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EP0169779B1
EP0169779B1 EP85401457A EP85401457A EP0169779B1 EP 0169779 B1 EP0169779 B1 EP 0169779B1 EP 85401457 A EP85401457 A EP 85401457A EP 85401457 A EP85401457 A EP 85401457A EP 0169779 B1 EP0169779 B1 EP 0169779B1
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annular
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turbine
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Heinz Stetter
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Alstom SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/20—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted
    • F01D17/22—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical
    • F01D17/26—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical fluid, e.g. hydraulic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
    • F01D3/02—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid characterised by having one fluid flow in one axial direction and another fluid flow in the opposite direction

Definitions

  • the invention relates to a device for regulating the extraction pressure of a extraction condensation turbine, in which steam for heating or chemical process purposes is withdrawn from a stage of the blade duct of the medium-pressure part or the high-pressure part and in which the steam remaining in the turbine is fed to a double-flow low-pressure part is, with pivotable blades or blade parts from downstream of the steam extraction point (s) arranged guide vanes, the blade pivoting movement via adjusting levers or arms by axial displacement of the adjusting levers or - arms supporting adjusting rings.
  • a turbine throttle is known from US Pat. No. 2,412,365, the adjustable element of which is composed of a large number of jointly adjustable elements. The adjustment is carried out hydraulically via an annular piston.
  • the invention is therefore based on the object of simplifying the device of the type mentioned in such a way that it can predominantly be used as an internal control device;
  • a motor-driven axial displacement drive is to be used, the pressure fluid of which is well compatible with the turbine working fluid.
  • a full-walled, axially immovable partition wall is provided between the two ring disk pistons and is in the radial gap between the radial inner ring housing wall and connected to the low pressure spaces behind the adjustable guide vanes
  • a labyrinth seal is arranged in the rotor shaft in the area between the bores connecting the suction chamber of each annular disc piston with the radial gap.
  • the adjusting device is largely arranged in the annular space 1 - that is, an already existing space - between the two first impeller stages 2a, 2b of a double-flow, low-pressure turbine symmetrical with respect to the turbine stages.
  • the low-pressure turbine is preferably part of a heating steam extraction turbine, the heating steam being drawn off at the outlet of the medium-pressure part 3 and the steam stream remaining in the turbine after the extraction being supplied to the annular space 1 without restriction via an overflow line from the medium-pressure outlet.
  • the adjusting device has a ring housing which is arranged coaxially to the rotor shaft 4 and surrounds it at a distance (radial gap 5) and is located in the turbine interior and which comprises a radially outer casing 7, two annular disks 9 which are perpendicular to the longitudinal axis 8 of the rotor and a radially inner casing 10.
  • a ring housing which is arranged coaxially to the rotor shaft 4 and surrounds it at a distance (radial gap 5) and is located in the turbine interior and which comprises a radially outer casing 7, two annular disks 9 which are perpendicular to the longitudinal axis 8 of the rotor and a radially inner casing 10.
  • two washer pistons 11, 12 are arranged, which are axially displaceably mounted on one or more (preferably - for the purpose of achieving stable guidance of the washer pistons - several) axially parallel guide rods 13.
  • the washer pistons 11, 12 are provided on their radially outer and radially inner circumferential surfaces with sealing tips 14 which form labyrinth seals in the radial gaps between the washer pistons 11, 12 and the outer and inner circumferential surfaces of the washer pistons, with low leakage flows through the labyrinth seals for the maintenance of a Ensure pressure difference on the washer pistons 11, 12.
  • an adjusting ring 15 is firmly connected to the side facing the impeller 2.
  • Adjusting levers 16 are supported on the adjusting rings 15; the other ends of the adjusting levers 16 are connected to the radially inner ends of a radially directed axis 17 in a rotationally rigid manner.
  • the axes 17 pass through the associated guide vane in its longitudinal direction and are relative to the guide vane or a part thereof. its torsionally rigid and rotatably supported with its radially outer ends in a recess 19 in the inflow housing 20 or a guide vane carrier and led.
  • the rotation of the guide vanes 18 or guide vane parts takes place by an axial displacement of the annular disc pistons 11, 12, which, as is known per se, results in a pivoting movement of the adjusting levers 16 and, consequently, in a rotary movement of the guide vanes 18 or their pivotable parts .
