ES2227066T3 - Compresor de espiral. - Google Patents
Compresor de espiral.Info
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Abstract
Máquina de volutas que comprende: una envoltura exterior (12); un primer miembro de volutas (70) dispuesto dentro de dicha envoltura exterior (12), teniendo el primer miembro de volutas una primera envoltura en espiral (72) que se proyecta hacia el exterior desde una primera placa de extremo (74); un segundo miembro de volutas (56) dispuesto dentro de la citada envoltura exterior (12), teniendo el citado segundo miembro de volutas una segunda envoltura en espiral (58) que se proyecta hacia el exterior desde una segunda placa de extremo (60), encontrándose dicha segunda envoltura en espiral entremezclada con la primera envoltura en espiral (72), a fin de definir entre ellas una serie de cámaras en movimiento cuando el segundo miembro de volutas gira con relación al primer miembro de volutas (70); un bastidor (22) dispuesto dentro de la citada envoltura exterior (12), y fijado directamente a la misma; y una base (16) fijada a la citada envoltura exterior (12); caracterizada porque la mencionada base está en contacto con el bastidor (22) para impedir el movimiento de dicho bastidor con relación a la envoltura y dicho bastidor (22) está montado a presión dentro de la mencionada envoltura (12).
Description
Compresor de espiral.
La presente invención se refiere a máquinas de
volutas. Más particularmente, la presente invención se refiere a un
sistema de localización y soporte del alojamiento del cojinete
principal y del alojamiento del cojinete inferior de un compresor
de volutas.
En la técnica existe una clase de máquinas
conocidas en general como máquinas de volutas que se utilizan para
el desplazamiento de diversos tipos de fluidos. Las máquinas de
volutas pueden configurarse como expansor, motor de desplazamiento,
bomba, compresor, etc., y las características de la presente
invención son aplicables a cualquiera de estas máquinas. No
obstante, para fines de ilustración, la realización expuesta tiene
la forma de un compresor hermético de volutas para refrigerante.
Los compresores de volutas o espirales se están
haciendo cada vez más populares para su uso como compresores tanto
en aplicaciones de refrigeración como de aire acondicionado, debido
sobre todo a su capacidad de un funcionamiento sumamente eficiente.
En general, estas máquinas incorporan un par de envolturas en
espiral entrecruzadas, una de las cuales gira respecto a la otra, a
fin de definir una o más cámaras en movimiento que disminuyen
progresivamente de tamaño a medida que se desplazan desde un
orificio exterior de aspiración hacia un orificio central de
descarga. Se dispone un motor eléctrico que actúa para accionar el
miembro de voluta que gira, a través de un eje de transmisión
adecuado fijado al rotor del motor. En un compresor hermético, el
fondo de la envoltura hermética contiene normalmente un colector de
aceite para fines de lubricación y refrigeración.
El motor eléctrico incluye típicamente un estator
del motor, que va fijado a presión dentro de una envoltura del
compresor. El eje de transmisión va normalmente montado a presión
sobre el rotor del motor y fijado giratoriamente por un alojamiento
de cojinete principal y un alojamiento de cojinete inferior. Cada
alojamiento de cojinete va también fijado a la envoltura del
compresor. El rotor del motor está situado dentro del orificio
central del estator del motor, diseñándose un espacio concreto de
separación entre el estator del motor y su rotor. La dimensión de
esta separación, incluida su tolerancia, depende de las tolerancias
del estator, las tolerancias de la envoltura, las tolerancias de
los dos alojamientos de cojinetes, las tolerancias del eje de
transmisión y las del rotor del motor. Así, la dimensión final de la
separación entre el rotor y el estator del motor puede ser mayor
que la separación óptima deseada por el diseñador del
compresor.
En la publicación
US-A-5.772.411 se expone una máquina
de volutas que tiene:
- un bastidor fijado dentro de la envoltura y un estator de motor fijado al bastidor y que define un orificio central, como alojamiento del cojinete principal y alojamiento del cojinete inferior, ambos separados del bastidor y fijados al mismo, y un miembro de accionamiento que va soportado giratoriamente por el alojamiento del cojinete principal y el alojamiento del cojinete inferior, y que hace que un segundo miembro de voluta gire con relación a un primer miembro de voluta, provocando el movimiento de una serie de cámaras situadas entre las envolturas en espiral de los miembros primero y segundo de volutas.
