EP2447474A1 - Schaufelanordnung, insbesondere Leitschaufelanordnung - Google Patents

Schaufelanordnung, insbesondere Leitschaufelanordnung Download PDF

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EP2447474A1
EP2447474A1 EP11185808A EP11185808A EP2447474A1 EP 2447474 A1 EP2447474 A1 EP 2447474A1 EP 11185808 A EP11185808 A EP 11185808A EP 11185808 A EP11185808 A EP 11185808A EP 2447474 A1 EP2447474 A1 EP 2447474A1
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receiving
pieces
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Ulrich Wellenkamp
Sejko Kolev
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Ansaldo Energia IP UK Ltd
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Alstom Technology AG
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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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3023—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses
    • F01D5/303—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses in a circumferential slot
    • F01D5/3038—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses in a circumferential slot the slot having inwardly directed abutment faces on both sides
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/32—Locking, e.g. by final locking blades or keys
    • 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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • F01D11/008—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor by spacer elements between the blades, e.g. independent interblade platforms
    • 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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05B2260/301—Retaining bolts or nuts

Definitions

  • the invention relates to a blade assembly, in particular a vane assembly, on a wall of a Fluidströmungsweges a turbomachine, in particular gas turbine, wherein for supporting the blades in a receiving channel formed in the wall with undercut flanks appropriately adapted paddle-side feet and the foot pieces separating insects thoroughly received and are fixed positively.
  • the EP 1 803 900 A1 shows a closing assembly with which the remaining gap between a first and a last inserted in a circumferential groove of a turbomachine blade of a blade ring is to be closed.
  • This is essentially a two-piece intermediate piece arranged between the feet of the first and the last blade, which can be braced by screw elements on the undercut flanks of the circumferential groove.
  • the EP 1 548 232 A1 shows the arrangement of vanes of a turbomachine, wherein the vanes have Leitschaufelfroboe, which are positively received in an undercut edges having circumferential groove of a vane carrier. Between adjacent vanes feet patches are arranged in the circumferential groove, which determine the distance of the guide blade feet in the circumferential direction. In order to fix the filler free of play groove-shaped recesses are provided with annular pressing segments arranged therein, which push away the filler from the bottom of the receiving circumferential groove, so that the patches bear frictionally with corresponding profiles on the undercut flanks of the circumferential groove. The press segments can make the assembly or disassembly of the filler considerably more difficult.
  • the GB 2156908 A refers to a rotor assembly of a turbomachine. It is envisaged to use the blades of the rotor with appropriately shaped blade feet in a rotor-side receiving channel, the blade feet are held with appropriate profiles form-fitting in undercuts on the channel flanks. To secure the blade feet in channel longitudinal direction a locking piece is provided, which can be braced between the undercuts of the channel flanks and the channel bottom by means of a clamping screw positively and non-positively.
  • the US 5,522,706 also relates to the securing of blade roots, in the longitudinal direction of a rotor-side channel receiving the blade feet.
  • a blade root bolt pieces arranged to assemble the arrangement of the blade feet in the channel and within the channel between edge-side undercuts and the channel bottom by clamping elements not described in detail (in the drawing hint at clamping screws). It is not shown or suggested at any point that the locking pieces to fill the receiving channel for the blade feet between the blades to form a substantially sturdy contour-free surface.
  • the EP 1 865 153 A2 shows the arrangement of blades on a compressor disk. This has a peripheral channel with undercut flanks, which accommodates correspondingly adapted blade feet in a form-fitting manner. To secure the blade feet a latch member is disposed within the receiving channel, which engages undercut flanks of the receiving channel in the inserted state and by means of a clamping screw which engages in a depression on the channel bottom, can be clamped positively and positively within the channel. Again, neither is shown nor indicated that the locking piece between the adjacent blades could form a sturgeon contour-free surface.
  • the above prior art does not show a blade arrangement, in which between the blades or between their feet arranged filler between the blades on the one hand form a substantially Störkonturenbuild surface and on the other hand can be clamped positively and non-positively within an undercut receiving channel.
