KR19990083539A - 다이아프램의패킹링도브테일상의후크직경을설정하는방법 - Google Patents

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Abstract

로터를 수용하는 터빈 다이아프램은, 반경방향 내부 구멍과 내향으로 오목한 도브테일 홈을 갖는 다이아프램 본체와, 상기 도브테일 홈 내에 위치한 도브테일을 각각 갖는 다수의 패킹 링 세그먼트를 포함하며, 상기 도브테일 홈은 이 홈 안으로 반경방향 개구를 형성하는 후크를 포함하고, 이 후크는 로터의 중심에 의해 형성된 중심을 갖는 후크 직경을 형성하는 표면들을 포함하고, 상기 후크는 다이아프램을 통해서 축방향으로 설치되고 후크로부터 도브테일 홈 안으로 돌출하는 불연속 요소에 의해 반경방향 외향으로 연장된다.

Description

다이아프램의 패킹 링 도브테일 상의 후크 직경을 설정하는 방법 {METHOD OF ESTABLISHING HOOK DIAMETERS ON DIAPHRAGM PACKING RING DOVETAILS}
본 발명은 대체로 증기 터빈에 관한 것이며, 특히 시간이 지남에 따라 최초 설계 형상 및/또는 공차를 상실하는 다이아프램의 패킹 링 도브테일 상의 후크 직경을 재설정하는 방법에 관한 것이다.
많은 회전하는 기계에서, 시일은 회전 요소와 고정 요소 사이에 제공된다. 예컨대, 증기 터빈에서, (다이아프램과 같은) 고정 요소와 터빈 로터의 사이 및 둘레에서, 예컨대 360°래버린스 시일을 형성하는 복수개의 아치형 시일 링 세그먼트를 갖는 시일을 채용하는 것을 통상적인 것이다. 통상적으로, 아치형 시일 링 세그먼트는 기계의 회전축을 중심으로 동심이며, 따라서 로터의 밀봉면에도 동심으로 설계된 고정 요소 내의 환형 홈내에 배치된다. 각 아치형 시일 세그먼트는 로터의 밀봉면에 대향하는 아치형 밀봉면을 지지한다. 래버린스형 시일에서, 밀봉면은 로터의 밀봉면을 형성하는 축방향 연장 환형 홈의 어레이로부터 반경방향으로 이격되는 반경방향 이격 치(teeth)의 반경방향 어레이를 지지한다. 다르게는, 로터는 밀봉면 상의 치의 어레이에 반경방향으로 대향하는 원활한 표면을 가질 수 있다. 어떠한 경우에는, 밀봉 기능이 증기가 시일에 의해 형성된 비뚤어진 경로 내의 비교적 빽빽한 클리어런스를 통과할 때 작동 매체, 즉 증기의 난류를 생성함으로써 수행된다.
통상적인 설치에 있어서, 시일 세그먼트를 지지하는 다이아프램 또는 다른 고정 요소 내의 환형 홈은 슬롯을 형성하는 대향 축방향 위치 설정 플랜지 또는 후크를 갖는 도브테일 형상이다. 본 명세서에 설명된 실시예에서, 터빈 다이아프램은 아치형 시일 링 세그먼트가 각 반환형 도브테일 홈으로 삽입될 수 있도록 길이 방향으로 분할된다. 특히, 아치형 세그먼트는, 한 쌍의 플랜지가 도브테일 홈 내의 배치를 위해 서로 축방향으로 이격되며 반경방향 목부가 세그먼트의 밀봉면과 플랜지를 연결하며 목부가 도브테일 홈의 위치 설정 플랜지에 의해 형성된 슬롯 내에 위치되는 도브테일형 장착부를 유사하게 갖는다. 따라서, 목부는 설치된 때 홈의 반경방향 내측으로 아치형 밀봉면을 지지하며, 따라서 도브테일 홈의 위치 설정 플랜지는 로터에 대향하는 밀봉면의 반경방향 위치를 결정한다. 소위 "후크 직경"은 로터 중심으로부터 반경방향 외측으로 후크 또는 위치 설정 플랜지의 반경방향 외면까지로 측정된다.