La patente
US-A-4.609.334 expone una máquina de
volutas en la que el alojamiento del cojinete inferior actúa como
bastidor dentro de la base de la envoltura y va montado en el
interior de la base de la envoltura, en contacto con la misma,
estando fijado por medio de unos espárragos de montaje.
La reivindicación 1 se delimita en relación con
la publicación US-A-5.772.411.
Según la presente invención, se proporciona una
máquina de volutas que comprende:
- una envoltura exterior;
- un primer miembro de volutas dispuesto dentro de dicha envoltura exterior, teniendo el primer miembro de volutas una primera envoltura en espiral que se proyecta hacia el exterior desde una primera placa de extremo;
- un segundo miembro de volutas dispuesto dentro de la envoltura exterior, teniendo el segundo miembro de volutas una segunda envoltura en espiral que se proyecta hacia el exterior desde una segunda placa de extremo, encontrándose dicha segunda envoltura en espiral entrecruzada con la primera envoltura en espiral a fin de definir una serie de cámaras en movimiento entre ellas cuando el segundo miembro de volutas gira con relación al primer miembro de volutas;
- un bastidor dispuesto dentro de la envoltura exterior y fijado directamente a la misma por simple presión; y
- una base fijada a la envoltura exterior, encontrándose dicha base en contacto con el bastidor para impedir el movimiento del mismo con relación a dicha envoltura.
En la realización que se describe e ilustra a
continuación de la máquina de volutas, un sistema de localización y
soporte disminuye significativamente la variación en las
dimensiones de separación entre el rotor del motor y el estator del
mismo. El control más estricto de esta separación aumenta la
eficiencia de funcionamiento del motor eléctrico. El sistema de
localización y soporte incluye un bastidor de localización del
alojamiento del cojinete que va montado a presión dentro de la
envoltura y que va soportado por la base de la misma. El estator
del motor va montado a presión dentro del bastidor y los dos
alojamientos de cojinetes van sujetos con pernos al bastidor. De
ese modo, por medio de un mecanizado preciso del bastidor, se puede
controlar con toda exactitud la relación posicional entre el
estator del motor y su rotor, y, como consecuencia, se puede
controlar estrictamente la separación o "espacio de aire" entre
estos dos componentes. El estricto control del "espacio de
aire" permite una mayor eficiencia de funcionamiento del motor
eléctrico. Además, la reunión en una unidad de los alojamientos de
cojinetes, el estator, el rotor y el cigüeñal con el bastidor de
localización simplifica el montaje del compresor de volutas.
A continuación se describirá, sólo a título de
ejemplo, una realización de la máquina de volutas, con referencia a
los dibujos adjuntos, en los cuales:
La Figura 1 es una sección transversal vertical
de un compresor hermético de volutas que incorpora el sistema
especial de localización y soporte de la presente invención;
La Figura 2 es una vista en sección transversal
tomada en la dirección de las flechas 2 - 2 ilustradas en la Figura
1;
La Figura 3 es una vista en perspectiva de la
zona del alojamiento del cojinete inferior ilustrado en la Figura 1,
parcialmente en sección transversal; y
La Figura 4 es una vista en perspectiva desde
abajo del bastidor de localización del alojamiento de cojinetes
ilustrado en las Figuras 1 - 3.
Haciendo referencia a los dibujos, en los que los
mismos números de referencia designan partes similares o
correspondientes en las diversas vistas, en las Figuras 1 - 4 se
presenta un compresor de volutas que incorpora el sistema especial
de localización y soporte según la presente invención y que se
indica en general con el número de referencia 10. El compresor de
volutas 10 comprende una envoltura hermética 12, generalmente
cilíndrica, que lleva soldada en su extremo superior una tapa 14 y,
en su extremo inferior, una base 16, que tiene una serie de patas
para el montaje (no ilustrada), formadas de manera integral con la
misma. La tapa 14 lleva un racor 18 para descarga de refrigerante,
que puede llevar montada la válvula habitual de descarga. A la
envoltura 12 se le fija un tabique 20, que se extiende
transversalmente, y va soldado alrededor de su periferia en el mismo
punto en que la tapa 14 va soldada a la envoltura 12. Un bastidor
22 para montaje del compresor va adaptado a presión dentro de la
envoltura 12 y soportado por el extremo de la base 16. La base 16
tiene un diámetro ligeramente inferior que el de la envoltura 12,
de manera que la base 16 se reciba dentro de la envoltura 12 y se
suelde alrededor de su periferia, tal como se muestra en la Figura
1.
