JP6497996B2 - Water jet propulsion machine - Google Patents
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Description
本発明は、ウォータージェット推進機に関する。 The present invention relates to a water jet propulsion device.
一般に、船底から吸い込まれた水を吸込みケーシングを通じてポンプに導き、このポンプで加圧した水を船尾後方に噴射して船舶を推進させるウォータージェット推進機が知られている。この種のウォータージェット推進機では、従来、ポンプの形状として軸流型のインペラ(羽根車)を備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。通常、軸流型のポンプは、斜流型のインペラ(羽根車)を備えた斜流型のポンプに比べて、同等な性能を要求される場合、インペラの外径、すなわち、インペラを収容するポンプケーシングの外径(据付径)が斜流型よりも小さくなるため、船体への据付スペースを小さくできる利点がある。 In general, a water jet propulsion device is known in which water sucked from the bottom of a ship is guided to a pump through a suction casing, and water pressurized by the pump is jetted behind the stern to propel the ship. Conventionally, this type of water jet propulsion device is known to have an axial flow type impeller (impeller) as a pump shape (see, for example, Patent Document 1). In general, an axial flow type pump accommodates an outer diameter of an impeller, that is, an impeller, when equivalent performance is required as compared with a mixed flow type pump having a mixed flow type impeller (impeller). Since the outer diameter (installation diameter) of the pump casing is smaller than that of the mixed flow type, there is an advantage that the installation space on the hull can be reduced.
ところで、近年、据付スペースの更なる縮小化を目的として、船底の取水口に取り付けられる吸込みケーシングの管路径の縮小化が要望されている。しかし、吸込みケーシングの管路径を縮小した場合、吸込みケーシングの出口部に連結されるポンプケーシングの管路径が小さくなるため、必然的にポンプケーシング内に収容されるインペラの外径も小さくなる。このため、ポンプの小型に伴う性能の低下が懸念された。 By the way, in recent years, for the purpose of further reducing the installation space, there has been a demand for reducing the pipe diameter of the suction casing attached to the water intake on the ship bottom. However, when the pipe diameter of the suction casing is reduced, the pipe diameter of the pump casing connected to the outlet portion of the suction casing is reduced, so that the outer diameter of the impeller accommodated in the pump casing is inevitably reduced. For this reason, there was a concern about the deterioration of the performance due to the small size of the pump.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ポンプの性能を低減することなく、吸込みケーシングの小型化を実現できるウォータージェット推進機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a water jet propulsion device that can realize downsizing of the suction casing without reducing the performance of the pump.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、船底の取水口に取り付けられる吸込みケーシングと、吸込みケーシングの出口部に連結されるポンプケーシングと、ポンプケーシング内に配置されて回転軸周りに回転する軸流型の羽根車とを備え、羽根車で加圧された水を船尾後方に噴射して船舶を推進させるウォータージェット推進機であって、ポンプケーシングは、吸込みケーシングの出口部よりも管路径の大きな円筒状の本体部と、羽根車の前縁よりも上流側で、本体部の管路径から吸込みケーシングの出口部の管路径まで徐々に縮径する縮径部と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a suction casing that is attached to a water intake at the bottom of a ship, a pump casing that is connected to an outlet portion of the suction casing, and a rotation that is disposed in the pump casing. A water jet propulsion device having an axial flow type impeller that rotates around an axis and propelling the ship by injecting water pressurized by the impeller to the rear of the stern, wherein the pump casing is an outlet of the suction casing A cylindrical main body having a larger pipe diameter than the part, and a reduced diameter part that gradually decreases from the pipe diameter of the main body part to the pipe diameter of the outlet portion of the suction casing on the upstream side of the front edge of the impeller, It is provided with.
