JPH04228836A - タービンエンジン二重反転ロータのエアーホイル段に用いる段間シール構造 - Google Patents

タービンエンジン二重反転ロータのエアーホイル段に用いる段間シール構造

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JPH04228836A
JPH04228836A JP3082920A JP8292091A JPH04228836A JP H04228836 A JPH04228836 A JP H04228836A JP 3082920 A JP3082920 A JP 3082920A JP 8292091 A JP8292091 A JP 8292091A JP H04228836 A JPH04228836 A JP H04228836A
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blade
seal
seal structure
honeycomb
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ロバート・ジェームス・コースメイヤー
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  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【関連出願の表示】この出願は、本出願人に譲渡された
下記の出願に関連している。
【0002】1.Kennech  O.Johnso
nの米国特許出願071,594号「二重反転出力ター
ビン」(1987年7月10日出願)2.Przytu
lski外の米国特許出願505,118「タービンブ
レード外端取付け構造」(1990年4月3日出願)3
.Przytulski外の米国特許出願505,12
1「タービンブレード内端取付け構造」(1990年4
月3日出願)
【0003】
【産業上の利用分野】この発明は、一般にガスタービン
エンジンに関し、特に、ガスタービンエンジンの二重反
転するエアーホイル段間に有用な段間シール構造に関す
る。
【0004】
【従来の技術】通常ガスタービンエンジンに設けられる
ガス発生機は、エンジン内を後方に流れる空気を圧縮す
る圧縮機と、燃料を圧縮空気と混合し、点火して高エネ
ルギーのガス流を形成する燃焼器と、ガス流により駆動
され、圧縮機を駆動するロータを駆動するように連結さ
れたタービンとを含む。多くのエンジンではさらに、出
力(パワー)タービンと称される第2のタービンをガス
発生機の後方に配置し、これによりガス流からエネルギ
ーを抽出し、ヘリコプタ、ダクト付きターボファンエン
ジンおよびターボプロップエンジンのプロパルサに見ら
れるような可変ピッチブレードを有する回転負荷を駆動
する。
【0005】ターボファンおよびターボプロップエンジ
ンに対する近年の改良として、関連出願1として挙げた
米国特許出願に開示されているようなダクトなしファン
エンジンがある。ダクトなしファンエンジンでは、出力
タービンは、二重反転するエアーホイル段を画定するタ
ービンブレードを持った二重反転ロータを含み、これら
のロータが出力タービンに関して半径方向に配置された
ダクトなしファンブレードをほぼ同様に駆動する。ダク
トなしファンエンジンのファンブレードは、性能を最適
にするようにピッチを可変としたブレードである。運転
中、ブレードのピッチを特定の運転条件に合わせて変え
ることにより、エンジンの燃料効率を高くすることがで
きる。
【0006】従来から、エアーホイル段の間から圧力が
流路の外へ漏れ出ることによるエンジン性能の低下を最
小限に抑えるために、段間にラビリンスシールを使用し
て空気の通過を防止することがよく行われている。従来
の代表的な段間シールは、エンジンロータと共に回転す
るブレードの外端に設けた、軸線方向に離間し、円周方
向に延在する複数のシール歯またはセレーションと、静
止ステータに取り付けたハネカム部品とからなり、ハネ
カム部品が歯と接する、構成である。
【0007】しかし、この従来の段間シール構造は、二
重反転ロータを有する出力タービンを備える上述のダク
トなしファンエンジンに用いるには適当でない。互いに
反対に回転するエアーホイル段の列が交互に連設されて
いるので、ハネカム部品を静止構造体またはステータに