Los principales elementos del compresor 10 que
van fijados al bastidor 22 incluyen un alejamiento en dos piezas 24
para el cojinete principal, un alojamiento 26 para el cojinete
inferior y un estator 28 del motor. Un eje de transmisión o
cigüeñal 30 que tiene una biela excéntrica 32 en su extremo superior
va articulado de manera giratoria a un cojinete 34 fijado dentro del
alojamiento 24 del cojinete principal, y un segundo cojinete 36
fijado dentro del alojamiento 26 del cojinete inferior. El cigüeñal
30 tiene en su extremo inferior un orificio concéntrico 38 de
diámetro relativamente importante, que comunica con un orificio 40,
de menor diámetro y que está colocado radialmente hacia el
exterior, extendiéndose hacia arriba desde el mismo hasta la parte
superior del cigüeñal 30. La parte inferior del interior de la
envoltura 12 define un colector de aceite 44 que va lleno de aceite
lubricante hasta un nivel ligeramente superior al extremo inferior
de un rotor 48, y el orificio 38 actúa como una bomba para bombear
el líquido de lubricación hacia arriba, en dirección al cigüeñal 30
y al interior del orificio 40 y, por último, a las diversas partes
del compresor 10 que necesitan lubricación.
El cigüeñal 30 va impulsado giratoriamente por un
motor eléctrico que incluye un estator 28, un arrollamiento 48 que
pasa a través del mismo y un rotor 46 montado a presión sobre el
cigüeñal 30. Al cigüeñal 30 va fijado un contrapeso superior 50, y
al rotor 46 va fijado un contrapeso inferior 52.
La superficie superior del alojamiento 24 en dos
piezas del cojinete principal lleva una superficie plana de cojinete
de empuje 54 sobre la que va dispuesto un miembro de voluta 56,
giratorio, que tiene la habitual paleta o envoltura en espiral 58
que se extiende hacia arriba desde una placa de extremo 60.
Proyectándose hacia abajo, desde la superficie inferior de la placa
de extremo 60 del miembro 56 de voluta giratorio se encuentra un
cubo cilíndrico 62 que tiene en el mismo una chumacera 64 y en el
que está dispuesto giratoriamente un casquillo de accionamiento 66
que tiene un orificio interior en el que se encuentra dispuesto
para accionamiento la biela 32. La biela 32 tiene una parte plana
en una superficie que se pone en contacto de accionamiento con una
superficie plana dispuesta en una parte del orificio interior del
casquillo de accionamiento 66, a fin de proporcionar un dispositivo
de accionamiento que cede radialmente, como el ilustrado en la
Patente de los EE.UU. nº 4.877.362. Colocado entre el miembro de
volutas giratorio 56 y el alojamiento en dos piezas 24 del cojinete
se dispone igualmente un acoplamiento de Oldham 68. El acoplamiento
de Oldham 68 va enchavetado al miembro de voluta giratorio 56 y a un
miembro de voluta no giratorio 70, para impedir el movimiento de
rotación del miembro de voluta giratorio 56.
El miembro de voluta no giratorio 70 lleva
también una envoltura 72 que se extiende hacia abajo, desde una
placa de extremo 74, que está colocada de forma engranada con la
envoltura 58 del miembro de voluta giratorio 56. El miembro de
voluta no giratorio 70 lleva un paso de descarga 76, dispuesto
centralmente, que comunica con un rebaje 78 abierto hacia arriba el
cual, a su vez, se encuentra en comunicación de fluidos con una
cámara amortiguadora de descarga 80, definida por la tapa 14 y el
tabique 20. En el miembro de volutas no giratorio 70 va igualmente
formado un rebaje anular 82, en cuyo interior está dispuesto un
conjunto de cierre flotante 84.