  • deviating constructive solutions of the mechanical adjustment rods 15, 16, 17 are also possible.
  • the axial adjustment of the annular disc pistons 11, 12 takes place by means of turbine-internal steam of sufficiently high pressure, which ends via a control pressure line 21 and bores 22 in the outer jacket, or corresponding lines, into the two pressure chambers 23a, 23b at the corresponding adjusting ring 15 and the adjusting levers 16 the washer piston 11, 12 is passed.
  • the space (suction space) between the inner annular piston piston end faces is connected via one or more bores 24, or recesses, in the inner jacket to the radial gap 5, and thus - as a result of the axial gap 29 - to the spaces of low pressure behind the guide vanes 18.
  • the axial displacement of the annular disc pistons 11, 12 has to be carried out against the sum of the axial steam power components of the adjustable guide vanes 18.
  • the pressure in the pressure chambers 23a, 23b must be set in order to keep the total axial force from the axial vapor force components in balance. Since the axial force components on the guide vanes 18 always act in the opening direction, the direction of the compressive force on each annular disk piston 11, 12 is always the same.
  • a control valve 25 is provided in the control pressure line 21 outside the turbine housing, which is preferably operatively connected to a turbine tap for the regenerative feedwater preheating of higher pressure. - The control of the control valve 25 is carried out according to the known control of the (external) throttle valve in the overflow line, so that there is no need to go into this detail.
  • Each guide vane 18 does not need to be pivoted.
  • Each guide vane 18 can consist of a fixed front part 18a, the axis of rotation 17 and an adjustable (pivotable) part 18b. ( Figure 3).
  • the fixed parts 18a carry the adjusting device and connect them to the inflow housing part of the low-pressure turbine.
  • the adjustable parts 18b serve to regulate the steam extraction pressure by changing the flow cross section of the two first guide grids 18.
  • the axis 17 can, see FIG. 1, be an integral part of the adjustable part 18b; but it can also - see FIG. 3 - be pushed through corresponding recesses in the parts 18a, 18b and connected to the adjustable part 18b via a known wedge connection 26, in which a torque can be transmitted by frictional engagement and positive engagement.
  • the axial displacement of the washer pistons can be limited by stops.
  • compression springs can be connected between the annular disk pistons 11, 12, which is not shown in further detail.
  • the device described above can be expanded with simple measures such that two extraction pressures can be regulated for heating or process purposes (FIG. 2).
  • the adjusting device that can be used for this differs from the adjusting device according to FIG. 1 (only) in that a full-walled, axially immovable partition wall 27 is provided between the annular disc pistons 11, 12, that each pressure chamber 23a or 23b has a control pressure line 21 'and one each Control valve 25 'is connected to the associated control steam source, that each suction chamber is connected via a bore 24' to the radial gap 5, and that in the radial gap 5 between the bores 24 'a shaft seal (labyrinth seal) with sealing tips preferably attached to the inner jacket 10 28 is provided.
  • a shaft seal labelyrinth seal

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung des Entnahmedrucks einer Entnahme-Kondensationsturbine, bei der aus einer Stufe des Schaufelkanals des Mitteldruckteils bzw. des Hochdruckteils Dampf für Heizzwecke oder chemische Prozeßzwecke entnommen wird und bei der der in der Turbine verbleibende Dampf einem zweiflutigen Niederdruckteil zugeführt wird, mit schwenkbaren Schaufeln oder Schaufelteilen von stromabwärts der Dampfentnahmestelle(n) angeordneten Leitgittern, wobei die Schaufelschwenkbewegung über Verstellhebel oder -arme durch Axialverschiebung von die Verstellhebel oder - arme abstützenden Verstellringen erfolgt.
  • Aus der US-A 4 387 562 ist eine Einrichtung zur Regelung des Entnahmedrucks eines Hochofengases bekannt, bei der in Turbineneinlaßkammern schwenkbare Leitschaufeln angeordnet sind. Letztere werden durch nicht näher erläuterte Steuermittel betätigt, die auf dem Statorgehäuse montiert sind.
  • Weiter ist aus der US-A 2 412 365 eine Turbinendrossel bekannt, deren verstellbares Organ aus einer Vielzahl von gemeinsam verstellbaren Elementen zusammengesetzt ist. Die Verstellung erfolgt hydraulisch über einen Ringkolben.