この構成によれば、ポンプケーシングは、吸込みケーシングの出口部よりも管路径の大きな円筒状の本体部と、羽根車の前縁よりも上流側で、本体部の管路径から吸込みケーシングの出口部の管路径まで徐々に縮径する縮径部とを備えたため、羽根車の外径を縮小することなく、管路径の小さな吸込みケーシングの出口部にポンプケーシングを連結することができる。従って、ポンプの性能を低減することなく、吸込みケーシングの小型化を実現することができ、ウォータージェット推進機の据え付けスペースの縮小化を図ることができる。さらに、吸込みケーシング内に保有される水量が低減されるため、運航時の船体重量の低減を図ることができる。 According to this configuration, the pump casing includes a cylindrical main body portion having a pipe diameter larger than the outlet portion of the suction casing, and an outlet portion of the suction casing from the pipe diameter of the main body portion on the upstream side of the front edge of the impeller. Therefore, it is possible to connect the pump casing to the outlet portion of the suction casing having a small pipe diameter without reducing the outer diameter of the impeller. Accordingly, the suction casing can be reduced in size without reducing the performance of the pump, and the installation space of the water jet propulsion device can be reduced. Furthermore, since the amount of water held in the suction casing is reduced, the hull weight during operation can be reduced.
また、この構成において、縮径部は、本体部と回転軸を中心とした同心状に形成されても良い。この構成によれば、ポンプケーシングの作成をより容易に行うことができ、簡単な構成で吸込みケーシングの小型化を実現できる。 In this configuration, the reduced diameter portion may be formed concentrically around the main body portion and the rotation axis. According to this configuration, the pump casing can be created more easily, and the suction casing can be downsized with a simple configuration.
また、縮径部は、出口部の管路内底面と本体部の管路内底面とが同一の高さ位置となるように、出口部の管路中心を本体部の管路中心に対して鉛直下方に偏心させても良い。この構成によれば、回転軸に対して縮径部内の上下空間の断面積比を変化させることで上下を流れる流量の差を抑制し、流量バランスの均等化を実現できる。 In addition, the diameter-reduced portion has the center of the outlet portion with respect to the center of the main body portion so that the bottom surface of the outlet portion and the bottom surface of the main body portion are at the same height. It may be eccentric vertically downward. According to this configuration, by changing the cross-sectional area ratio of the upper and lower spaces in the reduced diameter portion with respect to the rotation axis, the difference in the flow rate flowing up and down can be suppressed, and the flow rate balance can be equalized.
また、本体部の管路径に対する出口部の管路中心と本体部の管路中心との偏心量は、10%以下であっても良い。この構成によれば、ポンプケーシングを流れる水の流量バランスを好適に整えることができ、ポンプケーシングへの流入を均一化することができる。 Further, the amount of eccentricity between the pipe center of the outlet and the pipe center of the main body relative to the pipe diameter of the main body may be 10% or less. According to this configuration, the flow rate balance of the water flowing through the pump casing can be suitably adjusted, and the inflow into the pump casing can be made uniform.
また、ポンプケーシングの本体部を昇降する昇降部を備え、縮径部は、本体部の昇降に追従して偏心する構成としても良い。この構成によれば、縮径部の偏心量を動的に調整することで、ポンプケーシング内の上下を流れる流量の差を抑制して整流を実現できる。 Moreover, the raising / lowering part which raises / lowers the main-body part of a pump casing is provided, and a diameter reducing part is good also as a structure which follows the raising / lowering of a main-body part, and decenters. According to this configuration, rectification can be realized by dynamically adjusting the amount of eccentricity of the reduced diameter portion and suppressing a difference in flow rate flowing up and down in the pump casing.
また、縮径部は、本体部から出口部に向かって、管路径が段階的に縮小するように配置される複数の環状部材と、隣接する環状部材の間をシールするシール部材とを備えても良い。この構成によれば、各環状部材の中心位置が変位させることで縮径部の偏心量を簡単に調整することができる。 The reduced diameter portion includes a plurality of annular members arranged so that the pipe diameter is gradually reduced from the main body portion toward the outlet portion, and a seal member that seals between adjacent annular members. Also good. According to this configuration, the eccentric amount of the reduced diameter portion can be easily adjusted by displacing the center position of each annular member.