Los rebajes 78 y 82 y el conjunto de cierre
flotante 84 cooperan mutuamente para definir unas cámaras axiales de
desvío de la presión, que reciben el fluido a presión comprimido
por las envolturas 58 y 72, de manera que ejerzan una fuerza axial
de empuje sobre el miembro de volutas no giratorio 70, empujando de
ese modo las puntas de las envolturas respectivas 58 y 72 en
contacto de cierre con las superficies de la placa de extremo
opuesta de las placas de extremo 74 y 60, respectivamente. El
conjunto 84 de cierre flotante es preferentemente del tipo que se
describe con mayor detalle en la Patente de los EE.UU. nº 5.156.539.
El miembro de volutas no giratorio 70 está diseñado para ser montado
de manera que se realice un movimiento axial limitado hacia el
alojamiento 24 del cojinete principal en dos piezas, de la manera
apropiada que se expone en la citada Patente de los EE.UU. nº
4.877.382 o en la Patente de los EE.UU. nº 5.102.316.
La presente invención se dirige al sistema
especial de localización y soporte ilustrado en los dibujos, y que
incluye la base 16, el bastidor 22, el alojamiento 24 del cojinete
principal y el alojamiento 26 del cojinete inferior. En un compresor
habitual en la técnica anterior, el alojamiento del cojinete
principal, el del estator del motor y el alojamiento del cojinete
inferior van todos fijados a la envoltura del compresor. Para un
funcionamiento eficiente del motor, la separación o "espacio de
aire" entre el rotor del motor y el estator del motor deben ser
estrictamente controlados. Cuando se montan todos los componentes de
montaje del rotor del motor y de su estator en la envoltura del
compresor, deben basarse en la precisión de la envoltura para
controlar estrictamente la separación o "espacio de aire".
El bastidor 22 proporciona una alternativa al
hecho de tener que apoyarse en la precisión de la envoltura 12 para
controlar el "espacio de aire". En la presente invención, el
bastidor 22 va fijado a la envoltura 12 y el estator del motor 28,
el alojamiento del cojinete principal 24 y el alojamiento del
cojinete inferior 26 van fijados al bastidor 22. De este modo, el
mecanizado del bastidor 22 controlará el "espacio de aire"
entre el estator del motor 28 y su rotor 46. Dado que el mecanizado
del bastidor 22 se puede controlar notablemente mejor que las
tolerancias dimensionales de la envoltura 12, la incorporación del
bastidor 22 reduce las tolerancias asociadas a la separación o
espacio de aire, aumentando así la eficiencia del motor
eléctrico.
El bastidor 22 va montado a presión dentro de la
envoltura 12 hasta una posición que lo pone en contacto o lo sitúa
ligeramente separado de la base 16. La base 16 puede fijarse a la
envoltura 12 antes o después del bastidor 22, siendo la única
condición el montaje del alojamiento 26 del cojinete inferior, el
estator 28 del motor y el alojamiento 24 del cojinete principal,
antes o después de que el bastidor 22 se monte a presión dentro de
la envoltura 12. El contacto del bastidor 22 con la base 16
proporciona soporte axial para el bastidor 22 dentro de la envoltura
12. Cuando el bastidor 22 está ligeramente separado de la base 16,
cualquier movimiento axial del bastidor 22 que pueda ser provocado
por funcionamientos en sentido contrario del compresor 10 hará que
el bastidor 22 choque con la base 16, a fin de limitar la cantidad
de flujo axial. El alojamiento del cojinete inferior 26 va fijado al
bastidor 22 con una serie de pernos 90 que van atornillados dentro
de orificios roscados 92 situados dentro del bastidor 22. El estator
28 va montado a presión dentro de un orificio central 94 definido
por el bastidor 22. El alojamiento del cojinete principal 24 va
fijado al marco 22 con una serie de pernos 96 que se introducen
atornillándolos dentro de orificios roscados 98 situados dentro del
bastidor 22. El rotor 46 del motor va montado a presión al eje de
transmisión 30 y soportado giratoriamente dentro de la abertura
central del estator 28 del motor por el cojinete 34, en el
alojamiento de cojinete principal 24 en dos piezas, por un extremo,
y por el cojinete 36 del alojamiento 26 del cojinete inferior por su
extremo opuesto. Dado que los tres componentes de posicionamiento,
el estator 28, el alojamiento 24 del cojinete principal y el
alojamiento 26 del cojinete inferior se basan en una característica
mecanizada del bastidor 22 para el control de su posición,
manteniéndose un estricto control de los orificios roscados 92, el
orificio central 94 y los orificios roscados 98 en relación mutua,
se puede controlar perfectamente la precisión de la distancia o
"espacio de aire".
