JP7427324B2 - 回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、潤滑油によって潤滑される軸受ユニットによってロータを回転自在に軸支して成る送風機、圧縮機、ポンプ等の回転機械に関するものである。

軸受の潤滑方式には、軸受ユニット内の油浴（ オイルバス） に貯留された潤滑油に軸受の少なくとも一部を浸漬させて該軸受を潤滑する油浴潤滑式や、給油ポンプによって潤滑油を軸受ユニット内に強制的に供給して軸受を潤滑する強制循環潤滑式等があり、運転条件に応じて適切な潤滑方式が適宜採用される。

上記油浴潤滑式や強制循環潤滑式等の潤滑方式を採用する軸受を備える回転機械の軸受ユニットにおいては、ロータが高速で回転するため、軸受ユニット内にオイルミストが発生し、このオイルミストが軸封部であるラビリンス等の隙間を通過して軸受ユニット外へ漏れ出てしまい、付近の設備等を汚したり、送風機や圧縮機が設置されている建屋内の空気を汚染する等の環境汚染を引き起こすという問題があった。

上記問題を解決する手段として、ベーパファン等の吸引ファンによって軸受ユニット内を負圧に保持し、吸引ファンによって引かれたオイルミストを放出管に導き、放出管の出口に接続されたオイルミストセパレータによってオイルミストから油分を除去する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、上記方法では、吸引ファンとこれを駆動する電動モータ等の駆動源とが別途必要となり、設備の大型化やコストアップを招くため、この対策として、本出願人は、特別な設備を要することなく、簡単な構成で安価にオイルミストの飛散を確実に防ぐことができるオイルミスト飛散防止システムを先に提案した（特許文献２及び３参照）。

これらのオイル飛散防止システムでは、軸受ユニット内を吸引管によって吸込ノズルに接続し、その接続経路である吸引管の途中にオイルミストセパレータを設けて構成されている。
上記オイル飛散防止システムを備えた回転機械では、ロータが高速で回転駆動されると、ロータに取り付けられたインペラも本体ケーシング内で高速で回転し、例えば空気を吸込管から吸込ノズルを経て吸引してこれを昇圧し、この昇圧された空気を吐出ノズルから吐出管へと吐出する。そして、このように回転機械が駆動されると、吸込空気が吸込ノズル内を高速で流れるため、この吸込ノズル内の圧力は負圧となる。

他方、軸受ユニット内でロータが高速で回転すると、軸受ユニット内にはオイルミストが発生するが、互いに連通する軸受ユニット内は、吸引管及びオイルミストセパレータを介して吸込ノズル内に連通しているため、軸受ユニット内において発生したオイルミストは、吸込ノズル内の負圧に引かれて吸引管を流れてオイルミストセパレータに導かれる。該オイルミストセパレータでは、油分が除去され、油分が除去された清浄な空気のみが吸引管を通って吸込ノズルへと吸引されて他の吸込空気と共に本体ケーシング内での圧縮に供される。

従って、上記オイル飛散防止システムによれば、軸受ユニット内に発生したオイルミストを吸引する負圧源として回転機械自体に発生する負圧（吸込ノズル内の負圧）を利用するため、吸引ファンやこれを駆動する駆動源等の設備を別途設ける必要がなく、各軸受ユニット内に発生するオイルミストの飛散を、コストアップを招くことなく簡単な構成で確実に防ぐことができる。

特開平９－１７３７３６号公報 特開２００４－２５１３７８号公報 特許第４７１４００９号公報

上記従来の技術において、以下の課題が残されている。
従来のオイル飛散防止システムを備えた回転機械では、オイルミストセパレータによって油分を除去するが、オイルミストが吸引管の途中で液化・油化してしまい、吸引管が詰まってしまう場合があった。このため、オイルミストになり難い潤滑油としてグリースを採用することも考えられるが、液状のグリースが吸引管に直接入り込むと、やはり吸引管が詰まり易いという不都合があった。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、吸引管内の油詰まりを抑制することが可能な回転機械を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る回転機械は、気体又は液体を作動流体とし、潤滑油によって潤滑される軸受ユニットによってロータを回転可能に軸支してなる回転機械であって、前記軸受ユニットの前記ロータの貫通部を包囲して前記軸受ユニットに取り付けられ内側に軸受内空間が形成される軸受カバーと、前記軸受カバーの底部に形成され前記軸受内空間に開口した落下孔に接続され前記落下孔から落下する前記潤滑油を内部の油溜まり空間に貯留可能な油溜まり部と、前記油溜まり空間の上部に接続経路を介して接続され負圧を発生させる負圧源とを備えていることを特徴とする。