取り付けるのが難しいからである。したがって、互いに
反対方向に回転するタービンブレードの交互の列を有す
る二重反転ロータに用いるのに適当な段間シール構造が
求められている。
【0008】
【発明の概要】この発明は、上述した要求を満たすよう
設計された段間シール構造を提供する。この発明の段間
シール構造は、環状ハネカム部品と1つ以上の環状シー
ル要素または歯とからなる内側および外側シールを含む
。内側および外側シールの両方において、ハネカム部品
を2つの装着構造体、すなわちタービンブレードまたは
外側ロータのどちらに取り付ける場合でも、ハネカム部
品をいつもタービンブレードまたは外側ロータの内部側
に配置するのが有利である。そうすれば、ハネカム部品
とそれぞれの装着構造体との間の取付けがゆるんだり、
はずれるようなことがあっても、回転により生じる遠心
力が、ハネカム部品を半径方向外向きにそれぞれの装着
構造体に対して押しつけるように作用し、ハネカム部品
を所定の位置に保持する。はずれた部品がタービンブレ
ードの通路に入り込むと、タービンブレードを損傷する
ことになりやすいが、このことにより、はずれた部品が
タービンブレードの通路に入り込むことが防止される。 また、この段間シール構造は、ロータやブレードに応力
集中を引き起こさない。
【0009】したがって、この発明は、ガスタービンエ
ンジン用の段間シール構造を提供する。エンジンは、二
重反転する外側および内側環状タービンロータと、それ
ぞれのロータに装着され、両ロータ間に延在し、交互の
列として配置された複数の第1および第2タービンブレ
ードとを有する。段間シール構造は、(a)外端が外側
ロータの内部側に装着された複数の第1ブレードの内端
に取付け可能な環状ハネカム部品と、(b)このハネカ
ム部品をブレード内端に取り付ける手段と、(c)内側
ロータの外部側に装着され、そこから半径方向外向きに
突出する少なくとも1つの環状シール要素とを備え、環
状シール要素は、外側および内側ロータが相互に反対方
向に回転するのと同時にハネカム部品と密封関係で接す
る。
【0010】具体的には、ハネカム部品をタービンブレ
ードの内端に取り付ける手段は、種々の形態とすること
ができる。1つの形態は、ハネカム部品をタービンブレ
ードの内端に直接剛固に固着するろう付け接合部である
。別の形態の取付け手段は、ストリップ状セグメントか
らなる金属製の裏当て部材と、ブレード内端に設けたス
ロットとを含み、裏当て部材セグメントをスロットにす
べりばめする。ハネカム部品をろう付け接合部により直
接裏当て部材に剛固に固着する。裏当て部材に折り曲げ
可能なタブを設け、これを変形して、スロットと交差す
る切欠きにはめ、裏当て部材のスロットに沿っての円周
方向移動を阻止する。
【0011】この発明は、内側シールと外側シールを交
互に連設した段間シール配列も提供する。内側シールは
上述した構成のものである。外側シールでは、ハネカム
部品を外側ロータの内部側に取り付ける。シール要素を
タービンブレードの外端に装着する。シール要素はハネ
カム部品と密封関係で接する。
【0012】この発明の上記および他の特徴、効果およ
び利点をさらに明確にするために、以下にこの発明を添
付の図面に示した好適な実施例について詳しく説明する
【0013】
【具体的な構成】以下の説明において、一連の図面中の
同じ符号は同じまたは対応する部品を示す。また以下の
説明において、「前」、「後」、「左」、「右」、「上
方」、「下方」などの用語は便宜的な用語で、限定的な
意味で考えるべきではない。 全般           図面、特に図1を参照すると、ダクトなしファン型のガ
スタービンエンジン10が示してあり、このエンジンに
は、図3に全体を12で示すこの発明の段間シール構造
の好適な実施例が組み込まれている。エンジン10は、
前部ガス発生機(図示せず)および後部出力タービン1
6(図2に線図的に示す)を包囲する外側シュラウドま
たはナセル14を有する。ガス発生機が発生した燃焼ガ
スを、周知の態様で出力タービン16に導く。
【0014】図2に示すように、出力(パワー)タービ
ン16は、エンジン10の長さ方向中心軸線Aのまわり
で互いに反対方向に回転する、すなわち二重反転(co
unterrotate)する構成の第1(外側)環状
タービンロータ18および第2(内側)環状タービンロ
ータ20を含む。ロータ18および20はそれぞれ、タ