本発明によれば、ポンプケーシングは、吸込みケーシングの出口部よりも管路径の大きな円筒状の本体部と、羽根車の前縁よりも上流側で、本体部の管路径から吸込みケーシングの出口部の管路径まで徐々に縮径する縮径部とを備えたため、ポンプの性能を低減することなく、吸込みケーシングの小型化を実現することができる。 According to the present invention, the pump casing includes a cylindrical main body portion having a pipe diameter larger than the outlet portion of the suction casing, and an outlet portion of the suction casing from the pipe diameter of the main body portion on the upstream side of the front edge of the impeller. Therefore, the suction casing can be downsized without reducing the performance of the pump.
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In addition, the constituent elements in the embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined, and when there are a plurality of embodiments, the embodiments can be combined.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係るウォータージェット推進機の概略断面図である。ウォータージェット推進機10は、図1に示すように、船底2に形成された取水口2Aに取り付けられる吸込みケーシング11と、この吸込みケーシング11に連結されるポンプケーシング12と、このポンプケーシング12に連結される吐出ケーシング13とを備える。この吐出ケーシング13は、船尾3に形成された排水口3Aに固定されている。これら各ケーシング11〜13によって船舶の船底2と船尾3との間を連結し、推進用の水が流通する配管路14が形成される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a water jet propulsion device according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, the water
吸込みケーシング11は、曲がり管形状を有し、吸込口11Aが船底2の取水口2Aに向けて開口すると共に、該取水口2Aから後方へ昇り傾斜した後、吐出口(出口部)11Bが船尾3に向かって開口する。吸込ケーシング11内の吸込口11Aの近傍には、不図示のストレーナが取り付けられており、吸込口11Aから吸い込まれる水中の異物が配管路14内に流入しないようになっている。
The
吸込みケーシング11の吐出口11Bには、ポンプケーシング12の入口12Aがフランジ連結され、該ポンプケーシング12の内部には軸流型のインペラ(羽根車)15が回転可能に収容されている。インペラ15は、略円錐形状を有するコーン部16と、このコーン部16の外周面に固定された複数の案内羽根17とを備える。コーン部16の先端にはインペラ15を回転する回転軸18が連結される。この回転軸18は、吸込みケーシング11に設けられた引出し管11Cを通じて外部に引き出され、回転軸18の先端側はエンジン(駆動源)19に連結されている。
An
ポンプケーシング12の出口12Bには、吐出ケーシング13の入口13Aがフランジ連結され、該吐出ケーシング13の内面には案内羽根20が固定されている。この案内羽根20は、インペラ15で加圧された水の流速を低下させないで直線状に整流化する静翼である。吐出ケーシング13の出口13Bは、船尾3に形成された排水口3Aに固定される。
An
上記した構成では、エンジン19が駆動してインペラ15が回転すると、この回転に伴い、船底2に形成された取水口2Aから水が吸込みケーシング11内に吸い込まれる。この水は、インペラ15で加圧された後、案内羽根20で整流され、排水口3Aを通じて船尾後方に噴射される。この船外に噴射されるウォータージェットの推進によって、船舶を推進させることができる。
In the configuration described above, when the
ところで、この種のウォータージェット推進機では、船舶への据付スペースの縮小化が要望されている。一方、ウォータージェット推進機を構成する各ケーシングを単純に縮小化した場合には、ポンプケーシング内に収容されるインペラの外径が小さくなる。インペラの外径は、船舶の推進力に密接に関連するため、小型化に伴う推進性能の低下が懸念された。 By the way, in this kind of water jet propulsion machine, reduction of the installation space to a ship is desired. On the other hand, when each casing constituting the water jet propulsion unit is simply reduced in size, the outer diameter of the impeller accommodated in the pump casing is reduced. Since the outer diameter of the impeller is closely related to the propulsive force of the ship, there was a concern that the propulsion performance would decrease with downsizing.