Además, el bastidor 22 lleva un primer piloto o
superficie interior de posicionamiento o diámetro 100 y al
alojamiento del cojinete inferior 26 se le proporciona un piloto o
superficie exterior de posicionamiento o diámetro 102. El bastidor
22 lleva también un segundo piloto o superficie interior de
posicionamiento o diámetro 104, y al alojamiento del cojinete
principal 24 se le facilita un piloto o superficie exterior de
posicionamiento o diámetro 106. De este modo, controlándose el
posicionamiento o la concentricidad entre el orificio central 94, la
superficie interior o diámetro 100 y la superficie interior o
diámetro 104, junto con el control del posicionamiento o
concentricidad de la superficie exterior o diámetro 102 con el
orificio situado dentro del alojamiento 26 del cojinete inferior,
que recibe el cojinete 36, y controlándose el posicionamiento o
concentricidad de la superficie exterior o diámetro 106 con el
orificio situado dentro del alojamiento 24 del cojinete principal
en dos lugares, que acepta el cojinete 34, se puede conseguir el
posicionamiento preciso del rotor 46 del motor dentro del estator
28 del mismo. El posicionamiento exacto del rotor 46 del motor
dentro del estator 28 controlará a su vez con toda precisión la
dimensión de la separación entre ambos componentes. La utilización
de superficies o diámetros 100 - 106 elimina la necesidad de
estrictas tolerancias en los orificios roscados 92 y 98, dado que
los pernos 90 y 96 sólo se utilizan para fijar los alojamientos 24 y
26 de los cojinetes al bastidor 22, y los diámetros 100 - 106 son
los que determinan su localización. El uso de superficies o
diámetros 100 - 106 para determinar la posición relativa del rotor
46 del motor y de su estator 28 es la realización preferida de la
presente invención.
El bastidor 22 va montado a presión dentro de la
envoltura 12 y debería poder así resistir el movimiento de rotación
dentro de la envoltura 12. Un procedimiento para asegurar que no
haya movimiento rotativo del bastidor 22 dentro de la envoltura 12
sería el de proporcionar al bastidor 22 una serie de orejetas 120
(que se muestran en líneas discontinuas en la Figura 4), que entran
en una serie de ranuras 122 (que se muestras en líneas discontinuas
en la Figura 3) en la base 16. Dado que la base 16 va soldada a la
envoltura 12, el contacto entre las orejetas 120 y las ranuras 122
resistirá aún más cualquier movimiento rotativo del bastidor 22.
Aunque la descripción detallada anterior expone
la realización preferida de la presente invención, deberá entenderse
que la presente invención puede sufrir modificaciones, variaciones y
alteraciones, sin apartarse por ello del ámbito de la invención,
tal como definen las reivindicaciones adjuntas.
Claims (11)
1. Máquina de volutas que comprende:
- una envoltura exterior (12);
- un primer miembro de volutas (70) dispuesto dentro de dicha envoltura exterior (12), teniendo el primer miembro de volutas una primera envoltura en espiral (72) que se proyecta hacia el exterior desde una primera placa de extremo (74);
- un segundo miembro de volutas (56) dispuesto dentro de la citada envoltura exterior (12), teniendo el citado segundo miembro de volutas una segunda envoltura en espiral (58) que se proyecta hacia el exterior desde una segunda placa de extremo (60), encontrándose dicha segunda envoltura en espiral entremezclada con la primera envoltura en espiral (72), a fin de definir entre ellas una serie de cámaras en movimiento cuando el segundo miembro de volutas gira con relación al primer miembro de volutas (70);
- un bastidor (22) dispuesto dentro de la citada envoltura exterior (12), y fijado directamente a la misma; y
- una base (16) fijada a la citada envoltura exterior (12); caracterizada porque la mencionada base está en contacto con el bastidor (22) para impedir el movimiento de dicho bastidor con relación a la envoltura y
- dicho bastidor (22) está montado a presión dentro de la mencionada envoltura (12).