  • the invention provides that the intermediate filling pieces for the channel bottom have substantially vertical threaded holes with screws screwed therein, which can be tensioned by screw adjustment against the channel bottom.
  • the invention is based on the general idea of arranging screws on the intermediate filling pieces with which the intermediate filling pieces can be fixed non-positively in the receiving channel.
  • the screws are also arranged captive.
  • each intermediate filling piece can be clamped separately in the receiving channel, each intermediate filling piece can be adjusted and fixed independently of other filling pieces. In addition, a disassembly of the intermediate filler is easily possible.
  • the invention is based on an embodiment and the Fig. 1 to 4 be explained in more detail.
  • Fig. 1 and Fig. 2 has a compressor housing segment 1 on its side facing the gas stream to be compressed side facing a receiving channel 2 with circumferential webs 9.
  • undercuts are formed in the example shown by the arranged on the channel flanks web-like projections.
  • guide vanes 3 are used with molded on them, the cross-section of the receiving channel 2 adapted feet inserted. Between the foot pieces of adjacent guide vanes 3, the channel cross-section adapted insects pH are arranged, on the one hand fill the channel 2, so that the housing segment 1 gas flow side receives a substantially Störkonturenbuild surface. On the other hand, by the Between filler 4 a predetermined distance between adjacent vanes 3 ensured.
  • the intermediate filling pieces 4 are penetrated in each case by a threaded hole which is substantially perpendicular to the bottom of the receiving channel 2 and which receives a screw 5.
  • This threaded hole opens on the side of the intermediate filling pieces 4 facing the channel bottom into a recess 6 which is open towards the channel bottom and which is able to receive an end piece 7 arranged on the screw 5.
  • a hexagon socket 8 or the like is provided for applying a screwing, with which the screw 5 can be schraubverstellen in the threaded bore of the intermediate filler 4.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Bei einer Leitschaufelanordnung einer Gasturbine ist zur Halterung der Schaufeln (3) an einer den Fluidströmungsweg begrenzenden Wand ein Aufnahmekanal (2) mit umlaufenden Stegen (9) zur Aufnahme entsprechend angepasster schaufelseitiger Fußstücke sowie die Fußstücke separierender Zwischenfüllstücke (4) vorgesehen. Erfindungsgemäß sind an den Zwischenfüllstücken (4) Spannschrauben (5) angeordnet, die sich gegen den Boden des Aufnahmekanals (2) spannen lassen.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaufelanordnung, insbesondere eine Leitschaufelanordnung, an einer Wand eines Fluidströmungsweges einer Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, wobei zur Halterung der Schaufeln in einem in der Wand ausgebildeten Aufnahmekanal mit hinterschnittenen Flanken entsprechend angepasste schaufelseitige Fußstücke sowie die Fußstücke separierende Zwischenfüllstücke formschlüssig aufgenommen und kraftschlüssig fixiert sind.
    • Stand der Technik
  • Die EP 1 803 900 A1 zeigt eine Schlussbaugruppe, mit der der verbleibende Zwischenraum zwischen einer ersten und einer letzten in einer Umfangsnut einer Strömungsmaschine eingesetzten Schaufel eines Schaufelkranzes geschlossen werden soll. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um ein zwischen den Füßen der ersten und der letzten Schaufel angeordnetes zweiteiliges Zwischenstück, welches sich durch Schraubelemente an den hinterschnittenen Flanken der Umfangsnut verspannen lässt.
