FR3038350A1 - PISTON PUMP WITH IMPROVED COUPLING BETWEEN MECHANISM AND PISTON - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une pompe à piston comprenant au moins un piston (12) et au moins un mécanisme bielle-manivelle qui entraine ledit piston (12) en mouvement par coulissement de ce piston le long d'un cylindre de piston (11), le piston passant alternativement d'une phase d'aspiration d'un fluide vers l'intérieur de la pompe à une phase de refoulement du fluide de la pompe, ledit piston (12) étant lié au mécanisme bielle-manivelle par un système d'accouplement (3), caractérisée en ce que ledit système d'accouplement comporte au moins un premier ressort (32, 35).The invention relates to a piston pump comprising at least one piston (12) and at least one crank-rod mechanism which causes said piston (12) to move by sliding of said piston along a piston cylinder (11), the piston alternately passing from a suction phase of a fluid towards the inside of the pump to a discharge phase of the fluid of the pump, said piston (12) being connected to the crank-rod mechanism by a system of coupling (3), characterized in that said coupling system comprises at least one first spring (32, 35).

Description

Pompe à piston avec un accouplement amélioré entre mécanisme et piston L'invention concerne le domaine des pompes, en particulier les pompes à piston telles que les pompes à piston simple ou double effet, et les pompes à un ou plusieurs pistons plongeurs. Plus particulièrement, 1 ' invention porte sur une pompe à piston comprenant un système d'accouplement amélioré entre le mécanisme bielle-manivelle et le piston.The invention relates to the field of pumps, in particular piston pumps such as single or double acting piston pumps, and pumps with one or more plunger plungers. More particularly, the invention relates to a piston pump comprising an improved coupling system between the crank-crank mechanism and the piston.

Une pompe à piston, par exemple à piston plongeur, comporte un piston coulissant le long d'un cylindre de piston. Lors de ce mouvement, le piston passe alternativement d'une phase d'aspiration à une phase de refoulement pendant lesquelles le volume de la pompe change, ce qui induit une aspiration d'un fluide ou son refoulement.A piston pump, for example a plunger piston, comprises a piston sliding along a piston cylinder. During this movement, the piston alternately passes from a suction phase to a discharge phase during which the volume of the pump changes, which induces a suction of a fluid or its discharge.

Le piston est entraîné en translation par un mécanisme bielle-manivelle auquel il est lié par un système d'accouplement. Lors de ce mouvement, le mécanisme bielle-manivelle a une vitesse de rotation fixe, mais il génère une vitesse de translation variable qui atteint son maximum vers le milieu de la course du piston. Ainsi, en phase de refoulement, la pompe génère un pic de débit à chaque fois que le piston atteint sa vitesse maximum. En conséquence, des pics de pression sont obtenus dans le système hydraulique situé en aval de la pompe. Ces pics de pression, appelés pulsations, peuvent endommager la tuyauterie et les autres composants du système hydraulique.The piston is driven in translation by a connecting rod-crank mechanism to which it is connected by a coupling system. During this movement, the crank-rod mechanism has a fixed rotational speed, but it generates a variable translation speed which reaches its maximum towards the middle of the piston stroke. Thus, in the discharge phase, the pump generates a peak flow rate each time the piston reaches its maximum speed. As a result, pressure peaks are obtained in the hydraulic system located downstream of the pump. These pressure spikes, called pulsations, can damage the piping and other components of the hydraulic system.

En outre, en phase d'aspiration la pompe génère des pics négatifs de pression qui peuvent engendrer de la cavitation ou des pertes de charges. 1/une des solutions connues pour résoudre ces problèmes consiste en 1'utilisation d'un accumulateur à vessie qui s' installe sur la tuyauterie en aval de la pompe. L'accumulateur permet d'absorber les pulsations, en déformant une membrane gonflée au gaz. Cependant, ce genre d'accumulateur demande une maintenance et un changement de membrane de manière régulière. En outre, le risque d'une panne existe toujours, car la membrane peut être endommagée de manière imprévue.In addition, in the suction phase the pump generates negative pressure peaks which can cause cavitation or loss of charge. One of the known solutions to these problems is the use of a bladder accumulator which is installed on the pipe downstream of the pump. The accumulator absorbs pulsations by deforming a gas-swollen membrane. However, this type of accumulator requires maintenance and a membrane change on a regular basis. In addition, the risk of a failure still exists because the membrane can be damaged unexpectedly.