ンデム配置の前部の1組のプロパルサブレード22およ
び後部の1組のプロパルサブレード24を、一緒に回転
するように装着している。第1(外側)ロータ18は第
1組の軸受28により、エンジン10の中空な静止構造
体26のまわりに回転自在に装着され、一方、第2(内
側)ロータ20は第2組の軸受30により、第1(外側
)ロータ18のまわりに回転自在に装着されている。
【0015】ナセル14はロータ18、20を包囲する
が、各1組のプロパルサブレード22、24はナセル1
4の外面から半径方向外向きに延在し円周方向に配置さ
れている。ナセル14は、前部の1組のプロパルサブレ
ード22に連結されそれと共に回転可能な第1または前
部スリーブ32と、後部の1組のプロパルサブレード2
4に連結されそれと共に回転可能な第2または後部スリ
ーブ34とを含む。ナセル14の外面形状は、プロパル
サブレード22、24の、したがってエンジン10の性
能を最適にするのに適当な空気流特性を呈する。
【0016】エンジン10の性能をさらに適正にするた
めに、プロパルサブレード22、24のピッチを特定の
運転条件に合わせて変えることができる。前部および後
部の組のブレード22、24は、ハブ36により前部お
よび後部ナセルスリーブ32、34の内面側に回転自在
に装着され、またブレード22、24をそれぞれのピッ
チ変更軸線40、42のまわりに回転する作用をなすピ
ッチ変更機構38に連結されている。ブレードピッチ変
更機構については、本出願人に譲渡されたButler
の米国特許第4,738,590号に詳しく説明されて
いる。
【0017】後部出力タービン16はまた、エンジン1
0の前部ガス発生機(図示せず)から燃焼ガスを受け取
る環状ガス流路44を有する。ガス流路44は出力ター
ビン16の外側ロータ18と内側ロータ20との間に延
在し、燃焼ガスはその流路44を高エネルギーのガス流
46として流れる。出力タービン16の外側および内側
ロータ18、20にはそれぞれ、タービンブレード外端
および内端取付け構造48および50を介して、軸線方
向に間隔をあけた複数列の円周方向および半径方向に延
在するタービンブレード52、54が装着されている。 タービンブレード52、54は交互に配置されて、環状
ガス流路44を横切る複数の二重反転エアーホイル段を
画定する。図3に示したブレード外端および内端取付け
構造48、50は、タービンブレード52、54をロー
タ18、20に取り付けるのに使用できる取付け構造の
種々の例の一つの例示に過ぎない。これらの取付け構造
は関連出願2および3の要旨であり、この発明の段間シ
ール構造12を明瞭かつ完全に理解するのに不要である
ので、ここでは詳しく説明しない。
【0018】上記のように配置すれば、ロータ18、2
0間の環状ガス流路44を通過する高エネルギーのガス
流46が複数組のタービンブレード50、52を円形通
路のまわりに互いに反対方向に駆動し、すなわち二重反
転させ、こうしてそれぞれのロータ18、20を反対回
転させ、それに応じて各組のプロパルサブレード22、
24を二重反転式に駆動する。 本発明の段間シール構造 ガス流46が流路44からロータ18、20とブレード
54、52の隣接端との間の隙間を通って漏れることに
よるエンジン性能の低下を最小にするために、この発明
の段間シール構造(または配列)12を図3に示す通り
に設ける。段間シール構造12は、一連の交互の外側シ
ール56および内側シール58からなる。
【0019】図3から明らかなように、この発明の原理
に従って、外側シール56それぞれを外側ロータ18の
内部側60と、内端が内側ロータ20の外部側64に装
着された各ブレード54の外端62との間に配置する。 内側ロータ20上にあるブレード54の外端62は、外
側ロータ18の内部側60から半径方向内方へ離れてい
る。
【0020】各外側シール56は、外側ロータ18の内
部側60に板金ストリップ68を介して取り付けた環状
ハネカム部品66からなる。外側シール56はさらに、
各ブレード54の外端62に装着され、そこから半径方
向外向きに突出する環状シール要素、すなわち歯70を
含む。このシール要素70は、外側および内側ロータ1
8、20が相互に反対方向に回転するのと同時に、周知
の態様でハネカム部品66と密封関係で接する。
【0021】同様に、この発明の原理に従って、内側シ
ール58それぞれを内側ロータ20の外部側64と、外
端が外側ロータ18の内部側60に装着された各ブレー