  • Für Heizkraftwerke ist es schließlich bekannt (siehe DE-A 25 13 581), schwenkbare Leitschaufein stromabwärts der Dampfentnahmestelle anzuordnen, die von einem gemeinsamen Verstellring verstellt werden können. Jedoch fehlen dort ebenfalls konkrete Angaben über die Mittel zur Axialverschiebung des Verstellrings.
  • Offenbar scheiterte bisher die praktische Verwirklichung verstellbarer Leitschaufeln in großen Entnahme-Kondensationsturbinen, weil Verstelleinrichtungen im Innern mehrgehäusiger Turbinen sich als zu kompliziert gestalteten und meist ölhydraulisch zu betätigen sind. Die Verwendung von Öl ist jedoch problematisch, da Öl wegen der Brandgefahr von heißem Dampf fernzuhalten ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung der eingangs genannten Art derart zu vereinfachen, daß sie überwiegend als interne Regeleinrichtung eingesetzt werden kann ; außerdem soll ein motorischer Axialverschiebetrieb Anwendung finden, dessen Druckfluid mit dem Turbinenarbeitsmittel gut verträglich ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 beanspruchten Merkmale gelöst.
  • Werden zwei Anzapfdampfmengen unterschiedlichen Druckes für Heiz- oder chemische Prozeßzwecke entnommen, dann ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zwischen den beiden Ringscheibenkolben eine vollwandige, axial unverschiebliche Trennwand vorgesehen und ist im mit den Räumen niedrigen Druckes hinter den verstellbaren Leitschaufeln verbundenen Radialspalt zwischen radialer innerer Ringehäusewand und Rotorwelle im Bereich zwischen den den Saugraum jedes Ringscheibenkolbens mit dem Radialspalt verbindenden Bohrungen eine Labyrinthdichtung angeordnet..
  • In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen internen Regeleinrichtung schematisch dargestellt. Es zeigt :
    • Fig. 1 die obere Hälfte eines Längsmittelschnitts durch den Einströmteil eines zweiflutigen, symmetrischen Niederdruckturbine,
    • Fig. 2 eine für zwei Dampfentnahmen verwendbare Regeleinrichtung, wobei die verstellbaren Leitschaufeln, die Verstellhebel und die Verstellringe jedoch weggelassen worden sind, und
    • Fig. 3 eine Variante einer verstellbaren Leit- - schaufel im Querschnitt.
  • Die Verstelleinrichtung ist größtenteils im Ringraum 1 - also einem bereits vorhandenen Raum - zwischen den beiden ersten Laufradstufen 2a, 2b einer zweiflutigen, bezüglich der Turbinenstufen symmetrischen Niederdruckturbine angeordnet. - Die Niederdruckturbine ist vorzugsweise Teil einer Heizdampf-Entnahmeturbine, wobei die Heizdampfabzapfung am Austritt des Mitteldruck- teils 3 erfolgt und wobei der Dampfstrom, der nach der Entnahme in der Turbine verbleibt, über eine Überströmleitung vom Mitteldruck-Austritt dem Ringraum 1 ungedrosselt zugeführt wird.
  • Die Verstelleinrichtung weist ein koaxial zur Rotorwelle 4 angeordnetes und diese mit Abstand (Radialspalt 5) umgebendes, im Turbineninnern liegendes Ringgehäuse auf, das einen radial äußeren Mantel 7, zwei sich senkrecht zur Rotorlängsmittelachse 8 erstrechende Ringscheiben 9 und einen radial inneren Mantel 10 umfaßt. Im Ringraum 6 des Ringgehäuses sind zwei Ringscheibenkolben 11, 12 angeordnet, die auf einer oder mehreren (vorzugsweise - zwecks Erzielen einer stabilen Führung der Ringscheibenkolben - mehreren) achsparallelen Führungsstangen 13 axial verschieblich gelagert sind. Die Ringscheibenkolben 11, 12 sind an ihren radial äußeren und radial inneren Umfangsflächen mit Dichtspitzen 14 versehen, die Labyrinthdichtungen in den Radialspalten zwischen den Ringscheibenkolben 11, 12 und den äußeren und inneren Umfangsflächen der Ringscheibenkolben bilden, wobei geringe Leckageströme durch die Labyrinthdichtungen für die Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz auf die Ringscheibenkolben 11, 12 sorgen. Mit den Ringscheibenkolben 11, 12 ist auf deren der Laufradstufe 2 zugewandten Seite je ein Verstellring 15 fest verbunden. Auf den Verstellringen 15 stützen sich Verstellhebel 16 ab ; die anderen Enden der Verstellhebel 16 sind mit den radial inneren Enden je einer radial gerichteten Achse 17 drehstarr verbunden. Die Achsen 17 durchsetzen die zugeordnete Leitschaufel in deren Längsrichtung und sind mit der Leitschaufel oder einem Teil davon relativ zu. ihr drehstarr verbunden und mit ihren radial äußeren Enden in einer Ausnehmung 19 im Einströmgehäuse 20 bzw. einem Leitschaufelträger drehbar gestützt und geführt. Die Verdrehung der Leitschaufeln 18 bzw. Leitschaufelteile erfolgt durch eine Axialverschiebung der Ringscheibenkolben 11, 12, wobei es, wie an sich bekannt, zu einer Schwenkbewegung der Verstellhebel 16, und, daraus folgend, zu einer Drehbewegung der Leitschaufeln 18 bzw. deren verschwenkbaren Teile kommt. - Es sind jedoch auch abweichende konstruktive Lösungen der mechanischen Verstellgestänge 15, 16, 17 möglich.