本実施形態では、ポンプケーシング12は、円筒状に形成された本体部21と、この本体部21の上流側に設けられ、吸込みケーシング11の吐出口11Bに向けて徐々に管路径を縮小する縮径部22とを備える。本体部21は、吸込みケーシング11の吐出口11Bの管路径D1よりも大きな管路径D2に形成され、この本体部21の内部にインペラ15が収容されている。また、縮径部22は、インペラ15の案内羽根17の前縁17Aよりも上流側に設けられ、本体部21の管路径D2から吐出口11Bの管路径D1に縮径する。
In this embodiment, the
この構成によれば、ポンプケーシング12が吸込みケーシング11の吐出口11Bに向けて徐々に管路径を縮小する縮径部22を備えることにより、この縮径部22に連結される吸込みケーシング11の吐出口11Bの管路径D1の縮小化を図ることができ、ひいては、吸込みケーシング11の小型化を実現できる。発明者の実験やシミュレーションによると、吸込みケーシング11の体積が従前よりも1〜2割低減できることが判明した。このように、吸込みケーシング11が小型化されることにより、この吸込みケーシング11の製作コストを低減できると共に、船舶への据付スペースの縮小化を図ることができる。これに加え、吸込みケーシング11内に保有される水量が低減されるため、運航時の船体重量の低減を図ることができる。
According to this configuration, the
また、ポンプケーシング12の本体部21は、吸込みケーシング11の吐出口11Bの管路径D1よりも大きな管路径D2に形成されるため、吸込みケーシング11の小型化に伴い、インペラ15の外径の小型化を行う必要がない。従って、吸込みケーシング11を実現しつつ、インペラ15(ポンプ)の送水能力、すなわち船舶の推進力の低下を防止できる。さらに、縮径部22は、インペラ15の案内羽根17の前縁17Aよりも上流側に設けられるため、インペラ15の案内羽根17が縮径部22に接触することはない。
Further, the
また、本実施形態のポンプケーシング12を用いることにより、管路径の異なる吸込みケーシング11に対して、同一の外径のインペラ15を使用することができるため、インペラ15(ポンプ)の製作コストの低減を図ることができる。
Further, by using the
本実施形態では、ポンプケーシング12は、本体部21と縮径部22とが同心円状に形成されている。具体的には、本体部21と縮径部22とは、いずれも回転軸18の軸心を中心とした同心円状に形成されている。この構成では、ポンプケーシング12の作成をより容易に行うことができ、簡単な構成で吸込みケーシング11の小型化を実現できる。また、吸込みケーシング11の中心軸上に配置された回転軸18に対して、インペラ15の回転軸を容易に取り付けることができる。
In the present embodiment, the
ここで、縮径部22の形状は、縮径前後の管路面積(管路径)の比と拡大角θとで決定される。この場合、拡大角θは、ポンプケーシング12の全長が従前のポンプケーシングよりも長くならない程度の角度とすることが好ましい。さらに、拡大角θを大きくするにつれて、管路面積が急激に拡大するため、配管路14内の主流に剥離が生じる恐れがある。このため、剥離の発生を効果的に抑えるためには、拡大角θの大きさを20°以下に設定することが好ましい。
Here, the shape of the reduced
[第2実施形態]
次に、第2実施形態に係るウォータージェット推進機110について説明する。図2は、第2実施形態に係るウォータージェット推進機の概略断面図であり、図3は、縮径部を軸方向から見た部分断面図である。なお、第1実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。この第2実施形態では、第1実施形態を基本構成とし、ポンプケーシング112の形状が第1実施形態とは異なっている。
[Second Embodiment]
Next, the water
本構成のように、船底2に形成された取水口2Aから水を汲み上げる構成の配管路14では、配管路14を流れる水の流量バランスが崩れ、インペラ15の回転軸18の上方で流量が減少し、回転軸18の下方で流量が増加する傾向にある。
In the piping 14 configured to draw water from the
ポンプケーシング112は、図2に示すように、円筒状に形成された本体部21と、この本体部21の上流側に設けられ、吸込みケーシング11の吐出口11Bに向けて徐々に管路径を縮小する縮径部122とを備える。この第2実施形態では、上記した傾向を解消するために、縮径部122は、本体部21に対して偏心して形成されている。
As shown in FIG. 2, the
具体的には、縮径部122は、本体部21の管路底面21Aと、吸込みケーシング11の吐出口11Bに連なる縮径部122の管路底面122Aとが同一の高さ位置に形成されており、図3に示すように、縮径部122の上流側(吸込みケーシング11の吐出口11B側)の管路中心O1は、本体部21の管路中心O2(回転軸18の軸心位置に相当)よりも鉛直下方に位置している。
Specifically, the reduced
