FR3115109A1 - Dispositif et procede de controle non destructif d’un pied d’aube - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un dispositif (50) de contrôle non destructif d’un pied (12) d’une aube (10), comprenant : un sabot (56) comprenant une rainure axiale (58) destinée à recevoir le pied de l’aube ; un système à ultrasons multiéléments comprenant une sonde à ultrasons multiéléments (54) capable d’émettre et de recevoir des impulsions ultrasonores, la sonde (54) étant fixée au sabot (56) de sorte qu’en fonctionnement des groupes d’éléments de la sonde émettent des impulsions ultrasonores dans le pied (12) de l’aube. Figure pour l'abrégé : Figure 3

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE CONTROLE NON DESTRUCTIF D’UN PIED D’AUBE
La présente invention concerne un dispositif et un procédé de contrôle non destructif d'une pièce, notamment d’un pied d’aube.
L'invention s'applique tout particulièrement au contrôle des pieds d'aubes d’une turbomachine d’aéronef et en particulier d’une soufflante de turbomachine.
Dans une soufflante, les pieds d'aubes sont l'objet de sollicitations importantes, sous l'effet de la force centrifuge, de l'ordre de plusieurs tonnes. Les parties les plus exposées à la fatigue sont les zones de contact entre chaque pied d'aube et les nervures latérales d’une rainure de la roue de rotor dans laquelle il est installé.
Par conséquent, il est important de détecter des défauts tels que des criques (petites crevasses) existant ou susceptibles d'apparaître à la surface de la pièce ou à une faible profondeur.
Les conséquences d'une rupture d'aube peuvent être graves qu'on cherche à systématiser les contrôles des pieds d'aube au cours des opérations de maintenance, pour détecter l'apparition de la moindre crique susceptible de constituer une amorce de rupture.
Il existe des dispositifs de contrôle non destructifs pour détecter ce type de défaut, par exemple les contrôles par courants de Foucault. Dans un tel cas, une sonde abritant un capteur développant le phénomène que l'on désire exploiter, (par exemple une simple bobine alimentée en courant alternatif pour la détection par courants de Foucault, dans le cas d'une pièce métallique) doit être déplacée à la surface de la zone à contrôler. Le passage du capteur en regard d'une crique engendre une perturbation significative du signal reçu qui peut être visualisée.
Des dispositifs de contrôle non destructifs par ultrasons monoéléments sont également connus. Dans de tels cas, la sonde est une sonde à ultrasons monoélément capable de générer une onde longitudinale ou transversale de réfraction dans la pièce à inspecter.
Néanmoins, ces dispositifs ont l’inconvénient de ne sonder qu’une petite surface tandis que les surfaces à contrôler pour un pied d’aube d’une soufflante s’étendent sur toute la longueur du pied d’aube sur un centimètre de large environ. Par conséquent, il est nécessaire de définir plusieurs trajectoires précises pour couvrir l’ensemble des surfaces à contrôler. Ainsi, ce type de contrôle nécessite des appareillages automatisés capables d’explorer la totalité des surfaces à contrôler qui sont coûteux, ainsi que des temps de contrôle trop importants pour être utilisés dans des unités de maintenance.
De plus, les dispositifs de contrôle non destructifs par ultrasons monoéléments présentent également des faiblesses concernant la robustesse de la détection en générant de fausses alarmes et dépendent beaucoup de la personne réalisant l’inspection.
C’est pourquoi il existe un besoin de fournir un système manuel simple et performant permettant d’effectuer ce type de contrôle non destructif de manière robuste et fiable.
La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple et efficace à ces problèmes, permettant d'éviter des inconvénients de la technique connue.
À cet effet, l’invention concerne un dispositif de contrôle non destructif d’un pied d’une aube, comprenant :
- un sabot comprenant une rainure axiale destinée à recevoir au moins partiellement le pied de l’aube ;
- un système à ultrasons multiéléments comprenant une sonde à ultrasons multiéléments capable d’émettre et de recevoir des impulsions ultrasonores, la sonde étant fixée au sabot de sorte qu’en fonctionnement des groupes d’éléments de la sonde émettent des impulsions ultrasonores dans le pied de l’aube.