2. Máquina de volutas según la reivindicación 1,
caracterizada porque el bastidor (22) incluye al menos una
orejeta (120), y porque dicha base incluye al menos una ranura
(122), entrando la orejeta en la citada ranura para impedir el
movimiento de rotación de dicho bastidor.
3. Máquina de volutas según la reivindicación 1,
que comprende:
- una tapa (14) fijada a la envoltura (12);
- un estator de motor (28) fijado al bastidor (22), definiendo dicho estator de motor un orificio central;
- un alojamiento (24) del cojinete principal, separado de dicho bastidor (22) y fijado al mismo;
- un alojamiento (26) del cojinete inferior, separado de dicho bastidor (22) y fijado al mismo;
- un miembro de accionamiento (30), soportado giratoriamente por el alojamiento (24) del cojinete principal y por el alojamiento (26) del cojinete inferior, haciendo dicho miembro de accionamiento que el segundo miembro de volutas (56) gire con relación al primer miembro de volutas (70); y
- un rotor (46) del motor fijado al miembro de accionamiento (30), encontrándose dispuesto dicho rotor del motor dentro del citado orificio central de dicho estator (28) del motor;
- caracterizado porque el mencionado bastidor está en contacto con dicha base (16).
4. Máquina de volutas según la reivindicación 3,
caracterizada porque el alojamiento (24) del cojinete
principal define una primera superficie piloto (106) de
posicionamiento del alojamiento del cojinete principal y dicho
bastidor (22) define una segunda superficie piloto (104) de
posicionamiento del alojamiento del cojinete principal, estando la
primera superficie piloto de posicionamiento del alojamiento del
cojinete principal en contacto con la segunda superficie piloto de
posicionamiento del alojamiento del cojinete principal para
posicionar dicho alojamiento del cojinete principal con relación al
citado bastidor.
5. Máquina de volutas según las reivindicaciones
3 ó 4, caracterizada porque el alojamiento (26) del cojinete
inferior define una primera superficie piloto (102) de
posicionamiento del alojamiento del cojinete inferior, y el bastidor
(22) define una segunda superficie piloto (100) de posicionamiento
del alojamiento del cojinete inferior, estando la primera superficie
piloto de posicionamiento del alojamiento del cojinete inferior en
contacto con la segunda superficie piloto de posicionamiento del
alojamiento del cojinete inferior para posicionar el citado
alojamiento del cojinete inferior con relación a dicho bastidor.
6. Máquina de volutas según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque una
superficie exterior del citado estator (28) del motor se pone en
contacto con una superficie interior del bastidor (22) para
posicionar dicho estator del motor con relación al bastidor.
7. Máquina de volutas según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicho
alojamiento (24) del cojinete principal coloca un primer cojinete
(64) para soportar el miembro de accionamiento (30).
8. Máquina de volutas según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el alojamiento
(26) del cojinete inferior coloca un segundo cojinete (36) para
soportar dicho miembro de accionamiento (30).
9. Máquina de volutas según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el alojamiento
(24) del cojinete principal coloca un primer cojinete (64) para
soportar el miembro de accionamiento (30) y el alojamiento (26) del
cojinete inferior coloca un segundo cojinete (36) para soportar el
miembro de accionamiento.
10. Máquina de volutas según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el primer
miembro de volutas (70) va montado en dicho alojamiento (24) del
cojinete principal, siendo el mencionado primer miembro de volutas
capaz de movimiento axial con relación a dicho alojamiento del
cojinete principal.
11. Máquina de volutas según la reivindicación
10, caracterizada porque el segundo miembro de volutas (56)
se encuentra en contacto con el citado alojamiento (24) del cojinete
principal.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US496807 | 1995-06-29 | ||
| US09/496,807 US6280154B1 (en) | 2000-02-02 | 2000-02-02 | Scroll compressor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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