Une autre solution connue consiste en 1'utilisation de filtres acoustiques, appelés aussi résonateurs, qui absorbent les pulsations par des jeux de changements de section de passage du fluide. Une telle solution ne permet en général de filtrer que les pulsations de hautes fréquences. Pour avoir une efficacité améliorée, il est nécessaire d'utiliser de très gros filtres, qui sont aussi très onéreux. L'objectif de la présente invention est de proposer une solution simple et peu onéreuse qui permette d'amortir les pulsations générées par le mécanisme bielle-manivelle d'une pompe à piston. Un autre obj ectif de 1'invention est que cette solution permette également de limiter la cavitation et les pertes de charges.Another known solution is the use of acoustic filters, also called resonators, which absorb the pulsations by changes of fluid passage section changes. Such a solution generally makes it possible to filter only the pulses of high frequencies. To have an improved efficiency, it is necessary to use very large filters, which are also very expensive. The object of the present invention is to provide a simple and inexpensive solution that allows to damp the pulses generated by the crank-rod mechanism of a piston pump. Another object of the invention is that this solution also makes it possible to limit cavitation and losses of charges.

Avec ces ob j ectif s en vue, 1 ' invention a pour obj et une pompe à piston comprenant au moins un piston et au moins un mécanisme bielle-manivelle qui entraîne ledit piston en mouvement par coulissement de ce piston le long d'un cylindre de piston, le piston passant alternativement d'une phase d'aspiration d'un fluide vers 1' intérieur de la pompe à une phase de refoulement du fluide de la pompe, ledit piston étant lié au mécanisme bielle-manivelle par un système d'accouplement, il est caractérisée en ce que ledit système d'accouplement comporte au moins un premier ressort.With these objects in view, the object of the invention is a piston pump comprising at least one piston and at least one crank-rod mechanism which drives said piston in motion by sliding this piston along a cylinder. piston, the piston alternately passing from a suction phase of a fluid to the inside of the pump to a discharge phase of the fluid of the pump, said piston being connected to the connecting rod-crank mechanism by a system of coupling, it is characterized in that said coupling system comprises at least a first spring.

La pompe à piston selon 1'invention comporte donc un système de couplage entre le piston et le mécanisme bielle-manivelle qui comprend un ressort. Ainsi, à chaque fois que 1 ' on atteint un pic de pression au niveau du système d'accouplement, le ressort se contracte. De cette façon, le ressort diminue la vitesse de translation du piston. La vitesse de translation ayant diminué, la pression diminue également.The piston pump according to the invention therefore comprises a coupling system between the piston and the connecting rod-crank mechanism which comprises a spring. Thus, each time a peak pressure is reached at the coupling system, the spring contracts. In this way, the spring decreases the speed of translation of the piston. As the translation speed has decreased, the pressure also decreases.

Ainsi, grâce à cette solution simple et peu onéreuse on peut amortir les pulsations générées par le mécanisme bielle-manivelle d'une pompe à piston en phase d'aspiration et en phase de refoulement.Thus, with this simple and inexpensive solution can be damped pulsations generated by the connecting rod-crank mechanism of a piston pump in the suction phase and discharge phase.

Selon une réalisation de 1'invention, le premier ressort est agencé au niveau d'une première jonction du système d'accouplement avec un élément du mécanisme bielle-manivelle. Dans ce cas, le premier ressort permet d'amortir les pulsations négatives générées par le mécanisme bielle-manivelle en phase d'aspiration. Ainsi, on limite la cavitation, c'est-à-dire la formation de bulles dans le liquide, et les pertes de charges. On entend par pertes de charge, la baisse de la pression générée par la pompe entre 1 ' aspiration et le refoulement.According to an embodiment of the invention, the first spring is arranged at a first junction of the coupling system with an element of the crank-crank mechanism. In this case, the first spring makes it possible to damp the negative pulsations generated by the crank-rod mechanism during the suction phase. Thus, it limits the cavitation, that is to say the formation of bubbles in the liquid, and the losses of charges. Pressure losses are understood to mean the drop in the pressure generated by the pump between the suction and the discharge.