  • Die Axialverstellung der Ringscheibenkolben 11, 12 erfolgt durch turbineneigenen Dampf ausreichend hohen Druckes, der über eine Steuerdruckleitung 21, und Bohrungen 22 im äußeren Mantel, oder entsprechende Leitungen, in die beiden Druckräume 23a, 23b an den entsprechenden Verstellring 15 und den Verstellhebeln 16 zugewandten Ende der Ringscheibenkolben 11, 12 geleitet wird. Der Raum (Saugraum) zwischen den inneren Ringscheibenkolben-Stirnflächen ist über eine oder mehrere Bohrungen 24, oder Ausnehmungen, im inneren Mantel mit dem Radialspalt 5, und damit - als Folge der Axialspalte 29 - mit den Räumen niedrigen Druckes hinter den Leitschaufeln 18 verbunden.
  • Die Axialverschiebung der Ringscheibenkolben 11, 12 hat gegen die Summe der axialen Dampfkraftkomponenten der verstellbaren Leitschaufeln 18 zu erfolgen. Je nach der Größe der Druckfläche der Ringscheibenkolben 11, 12 muß der Druck in den Druckräumen 23a, 23b eingestellt werden, um der gesamten Axialkraft aus den axialen Dampfkraftkomponenten das Gleichgewicht zu halten. Da die Axialkraftkomponenten an den Leitschaufeln 18 stets im Öffnungssinn wirken, ist die Richtung der Druckkraft an jedem Ringscheibenkolben 11, 12 stets gleich. Um in den Druckräumen 23a, 23b jeweils den erforderlichen Druck zur Verfügung zu haben, ist in der Steuerdruckleitung 21 außerhalb des Turbinengehäuses ein Stellventil 25 vorgesehen, das vorzugsweise mit einer Turbinenanzapfung für die regenerative Speisewasservorwärmung höheren Drucks in Wirkverbindung steht. - Die Steuerung des-Stellventils 25 erfolgt entsprechend der bekannten Steuerung der (externen) Drosselklappe in der Überströmleitung, so daß auf dieses Detail nicht näher eingegangen werden muß.
  • Es braucht nicht die gesamte Leitschaufel 18 verschwenkt werden. Jede Leitschaufel 18 kann aus einem feststehenden Vorderteil 18a, der Drehachse 17 und einem verstellbaren (verschwenkbaren) Teil 18b bestehen. (Figur 3). Die feststehenden Teile 18a tragen die Verstelleinrichtung und verbinden sie mit dem Einströmgehäuseteil der Niederdruckturbine. Die verstellbaren Teile 18b dienen der Regelung des Dampfentnahmedrucks durch Veränderung des Durchflußquerschnitts der beiden ersten Leitgitter 18.
  • Die Achse 17 kann, - vergleiche Fig. 1 - integraler Bestandteil des verstellbaren Teils 18b sein ; sie kann aber auch - vergleiche Figur 3 - durch entsprechende Ausnehmungen der Teile 18a, 18b hindurchgesteckt und mit dem verstellbaren Teil 18b über eine bekannte Keilverbindung 26, bei der ein Drehmoment durch Reibschluß und Formschluß übertragen werden kann, verbunden sein.