この回転機械では、軸受カバーの底部に形成され軸受内空間に開口した落下孔に接続され落下孔から落下する潤滑油を内部の油溜まり空間に貯留可能な油溜まり部と、油溜まり空間の上部に接続経路を介して接続され負圧を発生させる負圧源とを備えているので、負圧及び重力により落下孔から潤滑油が落下又は吸引されて油溜まり部内の油溜まり空間に貯留されることで、接続経路（吸引管等）に潤滑油が詰まることを抑制可能である。
すなわち、負圧源により接続経路，油溜まり空間及び落下孔が負圧となり、軸受内空間の底部から液状の潤滑油が落下孔を介して吸引されると共に重力によって油溜まり部の軸受内空間内に落下する。特に、自身の重さだけでは落下孔から落ちないような粘度の高い潤滑油であっても、負圧源の負圧により、落下孔から油溜まり部へと強制的に吸い出すことが可能になる。また、接続経路は油溜まり空間の上部に接続され、軸受内空間の底部に貯留された液状の潤滑油を吸引しないことで、接続経路内で潤滑油が詰まることが抑制される。

第２の発明に係る回転機械は、第１の発明において、前記油溜まり部が、前記落下孔に接続された油溜まり部上部と、前記油溜まり部上部との間に前記油溜まり空間を形成して前記油溜まり部上部の下部に取り外し可能に取り付けられた油溜まり部下部とを備えていることを特徴とする。
すなわち、この回転機械では、油溜まり部が、油溜まり部上部と、油溜まり部上部に取り外し可能に取り付けられた油溜まり部下部とを備えているので、油溜まり部が上下に分解可能であり、油溜まり部下部を取り外すことで、貯留された潤滑油を容易に取り出し、回収することができる。したがって、油溜まり部のメンテナンスが容易となる。

第３の発明に係る回転機械は、第１又は第２の発明において、前記油溜まり部が、前記油溜まり空間内の前記潤滑油の量を測定可能な油量センサを備えていることを特徴とする。
すなわち、この回転機械では、油溜まり部が、油溜まり空間内の潤滑油の量を測定可能な油量センサを備えているので、油溜まり空間内の潤滑油量を油量センサで監視することで、溜まった潤滑油が接続経路の吸込口に至る前に潤滑油を取り出すことができ、溜まった潤滑油が接続経路に吸い込まれてしまうことを抑制可能となる。

第４の発明に係る回転機械は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記軸受カバーの底部における前記落下孔の周囲の少なくとも一部に、前記落下孔に向けて傾斜した傾斜面が形成されていることを特徴とする。
すなわち、この回転機械では、軸受カバーの底部における落下孔の周囲の少なくとも一部に、前記落下孔に向けて傾斜した傾斜面が形成されているので、傾斜面により軸受カバー底部の潤滑油をスムーズに落下孔へ落下させる又は吸い寄せることができる。

第５の発明に係る回転機械は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記負圧源が、前記回転機械の負圧発生部若しくは吐出流体、又は回転機械とは別に備えた圧縮機の圧縮空気の流動を利用して負圧を発生させるエゼクタを備えていることを特徴とする。
すなわち、この回転機械では、負圧源が、回転機械の負圧発生部若しくは吐出流体、又は回転機械とは別に備えた圧縮機の圧縮空気の流動を利用して負圧を発生させるエゼクタを備えているので、真空ポンプ等を用いずに負圧を発生させることができ、設備コストを低減することができる。