第2実施形態によれば、ポンプケーシング112は、縮径部122の上流側(入口側)が下流側(出口側)に比べて、下方に偏心しているため、回転軸18に対して上下空間の断面積比を変化させることで上下を流れる流量の差を抑制し、流量バランスの均等化を実現できる。このため、インペラ15には上下の流量バランスが整った水が流入することで、該インペラ15で均等に加圧された水を噴射することができる。
According to the second embodiment, the
また、第2実施形態によれば、縮径部122は、本体部21の管路底面21Aと、該縮径部122の管路底面122Aとが同一の高さ位置に形成しているため、ポンプケーシング112に流入した水の剥離を防止することができる。
Further, according to the second embodiment, the reduced
また、第2実施形態では、図3に示すように、本体部21の管路径D2に対する、縮径部122の上流側(吸込みケーシング11の吐出口11B)の管路中心O1と本体部21の管路中心O2との偏心量hは、10%以下とすることが好ましい。偏心量hの制限は、拡大角θ(図1)と管路径拡大率によって設定される。偏心方向は、必ず、吸込みケーシング11の吐出口11Bの管路中心O1よりも、本体部21の管路中心O2が上側に設定される。この偏心量hが大きくなり過ぎると、縮径部122の管路底面122Aが下流側に向けて上り傾斜となり、ポンプケーシング112への流入にかえって悪影響を与えることになる。この構成によれば、ポンプケーシング112を流れる水の流量バランスを好適に整えることができ、ポンプケーシング112への流入を均一化できるという効果を有する。
Moreover, in 2nd Embodiment, as shown in FIG. 3, the pipe line center O1 and the main-
[第3実施形態]
次に、第3実施形態に係るウォータージェット推進機210について説明する。図4は、第3実施形態に係るウォータージェット推進機の概略断面図である。図5は、縮径部の構成を示す概略断面図である。また、図6は、縮径部が偏心した後の状態を示す概略断面図である。また、図7は、縮径部が偏心した後のウォータージェット推進機を示す概略断面図である。なお、第1実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。この第3実施形態では、第1実施形態を基本構成とし、ポンプケーシング212の構成が第1実施形態とは異なっている。
[Third Embodiment]
Next, the water
上述したように、船底2に形成された取水口2Aから水を汲み上げる構成の配管路14では、配管路14を流れる水の流量バランスが崩れ、インペラ15の回転軸18の上方で流量が減少し、回転軸18の下方で流量が増加する傾向にある。さらに、この流量バランスの偏りは、船速とポンプ流量との関係によっても大きく変化する。
As described above, in the piping 14 configured to draw water from the
ポンプケーシング212は、図4に示すように、円筒状に形成された本体部21と、この本体部21の上流側に設けられ、吸込みケーシング11の吐出口11Bに向けて徐々に管路径を縮小する縮径部222とを備える。この第3実施形態では、縮径部222は、本体部21に対して偏心量を調整可能に構成されている。
As shown in FIG. 4, the
ウォータージェット推進機210は、船底2上に、ポンプケーシング212及び吐出ケーシング13を昇降自在に支持する昇降装置(昇降部)30を備えている。この昇降装置30は、例えば、上下に伸縮するロッド31を備える油圧シリンダ等で構成され、このロッド31の先端にポンプケーシング212の本体部21が固定されている。これにより、ロッド31の伸縮により、ポンプケーシング212の本体部21及び吐出ケーシング13は昇降する。なお、図4及び図7では図示を省略したが、吐出ケーシング13の出口13Bと船尾3の排水口3Aとの間には、吐出ケーシング13の昇降に追従して水の侵入を防止する構造となっている。
The water
また、本実施形態では、ポンプケーシング212と共に、インペラ15も昇降する。このため、インペラ15のコーン部16に連結される第1回転軸118Aと、エンジン19に連結される第2回転軸118Bとの間には、ジョイント軸118Cと一対の連結ピン119によりクランク接続されている。これにより、ポンプケーシング212を昇降させたとしても、エンジン19の回転をインペラ15に好適に伝達することができる。
In the present embodiment, the
ポンプケーシング212の縮径部222は、本体部21の昇降に追従して偏心するように構成され、具体的には、図5に示すように、本体部21から吸込みケーシング11の吐出口11B(不図示)に向かって、管路径が段階的に縮小するように配置される複数の環状部材40A,40B,40C,40Dと、隣接する環状部材の間を水密にシールするシール部材41とを備えて構成される。シール部材41は、可撓性を有する樹脂材料等で形成され、環状部材40A・・の変位に追従して変形できるようになっている。このため、縮径部222は、図6に示すように、本体部21の上昇に追従して、各環状部材40A,40B,40C,40Dの中心位置が変位し、縮径部222の上流側(入口側)の偏心量を簡単に調整することができる。なお、図5及び図6では、環状部材40A,40B,40C,40Dの数を4つとしたが、これに限るものではない。