Selon une autre réalisation de 1'invention, le système d'accouplement comporte un deuxième ressort agencé au niveau d'une deuxième j onction avec le piston. Ce deuxième ressort amortit les pulsations générées par le mécanisme bielle-manivelle en phase de refoulement.According to another embodiment of the invention, the coupling system comprises a second spring arranged at a second junction with the piston. This second spring damps the pulsations generated by the crank-rod mechanism in the discharge phase.

Selon une réalisation de 1'invention, au moins le premier ressort est hélicoïdal et préchargé. Dans ce cas, le ressort s'enfonce seulement lorsque la pression du piston atteint une valeur supérieure à la valeur de la contrainte définie pour le ressort.According to an embodiment of the invention, at least the first spring is helical and preloaded. In this case, the spring sinks only when the piston pressure reaches a value greater than the value of the stress defined for the spring.

Selon une réalisation de 1' invention, au moins le premier ressort est constitué par au moins une rondelle de Belleville.According to one embodiment of the invention, at least the first spring is constituted by at least one Belleville washer.

Selon une autre réalisation de 1'invention, le deuxième ressort est constitué par au moins une rondelle de Belleville. L'avantage d'avoir des rondelles de Belleville comme ressort réside dans le fait que celles-ci résistent plus à 1'effort. Leur utilisation est en particulier intéressant pour les phases de refoulement où les efforts de poussée du piston sont relativement importants et pouvant atteindre 10000kg. A titre d'exemple, un assemblage de rondelles Belleville ayant un diamètre extérieur de 70 mm, peut résister à des poussées de 15000N.According to another embodiment of the invention, the second spring is constituted by at least one Belleville washer. The advantage of having Belleville washers as a spring is that they resist more effort. Their use is particularly interesting for the discharge phases where the thrust forces of the piston are relatively large and up to 10000kg. For example, a Belleville washer assembly with an outer diameter of 70 mm can withstand 15,000N thrust.

Selon une réalisation de 1'invention, au moins 1 ' un des ressorts à une contrainte réglable. Dans ce cas, on peut facilement adapter la précontrainte du ressort après de montage de celui-ci.According to an embodiment of the invention, at least one of the springs has an adjustable stress. In this case, it is easy to adapt the spring preload after mounting thereof.

Selon une application particulière de 1'invention, le système d'accouplement comporte au moins un barillet, disposé de manière à recevoir le premier ressort et/ou le deuxième ressort. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et/ou avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante, d'un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, en relation avec les dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 est une vue de dessus d'une pompe à piston selon 1'invention ; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale selon 1' axe AA' de la figure 1 ; la figure 3 est un zoom sur la partie entourée en figure 2.According to a particular application of the invention, the coupling system comprises at least one barrel, arranged to receive the first spring and / or the second spring. The invention will be better understood and other characteristics and / or advantages will become apparent on reading the following description of a preferred embodiment, given by way of non-limiting example, in relation to the appended drawings, among which: Figure 1 is a top view of a piston pump according to the invention; Figure 2 is a longitudinal sectional view along the axis AA 'of Figure 1; Figure 3 is a zoom on the part surrounded in Figure 2.

Un exemple de pompe à piston conforme à 11 invention est montré, vu de dessus, par la figure 1. I1 s'agit d'une pompe à piston plongeur du type triplex, c'est-à-dire, comportant trois pistons plongeurs. Cette pompe comporte, de façon connue, une chambre de pompage 1 comprenant trois cylindres 11 de piston parallèles. Dans chacun de ces cylindres 11, un piston plongeur 12 est inséré. Ce piston plongeur 12 pouvant coulisser le long du cylindre 11.An example of a piston pump according to the invention is shown, seen from above, in FIG. 1. It is a triplex type plunger pump, that is to say, comprising three plunger pistons. This pump comprises, in known manner, a pumping chamber 1 comprising three parallel piston cylinders 11. In each of these cylinders 11, a plunger 12 is inserted. This plunger 12 can slide along the cylinder 11.