증기 터빈의 경우에, 정상 작동 상태에서 (터빈의 고압부, 중간 압력부, 저압부에서의 다이아프램을 포함하는) 터빈 다이아프램은 최초 원형 및/또는 특정 공차를 상실하는 경향이 있다는 것을 알 것이다. 이것은, 최초 공차가 상실된 때 터빈 효율의 손실을 야기할 수 있는 원치않는 증기 누출 또는 요소들의 마찰을 야기할 수 있는 상기 패킹 링 도브테일 홈에서 특히 사실이다.
용접은 통상적으로 원형 또는 공차의 상실의 문제점을 보정하기 위해 채용된다. 공정은 위치 설정 플랜지 또는 후크를 따른 용접 수리 또는 몇몇 경우에는 도브테일을 완전히 채우는 용접 수리를 요구한다. 적절한 열처리 방법을 통한 응력 경감은 용접 공정의 고열로 인해 요구된다. 최종 단계는 최초 공차로의 도브테일의 재기계 가공이다. 이러한 공정은 시간 소비적이며 비싸다.
본 발명은 회전 기계류의 밀봉, 특히 증기 터빈의 다이아프램의 패킹 링 도브테일에 대한 간단한 수리 방법을 제공한다. 실시예에서, 리밍 가공된 구멍은 로터축에 평행하게 연장되며 후크 사이의 반경방향 슬롯으로 개방된 도브테일 후크의 대향면을 통해 드릴 가공된다. 구멍 직경의 비교적 작은 부분은 후크의 반경방향 외측으로, 즉 도브테일 홈으로 돌출된 상태로 놓인다. 표준 원형강 스톡으로 제조된 정밀한 다월(dowel)은 적소에 삽입되어 용접된다. 이러한 다월은 도브테일 후크의 반경방향 외측으로, 즉 도브테일 홈으로 돌출됨으로써, 후크 직경을 확장한다. 삽입 전에, 다월의 반경방향 외부는 편평부를 제공하기 위해 축방향 부분을 따라 기계 가공되며, 다월은 새로운 후크 직경을 결정하며 시일 도브테일의 반경방향 내측 대향면에 대해 밀봉면을 제공하는 편평부이도록 설치된다. 작은 양의 용접 재료만이 도브테일 후크에서 만곡이 생성되지 않도록 또는 거의 생성되지 않도록 다월을 적소에 고정하는 데 요구됨으로써, 수반하는 응력 경감에 대한 필요성을 제거한다. 시일 세그먼트를 설치하기 전에, 다월 상의 편평부의 추가 기계 가공은 최초 (또는 변경된) 후크 직경을 정밀하게 재설정한다.
과도한 기계 가공 조작 및 응력 경감 요구를 제거함으로써, (터빈 "다운 시간" 동안에 설비 기술자에 의해 수행되며, 고비용으로 인해 짧아지도록 요구되는) 증기 터빈의 수리를 위한 운전 정지가 실질적으로 감소된다. 특히, 본 발명은 설비 기술자의 시간을 덜 뿐만 아니라 용이하게 수행되는 저비용의 운전 정지를 계획할 수 있다.
본 발명은 종래의 래버린스 시일뿐만 아니라 최근에 개발된 조합 브러시 시일/래버린스 시일 및 도브테일 또는 유사한 구조의 슬롯이 시일 요소를 장착하기 위해 채용되는 다른 시일 구조에도 적용 가능하다.
따라서, 넓은 태양에 있어서, 본 발명은 반경방향 내부 구멍과 내향으로 오목한 도브테일 홈을 갖는 다이아프램 본체와, 상기 도브테일 홈 내에 위치한 도브테일을 각각 갖는 다수의 패킹 링 세그먼트를 포함하며, 상기 도브테일 홈이 이 홈 안으로 반경방향 개구를 형성하는 후크를 포함하고, 이 후크가 로터의 중심에 의해 형성된 중심을 갖는 후크 직경을 형성하는 표면을 포함하고, 상기 후크가 다이아프램을 통해 대향 방향으로 축방향으로 설치된 불연속 요소에 의해 반경방향 외향으로 연장되는, 로터를 수용하기 위한 터빈 다이아프램에 관한 것이다.