第６の発明に係る回転機械は、第１から第５の発明のいずれかにおいて、前記軸受ユニットが、内部に前記潤滑油としてグリースを供給可能なグリース供給口を上部に有していることを特徴とする。
すなわち、この回転機械では、軸受ユニットが、内部に潤滑油としてグリースを供給可能なグリース供給口を上部に有しているので、軸受ユニットの上部から供給されたグリースがロータやボールベアリングに供給された後、余分なグリースを下部の落下孔から油溜まり部へ落下させることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明の回転機械によれば、軸受カバーの底部に形成され軸受内空間に開口した落下孔に接続され落下孔から落下する潤滑油を内部の油溜まり空間に貯留可能な油溜まり部と、油溜まり空間の上部に接続経路を介して接続され負圧を発生させる負圧源とを備えているので、負圧及び重力により落下孔から潤滑油が落下又は吸引されて油溜まり部内の油溜まり空間に貯留されることで、接続経路に潤滑油が詰まることを抑制可能である。
したがって、本発明の回転機械では、吸引管等の接続経路において潤滑油の詰まりが抑制されることで、メンテナンスの頻度が少なくて済むと共に、グリースのような粘度の高い潤滑油を使用しても、常時はロータ又はベアリングにグリースが保持されるが、グリース供給口からグリースを補給して不要な古いグリースがロータ又はベアリングから押し出されて軸受カバーの底部にグリースが溜まることで落下孔が閉塞されて負圧がたつことにより、断続的に潤滑油を油溜まり部に自動的に回収することが可能になる。

本発明に係る回転機械の第１実施形態において、モータ側の軸受ユニットを示す側断面図である。 第１実施形態において、回転機械を示す全体構成図である。 本発明に係る回転機械の第２実施形態において、モータ側の軸受ユニットを示す側断面図である。

以下、本発明における回転機械の第１実施形態を、図１及び図２に基づいて説明する。

本実施形態における回転機械１は、送風機、圧縮機、ポンプ等を含むものであって、図１及び図２に示すように、気体又は液体を作動流体とし、潤滑油Ｇによって潤滑される軸受ユニット２Ａ，２Ｂによってロータ３を回転可能に軸支してなる回転機械である。

本実施形態の回転機械１は、軸受ユニット２Ａ，２Ｂのロータ３の貫通部を包囲して軸受ユニット２Ａ，２Ｂに取り付けられ内側に軸受内空間Ｓ１が形成される軸受カバー４と、軸受カバー４の底部に形成され軸受内空間Ｓ１に開口した落下孔４ａに接続され落下孔４ａから落下する潤滑油Ｇを内部の油溜まり空間Ｓ２に貯留可能な油溜まり部７と、油溜まり空間Ｓ２の上部に接続経路５を介して接続され負圧を発生させる負圧源６とを備えている。

上記負圧源６が、回転機械１の負圧発生部若しくは吐出流体（気体、液体）、又は回転機械１とは別に備えた圧縮機の圧縮空気の流動を利用して負圧を発生させるエゼクタＥを備えている。
また、油溜まり部７は、落下孔４ａに接続された油溜まり部上部７ａと、油溜まり部上部７ａとの間に油溜まり空間Ｓ２を形成して油溜まり部上部７ａの下部に取り外し可能に取り付けられた油溜まり部下部７ｂとを備えている。

なお、油溜まり部下部７ｂは、油溜まり部上部７ａの下部にボルト等によって取り外し可能に固定されている。
油溜まり部７は、内部に貯留される潤滑油Ｇの量が視認可能なアクリル等の透明な材料で形成されることが好ましい。

上記軸受ユニット２Ａ，２Ｂは、内部に潤滑油Ｇとしてグリースを供給可能なグリース供給口１１ｂを上部に有している。
上記ロータ３は、本体ケーシング１２内に収容されたインペラ（図示略）が取り付けられて本体ケーシング１２内に配されており、両端部が本体ケーシング１２の両端を貫通している。

本体ケーシング１２の両端部から延出しているロータ３の両端部は、軸受ユニット２Ａ，２Ｂにより回転可能に軸支されている。
なお、ロータ３は、その一端部が電動モータ等の駆動源１３に直結されており、駆動源１３によって回転駆動される。