L’invention permet de réaliser un contrôle non destructif d’un pied d’aube de manière robuste et fiable permettant de supprimer le risque de fausses alarmes tout en s’affranchissant du facteur humain.
En outre, l’invention permet avantageusement de réaliser ces contrôles dans des temps beaucoup plus courts que ceux de l’état de la technique, grâce à des zones sondées plus importantes, permettant ainsi d’être réalisés au cours d’opérations de maintenance.
En effet, l’utilisation d’une sonde à ultrasons multiéléments permet de réduire le nombre de passage le long du pied de l’aube afin d’obtenir des résultats significatifs.
En outre, le sabot englobant le pied de l’aube permet un meilleur guidage de la sonde le long du pied d’aube que les dispositifs actuels.
Le dispositif de contrôle selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- la sonde comporte au moins trois groupes d’éléments, de préférence cinq groupes d’éléments, le système étant configuré pour que chaque groupe d’éléments émette en fonctionnement des impulsions ultrasonores selon une loi focale, chaque loi focale étant différente d’un groupe d’éléments à l’autre ;
- le système est configuré de sorte à émettre simultanément les impulsions ultrasonores par les groupes d’éléments ;
- les impulsions ultrasonores émises par un groupe d’éléments forment un faisceau divergent émis dans une direction prédéterminée ;
- le dispositif comprend un plateau de maintien de l’aube dans une position fixe ;
- le plateau de maintien comporte un système de verrouillage de l’aube dans la position fixe ;
- le plateau de maintien comporte un système de mesure de la position relative de la sonde par rapport au pied de l’aube.
La présente invention concerne également un procédé de contrôle non destructif d’un pied d’une aube à l’aide d’un dispositif de contrôle tel que décrit ci-dessus, le procédé comportant les étapes de :
- insertion du pied de l’aube dans la rainure axiale du sabot ;
- translation de la sonde fixée au sabot le long du pied de l’aube ; et
- émission et réception d’impulsions ultrasonores dans le pied de l’aube par des groupes d’éléments de la sonde pendant la translation.
Le dispositif de contrôle selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- pendant la translation, la sonde fixée au sabot réalise un trajet aller-retour le long du pied de l’aube ;
- le procédé de contrôle comporte une mesure de la position relative de la sonde par rapport au pied de l’aube pendant la translation.
La présente invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d’un exemple non limitatif qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 illustre une aube,
la figure 2 est une vue agrandie d’un pied de l’aube de la figure 1,
la figure 3 représente schématiquement un dispositif de contrôle non destructif d’un pied d’une aube selon l’invention,
la figure 4 représente une sonde couplée à un sabot du dispositif de la figure 3,
les figures 5A à 5E illustrent chacune une loi focale émise par une sonde ultrasons multiéléments pour contrôler une surface intrados du pied d’aube,
la figure 6 est un organigramme d’un procédé de contrôle non destructif d’un pied d’une aube selon l’invention, et
la figure 7 illustre des résultats de la mise en œuvre du procédé de la figure 6.
Sur les différentes figures, les éléments analogues sont désignés par des références identiques. En outre, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle afin de présenter une vue permettant de faciliter la compréhension de l’invention.
La présente invention concerne un dispositif de contrôle non destructif d’un pied d’une aube en particulier d’une turbomachine d’aéronef.
En référence à la figure 1, une telle aube 10, par exemple de soufflante, comprend un pied 12 destiné à être fixé sur un moyen d’un rotor de la soufflante et une pale 14. La pâle 14 présente une forme aérodynamique et comporte une paroi d’intrados 16 et une paroi d’extrados 18 reliées entre-elles par un bord d'attaque 20 et un bord de fuite 22. Le bord d'attaque 20 d'une aube 10 correspond à la partie antérieure de son profil aérodynamique. Il fait face au flux de gaz et le divise en un écoulement d'air intrados qui longe la paroi d'intrados 16 et en un écoulement d'air extrados qui longe la paroi d'extrados 18. Le bord de fuite 22 quant à lui correspond à la partie postérieure du profil aérodynamique, où se rejoignent les écoulements intrados et extrados.
