KR101608489B1 - 양방향 축류펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선택에 따라 양측 방향으로 유체를 흡입 및 토출하는 양방향 축류펌프에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프는 회전축이 중앙을 관통하여 양측으로 돌출되는 회전자, 상기 회전자의 둘레에 배치되어 자기장에 의해 상기 회전자를 회전시키는 고정자, 상기 회전축의 양측단이 돌출되도록 상기 회전자 및 고정자를 감싸는 모터케이싱, 상기 회전축의 돌출된 양단에 각각 결합되어 상기 회전축과 함께 회전하는 제1 임펠러와 제2 임펠러, 상기 제1 임펠러와 상기 제2 임펠러 및 상기 모터케이싱의 둘레를 감싸 유체가 지나는 유로를 형성하고 유체를 흡입하는 흡입구와 토출하는 토출구를 형성하는 흡입토출케이싱을 포함한다. 따라서, 고양정을 실현할 수 있으며, 토출력을 향상시킬 수 있다.

Description

양방향 축류펌프{a two way pump}
본 발명은 선택에 따라 양측 방향으로 유체를 흡입 및 토출하는 양방향 축류펌프에 관한 것이다.
일반적으로 펌프는 유체를 흡입하여 배출하는 장치로서, 사용목적에 따라 다양한 종류의 펌프가 개시된다.
한편, 펌프는 임펠러에 의해 흡입력 및 토출력을 발생시켜 유체를 흡입 및 토출을 하는데, 일반적으로는 어느 한 방향으로만 유체를 토출하도록 구성되어 예컨대, 저수조에 유체를 공급하고, 배출할 때에는 각각의 기능을 수행하는 펌프를 개별적으로 설치해야 했다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 한국특허등록공보 제10-1280998호(2013.7.8. 공고)의 "모터 외장형 양방향 펌프"가 개시된 바가 있다.
종래의 모터 외장형 양방향 펌프는 모터 외장형 양방향 펌프는, 모터와 모터베이스를 구비한 모터부;와, 모터의 구동력을 임펠러 회전 구동력으로 전달하도록 모터 축에 결합된 구동기어와 구동기어에 결합되는 종동기어를 구비한 기어박스부;와, 기어박스부의 회전력을 전달받아 임펠러를 회전시켜 안티힐링 시스템의 좌측 탱크 또는 우측 탱크로 유체를 이송시키도록 상기 기어박스가 내부에 설치되는 펌프부;를 포함하여 구성되고, 상기 기어박스부는 내부의 상기 구동기어와 종동기어의 윤활작용 또는 냉각 작용 효과를 높이도록 윤활유의 양을 증가시키도록 확장되는 확장부를 포함하여 구성되었다.
상기한 구성의 종래의 모터 외장형 양방향 펌프는 배관 중간에 수직된 방향으로 임펠러가 설치되어 임펠러의 회전 방향에 따라 선택적으로 양측방향으로 유체를 흡입 또는 토출할 수 있었다.
하지만, 종래의 모터 외장형 양방향 펌프는 모터의 동력을 기어박스부를 통해 수직으로 전달해야하기 때문에 동력소모에 의해 펌프의 성능이 하락되고, 하나의 임펠러에 의해 유체를 흡입 및 토출하여 양정이 높지 않을 뿐만 아니라, 유체의 이동방향에서 수직된 방향으로 임펠러를 설치하여 유체의 이동에 저항이 발생함으로써, 토출량이 하락되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유체가 이동하는 유로와 동일한 방향에 임펠러를 배치하여 선택에 따라 유체의 흡입 및 토출 방향을 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 소모되는 동력을 최소화하여 펌프의 양정을 향상시키고, 유체의 저항을 최소화하여 토출력을 증대시킬 수 있는 양방향 축류펌프를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프는 회전축이 중앙을 관통하여 양측으로 돌출되는 회전자, 상기 회전자의 둘레에 배치되어 자기장에 의해 상기 회전자를 회전시키는 고정자, 상기 회전축의 양측단이 돌출되도록 상기 회전자 및 고정자를 감싸는 모터케이싱, 상기 회전축의 돌출된 양단에 각각 결합되어 상기 회전축과 함께 회전하는 제1 임펠러와 제2 임펠러, 상기 제1 임펠러와 상기 제2 임펠러 및 상기 모터케이싱의 둘레를 감싸 유체가 지나는 유로를 형성하고 유체를 흡입하는 흡입구와 토출하는 토출구를 형성하는 흡입토출케이싱을 포함한다.