Du coté opposé, la pompe comporte trois compartiments 2 parallèles comportant chacun un mécanisme bielle-manivelle, d'un type connu. Ce mécanisme comporte un vilebrequin 21, une bielle 22 et un coulisseau 23. Chaque piston 12 est lié au mécanisme bielle-manivelle correspondant par 1'intermédiaire d'un système d'accouplement 3. À titre illustratif, seul le système d'accouplement 3 liant le piston du milieu au mécanisme bielle-manivelle est représenté dans la figure 1.On the opposite side, the pump comprises three parallel compartments 2 each having a crank-handle mechanism of a known type. This mechanism comprises a crankshaft 21, a rod 22 and a slider 23. Each piston 12 is connected to the corresponding crank-rod mechanism via a coupling system 3. As an illustration, only the coupling system 3 Binding the middle piston to the crank-crank mechanism is shown in Figure 1.

Le système d'accouplement 3 permet de transmettre au piston 12 le mouvement de translation généré par le système bielle-manivelle, pour le faire coulisser le long du cylindre de piston 11. Ainsi, le piston 12 passe alternativement d'une phase d'aspiration pendant laquelle un fluide est aspiré par la pompe à une phase de refoulement pendant laquelle le fluide est refoulé par la pompe.The coupling system 3 makes it possible to transmit to the piston 12 the translational movement generated by the connecting rod-crank system, to slide it along the piston cylinder 11. Thus, the piston 12 passes alternately from a suction phase during which a fluid is sucked by the pump to a discharge phase during which the fluid is pumped by the pump.

Selon 1'exemple de réalisation visible sur la figure 3, le système d1 accouplement 3 comporte un premier barillet 31 qui comporte une j onction avec un coulisseau 23 du mécanisme bielle-manivelle, une extrémité 231 du coulisseau 23 pouvant coulisser le long du premier barillet 31. Ce premier barillet 31 comporte en son intérieur un premier ressort 32. Le ressort 32 est de préférence, mais pas nécessairement, de type hélicoïdal et également de préférence préchargé. En outre, le ressort 32 peut être remplacé par tout autre type de ressort, notamment une ou plusieurs rondelles de Belleville. Le premier barillet 31 comporte également, un élément, tel qu'un écrou 33, permettant de régler la contrainte du premier ressort 32 .According to the embodiment shown in FIG. 3, the coupling system 3 comprises a first barrel 31 which includes a junction with a slider 23 of the crank-link mechanism, one end 231 of the slider 23 slidable along the first barrel 31. This first barrel 31 comprises inside a first spring 32. The spring 32 is preferably, but not necessarily, of helical type and also preferably preloaded. In addition, the spring 32 can be replaced by any other type of spring, including one or more washers Belleville. The first barrel 31 also comprises an element, such as a nut 33, for adjusting the stress of the first spring 32.

Le ressort 32 est bloqué autour de 1'extrémité 231 du coulisseau 23, entre 1'écrou 33 et une rondelle 232. Cette rondelle 232 est bloquée par un circlip 233 inséré dans une rainure de 1 ' extrémité 231 du coulisseau 23, de telle sorte que la rondelle 232 soit entre le ressort 32 et le circlip 33 .The spring 32 is locked around the end 231 of the slider 23, between the nut 33 and a washer 232. This washer 232 is locked by a circlip 233 inserted in a groove of the end 231 of the slider 23, so that that the washer 232 is between the spring 32 and the circlip 33.