La pâle 14 comprend en outre un bord libre à l’opposé du pied 12 de l’aube.
La figure 2 illustre une vue agrandie d’un pied d’aube. Le pied d’aube 12 présente généralement une forme en queue d’aronde. Il comprend deux nervures latérales destinées à retenir l’aube 10 dans le rotor de la soufflante. Une des nervures latérales est convexe 26 et agencée du même côté que la paroi d’intrados 16 et l’autre est concave 28 et agencée du même côté que la paroi d’extrados 18. Chaque nervure 26, 28 comporte une surface inclinée radiale externe 36, 38 et une surface inclinée radiale interne 32.
Les surfaces inclinées radiales externes 36, 38 sont les plus exposées car elles sont en contact, sous l'effet de la force centrifuge, avec les nervures latérales correspondantes (non représentées) de la rainure de la roue de rotor. Ce sont les surfaces à contrôler, elles se présentent chacune ici sous la forme d’une bande d'une certaine largeur constante s'étendant sur toute la longueur du pied d'aube. La surface inclinée radiale externe 36 de la nervure latérale convexe est une surface à contrôler dite surface intrados 36, tandis que la surface opposée agencée du côté extrados est dite surface extrados 38 à contrôler également.
Les deux surfaces inclinées radiales internes 32 des deux nervures 26, 28, respectivement du côté concave et du côté convexe, sont reliées entre elle par une surface sensiblement plane formant une base 34 du pied 12 de l’aube.
La figure 3 illustre un dispositif selon l’invention. Le dispositif 50 comporte un système à ultrasons multiéléments comprenant un générateur 52 et une sonde à ultrasons multiéléments 54 reliée au générateur. La sonde à ultrasons multiéléments 54 comporte de préférence 64 éléments arrangés linéairement pour former une barrette linéaire rectangulaire. Chaque élément est capable d’émettre et de recevoir des impulsions ultrasonores. La fréquence des ultrasons est comprises entre 2 MHz à 10 MHz.
Le dispositif 50 comprend en outre un sabot 56 sur lequel est fixée la sonde 54 pendant le contrôle de sorte qu’en fonctionnement les éléments de la sonde 54 émettent des impulsions ultrasonores dans le pied de l’aube. La sonde 54 est par exemple vissée au sabot 56. Un tel ensemble est illustré sur la figure 4.
Le sabot, en plexiglas ou en plastique par exemple, permet un couplage de l’énergie acoustique sur la pièce inspectée.
Le sabot 56 est configuré pour englober le pied d’aube afin de permettre un meilleur guidage de la sonde fixée au sabot en fonctionnement.
A cet effet, le sabot 56 comporte une rainure axiale 58 en forme de queue d’aronde, complémentaire d’un pied 12 d’aube. Le sabot 56, et notamment la rainure axiale 58, sont ainsi conformés pour recevoir le pied d’aube à contrôler par glissement. Notamment, la rainure axiale 58 comporte un fond 59 sensiblement plan destiné à être en regard et sensiblement au contact de la base 34 du pied 12 de l’aube. Les formes complémentaires de la rainure axiale 58 du sabot 56 et du pied 12 d’aube permettent de guider la sonde via le sabot le long du pied d’aube pendant le contrôle de ce dernier par translation de l’ensemble formé par la sonde 54 et le sabot 56 le long du pied d’aube. En d’autres mots, les formes complémentaires de la rainure axiale 58 du sabot 56 et du pied 12 d’aube permettent le glissement axial relatif du pied d’aube dans la rainure pendant le déplacement de l’ensemble formé par la sonde 54 et le sabot 56 le long du pied d’aube. Ainsi, la rainure axiale 58 du sabot 56 a une forme complémentaire d’au moins une partie du pied 12 d’aube, à savoir au moins la base 34 et les surfaces inclinées radiales internes 32 du pied 12 d’aube. De ce fait, une fois le pied 12 d’aube inséré dans la rainure axiale 58 du sabot 56, le sabot 56 reçoit et entoure partiellement le pied 12 d’aube.