상기 제1 임펠러와 상기 제2 임펠러는 정회전과 역회전 시 동일한 토출력이 발생하도록 각 날개의 측단면은 중앙에서 양측으로 갈수로 두께가 얇아지도록 형성될 수 있다.
상기 제1 임펠러와 상기 제2 임펠러의 각 날개는 정회전과 역회전 시 동일한 토출력이 발생하도록 45의 각도로 기울어져 설치될 수 있다.
상기 제1 임펠러와 상기 제2 임펠러 중 어느 하나가 흡입력 또는 토출력에 의해 상기 축방향으로 이동하여 날개의 각도를 변경하는 링크를 포함하는 날개각조절부를 포함할 수 있다.
상기 날개각조절부는 상기 제1 임펠러와 회전축 사이, 또는 상기 제2 임펠러와 회전축의 사이에 흡입력 또는 토출력에 의해 이동한 상기 제1 임펠러 또는 제2 임펠러의 정지 시 초기 위치로 복귀시키는 탄성부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 하나의 구동축에 두 개의 임펠러가 양단으로 배치되어 유체의 토출력을 보완함으로써, 고양정을 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 유체가 지나는 방향으로 유체를 흡입 및 토출할 수 있도록 임펠러를 배치하여 유체의 저항을 최소화함으로써, 토출량을 증대시킬 수 있다.
또한, 날개각조절부에 의해 토출구에 위치된 임펠러의 날개각도가 토출력이 증대되도록 설정되어 유체의 저항에 따른 손실을 보완으로써, 양방향 축류펌프의 토출력 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프를 도시한 단면도로서, 정방향 회전일 때, 작동상태를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프를 도시한 단면도로서, 역방향 회전일 때, 작동상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프의 임펠러를 도시한 도면으로서, (a)는 정면도, (b)는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프의 제2 임펠러가 역방향으로 회전할 때의 작동상태를 예시적으로 도시한 도면으로서, (a)는 측단면도, (b)는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프의 제2 임펠러가 정방향으로 회전할 때의 작동상태를 예시적으로 도시한 도면으로서, (a)는 측단면도, (b)는 측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프(100)는 임펠러(150,160)의 회전 방향에 따라 일측 또는 타측, 양측으로 유체를 흡입하고 그 반대방향으로 유체를 토출할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프(100)는 회전자(120)와 고정자(110)를 포함할 수 있다.
고정자(110)는 회전자(120)의 둘레에 배치되고, 외부에서 전기를 공급받아 전자기력을 발생하는 형태로 회전자(120)를 회전시킬 수 있다.
이때, 회전자(120)는 고정자(110)에 공급되는 극성에 따라 정방향 또는 역방향으로 회전할 수 있다.
한편, 회전자(120)는 회전축(121)을 포함할 수 있다. 이 회전축(121)은 회전자(120)의 중앙을 양측으로 돌출되도록 관통하며, 회전자(120)와 함께 회전할 수 있다.
여기서, 회전자(120)와 고정자(110)는 일반적인 모터의 구성과 동일하게 구성될 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프(100)는 모터케이싱(130)을 포함할 수 있다.
이 모터케이싱(130)은 회전축(121)이 양측으로 돌출되도록 회전자(120)와 고정자(110)를 감싸 기밀할 수 있다.
그리고, 모터케이싱(130)의 양측에는 회전축(121)을 지지하는 축지지부(131)가 형성될 수 있으며, 축지지부(131)에는 회전축(121)이 원활하게 회전할 수 있도록 지지하는 베어링(133)이 설치될 수 있다.
그리고, 모터케이싱(130)의 양측 부분에는 회전축(121)과 모터케이싱(130)의 사이로 유체의 유입을 방지하는 씰링부재(137)가 설치될 수도 있다.
도 3의 (a),(b) 및 도 4의 (a),(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프(100)는 제1 임펠러(150)와 제2 임펠러(160)를 포함할 수 있다.
이 제1 임펠러(150)와 제2 임펠러(160)는 각각 모터케이싱(130)의 양측으로 돌출된 회전축(121)에 결합될 수 있으며, 제1 임펠러(150)와 제2 임펠러(160)는 회전축(121)과 함께 동일한 방향으로 회전하지만, 서로 동일한 방향으로 유체를 흡입 및 토출하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제1 임펠러(150)가 유체를 흡입하여 토출하면, 제2 임펠러(160)가 제1 임펠러(150)에 의해 토출되는 유체를 흡입하여 외부로 토출하도록 구성될 수 있다.
한편, 각 임펠러(150,160)는 헤드부(151,161)와 날개(153,163)를 포함할 수 있다.