ド52の内端72との間に配置する。外側ロータ18上
にあるブレード52の内端72は、内側ロータ20の外
部側64から半径方向外方へ離れている。
【0022】各内側シール58は、各ブレード52の内
端72に取り付けた環状ハネカム部品74からなる。内
側シール58はさらに、内側ロータ20の外部側64に
装着され、そこから半径方向外向きに突出する環状シー
ル要素、すなわち歯76を含む。このシール要素76は
、外側および内側ロータ18、20が相互に反対方向に
回転するのと同時に、周知の態様でハネカム部品74と
密封関係で接する。
【0023】図3−9には、内側シール58においてハ
ネカム部品74をブレード内端72に取り付ける手段の
異なる形態が示してある。図3、図4および図5では、
取付け手段は、ブレード内端72に心合せ関係で固定さ
れたブレード先端シュラウドまたはプレート82に設け
た凹所80内に、直接ハネカム部品74を剛固に固定す
るろう付け接合部78である。図6−9に別の形態の取
付け手段を示す。この取付け手段は、裏当て部材84お
よびブレード内端72上のシュラウドプレート82に設
けたスロット86を含む。裏当て部材84は、スロット
86内に相互ロック関係にすべりばめする形状となって
いる。ハネカム部品74をろう付け接合部78により、
裏当て部材84に直接剛固に固定する。折り曲げ可能な
タブ88(1つだけ図示)が裏当て部材84に連結され
そこから横方向に突出している。切欠き90(1つだけ
図示)がシュラウドプレート82に設けられ、スロット
86と交差する。折り曲げ可能なタブ88を変形して切
欠き90にはめ、スロット86に沿っての裏当て部材8
4の円周方向移動を阻止することができる。
【0024】図6および図7では裏当て部材84を板金
ストリップで形成し、一方図8および図9では裏当て部
材84を狭い円弧状プレートで形成する。後者は、ブレ
ード振動減衰機構を構成するのに十分な半径方向高さを
有する。裏当て部材84を耐摩耗性材料でつくるのが好
ましい。ロータ20に装着する前に、裏当て部材84の
各ストリップまたはセグメントを1群のブレード52の
スロット86に挿入しておく。図5および図7に示すよ
うに、ブレードの振動を減衰するのに、ブレード端シュ
ラウドZ形インタロックを用いる場合、インタロックは
ハネカム部品74を設置する邪魔にならない。
【0025】以上の説明から、この発明の構成およびそ
の効果が理解できるはずである。この発明の構成要素の
形態、構成および配置は、その要旨から逸脱したり、ま
た重要な利点を犠牲にしたりすることなく種々に変更す
ることができる。したがって、ここで説明した形態はこ
の発明の好適な例示の実施例に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の段間シール構造を組み込むダクトな
しファン型ガスタービンエンジンの斜視図である。
【図2】図1のダクトなしファン型エンジンのタービン
部分の軸線方向断面図である。
【図3】タービン部分内の図2に円で囲んだ部分の拡大
図である。
【図4】図3に示したタービン部分の拡大図で、この発
明による段間シール構造の第1の形態を示す。
【図5】図4の5−5線方向に見た内側シールの底面図
である。
【図6】この発明の段間シール構造の内側シールの第2
の形態を示す、図4と同様の部分的拡大断面図である。
【図7】図6の7−7線方向に見た内側シールの底面図
である。
【図8】この発明の段間シール構造の内側シールの第3
の形態を示す、図4と同様の部分的拡大断面図である。
【図9】図8の9−9線方向に見た内側シールの底面図
である。
【符号の説明】
10  ガスタービンエンジン 12  段間シール構造 18、20  ロータ 44  ガス流路 46  ガス流 48、50  ブレード取付け構造 52、54  タービンブレード 56、58  シール 60  外側ロータ内部側 62  ブレード外端 64  内側ロータ外部側 66、74  ハネカム部品 68  板金 70、76  シール要素 72  ブレード内端 78  ろう付け接合部 80  凹所 82  シュラウドプレート 84  裏当て部材 86  スロット 88  タブ

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】二重反転する外側および内側環状タービン