De préférence, le dispositif 50 comprend en outre un système de maintien 60 de l’aube dans une position fixe. Le système de maintien 60 comporte un plateau de maintien 62 fixé à des pieds 64, de préférence ajustables en longueur afin de régler la hauteur de travail pour une personne chargée de contrôler le pied de l’aube, améliorant ainsi son confort de travail. De préférence, les pieds 64 sont des pieds télescopiques. En outre, le plateau de maintien 62 est de préférence fixé de façon amovible aux pieds 64, permettant ainsi de faciliter le transport du système de maintien 60 lors des opérations de maintenance sur les aubes.
Le plateau de maintien 62 est adapté pour maintenir l’aube dans une position fixe telle qu’illustrée en figure 3, par exemple verticalement et le pied d’aube en haut afin d’en faciliter l’accès pour son contrôle. Avantageusement, le plateau de maintien 62 comporte un système de verrouillage 66 de l’aube dans la position fixe.
Un tel système de maintien 60 permet de positionner précisément l’aube de manière répétable.
Avantageusement, le plateau de maintien 62 comporte en outre un système de mesure de la position relative de la sonde par rapport au pied de l’aube, par exemple du type codeur à fil permettant de localiser précisément les éventuelles anomalies détectées dans le pied de l’aube.
Le système à ultrasons multiéléments est configuré de sorte que les éléments de la sonde 54 sont capables d’émettre et de recevoir des impulsions ultrasonores de manière groupée en direction du pied d’aube pendant le contrôle du pied de l’aube.
De préférence, la sonde 54 comporte au moins trois groupes d’éléments, de préférence cinq groupes d’éléments, chaque groupe d’éléments étant configuré pour émettre en fonctionnement des impulsions ultrasonores selon une loi focale. Chaque loi focale est différente d’un groupe d’éléments à l’autre.
Les groupes d’éléments sont différents les uns des autres mais peuvent contenir quelques éléments en commun. Les groupes d’éléments peuvent contenir un même nombre d’éléments. Les groupes d’éléments sont de préférence distants les uns des autres sur la barrette linéaire de la sonde tels qu’illustrés sur les figures 5A à 5E présentant cinq exemples de lois focales émises chacune par un groupe d’éléments de la sonde 54 dénotés G1 à G5. Ces lois focales sont émises par la sonde ultrasons multiéléments en direction de la base 34 du pied 12 de l’aube pour contrôler la surface inclinée radiale externe 36 intrados de la nervure 26 du pied d’aube. D’autres lois focales peuvent être utilisées pour la surface inclinée radiale externe 38 extrados du pied d’aube. Par exemple, les lois focales illustrées aux figures 5A à 5D permettent de sonder la surface inclinée radiale externe 36 intrados de la nervure 26 du pied d’aube tandis que la loi focale illustrée sur la figure 5E permet de sonder la surface inclinée radiale externe 38 extrados de la nervure 28 du pied d’aube.
Avantageusement, les lois focales sont définies de sorte que les impulsions ultrasonores émises par un groupe d’éléments forment un faisceau divergent émis selon un angle prédéterminé c’est-à-dire dans une direction prédéterminée. Chaque faisceau divergent associé à un groupe d’éléments ultrasonores permet de sonder et donc de contrôler une surface prédéterminée du pied d’aube.
En outre, le système à ultrasons multiéléments est avantageusement configuré de sorte à émettre simultanément les impulsions ultrasonores par les différents groupes d’éléments permettant ainsi de contrôler une large zone de la surface à contrôler formée par la réunion des surfaces sondées par chaque groupe d’éléments ultrasonores, réduisant ainsi fortement le temps nécessaire au contrôle du pied d’aube. Il a été montré que cette zone de la surface contrôlée en un instant par le dispositif selon l’invention est fortement augmentée par rapport aux zones sondées par des dispositifs de l’art antérieur.
La figure 6 représente les différentes étapes d’un mode réalisation d’un procédé de contrôle non destructif d’un pied d’une aube selon l’invention à l’aide d’un dispositif de contrôle tel que décrit précédemment.