上記本体ケーシング１２の一端部には吸込ノズル１４が下方に向かって突設されていると共に、他端部には、吐出ノズル１５が下方に向かって突設されている。
上記吸込ノズル１４には、吸込管１６が接続され、上記吐出ノズル１５は、吐出管１７が接続されている。

モータ側の軸受ユニット２Ｂは、転がり軸受であるボールベアリング１０と、ボールベアリング１０を収納する軸受ケース１１と、軸受ケース１１の開口端面を閉塞する上記軸受カバー４とを備えている。
上記軸受カバー４は、軸受ケース１１の開口端面を閉塞する一対の軸受蓋部４Ａ，４Ｂを備えている。

一対の軸受蓋部４Ａ，４Ｂのうち一方（４Ａ）は、内側にボールベアリング１０との間に軸受内空間Ｓ１を有していると共に、底部に落下孔４ａが形成されている。
すなわち、上記落下孔４ａは、ボールベアリング１０に対してグリース供給口１１ａとは反対側に設けられている。

上記落下孔４ａの直下には、油溜まり部７が接続されている。すなわち、油溜まり部７の油溜まり部上部７ａが落下孔４ａの直下に接続されている。
また、軸受カバー４底部における落下孔４ａの周囲の少なくとも一部には、落下孔４ａに向けてテーパ状の傾斜面４ｃが形成されている。

一対の軸受蓋部４Ａ，４Ｂのロータ３が貫通する部位には、それぞれシーリング４ｂが施されている。
軸受ケース１１の上部には、上記グリース供給口１１ｂが形成されており、グリース供給口１１ｂ上に取り付けられた供給ロート１１ｂから潤滑油Ｇとしてグリースを軸受ユニット２Ａ，２Ｂ内に供給可能となっている。

上記吐出管１７内には、通気管６ａの一端が接続されている。なお、通気管６ａの他端は、大気に開放されている。
上記通気管６ａの途中には、第１圧力調整弁６ｂとエゼクタＥとが接続されている。
また、一対の軸受ユニット２Ａ，２Ｂには、対応する吸引管５Ａ，５Ｂの一端が接続されている。すなわち、吸引管５Ａ，５Ｂの一端が、対応する軸受ユニット２Ａ，２Ｂの油溜まり部７の上部（油溜まり部上部７ａ）に接続されている。

一対の吸引管５Ａ，５Ｂの他端は、それぞれ連通管６ｃの一端に接続されており、連通管６ｃの途中には、第２圧力調整弁６ｄが接続されている。
上記連通管６ｃの他端は、エゼクタＥ内に接続されている。すなわち、回転機械１が運転されると、インペラの回転等によって本体ケーシング１２内が昇圧され、その圧縮空気（吐出流体）の一部が吐出管１７から外部に排出されると共に、吐出管１７に接続された通気管６ａを介してエゼクタＥへと流れる。

通気管６ａに接続されたエゼクタＥでは、圧縮空気の一部が流れ込んで負圧が発生する。すなわち、エゼクタＥでは、通気管６ａからの吐出流体（圧縮空気）の流動を利用して負圧が発生する。
また、エゼクタＥで負圧を発生させると、エゼクタＥに接続されている連通管６ｃ及び一対の吸引管５Ａ，５Ｂを介して油溜まり部７（油溜まり空間Ｓ２）及び軸受内空間Ｓ１も負圧となる。すなわち、連通管６ｃ及び一対の吸引管５Ａ，５Ｂが、エゼクタＥと油溜まり部７との接続経路５となっている。

なお、吐出管１７から吐出される圧縮空気を第１圧力調整弁６ｂで圧力調整することで、エゼクタＥで圧縮空気の流動によって発生する負圧も調整可能である。
また、エゼクタＥで発生した負圧は、連通管６ｃ及び吸引管５Ａ，５Ｂを介して油溜まり空間Ｓ２及び軸受内空間Ｓ１に伝わるが、油溜まり空間Ｓ２及び軸受内空間Ｓ１に伝わる負圧は連通管６ｃに接続された第２圧力調整弁６ｄで調整することが可能である。