Le système d1 accouplement 3 comporte un deuxième barillet 34, solidaire du premier barillet 31, qui comporte une jonction avec le piston 12. Une extrémité 121 du piston 12 est insérée dans le deuxième barillet 34 et fixée par des moyens de fixation 342. Ce deuxième barillet 34 comporte en son intérieur un deuxième ressort 35. Le deuxième ressort 35 est de préférence, formé par un ensemble de rondelles de Belleville 351. Le nombre de ces rondelles de Belleville 351 peut varier selon la raideur du ressort voulue. Le deuxième ressort 35 peut également être remplacé par tout autre type de ressorts, notamment un ressort hélicoïdal préchargé.The coupling system 3 comprises a second barrel 34, integral with the first barrel 31, which has a junction with the piston 12. One end 121 of the piston 12 is inserted into the second barrel 34 and fixed by fixing means 342. This second barrel 34 comprises inside a second spring 35. The second spring 35 is preferably formed by a set of washers Belleville 351. The number of these Belleville washers 351 may vary depending on the stiffness of the desired spring. The second spring 35 can also be replaced by any other type of springs, in particular a preloaded helical spring.

Le système d'accouplement 3 comporte également un deuxième écrou 3 6 qui se visse sur une paroi intérieure 341 du deuxième barillet 34 pour assurer une liaison entre le premier barillet 31 et le deuxième barillet 34.The coupling system 3 also comprises a second nut 36 which is screwed on an inner wall 341 of the second cylinder 34 to provide a connection between the first cylinder 31 and the second cylinder 34.

Ce deuxième écrou 3 6 a une forme complémentaire à celle d'une extrémité 311 du premier barillet 31, 1'extrémité 311 du premier barillet 31 pouvant coulisser le long de 1 ' écrou 36 sur une distance limitée par un contact entre un épaulement 312 du premier barillet 31 et un épaulement complémentaire 361 du deuxième écrou 36.This second nut 36 has a shape complementary to that of an end 311 of the first barrel 31, the end 311 of the first barrel 31 slidable along the nut 36 for a limited distance by a contact between a shoulder 312 of the first barrel 31 and a complementary shoulder 361 of the second nut 36.

Ce deuxième écrou 3 6 permet également de régler la contrainte du deuxième ressort 35.This second nut 36 also makes it possible to adjust the stress of the second spring 35.

Lors d'un fonctionnement de la pompe, en phase d'aspiration le coulisseau 23 exerce à travers la rondelle 232 une pression dans la direction du mécanisme bielle-manivelle sur le premier ressort 32. Cette pression permet au premier ressort 32 d'entraîner 1'écrou 33 qui entraine avec lui le premier barillet 31 auquel 1 ' écrou 33 est vissé. À travers 1' épaulement 312 le premier barillet 31 entraine le deuxième barillet 34 par 1'épaulement complémentaire 361, et le deuxième barillet 34 entraine avec lui le piston 12. Lors d'un pic de pression, dépassant dans le cas d'un ressort préchargé la valeur de la contrainte du ressort, le ressort se contracte pour absorber le pic de pression et réduire la vitesse du piston 12, la rondelle 232 se rapproche alors de 1'écrou 33. Par la suite, lorsque la vitesse du piston 12 baisse, le premier ressort 32 se détend et la rondelle 232 revient à sa position d'origine.During operation of the pump, in the suction phase, the slider 23 exerts through the washer 232 a pressure in the direction of the connecting rod-crank mechanism on the first spring 32. This pressure allows the first spring 32 to drive 1 nut 33 which drives with it the first barrel 31 to which the nut 33 is screwed. Through the shoulder 312 the first barrel 31 drives the second barrel 34 by the complementary shoulder 361, and the second barrel 34 drives with it the piston 12. At a peak pressure, exceeding in the case of a spring preloaded the value of the stress of the spring, the spring contracts to absorb the pressure peak and reduce the speed of the piston 12, the washer 232 then approaches the nut 33. Thereafter, when the speed of the piston 12 decreases the first spring 32 expands and the washer 232 returns to its original position.

En phase de refoulement, le coulisseau 23 exerce une pression sur le premier barillet 31 et le premier barillet 31 exerce avec son extrémité 311 une pression sur le deuxième ressort 35 qui entraîne le deuxième barillet 34 et le piston 12. En cas le pic de pression dépassant la contrainte supportée par le deuxième ressort 35, ce deuxième ressort se contracte pour absorber le pic de pression.In the discharge phase, the slider 23 exerts a pressure on the first barrel 31 and the first barrel 31 exerts with its end 311 a pressure on the second spring 35 which drives the second barrel 34 and the piston 12. In case the peak pressure exceeding the stress supported by the second spring 35, the second spring contracts to absorb the peak pressure.