    ロータと、それぞれのロータに装着され、両ロータ間に
    延在し、交互の列として配置された複数の第1および第
    2タービンブレードとを有するガスタービンエンジンに
    おいて、 (a)外端が上記外側ロータの内部側に装着された複数
    の第1ブレードの内端に取付け可能な環状ハネカム部品
    と、 (b)上記ハネカム部品を上記ブレード内端に取り付け
    る手段と、 (c)上記内側ロータの外部側に装着され、そこから半
    径方向外向きに突出する少なくとも1つの環状シール要
    素とを備え、上記環状シール要素は、上記外側および内
    側ロータが相互に反対方向に回転するのと同時に上記ハ
    ネカム部品と密封関係で接することを特徴とする段間シ
    ール構造。
  2. 【請求項2】上記取付け手段が、上記ハネカム部品をブ
    レード内端に直接剛固に固着するろう付け接合部である
    請求項1に記載のシール構造。
  3. 【請求項3】上記ブレード内端にシュラウドプレートが
    それに心合せ関係で固定され、シュラウドプレートには
    、上記ハネカム部品を収容する形状の凹所が設けられ、
    上記取付け手段が、上記ハネカム部品を上記シュラウド
    プレートに剛固に固着するろう付け接合部である請求項
    1に記載のシール構造。
  4. 【請求項4】上記取付け手段が、 細長い裏当て部材と、 上記ブレード内端にスロットを画定する手段とを含み、
    上記裏当て部材が上記スロットに相互ロック関係ですべ
    りばめされた請求項1に記載のシール構造。
  5. 【請求項5】上記取付け手段が、上記ハネカム部品と上
    記裏当て部材との間に配置され、ハネカム部品を裏当て
    部材に剛固に固着するろう付け接合部を含む請求項4に
    記載のシール構造。
  6. 【請求項6】上記取付け手段がさらに、上記ブレード内
    端に、上記スロットと交差する少なくとも1つの切欠き
    を画定する手段と、 上記裏当て部材に連結された少なくとも1つの折り曲げ
    可能なタブとを含み、 上記タブを変形して上記切欠きにはめ、上記ロータの二
    重反転中上記スロットに沿った裏当て部材の移動を阻止
    する請求項4に記載のシール構造。
  7. 【請求項7】相互間に環状のガス流路を画定する二重反
    転する外側および内側環状タービンロータと、これらの
    ロータに軸線方向に離間した交互の列として装着され、
    上記ガス流路を横切って延在して二重反転エアーホイル
    段を画定する複数の第1および第2タービンブレードと
    を有するガスタービンエンジンにおいて、(a)内側シ
    ールが上記内側ロータの外部側とそこから半径方向外方
    へ離れた上記複数の第1ブレードの内端との間に配置さ
    れ、上記複数の第1ブレードはその外端で上記外側ロー
    タの内部側に装着され、 (b)上記内側シールは、上記複数の第1ブレードの内
    端に取り付けた複数のセグメントからなる環状ハネカム
    部品と、上記内側ロータの外部側に装着され、そこから
    半径方向外向きに突出する少なくとも1つの環状シール
    部材とからなり、上記環状シール部材は、上記外側およ
    び内側ロータが相互に反対方向に回転するのと同時に上
    記ハネカム部品と密封関係で接することを特徴とする段
    間シール構造。
  8. 【請求項8】さらに、上記ハネカム部品セグメントを上
    記ブレード内端に取り付ける手段を含む請求項7に記載
    のシール構造。
  9. 【請求項9】上記取付け手段が、上記ハネカム部品セグ
    メントをブレード内端に直接剛固に固着するろう付け接
    合部である請求項8に記載のシール構造。
  10. 【請求項10】上記ブレード内端にシュラウドプレート
    がそれに心合せ関係で固定され、シュラウドプレートに
    は、上記ハネカム部品を収容する形状の凹所が設けられ
    、上記取付け手段が、上記ハネカム部品を上記シュラウ
    ドプレートに剛固に固着するろう付け接合部である請求
    項8に記載のシール構造。
  11. 【請求項11】上記取付け手段が、 細長い裏当て部材と、 上記ブレード内端にスロットを画定する手段とを含み、
    上記裏当て部材が上記スロットに相互ロック関係ですべ
    りばめされた 請求項8に記載のシール構造。