  • Die EP 1 548 232 A1 zeigt die Anordnung von Leitschaufeln einer Strömungsmaschine, wobei die Leitschaufeln Leitschaufelfüße besitzen, die in einer hinterschnittene Flanken aufweisende Umfangsnut eines Leitschaufelträgers formschlüssig aufgenommen sind. Zwischen benachbarten Leitschaufelfüßen sind in der Umfangsnut Füllstücke angeordnet, die den Abstand der Leitschaufelfüße in Umfangsrichtung bestimmen. Um die Füllstücke spielfrei zu fixieren sind am Boden der Umfangsnut nutförmige Ausnehmungen mit darin angeordneten ringförmigen Presssegmenten vorgesehen, die die Füllstücke vom Boden der sie aufnehmenden Umfangsnut wegdrücken, so dass die Füllstücke mit entsprechenden Profilen an den hinterschnittenen Flanken der Umfangsnut kraftschlüssig anliegen. Die Presssegmente können die Montage bzw. Demontage der Füllstücke erheblich erschweren.
  • Die GB 2156908 A bezieht sich auf eine Rotoranordnung einer Strömungsmaschine. Dabei ist vorgesehen, die Laufschaufeln des Rotors mit entsprechend geformten Laufschaufelfüßen in einen rotorseitigen Aufnahmekanal einzusetzen, wobei die Laufschaufelfüße mit entsprechenden Profilen formschlüssig in Unterschneidungen an den Kanalflanken festgehalten werden. Zur Sicherung der Laufschaufelfüße in Kanallängsrichtung ist ein Verriegelungsstück vorgesehen, welches sich zwischen den Hinterschneidungen der Kanalflanken und dem Kanalboden mittels einer Spannschraube form- und kraftschlüssig verspannen lässt.
  • Die US 5,522,706 betrifft ebenfalls die Sicherung von Laufschaufelfüßen, und zwar in Längsrichtung eines die Laufschaufelfüße aufnehmenden rotorseitigen Kanals. Hier sind beidseitig eines Laufschaufelfußes Riegelstücke angeordnet, die sich nach Anordnung der Laufschaufelfüße im Kanal montieren und innerhalb des Kanals zwischen flankenseitigen Hinterschneidungen und dem Kanalboden durch nicht näher beschriebene Spannelemente (in der Zeichnung sind lediglich andeutungsweise Spannschrauben dargestellt) fixieren lassen. Es wird an keiner Stelle gezeigt oder angedeutet, dass die Riegelstücke den Aufnahmekanal für die Laufschaufelfüße zwischen den Laufschaufeln unter Bildung einer im Wesentlichen störkonturenfreien Oberfläche ausfüllen sollen.
  • Die EP 1 865 153 A2 zeigt die Anordnung von Laufschaufeln an einer Kompressorscheibe. Diese besitzt einen Umfangskanal mit hinterschnittenen Flanken, der entsprechend angepasste Laufschaufelfüße formschlüssig aufnimmt. Zur Sicherung der Laufschaufelfüße ist innerhalb des Aufnahmekanals ein Riegelteil angeordnet, welches im eingesetzten Zustand hinterschnittene Flanken des Aufnahmekanals untergreift und mittels einer Spannschraube, die in eine Vertiefung am Kanalboden eingreift, innerhalb des Kanals kraft- und formschlüssig verspannt werden kann. Auch hier wird weder gezeigt noch angedeutet, dass das Verriegelungsstück zwischen den benachbarten Laufschaufeln eine störkonturenfreie Oberfläche bilden könnte.
  • Der obige Stand der Technik zeigt keine Schaufelanordnung, bei der zwischen benachbarten Schaufeln bzw. zwischen deren Füßen angeordnete Füllstücke einerseits zwischen den Schaufeln eine im Wesentlichen störkonturenfreie Oberfläche bilden und andererseits innerhalb eines hinterschnittenen Aufnahmekanals form- und kraftschlüssig verspannt werden können.
    • Darstellung der Erfindung
  • Hier setzt die Erfindung ein. Dabei ist es Aufgabe der Erfindung, eine neue Halterung für die Beschaufelung einer Turbine oder dergleichen zu schaffen.
  • Insbesondere soll dabei eine leichte Austauschbarkeit der Zwischenfüllstücke gewährleistet sein.
  • Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zwischenfüllstücke zum Kanalboden im Wesentlichen senkrechte Gewindebohrungen mit darin eingedrehten Schrauben aufweisen, die durch Schraubverstellung gegen den Kanalboden spannbar sind.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, an den Zwischenfüllstücken Schrauben anzuordnen, mit denen sich die Zwischenfüllstücke im Aufnahmekanal kraftschlüssig fixieren lassen. Die Schrauben sind zudem unverlierbar angeordnet.
  • Da sich auf diese Weise jedes Zwischenfüllstück separat im Aufnahmekanal verspannen lässt, kann jedes Zwischenfüllstück unabhängig von anderen Füllstücken justiert und fixiert werden. Darüber hinaus ist auch eine Demontage des Zwischenfüllstücks leicht möglich.
  • Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben wird.
  • Schutz wird nicht nur für angegebene oder dargestellte Merkmalskombinationen sondern auch für prinzipiell beliebige Kombinationen der angegebenen oder dargestellten Einzelmerkmale beansprucht.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In der Zeichnung zeigen
    • Fig. 1
    eine perspektivische Darstellung eines Verdichtergehäusesegmentes mit Aufnahmekanal und darin aufgenommenen Beschaufelung,
    Fig. 2
    eine Draufsicht dieses Gehäusesegmentes entsprechend dem Pfeil II in Fig. 1,
    Fig. 3
    ein Schnittbild entsprechend der Schnittlinie III-III in Fig. 2 und
    Fig. 4
    ein Schnittbild entsprechend der Schnittlinie IV-IV in Fig. 2.
    Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und der Fig. 1 bis 4 näher erläutert werden.
  • Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 besitzt ein Verdichtergehäusesegment 1 auf der seiner den zu verdichtenden Gasstrom zugewandten Seite einen Aufnahmekanal 2 mit umlaufenden Stegen 9. Dabei werden im dargestellten Beispiel durch die an den Kanalflanken angeordnete stegartige Vorsprünge Hinterschneidungen gebildet. In den Aufnahmekanal 2 sind Leitschaufeln 3 mit an ihnen angeformten, dem Querschnitt des Aufnahmekanals 2 angepassten Fußstücken eingesetzt. Zwischen den Fußstücken benachbarter Leitschaufeln 3 sind jeweils dem Kanalquerschnitt angepasste Zwischenfüllstücke 4 angeordnet, die einerseits den Kanal 2 ausfüllen, sodass das Gehäusesegment 1 gasstromseitig eine im Wesentlichen störkonturenfreie Oberfläche erhält. Andererseits wird durch die Zwischenfüllstücke 4 ein vorgegebener Abstand zwischen benachbarten Leitschaufeln 3 sichergestellt.
  • Gemäß den Figuren 3 und 4 werden die Zwischenfüllstücke 4 jeweils von einer zum Boden des Aufnahmekanals 2 im Wesentlichen senkrechten Gewindebohrung durchsetzt, die eine Schraube 5 aufnimmt. Diese Gewindebohrung mündet auf der dem Kanalboden zugewandten Seite der Zwischenfüllstücke 4 in eine dort angeordnete zum Kanalboden hin geöffnete Vertiefung 6, die ein an der Schraube 5 angeordnetes Endstück 7 aufzunehmen vermag. Am vom Endstück 7 abgewandten Ende der Schraube 5 ist ein Innensechskant 8 oder dergleichen zum Ansetzen eines Schraubwerkzeuges vorgesehen, mit dem sich die Schraube 5 in der Gewindebohrung des Zwischenfüllstückes 4 schraubverstellen lässt. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, die Schrauben 5 mittels des vorgenannten Schraubwerkzeugs mit ihren Endstücken 7 gegen den Boden des Aufnahmekanals 2 zu spannen. Damit wird der Formschluss des jeweiligen Zwischenfüllstückes 4 mit den Hinterschneidungen an den Flanken des Aufnahmekanals 2 (umlaufende Stege 9) unter kraftschlüssiger Fixierung des jeweiligen Zwischenfüllstückes 4 spielfrei gemacht.