Selon une variante de réalisation, le système d'accouplement 3, comporte seulement le premier ressort 32 ou le deuxième ressort 35.According to an alternative embodiment, the coupling system 3 comprises only the first spring 32 or the second spring 35.

Différentes variante de réalisation son également possible sans pour autant sortir de 1'invention. Par exemple, on peut avoir seulement le premier ou le deuxième barillet ou ne pas avoir de barillet.Different variant embodiment is also possible without departing from the invention. For example, one can have only the first or the second barrel or have no barrel.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Pompe à piston comprenant au moins un piston ( 12) et au moins un mécanisme bielle-manivelle qui entraîne ledit piston ( 12) en mouvement par coulissement de ce piston le long d'un cylindre de piston (11), le piston passant alternativement d'une phase d'aspiration d'un fluide vers 1'intérieur de la pompe à une phase de refoulement du fluide de la pompe, ledit piston (12) étant lié au mécanisme bielle-manivelle par un système d'accouplement (3) , caractérisée en ce que ledit système d'accouplement comporte au moins un premier ressort (32, 35).A piston pump comprising at least one piston (12) and at least one crank-handle mechanism which drives said piston (12) in sliding motion of said piston along a piston cylinder (11), the piston passing alternatively from a suction phase of a fluid towards the inside of the pump to a discharge phase of the pump fluid, said piston (12) being connected to the connecting rod-crank mechanism by a coupling system (3 ), characterized in that said coupling system comprises at least a first spring (32, 35). 2. Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier ressort ( 32 ) est agencé au niveau d'une première jonction du système d'accouplement (3) avec un élément (23) du mécanisme bielle-manivelle.2. Piston pump according to claim 1, characterized in that the first spring (32) is arranged at a first junction of the coupling system (3) with a member (23) of the connecting rod-crank mechanism. 3. Pompe à piston selon 1'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le système d'accouplement (3) comporte un deuxième ressort ( 35 ) agencé au niveau d'une deuxième j onction avec le piston (12) .3. Piston pump according to one of claims 1 or 2, characterized in that the coupling system (3) comprises a second spring (35) arranged at a second jointc with the piston (12). 4. Pompe à piston selon 1 ' une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'au moins le premier ressort (32) est hélicoïdal et préchargé.4. Piston pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least the first spring (32) is helical and preloaded. 5. Pompe à piston selon 1 ' une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'au moins le premier ressort (32) est constitué par au moins une rondelle de Belleville.5. Piston pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least the first spring (32) is constituted by at least one washer Belleville. 6. Pompe à piston selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisée en ce que le deuxième ressort (35) est constitué par au moins une rondelle de Belleville (351) .6. Piston pump according to one of claims 3 to 4, characterized in that the second spring (35) is constituted by at least one Belleville washer (351). 7. Pompe à piston selon 1'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'au moins 1 ' un des ressorts ( 32, 35 ) à une contrainte réglable.7. Piston pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one of the springs (32, 35) at an adjustable stress. 8. Pompe à piston selon 1 ' une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le système d'accouplement (3) comporte au moins un barillet (31, 34 ) disposé(s) de manière à recevoir le premier ressort ( 32) et/ou le deuxième ressort (35).8. Piston pump according to one of claims 1 to 7, characterized in that the coupling system (3) comprises at least one barrel (31, 34) arranged (s) to receive the first spring (32). ) and / or the second spring (35).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2090922A (en) * 1980-12-20 1982-07-21 Wabco Fahrzeugbremsen Gmbh Pressure medium pump
US5934173A (en) * 1997-08-08 1999-08-10 Hypro Corporation Reciprocating plunger pump
US20040040412A1 (en) * 2002-02-28 2004-03-04 Lee In Won Crank Shaft
JP2006057518A (en) * 2004-08-19 2006-03-02 Nikkiso Co Ltd Reciprocating pump

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