JPH07217451A - 燃料噴射装置 - Google Patents

燃料噴射装置

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JPH07217451A
JPH07217451A JP6311901A JP31190194A JPH07217451A JP H07217451 A JPH07217451 A JP H07217451A JP 6311901 A JP6311901 A JP 6311901A JP 31190194 A JP31190194 A JP 31190194A JP H07217451 A JPH07217451 A JP H07217451A
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JP
Japan
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fuel
air
central body
annular
injection device
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Withdrawn
Application number
JP6311901A
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English (en)
Inventor
John S Richardson
ジョン・スタンレイ・リチャードソン
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Rolls Royce PLC
Original Assignee
Rolls Royce PLC
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Publication date
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/106—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet
    • F23D11/107—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet at least one of both being subjected to a swirling motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/101—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2206/00—Burners for specific applications
    • F23D2206/10—Turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 有害な排出物を低減する燃料噴射装置に提
供。 【構成】 ガスタービンエンジンの燃焼装置と共に使
用するのに適した燃料噴射装置（１０）は、有害な放出
物を低減するようになっている。この装置（１０）は、
２つの燃料供給ダクト（１５，１６）を備えた中央コア
（１４）を有する。第１の燃料供給ダクト（１５）は、
渦巻き空気流で霧化を行うために燃料を供給し、霧化燃
料は、軸線方向に細長い混合ダクト（２１）で空気と十
分に混合される。第２の燃料供給ダクト（１６）は、燃
料をコア（１４）の下流端に供給し、そこでコア（１
４）の下流端から放出する前にコア（１４）を包囲する
ダクト（２２）を通る空気流によって燃料を霧化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料噴射装置に関し、
特に有害な排出物の量を低減する燃料噴射装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】燃料噴射器、特にガスタービンエンジン
に使用されるに適した燃料噴射器は、広範な状態の下に
有効に作用すると同時に有害な排出物、特に窒素酸化物
の量を最小限にすることが必要とされる。都合の悪いこ
とに、これは、適当な燃料噴射器後に設計においてある
問題を呈する。ライトアップ及び低速状態の下で与えら
れる燃料噴射器の特性は、完全な動力状態のものと異な
る。その結果、燃料噴射器は、これらの双方の状態の下
で作動することができるように２つの設計上の課題の間
で妥協を生み出す。これは、少なくともそれがこれらの
２つの状態の下でエンジンが作動するとき、燃料噴射器
が大量の窒素酸化物を生成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、広範
な状態で作動すると同時に、低い水準の有害な排出物を