  • Im Beispiel der Fig. 4 sind an den Flanken des Kanals 2 stegartige Vorsprünge 9 angeformt, die in entsprechende Nuten an den Flanken der Zwischenfüllstücke 4 hineinragen. Wenn nun die Schraube 5 durch Schraubverstellung mit ihrem Endstück 7 gegen den Boden des Aufnahmekanals 2 gespannt wird, tritt eine entsprechende Pressung zwischen der dem Kanalboden zugewandten Seitenfläche des Steges 9 und der dieser Seitenfläche zugewandten Seitenfläche der im Zwischenfüllstück 4 ausgebildeten Nut auf.
  • Soweit die Schraube 5 mit ihrem Gewindeteil im verspannten Zustand des Zwischenfüllstücks 4 aus dessen vom Kanalboden abgewandter Oberseite herausragt, erfolgt eine Nachbearbeitung, um ein mit der Oberseite des Zwischenfüllstücks 4 fluchtendes Stirnende zu gewährleisten. Ggf. kann auch die genannte Oberseite des Zwischenfüllstückes 4 nachbearbeitet werden, um einen glatten Übergang zu den angrenzenden Flächen des Gehäusesegmentes 1 zu gewährleisten. Auf diese Weise wird zwischen den Leitschaufeln eine störkonturenfreie Grenzfläche für den Fluidstrom der Strömungsmaschine geschaffen.
  • Gegen Lösen wird die Schraube 5 gesichert.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verdichtergehäusesegment
    2
    Aufnahmekanal
    3
    Leitschaufeln
    4
    Zwischenfüllstücke
    5
    Schraube
    6
    Vertiefung
    7
    Endstück
    8
    Innensechskant
    9
    umlaufende Stege, stegartige Vorsprünge

Claims (5)

  1. Schaufelanordnung, insbesondere Leitschaufelanordnung, an einer Wand eines Fluidströmungsweges einer Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, wobei zur Halterung der Schaufeln in einem in der Wand ausgebildeten Aufnahmekanal (2) mit hinterschnittenen Flanken entsprechend angepasste schaufelseitige Fußstücke sowie diese Fußstücke separierende Zwischenfüllstücke (4) formschlüssig aufgenommen und kraftschlüssig fixiert sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zwischenfüllstücke (4) den Kanal (2) unter Bildung einer im Wesentlichen störkonturenfreien gasstromseitigen Oberfläche zwischen den schaufelseitigen Fußstücken ausfüllen, und dass in den Zwischenfüllstücken (4) zum Kanalboden im Wesentlichen senkrechte Gewindebohrungen mit darin eingedrehten Schrauben (5) vorgesehen sind, die durch Schraubverstellung gegen den Kanalboden spannbar sind.
  2. Schaufelanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schrauben (5) mit einem stempelartigen Endstück (7), welches einen im Vergleich zum Gewindeabschnitt der Schrauben (5) großen Querschnitt aufweist, gegen den Kanalboden spannbar sind.
  3. Schaufelanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schrauben (5) einen wurmschraubenartigen Gewindeteil besitzen, dessen vom Kanalboden abgewandtes Stirnende mit einer im Querschnitt unrunden Öffnung zur Aufnahme eines Schraubwerkzeuges versehen ist.
  4. Schaufelanordnung nach einem Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Endstück (7) der Schrauben (5) bei der Montage der Zwischenfüllstücke (4) im Aufnahmekanal von einer Vertiefung (6) in der dem Kanalboden zugewandten Seite des jeweiligen Zwischenfüllstückes (4) aufgenommen wird.
  5. Schaufelanordnung nach einem Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an den Flanken des Aufnahmekanals (2) stegartige Vorsprünge (9), die sich in Kanallängsrichtung erstrecken, angeordnet sind, und dass die den Kanalflanken zugewandten Seiten der Zwischenfüllstücke (4) mit entsprechend angepassten Nuten zur Aufnahme der stegartigen Vorsprünge versehen sind.
EP11185808.0A 2010-10-27 2011-10-19 Schaufelanordnung, insbesondere Leitschaufelanordnung Active EP2447474B1 (de)

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