このように本実施形態の回転機械１では、軸受カバー４の底部に形成され軸受内空間Ｓ１に開口した落下孔４ａに接続され落下孔４ａから落下する潤滑油Ｇを内部の油溜まり空間Ｓ２に貯留可能な油溜まり部７と、油溜まり空間Ｓ２の上部に接続経路５を介して接続され負圧を発生させる負圧源６とを備えているので、負圧及び重力により落下孔４ａから潤滑油Ｇが落下又は吸引されて油溜まり部７内の油溜まり空間Ｓ２に貯留されることで、接続経路５（吸引管５Ａ，５Ｂ等）に潤滑油Ｇが詰まることを抑制可能である。

すなわち、負圧源６により接続経路５，油溜まり空間Ｓ２及び落下孔４ａが負圧となり、軸受内空間Ｓ１の底部から液状の潤滑油Ｇが落下孔４ａを介して吸引されると共に重力によって油溜まり部７の軸受内空間Ｓ１内に落下する。特に、自身の重さだけでは落下孔４ａから落ちないような粘度の高い潤滑油Ｇであっても、負圧源６の負圧により、落下孔４ａから油溜まり部７へと強制的に吸い出すことが可能になる。

例えば、グリースのような粘度の高い潤滑油Ｇを使用しても、常時はロータ３又はベアリング１０にグリースが保持されるが、図１に示すように、グリース供給口１１ｂからグリースを補給して不要な古いグリースがロータ３又はベアリング１０から押し出されて軸受カバー４の底部にグリースが溜まることで落下孔４ａが閉塞されて負圧がたつことにより、断続的に潤滑油Ｇを油溜まり部７に自動的に回収することが可能になる。
また、接続経路５は油溜まり空間Ｓ２の上部に接続され、軸受内空間Ｓ１の底部に貯留された液状の潤滑油Ｇを吸引しないことで、接続経路５内で潤滑油Ｇが詰まることが抑制される。

また、軸受カバー４の底部における落下孔４ａの周囲の少なくとも一部に、落下孔４ａに向けて傾斜した傾斜面４ｃが形成されているので、傾斜面４ｃにより軸受カバー４底部の潤滑油Ｇをスムーズに落下孔４ａへ落下させる又は吸い寄せることができる。

また、油溜まり部７が、油溜まり部上部７ａと、油溜まり部上部７ａに取り外し可能に取り付けられた油溜まり部下部７ｂとを備えているので、油溜まり部７が上下に分解可能であり、油溜まり部下部７ｂを取り外すことで、貯留された潤滑油Ｇを容易に取り出し、回収することができる。したがって、油溜まり部７のメンテナンスが容易となる。
さらに、負圧源６が、回転機械１の負圧発生部若しくは吐出流体（気体、液体）、又は回転機械１とは別に備えた圧縮機の圧縮空気の流動を利用して負圧を発生させるエゼクタＥを備えているので、真空ポンプ等を用いずに負圧を発生させることができ、設備コストを低減することができる。

次に、本発明に係る回転機械の第２実施形態について、図３を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、油溜まり部７内の潤滑油Ｇの量を外部から目視で確認するのに対し、第２実施形態の回転機械では、図３に示すように、油溜まり部２７が、油溜まり空間Ｓ２内の潤滑油Ｇの量を測定可能な油量センサ２９を備えている点である。
すなわち、第２実施形態では、図３に示すように、例えば軸受ユニット２２Ｂにおいて、油溜まり部２７の内面に潤滑油Ｇが一定量を超えると信号を発信する油量センサ２９が設置されている。

上記油量センサ２９は、例えばフロート式，光学式，静電容量式，超音波式，電磁誘導式などの既存の液面レベルスイッチが採用可能である。
油量センサ２９は、例えば油溜まり部下部７ｂ内において吸引管５Ａ，５Ｂの吸込口（接続部）より若干下に設置されている。