生成する燃料噴射器を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃焼装
置に燃料を噴射する燃料噴射装置は、下流端が共通の環
状リップで終了する半径方向内側及び外側の表面を有す
るほぼ環状の部材と、前記共通の環状リップに向かう前
記半径方向内側及び外側面上に第１及び第２の空気流を
向ける装置と、前記少なくとも１つの表面上にほぼ下流
方向に流れる燃料フィルムを形成して燃料が前記共通の
環状リップから流れ出るときに前記第１及び第２の空気
流によって燃料を噴霧化するように少なくとも１つの前
記内外面に燃料を向ける燃料噴射器と、前記燃焼装置の
燃焼室の上流端で終了するように前記環状部材の半径方
向外側に配置されると共に前記環状部材の下流に伸び、
燃料が燃焼するために燃焼室に入る前に空気と前記燃料
とを完全に混合するために十分な長さを有する燃料空気
混合ダクトと、前記燃料及び空気混合ダクト内に同軸的
に配置されたほぼ中空の中央本体であって、前記中央本
体の内側は、燃料と空気が供給され、それに供給された
前記燃料及び空気を十分に混合して前記混合気をその下
流から排出するように配置されている中空の中央本体と
を有し、前記中央本体の下流端は、作動時に前記燃料及
び空気の混合気が前記燃焼室において燃焼するために前
記中央本体の下流から放出されるように前記混合ダクト
の下流端の領域に配置されている。
【０００５】
【実施例】図１を参照すると、ガスタービンエンジンに
適する燃料噴射装置が参照符号１０で指示されている。
装置１０は、ガスタービンエンジン燃焼室１１の上流に
取り付けられ、その一部を図１で見ることができる。こ
の明細書を通して用語の「上流」及び「下流」は、燃料
噴射装置１０及び燃焼室１１を通る液体及びガス状物質
の流れる方向に関して使用される。添付図面に関しては
上流端は、図面の左手であり、下流端は右手側である。
燃焼室１１の実際の構成は、従来のものであるために、
詳細には説明しない。しかしながら、燃焼室１１は、よ
く知られた環状タイプまたは別の案として缶状タイプで
あり、複数の同様の環状室または缶が管状に配列された
ものである。缶状の燃焼室の場合において、各燃焼室毎
に１つの燃料噴射装置１０が設けられている。しかしな
がら、環状の燃焼室の場合、１つの室において上流端に
環状に配列された複数の噴射装置１０を備えている。さ
らに、もし望むならば、もう１つのこのような環状の配
列を設けることもできる。例えば、２つの同軸的な配列
を有することができる。
【０００６】燃料噴射装置１０は、中央本体１３が中に
同軸的に配置されている軸線対称的な混合ダクト１２を
有する。
【０００７】中央本体１３は、第１と第２の燃料供給ダ
クト１５及び１６を収容する中央の軸線方向に細長いコ
ア１４を有する。コア１４の上流端は、半径方向に伸び
る一体的な支柱１７を備えており、支柱１７は、中央本
体１４と支持リング１８を相互に結合する。また支柱１
７は、支持リングと一体的である。
【０００８】支持リング１８は、中央本体１３の半径方
向外面を規定するカウル１９の上流端を支持する。カウ
ル１９の下流端は、ほぼ半径方向に伸びる複数の羽根を
介してコア１４の下流端によって支持される。
【０００９】第１の環状通路２１は、混合ダクト１２と
カウル１９との間に規定されている。同様に、第２の環
状通路がカウル１９とコア１４との間に規定されてい
る。
【００１０】圧縮空気が燃料噴射装置の主部分の上流に
ある環状領域３０に送られる。領域３０は、ほぼ半径方
向に伸び、軸線方向に間隔を置いた２つの壁２３及び２
３ａによって規定されている。壁のさらに下流は、燃料
噴射装置１０の上流端を支持している。動作時に、高圧
空気が燃料噴射装置１０を含むガスタービンエンジンの
コンプレッサによって送られる。
【００１１】混合ダクト１２は、上流端において環状デ
バイダ２６によって分割された渦巻き羽根２４及び２５
の環状の２つの配列を有する。環状のデバイダ２６は、
渦巻き羽根２４及び２５の下流に伸び、環状リップ２７
で終結している。それによって環状デバイダ２６は、環
状通路２１の上流端を２つの同軸部分２８及び２９に分
割し、これらの部分は、ほぼ等しい半径方向の範囲を有
する。
【００１２】領域３０からの圧縮空気は、渦巻き羽根２
４及び２５を越えて流れて始めに環状ディバイダ２６に
よって分割された同軸の２つの渦巻き流をつくる。次に
２つの空気の渦巻き流は、ディバイダ２６の環状リップ
２７の下流の環状通路２１で組合わされる。渦巻き羽根
２４及び２５は、２つの空気流が同じ方向に渦巻くか、
または反対の方向に渦巻くように構成される。
【００１３】壁２３によって規定される他の領域３１
は、加圧空気を含む。領域３１からの空気は、支持リン
グ１８の中心を通って第２の環状空間２２に流れる。次
に、それは中央コア１４の拡大下端３２に到達するまで
環状空間２２を通って流れる。空気流はそこで分割され
る。一部の空気流は、コア１４の下端を支持している渦