  • Der axiale Verschiebeweg der Ringscheibenkolben kann durch Anschläge begrenzt werden.
  • Zum sicheren Öffnen der Leitschaufeln 18 können, was nicht weiter gezeichnet ist, Druckfedern zwischen die Ringscheibenkolben 11, 12 geschaltet sein.
  • Die vorbeschriebene Einrichtung kann mit einfachen Maßnahmen dahingehend erweitert werden, daß zwei Entnahmedrücke für Heiz- oder Prozeßzwecke geregelt werden können (Figur 2).
  • Dieser Fall setzt einen hinsichtlich der Stufenzahl unsymmetrischen Niederdruckteil mit zwei getrennten Einströmbereichen voraus. Die dafür einsetzbare Verstelleinrichtung unterscheidet sich von der Verstelleinrichtung gemäß Figur 1 (nur) dadurch, daß zwischen den Ringscheibenkolben 11, 12 eine vollwandige, axial unverschiebliche Trennwand 27 vorgesehen ist, daß jeder Druckraum 23a bzw. 23b über je eine Steuerdruckleitung 21' und je ein Stellventil 25' mit der zugeordneten Steuerdampfquelle verbunden ist, daß jeder Saugraum über je eine Bohrung 24' mit dem Radialspalt 5 in Verbindung steht, und daß im Radialspalt 5 zwischen den Bohrungen 24' eine Wellendichtung (Labyrinthdichtung) mit vorzugsweise am inneren Mantel 10 befestigten Dichtspitzen 28 vorgesehen ist.

Claims (2)

1. Einrichtung zur Regelung des Entnahmedrucks einer Entnahme-Kondensationsturbine, bei der aus einer Stufe des Schaufelkanals des Mitteldruck-Teils (3) bzw. des Hochdruck-Teils Dampf für Heizzwecke oder chemische Prozeßzwecke entnommen wird und bei der der in der Turbine verbleibende Dampf einem zweiflutigen Niederdruckteil zugeführt wird, mit schwenkbaren Schaufeln oder Schaufelteilen (18) von stromabwärts der Dampfentnahmestelle (n) angeordneten Leitgittern, wobei die Schaufelbewegung über Verstellhebel (16) oder-arme durch Axialverschiebung von die Verstellhebel oder -arme abstützenden Verstellringen (15) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellringe (15) fest mit Ringscheibenkolben (11, 12) verbunden sind, die im Ringraum (6) eines koaxial zur Rotorwelle (4) angeordneten und die Rotorwelle (4) umgebenden Ringgehäuses (7, 9, 10) auf einer oder mehreren zueinander und zur Rotorwelle (4) achsparallelen Stangen (13) axial verschiebbar gelagert und an ihren radial äußeren und radial inneren Umfangsflächen mit Dichtspitzen (14) versehen sind, daß die Druckräume (23a, 23b) der beiden Ringscheibenkolben (11, 12) über Leitungen (21, 22) mit turbineneigenem Dampf entsprechend hohen Drucks versorgbar sind, während der bzw. jeder Saugraum über entsprechende Verbindungen (24, 5, 29) mit dem Räumen niedrigen Drucks hinter den Leitschaufeln (18) verbunden ist, und daß - abgesehen von einem Teil der Steuerdruckleitung (21), einem in der Steuerdruckleitung (21) angeordneten Stellventil (25) und dessen Stellorganbetätigung und - steuerung - die Leitschaufelverstelleinrichtungen im Ringraum (1) zwischen den beiden ersten Laufschaufelgittern (2a, 2b) des Niederdruckteils angeordnet sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Ringscheibenkolben (11, 12) eine vollwandige, axial unverschiebliche Trennwand (27) vorgesehen ist, und daß im mit den Räumen niedrigen Druckes hinter den verstellbaren Leitschaufeln (18) verbundenen Radialspalt (5) zwischen radial innerer Ringgehäusewand (10) und Rotorwelle (4) im Bereich zwischen den den Saugraum jedes Ringscheibenkolbens (11, 12) mit dem Radialspalt verbindenden Bohrungen (24') eine Labyrinthdichtung (28) angeordnet ist.
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EP0169779A1 EP0169779A1 (de) 1986-01-29
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CS (1) CS274606B2 (de)
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DK (1) DK155449C (de)
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