  12. 【請求項12】上記取付け手段が、上記ハネカム部品と
    上記裏当て部材との間に配置され、ハネカム部品を裏当
    て部材に剛固に固着するろう付け接合部を含む請求項1
    1に記載のシール構造。
  13. 【請求項13】上記取付け手段がさらに、上記ブレード
    内端に、上記スロットと交差する少なくとも1つの切欠
    きを画定する手段と、 上記裏当て部材に連結された少なくとも1つの折り曲げ
    可能なタブとを含み、 上記タブを変形して上記切欠きにはめ、上記ロータの二
    重反転中上記スロットに沿った裏当て部材の移動を阻止
    する請求項11に記載のシール構造。
  14. 【請求項14】相互間に環状のガス流路を画定する二重
    反転する外側および内側環状タービンロータと、これら
    のロータに軸線方向に離間した交互の列として装着され
    、上記ガス流路を横切って延在して二重反転エアーホイ
    ル段を画定する複数の第1および第2タービンブレード
    とを有するガスタービンエンジンにおいて、(a)一連
    の交互の内側シールおよび外側シールを備え、 (b)上記各内側シールは、上記内側ロータの外部側と
    そこから半径 方向外方へ離れた上記複数の第1ブレードの内端との間
    に配置され、上記複数の第1ブレードはその外端で上記
    外側ロータの内部側に装着され、 (c)上記各内側シールは、上記複数の第1ブレードの
    内端に取り付けた環状ハネカム部品と、上記内側ロータ
    の外部側に装着され、そこから半径方 向外向きに突出する少なくとも1つの環状シール部材と
    からなり、この環状シール部材は、上記外側および内側
    ロータが相互に反対方向に回転するのと同時に上記ハネ
    カム部品と密封関係で接し、 (d)上記各外側シールは、上記外側ロータの内部側と
    そこから半径方向内方へ離れた上記複数の第2ブレード
    の外端との間に配置され、上記複数の第2ブレードはそ
    の内端で上記内側ロータの外部側に装着され、(e)上
    記各外側シールは、上記外側ロータの内部側に取り付け
    た環状ハネカム部品と、上記複数の第2ブレードの外端
    に装着され、そこから半径方向外向きに突出する少なく
    とも1つの環状シール部材とからなり、この環状シール
    部材は、上記外側および内側ロータが相互に反対方向に
    回転するのと同時に上記ハネカム部品と密封関係で接す
    ることを特徴とする段間シール構造。
  15. 【請求項15】上記内側シールがさらに、上記ハネカム
    部品を上記ブレード内端に取り付ける手段を含む請求項
    14に記載のシール構造。
  16. 【請求項16】上記取付け手段が、上記ハネカム部品を
    ブレード内端に直接剛固に固着するろう付け接合部であ
    る請求項15に記載のシール構造。
  17. 【請求項17】上記ブレード内端にシュラウドプレート
    がそれに心合せ関係で固定され、シュラウドプレートに
    は、上記ハネカム部品を収容する形状の凹所が設けられ
    、上記取付け手段が、上記ハネカム部品を上記シュラウ
    ドプレートに剛固に固着するろう付け接合部である請求
    項15に記載のシール構造。
  18. 【請求項18】上記取付け手段が、 細長い裏当て部材と、上記ブレード内端にスロットを画
    定する手段とを含み、 上記裏当て部材が上記スロットに相互ロック関係ですべ
    りばめされた請求項15に記載のシール構造。
  19. 【請求項19】上記取付け手段が、上記ハネカム部品と
    上記裏当て部材との間に配置され、ハネカム部品を裏当
    て部材に剛固に固着するろう付け接合部を含む請求項1
    8に記載のシール構造。
  20. 【請求項20】上記取付け手段がさらに、上記ブレード
    内端に、上記スロットと交差する少なくとも1つの切欠
    きを画定する手段と、 上記裏当て部材に連結された少なくとも1つの折り曲げ
    可能なタブとを含み、 上記タブを変形して上記切欠きにはめ、上記ロータの二
    重反転中上記スロットに沿った裏当て部材の移動を阻止
    する請求項18に記載のシール構造。
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