巻き羽根２０を通過し、それによって渦をまく。渦巻き
空気流は、中央本体１３の下流端から排出され、その場
所で環状通路２１から排出される空気と混合する。
【００１４】環状通路２２を通る残りの部分は、コア１
４に設けられた複数の穴３３を通過して中央コアの下端
３２内に配置された通路３４に入る。次に空気流は、通
路３４の下端から排出され、それは渦巻き羽根２０から
排出された渦巻き空気流と混合する。中央本体１３の下
端の半径方向の内面は、このような混合を促進するため
に参照符号３５で指示されるような収斂拡開形状であ
る。
【００１５】第１の燃料ダクト１５は、液体燃料を支持
リング１８の半径方向の外面に接近して配置された環状
集約部３５に向かっている。複数の半径方向に伸びる小
径の通路３６は、環状集約部３５を支持リング１８の半
径方向外面に接続する。通路３６は、環状集約部３５か
ら環状通路２８に燃料が流れることができるようにす
る。燃料は、渦巻き羽根２４から排出された空気の渦巻
き流に出合う。その燃料のいくつかは、空気流によって
蒸発され、環状通路２１を通って下流方向に流れるよう
に前進する。この時間まで小滴の形の残りの燃料は、環
状のディバイダ２６の半径方向の内面に衝突する。それ
は、環状ディバイダ２６の半径方向内面上を下流方向に
流れるように前進する液体燃料の薄層を形成する。結
局、燃料の薄層は、環状のディバイダ２６の下流端で環
状リップ２７に到達する。燃料の薄層は、渦巻き羽根２
５から放出されて環状ディバイダ２６の半径方向外面上
を流れる空気の渦巻き流に出合う。
【００１６】燃料は、渦巻き羽根２４から放出された空
気の渦巻き流をわたって、ディバイダ２６の半径方向内
面に向かうように説明したが、これは、実際に本質的な
ものではない。例えば、燃料は、ディバイダ２６に設け
られた燃料通路を通ってディバイダの半径方向内面また
は半径方向外面に向かうようにすることもできる。
【００１７】環状ディバイダ２６の半径方向内外面を流
れる隣接する渦巻き空気流は、それが環状リップ２７か
ら流れ出るときに、燃料を霧化する。霧化された燃料
は、環状空隙２１の大部分を通過する前に渦巻き羽根２
５から放出された空気流によって迅速に蒸発される。環
状通路２１は、蒸発燃料及びそれを搬送する渦巻き空気
流がダクト１２の下端に到達するときまで、十分に混合
されることを保証するように十分に長い。さらに混合処
理を向上させるために、ダクト１２は、収斂し、拡開す
る形状をしている。また、ダクト１２の拡開出口は、外
側領域で炎の循環を保証し、それによって燃焼室１１内
で必要とされる炎の安定性を保証する。
【００１８】環状通路２１の燃料及び空気の十分な混合
によって、燃焼室１１に向かう燃料と空気の混合気が、
蒸気または小滴のいずれの形態においても局所的に濃度
の高い燃料を含まないことを確実にする。これによって
燃焼室内の局所的な高温領域が確実に避けられ、窒素酸
化物の生成を最小限にする。さらに、液体燃料が半径方
向内面上に堆積されないので、液体燃料は壁に沿って燃
焼室１１に流れ、局所的な高温領域を形成することがな
い。
【００１９】環状通路２１から排出された燃料空気混合
気は、燃料噴射装置１０を有するガスタービンエンジン
が完全な動力及び高速の運行状態の下で作動するときに
主に使用することができる。しかしながら、ある他のエ
ンジン作動状態、主にエンジンのライトアップ及び低動
力作動の下で環状通路２１からの燃料空気流は、十分な
エンジン作動には余り適していない。
【００２０】第２の燃料ダクトは、中央コア１４の全長
を通って伸びている。それは、中央コア１４の下流端３
２に到達する場合に、コアの端部３２で穴３３の周りを
通過し、環状集合部３８で終結する。環状集合部３８
は、コア端部３２の半径方向外面と、それと半径方向に
間隔を置いた関係でコアの端部３２上に嵌合する環状キ
ャップ３７とによって規定されている。
【００２１】コアの端部３２とキャップ３７の下流端
は、環状集合部３８の燃料が半径方向内側方向にそこか
ら放出されるように同じ角度でコア端部３２及びキャッ
プ３２の下流端部が収斂している。従って、燃料は、薄
層として通路３４の下流端から放出された前述した空気
流の通路に向かう。これは、燃料／空気混合体が、渦巻
き羽根２０から放出された渦巻き空気流と混合して燃料
の蒸発を引き起こすとき燃料の霧化を引き起こす。燃料
空気混合気は、燃焼室１１に入り、そこで燃焼が起こ
る。
【００２２】ダクトの下流端の場合において、カウル１
９の下流端の内面は、循環及び炎の安定性を向上させる
ために参照符号４７で拡開している。
【００２３】第１及び第２の燃料供給ダクト１５及び１
６への燃料供給は、燃料噴射装置１０への燃料供給のい
くつかまたはすべてがダクト１５及び１６の各々に通過
するように従来の装置（図示せず）によって調整され
る。従って、典型的には、エンジンのスタート及び低動
力状態で、燃料のすべてまたは大部分が中央体１３の下