헤드부(151,161)는 모터케이싱(130)과 마주하는 부분이 유체가 원활하게 흐를 수 있도록 모터케이싱(130)의 측단 둘레와 동일한 직경의 둘레를 가지도록 형성될 수 있으며, 헤드부(151,161)의 둘레에는 복수 개의 날개(153,163)가 설치될 수 있다.
그리고, 헤드부(151,161)에서 유체가 유입되는 부분은 유체가 원활하게 유입될 수 있도록 전방으로 뾰족한 원추형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 헤드부(151,161)는 스커트부(162)를 포함할 수 있다. 이 스커트부(162)는 회전축(121)에서 흡입력 또는 토출력에 의해 가장 멀리 위치된 상태에서 모터케이싱(130)의 끝단 둘레를 덮도록 헤드부(151,161)의 하단 둘레에 형성되어 임펠러(150,160)의 이동 시 모터케이싱(130)과 임펠러(150,160)의 사이로 유체가 유입되어 저항이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 각 임펠러(150,160)에 결합되는 날개(153,163)는 정회전과 역회전에 따라 동일한 흡입력과 토출력을 갖도록 45°의 각도로 기울어져 헤드부(151,161)에 결합될 수 있으며, 헤드부(151,161)에서 외측둘레로 갈수록 면적이 넓어지거나 좁아지도록 형성될 수도 있다.
이때, 날개(153,163)는 최초 헤드부(151,161)에서 수평 또는 수직상태에서 외측 끝단으로 갈수록 45°의 각도로 기울어지도록 형성될 수 있다.
그리고, 복수 개의 각 날개(153,163)는 각각 평면에서 바라봤을 때, 날개(153,163)의 중앙선을 중심으로 회전하는 방향의 끝단 또는 그 반대방향의 끝단으로 갈수록 그 두께가 얇아지게 형성될 수 있다.
즉, 복수 개의 각 날개(153,163)는 중앙 부분이 두껍고 양측으로 갈수록 두께가 얇아지도록 형성되며, 날개(153,163)의 중앙선을 중심으로 양측이 대칭적인 형상으로 형성되어 회전방향에 따라 흡입량 및 토출량이 동일하도록 구성될 수 있다.
한편, 제1 임펠러(150)와 제2 임펠러(160)는 회전축(121)의 양끝단에서 발생하는 흡입력과 토출력에 의해 회전축(121)의 길이 방향으로 미리 설정된 거리만큼 슬라이딩 이동 가능하게 결합될 수 있다.
여기서, 제1 임펠러(150)와 제2 임펠러(160)는 회전축(121)의 양끝단에 위치되고, 회전축(121)의 중앙을 향해 슬라이딩 이동하도록 구성될 수 있으며, 슬라이딩 이동하여도 동력을 전달할 수 있도록 동력을 전달하는 키가 설치될 수 있다.
도 4의(a),(b) 및 도 5의 (a),(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프(100)는 날개각조절부(155,165)를 포함할 수 있다.
이 날개각조절부(155,165)는 제1 임펠러(150)와 제2 임펠러(160)가 흡입력 또는 토출력에 의해 회전축(121)에서 슬라이딩 이동함에 따라 흡입력 및 토출력이 변화되도록 제1 임펠러(150)의 날개(153,163)와 제2 임펠러(160)의 날개(153,163)의 각도를 변화시킬 수 있다.
여기서, 제1 임펠러(150)와 제2 임펠러(160)가 동일하게 형성되어 회전방향에 따라 동일하게 토출력을 발생한다 하더라도, 예컨대, 유체가 흡입되는 부분의 전방에 배치되는 제1 임펠러(150)보다 후방에 위치되는 제2 임펠러(160)가 유체의 저항 및 역토출에 의해 토출량이 하락된다.
이를 보조하여 제1 임펠러(150)와 제2 임펠러(160)의 토출량이 동일하도록 유체가 흡입되는 방향과 반대방향에 위치되는 제2 임펠러(160)의 토출량을 증대시킴으로써, 제1 임펠러(150)와 제2 임펠러(160)의 토출량이 균형을 이루도록 흡입력 및 토출력에 의해 날개각조절부(155,165)가 날개(153,163)의 각도를 조절할 수 있다.
한편, 날개각조절부(155,165)는 임펠러(150,160)의 추력에 의해 회전축(121)에서 축방향으로 슬라이딩 이동에 따라 날개(153,163)의 각도를 조정할 수 있으며, 이때, 임펠러(150,160)는 헤드부(151,161)에서 날개(153,163)의 길이방향으로 연장된 연장축(164)을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다.