De préférence, le procédé comporte une étape préalable S10 de mise en position fixe de l’aube notamment grâce au système de maintien 60 de l’aube tel que décrit précédemment. L’aube est installée dans une position, de préférence verticale, le pied de l’aube en haut, sur le plateau de maintien 62 et maintenue dans cette position fixe verticale, notamment par le système de verrouillage 66.
Le procédé comporte une étape S20 d’insertion du pied de l’aube par une première extrémité 72 du pied d’aube dans la rainure axiale 58 du sabot 56, une fine couche d’eau étant agencée entre le fonde 59 de la rainure 58 du sabot et la base 34 du pied d’aube 12. La sonde 54 ayant été préalablement fixée au sabot 56. La sonde 54 est agencée de sorte que l’axe longitudinal de la barrette multiéléments est parallèle à la base 34 du pied d’aube et perpendiculaire au déplacement de la sonde, c’est-à-dire sensiblement perpendiculaire à la tangente aux nervures latérales convexe 26 et concave 28.
Ensuite, la sonde 54, fixée au sabot 56, est translatée par glissement du pied d’aube dans la rainure du sabot le long du pied d’aube, de la première extrémité 72 du pied d’aube vers une seconde extrémité 74 du pied d’aube pendant une étape S30. La seconde extrémité 74 du pied d’aube est opposée à la première extrémité 72 du pied d’aube. La sonde est ainsi guidée durant le déplacement de l’ensemble formé par la sonde et le sabot d’une extrémité à l’autre du pied d’aube.
Le procédé comporte en outre une étape S40 d’émission d’impulsions ultrasonores dans le pied de l’aube par des groupes d’éléments de la sonde et de réception d’impulsions ultrasonores réfractées par le pied d’aube en réponse des impulsions émises. Cette étape S30 d’émission et de réception est mise en œuvre pendant le déplacement de la sonde fixée au sabot le long du pied d’aube.
De préférence, pendant son déplacement par translation, la sonde fixée au sabot réalise un trajet aller-retour le long du pied de l’aube. En d’autres termes, la sonde, fixée au sabot est déplacée de la première extrémité 72 vers la seconde extrémité 74 du pied d’aube puis de la seconde extrémité 74 vers la première extrémité 72 du pied d’aube.
En outre, le procédé comporte une étape de mesure S50 de la position relative de la sonde par rapport au pied de l’aube pendant le déplacement de la sonde le long du pied d’aube afin de localiser les impulsions sonores reçues par la sonde en réponse aux impulsions ultrasonores émises. Ces mesures de la position de la sonde sont réalisées par le système de mesure intégré au système de maintien permet ainsi d’identifier la position des anomalies détectées.
Les impulsions ultrasonores ou échos reçus par la sonde ainsi que les mesures de la position de la sonde correspondantes sont enregistrées puis analysées au cours d’une étape S60 d’analyse des résultats.
Ainsi, pour une position de la sonde, chaque élément d’un groupe d’éléments, de préférence 5, émet une impulsion ultrasonore pour former un faisceau divergent émis selon un angle prédéterminé c’est-à-dire dans une direction prédéterminée. Ainsi, cinq faisceaux divergents différents sont émis simultanément pour une même position de la sonde permettant ainsi d’élargir la zone du pied de l’aube étudiée tout en réduisant fortement le temps nécessaire au contrôle du pied d’aube.
Pendant le déplacement physique de la sonde le long du pied d’aube, les faisceaux sont balayés électroniquement suivant un autre axe perpendiculaire au pied d’aube selon la séquence de lois focales.
La présentation des résultats est réalisée sous forme classique d’images dites C-scan illustrant les données d’amplitude ou de profondeur des échos en fonction de la progression des lois focales. La vue C-scan peut être accompagnée d’une vue A-scan qui représente l’amplitude de l’écho en fonction du temps de transit et d’une vue B-Scan dans laquelle l’épaisseur de la pièce sondée est tracée en fonction du temps ou de la position de la sonde, tandis que le balayage linéaire de la sonde le long de la pièce permet de tracer une vue développée du trajet des ultrasons dans la pièce (les données sont tracées en fonction de la progression de la loi focale à l’aide de l’ouverture du faisceau d’ultrasons programmé). La corrélation des données ultrasonores avec la position réelle de la sonde permet de tracer une image proportionnelle, et permet de corréler les données aux zones spécifiques de la pièce contrôlée et de les tracer. Un tel exemple de résultats est illustré sur la figure 7.