流端から放出される。しかしながら、高動力及び高速の
巡航状態において、すべての燃料及び大部分の燃料は、
第１のダクト１５を通って環状通路２１に放出される。
しかしながら、例えば、燃料噴射装置１０を含むガスタ
ービンエンジンの動力設定を変化させるとき、遷移状態
において、同時に第１と第２のダクト１５及び１６の双
方を通って燃料を向けることが望ましい場合がある。
【００２４】第１と第２の燃料供給ダクト１５及び１６
のいずれかを通る燃料供給が遮断されるとき、通路２１
及び２２を通過する空気流はそのままである。これは、
燃焼室１１内での高温燃焼処理にさらされる燃料噴射装
置の部分を冷却して確実にそれらの損傷を防止するため
に重要である。しかしながら、十分な燃焼を達成するた
めに、環状通路２１への空気の供給を調整することが望
ましい。例えば、このような空気の供給は、英国特許出
願第９３１１１６７．２．号において開示されているも
のと同様の機構を使用することによって達成される。
【００２５】本発明による燃料噴射装置５０の他の形態
を図２に示す。大部分の燃料噴射装置５０は、図１に示
すもの１０と同様である。従って、共通の特徴部は共通
の参照符号によって指示する。
【００２６】燃料噴射装置５０は、中央コア３９の下流
の形状において、燃料噴射装置１０と異なる。特に、中
央コア２８の下流端は、燃料スプレーノズル４０を備え
ている。燃料スプレーノズル４０は、シュラウド部材４
１によって包囲され、その直径は、下流方向に向かって
次第に小さくなっている。シュラウド部材４１は、渦巻
き翼４２の環状の配列によって燃料噴射ノズル４０から
上端に支持されている。さらに、シュラウド部材４１
は、支柱４３と他の渦巻き翼４４によってカウリング部
材１９から支持されている。
【００２７】作動時において、燃料噴射装置５０は、燃
料噴射装置１０と同様な方法で作用する。従って、環状
通路２２を通る空気の流れは、シュラウド部材４１の上
流端によって２つの部分に分割される。第１の部分は、
シュラウド部材４１の半径方向外面の周りを流れ、渦巻
き翼４４によって渦が形成される。第２の部分は、シュ
ラウド部材４１に流れ込み、燃料スプレーノズル４０と
シュラウド部材４１の半径方向内面との間を流れる前
に、渦巻き翼４２によって渦が形成される。
【００２８】液体燃料は、燃料スプレーノズル４０から
円錐形スプレー４５として放出される。燃料スプレー４
５は、渦巻き翼４４から排出された渦巻き空気流を横切
るように燃料を噴射する。渦巻き空気流は、燃料スプレ
ー４５からの燃料のある部分を気化し、残りはシュラウ
ド部材４１の半径方向内面に衝突する。次に燃料は、シ
ュラウド部材４１の下流端部によって規定される環状リ
ップ４６に到達するまで下流方向に半径方向内面に沿っ
て流れて前進する。燃料はリップ４６から直ぐに、２つ
の空気渦巻き流、１つは渦巻き翼４２から及び他は渦巻
き翼４４からの空気渦巻き流に放出される。
【００２９】これらの空気流は、それが燃焼室１１に放
出され燃焼される前に燃料を蒸発させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃焼室の上流端に取り付けられた本発明による
燃料噴射装置の側断面図である。
【図２】図１の燃料噴射装置の他の実施例である。
【符号の説明】
１０ 燃料噴射装置 １４ コア １５，１６ 供給ダクト ２１ 混合ダクト ２２ ダクト

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下流端が共通の環状リップで終了する半
    径方向内側及び外側の表面を有するほぼ環状の部材と、
    前記共通の環状リップに向かう前記半径方向内側及び外
    側面上に第１及び第２の空気流を向ける装置と、前記少
    なくとも１つの表面上にほぼ下流方向に流れる燃料フィ
    ルムを形成して燃料が前記共通の環状リップから流れ出
    るときに前記第１及び第２の空気流によって燃料を噴霧
    化するように少なくとも１つの前記内外面に燃料を向け
    る燃料噴射器と、前記燃焼装置の燃焼室の上流端で終了
    するように前記環状部材の半径方向外側に配置されると
    共に前記環状部材の下流に伸び、燃料が燃焼するために
    燃焼室に入る前に空気と前記燃料とを完全に混合するた
    めに十分な長さを有する燃料空気混合ダクトと、前記燃
    料及び空気混合ダクト内に同軸的に配置されたほぼ中空
    の中央本体であって、前記中央本体の内側は、燃料と空
    気が供給され、それに供給された前記燃料及び空気を十
    分に混合して前記混合気をその下流から排出するように
    配置されている中空の中央本体とを有し、前記中央本体
    の下流端は、作動時に前記燃料及び空気の混合気が前記
    燃焼室において燃焼するために前記中央本体の下流から
    放出されるように前記混合ダクトの下流端の領域に配置