このように第２実施形態の回転機械では、油溜まり部２７が、油溜まり空間Ｓ２内の潤滑油Ｇの量を測定可能な油量センサ２９を備えているので、油溜まり空間Ｓ２内の潤滑油量を油量センサ２９で監視することで、溜まった潤滑油Ｇが接続経路５（吸引管５Ａ，５Ｂ）の吸込口に至る前に潤滑油Ｇを取り出すことができ、溜まった潤滑油Ｇが接続経路５に吸い込まれてしまうことを抑制可能となる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、上述したようにエゼクタを備えた負圧源を採用することが好ましいが、真空ポンプ等を備えた負圧源を採用しても構わない。
また、上記実施形態では、潤滑油としてグリースをグリース供給口から軸受ユニット内に供給しているが、軸受ユニット内の油浴（オイルパス）に潤滑油を貯留して、軸受の一部を浸漬させて軸受を潤滑する油浴潤滑式や、給油ポンプによって潤滑油を軸受ユニット内に強制的に供給して軸受を潤滑する強制循環潤滑式等を採用しても構わない。

さらに、上記実施形態では、オイルミスト化し難いグリースを採用しているため、オイルミストセパレータを設けていないが、オイルミスト化し易い潤滑油を採用する場合、オイルミストセパレータを設けても構わない。この場合、例えば上記連通管の途中等にオイルミストセパレータを接続する。
このようなオイルミスト化し易い潤滑油であっても、落下孔及び油溜まり部を通過する際に少なくとも一部が液化し、油溜まり部に貯留されることから、吸引管で液化して詰まることを抑制可能である。

１…回転機械、２Ａ，２Ｂ．２２Ｂ…軸受ユニット、３…ロータ、４…軸受カバー、４ａ…落下孔、５…接続経路、６…負圧源、７，２７…油溜まり部、７ａ…油溜まり部上部、７ｂ…油溜まり部下部、１１ａ…グリース供給口、２９…油量センサ、Ｇ…潤滑油、Ｅ…エゼクタ、Ｓ１…軸受内空間、Ｓ２…油溜まり空間

Claims (6)

1. 気体又は液体を作動流体とし、潤滑油によって潤滑される軸受ユニットによってロータを回転可能に軸支してなる送風機、圧縮機及びポンプのいずれかである回転機械であって、
   前記軸受ユニットの前記ロータの貫通部を包囲して前記軸受ユニットに取り付けられ内側に軸受内空間が形成される軸受カバーと、
   前記軸受カバーの底部に形成され前記軸受内空間に開口した落下孔に接続され前記落下孔から落下する前記潤滑油を内部の油溜まり空間の下部に貯留可能な油溜まり部と、
   前記油溜まり空間の上部に接続経路を介して接続され負圧を発生させる負圧源とを備え、
   前記接続経路が、前記潤滑油が貯留される前記油溜まり空間の下部ではなく、前記潤滑油が無い前記油溜まり空間の上部に直接開口して接続された吸引管であり、
   前記負圧源が、前記接続経路を介して前記潤滑油が無い前記油溜まり空間の上部及び前記落下孔を負圧とし、前記接続経路に前記潤滑油を吸引させずに、負圧とした前記落下孔から前記油溜まり部へと前記軸受内空間内の前記潤滑油を吸い出し可能であることを特徴とする回転機械。
2. 請求項１に記載の回転機械において、
   前記油溜まり部が、前記落下孔に接続された油溜まり部上部と、
   前記油溜まり部上部との間に前記油溜まり空間を形成して前記油溜まり部上部の下部に取り外し可能に取り付けられた油溜まり部下部とを備えていることを特徴とする回転機械。
3. 請求項１又は２に記載の回転機械において、
   前記油溜まり部が、前記油溜まり空間内の前記潤滑油の量を測定可能な油量センサを備えていることを特徴とする回転機械。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の回転機械において、
   前記軸受カバーの底部における前記落下孔の周囲の少なくとも一部に、前記落下孔に向けて傾斜した傾斜面が形成されていることを特徴とする回転機械。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の回転機械において、
   前記負圧源が、前記回転機械の負圧発生部若しくは吐出流体、又は前記回転機械とは別に備えた圧縮機の圧縮空気の流動を利用して負圧を発生させるエゼクタを備えていることを特徴とする回転機械。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の回転機械において、
   前記軸受ユニットが、内部に前記潤滑油としてグリースを供給可能なグリース供給口を上部に有していることを特徴とする回転機械。

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