The diameter-reduced
第3実施形態によれば、ポンプケーシング212の縮径部222は、本体部21の昇降に追従して偏心するように構成されているため、例えば、船舶の出発時には、図4に示すように、縮径部222を本体部21と同心状に配置し、船速及び水の流量(エンジン回転数)が増してきたときには、図7に示すように、本体部21を上昇させて縮径部222の上流側を偏心させることができる。この構成によれば、縮径部222の偏心量を動的に調整することで、ポンプケーシング212内の上下を流れる流量の差を抑制し、配管路14内の整流を実現できる。
According to the third embodiment, the diameter-reduced
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記した形態に限るものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, it is not restricted to an above-described form.
2 船底
2A 取水口
3 船尾
3A 排水口
10、110、210 ウォータージェット推進機
11 吸込ケーシング
11A 吸込口
11B 吐出口(出口部)
12、112、212 ポンプケーシング
13 吐出ケーシング
14 配管路
15 インペラ(羽根車)
17 案内羽根
17A 前縁
18 回転軸
19 エンジン
21 本体部
21A 管路底面
22、122、222 縮径部
30 昇降装置(昇降部)
40A,40B,40C,40D 環状部材
41 シール部材
122A 管路底面
2
12, 112, 212
17
40A, 40B, 40C,
Claims (2)
前記ポンプケーシングは、前記吸込みケーシングの前記出口部よりも管路径の大きな円筒状の本体部と、前記羽根車の前縁よりも上流側で、前記本体部の管路径から前記吸込みケーシングの前記出口部の管路径まで徐々に縮径する縮径部と、
前記ポンプケーシングの前記本体部を昇降する昇降部と、を備え、
前記縮径部は、前記本体部の昇降に追従して偏心することを特徴とするウォータージェット推進機。 A suction casing attached to a water intake on the bottom of the ship, a pump casing connected to an outlet portion of the suction casing, and an axial flow type impeller disposed in the pump casing and rotating around a rotation axis, A water jet propulsion device that propels a ship by injecting water pressurized by an impeller to the rear of the stern,
The pump casing includes a cylindrical main body having a pipe diameter larger than the outlet portion of the suction casing, and an upstream side of the front edge of the impeller, and the outlet of the suction casing from the pipe diameter of the main body portion. A diameter-reduced portion that gradually decreases to the pipe diameter of the portion ;
An elevating part that elevates and lowers the main body part of the pump casing,
The reduced diameter portion is eccentric following the elevation of the main body, and is a water jet propulsion device.
The reduced diameter portion includes a plurality of annular members arranged so that the pipe diameter is gradually reduced from the main body portion toward the outlet portion, and a seal member that seals between adjacent annular members. The water jet propulsion device according to claim 1 .
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