    されている燃焼装置に燃料を噴射する燃料噴射装置。
  2. 【請求項２】 前記燃料を前記少なくとも１つの表面上
    に向ける前記燃料噴射装置は、燃料が前記少なくとも１
    つの表面に到達する前に前記第１と第２の空気流の少な
    くとも一方を横切るように前記燃料を向けるように配置
    される請求項１に記載の燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】 前記渦巻き翼は、前記第１と第２の空気
    流に渦を形成するようになっている請求項１に記載の燃
    料噴射装置。
  4. 【請求項４】 前記渦巻き翼は、前記第１と第２の空気
    流に反対方向に渦を形成するように形成されている請求
    項３に記載の燃料噴射装置。
  5. 【請求項５】 前記燃料と空気の混合ダクトの下流端の
    半径方向内面は、収斂拡開形状である請求項１に記載の
    燃料噴射装置。
  6. 【請求項６】 前記中央本体の下端は、前記混合ダクト
    の下流端の拡開部分の領域にある請求項５に記載の燃料
    噴射装置。
  7. 【請求項７】 前記ほぼ中空の中央本体は、環状の断面
    を有し、軸線方向に伸びるカウルは、前記中央本体を通
    る環状空気流通路を規定するように共に作用するように
    半径方向に間隔を置いた関係で中央コアを同軸的に包囲
    する請求項１に記載の燃料噴射装置。
  8. 【請求項８】 前記中央コアは、円錐形の燃料パターン
    を生じるような形状をしており、空気流偏向装置は、前
    記燃料及び空気部分の混合を行うために前記円錐形の燃
    料パターンを横切るように前記中央本体の前記空気流通
    路を通って流れる空気の一部を偏向するために設けられ
    ている請求項７に記載の燃料噴射装置。
  9. 【請求項９】 偏向装置は、前記中央本体を通る前記空
    気流の偏向部分及び非偏向部分の双方と前記燃料との混
    合を容易にするために前記円錐形の燃料流と同じ方向で
    半径方向外側の前記空気通路を通る前記空気流の非偏向
    部分を偏向するようになっている請求項８に記載の燃料
    噴射装置。
  10. 【請求項１０】 前記渦形成翼は、前記空気流通路を通
    る前記空気流の非偏向部分に渦を形成するために前記中
    空の中央本体を備えている請求項９に記載の燃料噴射装
    置。
  11. 【請求項１１】 渦形成翼は、前記中央本体で前記空気
    流を通って流れる前記空気流の前記偏向部分に渦を形成
    するために設けられている請求項１０に記載の燃料噴射
    装置。
  12. 【請求項１２】 前記中央本体の下流端は、２次的な環
    状の軸線方向に伸びるシュラウド部材を備えており、前
    記２次的な環状シュラウド部材は、前記円錐形の燃料流
    が前記空気流の前記偏向部分を横断するように前記２次
    的な環状シュラウドの半径方向内面に向いている請求項
    １１に記載の燃料噴射装置。
  13. 【請求項１３】 前記空気流の非偏向部分は、前記２次
    環状シュラウド部材の半径方向外面上を流れる請求項１
    ２に記載の燃料噴射装置。
  14. 【請求項１４】 空気流が前記２次環状シュラウド部材
    の前記半径方向外面上を流れるとき、前記空気流の非偏
    向部分に設けられている請求項１３に記載の燃料噴射装
    置。
  15. 【請求項１５】 前記中央コアは、２つの燃料ダクトを
    有し、前記第１の燃料ダクトは、燃料を前記燃料噴射装
    置に向け、前記第２の燃料ダクトは燃料を排出用の前記
    中央本体の下流端に向ける請求項１に記載の燃料噴射装
    置。
JP6311901A 1993-12-23 1994-12-15 燃料噴射装置 Withdrawn JPH07217451A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9326367:1 1993-12-23
GB939326367A GB9326367D0 (en) 1993-12-23 1993-12-23 Fuel injection apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07217451A true JPH07217451A (ja) 1995-08-15

Family

ID=10747150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6311901A Withdrawn JPH07217451A (ja) 1993-12-23 1994-12-15 燃料噴射装置

Country Status (5)

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