그리고, 날개각조절부(155,165)는 링크(166)를 포함할 수 있다.
이 링크(166)는 헤드부(151,161)의 내주에서 일단이 날개(153,163)의 연장축(164)에 편심된 부분에 연결되고, 타단은 회전축(121)에 고정되어 임펠러(150,160)가 슬라이딩 이동할 때마다 편심된 위치에 결합된 링크(166)에 의해 연장축(164)을 회전시키는 형태로 날개(153,163)의 각도를 조정할 수 있다.
여기서, 날개(153,163)는 초기보다 세워져 흡입력이 증대되도록 날개(153,163)의 각도가 조정될 수 있다.
날개각조절부(155,165)는 탄성부재(170)를 포함할 수 있다.
이 탄성부재(170)는 임펠러(150,160)의 회전이 정지할 경우, 추력에 의해 회전축(121)에서 슬라이딩 이동하였던 임펠러(150,160)를 초기위치로 복귀시킬 수 있다.
한편, 탄성부재(170)는 흡입력 및 토출력에 의해 회전축(121)에서 중앙을 향해 밀착 이동한 헤드부(151,161)를 회전축(121)에서 밀어 초기위치로 복귀하도록 일단은 회전축(121)에 지지되고, 타단은 헤드부(151,161)에 지지되는 압축코일스프링으로 구현될 수도 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프(100)는 흡입토출케이싱(140)을 포함할 수 있다.
이 흡입토출케이싱(140)은 제1 임펠러(150)와 제2 임펠러(160) 및 모터케이싱(130)의 둘레에서 이격되도록 감싸 그 내부에 제1 임펠러(150)에서 제2 임펠러(160) 또는 제2 임펠러(160)에서 제1 임펠러(150)로 유체가 흐를 수 있는 유로(135)를 형성할 수 있다.
이때, 흡입토출케이싱(140)에서 제1 임펠러(150)와 제2 임펠러(160) 중 어느 하나의 임펠러(150,160)가 위치된 부분이 유체가 흡입되는 흡입구라면, 다른 하나의 임펠러(150,160)가 위치되는 부분이 흡입된 유체가 토출되는 토출구가 될 수 있다.
한편, 흡입토출케이싱(140)과 모터케이싱(130)은 일체로 형성되어 세 등분 예컨대, 제1임펠러(150,160)가 위치되는 부분, 회전자(120)와 고정자(110)가 위치되는 부분, 제2 임펠러(160)가 위치되는 부분으로 분할하여 서로 결합하는 형태로도 구성될 수도 있다.
이상에서 설명한 각 구성 간의 작용과 효과를 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프(100)는 고정자(110)에 전기가 공급되어 전자기력이 발생하면, 회전자(120)가 회전하여 회전축(121)을 회전시킨다.
한편, 회전축(121)이 정회전하면, 회전축(121)의 양단에 결합된 제1 임펠러(150) 및 제2 임펠러(160)가 함께 회전하고, 이 회전력에 의해 유체를 흡입하는 흡입력 및 토출력이 발생한다.
예컨대, 제1 임펠러(150)가 유체를 흡입하는 흡입력을 발생하면, 제1 임펠러(150)와 동시에 회전하는 제2 임펠러(160)는 제1 임펠러(150)와 날개(153,163)방향만 반대이고 서로 대향되도록 배치되기 때문에 토출력이 발생하여 유체가 흡입토출케이싱(140)의 제1 임펠러(150)가 위치되는 부분으로 흡입되고 유로(135)를 지나 제2 임펠러(160)가 위치되는 부분으로 토출된다.
반대로, 회전축(121)이 역회전하면, 제2 임펠러(160)가 유체를 흡입하고, 제1 임펠러(150)가 유체를 배출하여 흡입토출케이싱(140)에서 제2 임펠러(160)가 위치되는 부분으로 유체가 흡입되고 유로(135)를 지나 제1 임펠러(150)가 위치되는 부분으로 토출된다.
한편, 회전축(121)이 회전하여 유체를 흡입 및 토출하면, 유체가 흡입되는 흡입구에 위치되는 임펠러(150,160)는 흡입력에 의해 유체가 흡입 방향과 마주하는 방향으로 추력이 발생하지만, 흡입구의 임펠러(150,160)는 회전축(121)에 끝단에 위치되기 때문에 더 이상 이동하지 않고 회전만 수행한다.