다른 태양에서, 본 발명은 a) 도브테일 홈으로부터 현재의 패킹 링 시일 세그먼트를 제거하는 단계와, b) 적어도 후크의 반경방향 외측으로 놓이는 부분들을 갖고 축방향으로 연장되는 구멍을 축방향으로 이격된 후크를 통해서 적어도 부분적으로 드릴 가공하는 단계와, c) 다월의 적어도 일부가 후크 중 대응하는 것의 반경방향 외측에 놓이도록 각 구멍에 다월을 삽입하는 단계와, d) 새로운 후크 직경을 형성하도록 상기 각 다월 부분을 가공하는 단계를 포함하며, 도브테일 홈의 성형부와의 사이에 슬롯을 형성하는 한 쌍의 축방향으로 이격된 후크를 포함하고, 후크의 직경이 로터로부터 후크의 반경방향 외측면까지 연장되는 터빈 다이아프램 도브테일 홈의 후크 직경을 재설정하는 방법에 관한 것이다.
도1은 증기 터빈 다이아프램 및 조립된 패킹 링 세그먼트의 부분 측면도.
도2는 본 발명의 실시예에 따라 축방향 대향 구멍들이 다이아프램을 통해 드릴 가공된 증기 터빈 다이아프램 내의 도브테일 홈의 부분 측면도.
도3은 다월이 다이아프램 벽의 드릴 가공된 구멍 내에 위치된 상태의 도2와 유사한 부분 측면도.
도4는 도2 및 도3에 도시된 바와 같은 터빈 다이아프램의 부분 단부도.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따라 다월이 적소에 위치된 터빈 다이아프램의 부분 측면도.
도6은 본 발명에 따른 터빈 다이아프램을 사용하기 위한 다월의 측면도.
도7은 도6에 도시된 다월의 단부도.
도8은 도6 및 도7에 도시된 라운드 핀에 대체예로서 긴 패드를 갖는 터빈 다이아프램의 부분 단부도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 증기 터빈
12 : 로터
14 : 터빈 하우징
16 : 래버린스 시일
18 : 밀봉 링 세그먼트
32, 34 : 후크 또는 플랜지
36 : 도브테일 홈
38 : 다이아프램
예가 첨부된 도면에 도시되어 있는 본 발명의 양호한 실시예를 이제 상세히 살펴본다.
이제 도1을 참조하면, 터빈 하우징(14) 내에 회전하도록 장착된 터빈축(12)을 가지며, 대체로 도면 부호(10)로 나타낸 증기 터빈의 일부가 도시되어 있다. 래버린스 시일(16)의 형태의 패킹 링 시일은 터빈축(12)을 중심으로 배치된 복수개의 아치형 시일 링 세그먼트(18, 한 개 도시됨)를 포함하며, 각 세그먼트는 도브테일 장착부(20)와 밀봉부(22)를 갖는다. 밀봉부는 밀봉면(23)과, 환형 리지 및 홈(26, 27)과 협동하는 반경방향 내향 치(24)(teeth)를 갖는다. 대체로, 래버린스 시일(16)은 고압 영역으로부터 저압 영역으로의 (화살표 A 방향으로 유동하는) 증기의 유동에 대한 비교적 다수의 부분 장벽을 위치시킴으로써 역할한다. 각 장벽은 터빈축(12)에 평행하게 유동하는 증기가 비뚤어진 경로를 따르게 함으로써 압력 강하를 생성한다. 래버린스 시일(16)에서의 모든 압력 강하의 합은 당연히 고압 영역(28)과 저압 영역(30) 사이의 압력차이다.