Ainsi, cette cartographie globale de la pièce permet de mettre rapidement en évidence les défauts ou anomalies du pied d’aube ainsi que leurs positions. Ceci constitue un support visuel essentiel dans le suivi de la pièce tout au long de sa durée de vie.
Ainsi, grâce à la combinaison du système de maintien 60 de l’aube et de la sonde 52 couplée au sabot 54, un seul aller-retour de la sonde le long du pied de l’aube suffit pour cartographier précisément les éventuelles anomalies, criques dans le pied de l’aube. En effet, les éventuelles anomalies sont détectées et localisées de manière précise et répétable avec un tel dispositif de contrôle non destructif d’un pied d’aube selon l’invention.
Bien entendu, selon un autre mode de réalisation de l’invention, le dispositif de contrôle peut comprendre un premier sabot sur lequel est fixée une première sonde associée à un premier jeu de lois focales, l’ensemble étant configuré pour cartographier précisément les éventuelles anomalies, criques de la surface inclinée radiale externe 36 du côté intrados au cours d’un aller-retour de la sonde le long du pied de l’aube et un second sabot sur lequel est fixée une seconde sonde associée à un second jeu de lois focales, l’ensemble étant configuré pour cartographier précisément les éventuelles anomalies, criques de la surface inclinée radiale externe 38 du côté extrados au cours d’un autre aller-retour de la sonde le long du pied de l’aube afin d’obtenir une encore plus grande précision.

Claims (10)

  1. Dispositif (50) de contrôle non destructif d’un pied (12) d’une aube (10), comprenant :
    • un sabot (56) comprenant une rainure axiale (58) destinée à recevoir au moins partiellement le pied de l’aube ;
    • un système à ultrasons multiéléments comprenant une sonde à ultrasons multiéléments (54) capable d’émettre et de recevoir des impulsions ultrasonores, la sonde (54) étant fixée au sabot (56) de sorte qu’en fonctionnement des groupes d’éléments de la sonde émettent des impulsions ultrasonores dans le pied (12) de l’aube.
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la sonde (54) comporte au moins trois groupes d’éléments, de préférence cinq groupes d’éléments, le système étant configuré pour que chaque groupe d’éléments émette en fonctionnement des impulsions ultrasonores selon une loi focale, chaque loi focale étant différente d’un groupe d’éléments à l’autre.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le système est configuré de sorte à émettre simultanément les impulsions ultrasonores par les groupes d’éléments.
  4. Dispositif selon la revendication 1 à 3, dans lequel les impulsions ultrasonores émises par un groupe d’éléments forment un faisceau divergent émis dans une direction prédéterminée.
  5. Dispositif selon la revendication 1 à 4, comprenant un plateau de maintien (62) de l’aube (10) dans une position fixe.
  6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le plateau de maintien (62) comporte un système de verrouillage (66) de l’aube dans la position fixe.
  7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le plateau de maintien (62) comporte un système de mesure de la position relative de la sonde par rapport au pied (12) de l’aube.
  8. Procédé de contrôle non destructif d’un pied d’une aube à l’aide d’un dispositif de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, le procédé comportant les étapes de :
    • insertion (S20) du pied de l’aube dans la rainure axiale du sabot ;
    • translation (S30) de la sonde fixée au sabot le long du pied de l’aube ; et
    • émission et réception (S40) d’impulsions ultrasonores dans le pied de l’aube par des groupes d’éléments de la sonde pendant la translation (S30).
  9. Procédé de contrôle selon la revendication 8, dans lequel, pendant la translation (S30), la sonde fixée au sabot réalise un trajet aller-retour le long du pied de l’aube.
  10. Procédé de contrôle selon la revendication 8 ou 9, comportant une mesure (S50) de la position relative de la sonde par rapport au pied de l’aube pendant la translation (S30).
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