하지만, 토출구에 위치되는 임펠러(150,160)는 추력에 의해 유체가 토출되는 방향과 마주하는 방향 즉, 회전축(121)의 중앙을 향해 임펠러(150,160)가 슬라이딩 이동하고, 임펠러(150,160)가 이동하면 링크(166)에 의해 날개(153,163)가 회전하여 토출력을 향상시킴으로써, 흡입구에 위치되는 임펠러(150,160)와 토출구에 위치되는 임펠러(150,160)의 토출량 균형을 맞춘다.
아울러, 양방향 축류펌프(100)의 기동이 정지되면, 임펠러(150,160)의 추력이 상실되어 토출구에 위치되는 임펠러(150,160)가 탄성부재(170)에 의해 최초위치 즉, 회전축(121)의 끝단으로 이동하고, 이동하는 임펠러(150,160)는 링크(166)에 의해 회전하였던 날개(153,163)가 다시 초기의 위치로 복귀된다.
이러한 구성의 본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프(100)는 게이트 펌프(gate pump) 또는 선박의 벨러스트 펌프(ballast pump)로 사용될 수 있으며, 예컨대, 선박의 균형을 맞추는 벨러스트 펌프로 사용될 경우, 양방향으로 유체를 흡입 및 토출을 수행할 수 있어 기존의 흡입펌프와 배출펌프의 기능을 모두 수행함으로써, 선박의 무게를 최소화시킬 수 있으며, 설치비용을 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 양방향 축류펌프(100)는 정회전과 역회전에 따라 유체를 반대방향으로 흡입 및 토출할 수 있을 뿐만 아니라, 두 개의 임펠러(150,160)에 의해 토출력을 향상시키고 고양정을 실현할 수 있다.
또한, 두 개의 임펠러(150,160)가 정회전과 역회전을 하여도 토출량이 서로 균일하도록 구성되어 토출량의 하락을 방지할 수 있으며, 두 개의 임펠러(150,160)가 유체가 이동하는 방향으로 유체를 토출 및 흡입할 수 있도록 배치되어 유체의 저항을 최소화함으로써, 유체의 토출량을 향상시킬 수 있었다.
또한, 토출구가 되는 부분에 위치되는 임펠러(150,160)가 날개각조절부(155,165)에 의해 토출량이 향상되도록 날개(153,163)의 각도를 변경시켜 유체의 저항과 임펠러(150,160)의 형상에 따른 토출력의 하락을 보강함으로써, 전체적인 양방향 축류펌프(100)의 토출력을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 양방향 축류펌프 110: 고정자
120: 회전자 121: 회전축
130: 모터케이싱 131: 축지지부
133: 베어링 135: 유로
137: 씰링부재 140: 흡입토출케이싱
150: 제1 임펠러 151,161: 헤드부
153,163: 날개 155,165: 날개각조절부
160: 제2 임펠러 164: 연장축
166: 링크 170: 탄성부재

Claims (5)

  1. 회전축이 중앙을 관통하여 양측으로 돌출되는 회전자,
    상기 회전자의 둘레에 배치되어 자기장에 의해 상기 회전자를 회전시키는 고정자,
    상기 회전축의 양측단이 돌출되도록 상기 회전자 및 고정자를 감싸는 모터케이싱,
    상기 회전축의 돌출된 양단에 각각 결합되어 상기 회전축과 함께 회전하는 제1 임펠러와 제2 임펠러, 및
    상기 제1 임펠러와 상기 제2 임펠러 및 상기 모터케이싱의 둘레를 감싸 유체가 지나는 유로를 형성하고 유체를 흡입하는 흡입구와 토출하는 토출구를 형성하는 흡입토출케이싱을 포함하고,
    상기 제1 임펠러와 상기 제2 임펠러 중 어느 하나가 흡입력 또는 토출력에 의해 상기 축방향으로 이동하여 날개의 각도를 변경하는 링크를 포함하는 날개각조절부를 포함하며,
    상기 날개각조절부는 상기 제1 임펠러와 회전축 사이, 또는 상기 제2 임펠러와 회전축의 사이에 흡입력 또는 토출력에 의해 이동한 상기 제1 임펠러 또는 제2 임펠러의 정지 시 초기 위치로 복귀시키는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 축류펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 임펠러와 상기 제2 임펠러는 정회전과 역회전 시 동일한 토출력이 발생하도록 각 날개의 측단면은 중앙에서 양측으로 갈수로 두께가 얇아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 양방향 축류펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 임펠러와 상기 제2 임펠러의 각 날개는 정회전과 역회전 시 동일한 토출력이 발생하도록 45의 각도로 기울어져 설치되는 것을 특징으로 하는 양방향 축류펌프.
  4. 삭제
  5. 삭제
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