미리 설명한 바와 같이, 환형 밀봉 링의 초기 배치와 수선 및 교체를 포함하는 보수 관리에 관련된 주요 문제점 중 하나는, 터빈 다이아프램(38) 내에 위치된 도브테일 홈(36)의 위치 설정 후크 또는 플랜지(32, 34)의 만곡, 편심 또는 비표준화 크기에도 불구하고 밀봉 링 세그먼트(18)를 로터(12)의 밀봉면 둘레에서 동심으로 유지하고 밀봉면에 균일한 반경방향 클리어런스로 유지해야 한다는 것이다. 즉, 시일 링 지지 구조체의 위치 설정 플랜지 또는 후크의 반경방향 외면(40, 42)은 종종 사용되고 마모됨에 따라서 로터축에 대해 타원형으로 되거나 편심됨으로써, 위치 설정 플랜지면(40, 42)에 시일 링 세그먼트(18)를 끼우는 것은 밀봉면(23)과 로터(12)의 밀봉면 사이의 비균일한 반경방향 클리어런스를 야기한다.
따라서, 본 발명은 위치 설정 플랜지의 사용 및 마모 또는 비표준화 크기로 인한 터빈 하우징의 위치 설정 플랜지(32, 34)의 탈원형 또는 편심에도 불구하고 세그먼트(18)의 밀봉면(23)과 로터(12)의 밀봉면 사이에서 균일한 반경방향 클리어런스를 재설정한다. 본 발명은 종래의 래버린스 시일 링 및 양압 가변 클리어런스형 래버린스 시일 링 모두에 적용 가능하다. 본 발명은 또한 미리 언급된 브러시 시일의 설치에 대한 클리어런스 또는 공차를 재설정하는 데 유용하다.
이제 도2를 참조하면, 도1에 도시된 다이아프램(38)과 유사할 수 있으며, 증기 터빈의 HP, IP 또는 LP부 내에 위치될 수 있는 고정 터빈 요소(44)는 대체로 도면 부호(46)로 나타낸 도브테일 홈을 포함한다. 도브테일 홈은 서로 대면하며 반경방향 개구 또는 슬롯(52)을 형성하는 한 쌍의 축방향으로 이격된 위치 설정 플랜지 또는 후크(48, 50)를 포함한다. 따라서, 도브테일의 "후크 직경"은 터빈 로터의 축으로부터 후크(48, 50)의 반경방향 외면(54, 56)까지의 거리로서 측정되며, 이러한 직경은 시일의 정밀한 반경방향 위치에 중요하다는 것을 알 것이다.
사용하는 동안 최초 공차를 상실하거나, 뒤틀리거나 탈원형화를 겪는 다이아프램에 대해, 수리는 대체로 현장에서 행해지며, 통상적으로 다이아프램 및 모든 시일 세그먼트를 제거한 후에 새로운 시일 세그먼트를 설치한다. 다이아프램은 상기에 간단히 설명한 바와 같이 용접에 의해 통상적으로 수리된다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 다이아프램(44)의 수리에서의 제1 단계를 도시한다. 처음에, 다이아프램 및 시일 세그먼트를 제거한 후에 축 구멍(58, 60)이 도브테일 홈(46)의 대향면으로부터 다이아프램을 통해 드릴 가공된다. 특히, 도2의 좌측을 참조하면, 구멍(58)은 구멍의 주요 현부가 후크면(54)의 반경방향 외측으로 놓여있는 반경방향 위치에 위치된다. 이러한 구성은 구멍의 직경과 대략 동일한 직경의 임의의 핀 또는 다월의 일부가 후크 위의 반경방향으로 돌출됨으로써 이하에서 추가로 설명되는 바와 같이 새로운 큰 후크 직경을 설정하는 것을 보장한다. 유사한 구멍이 유사한 다월을 수용하기 위해 도브테일의 대향면 상에 드릴 가공된다. 필요한 경우에, 구멍(58, 60)은 62, 64에서 볼 수 있는 바와 같이 각각 카운터보링 가공될 수 있다.
이제 도3, 도4, 도6 및 도7을 참조하면, 구멍(56, 58) 내에 삽입될 다월 또는 핀(66, 68)은 표준 원형강 스톡으로 제조된다. 핀(66)의 일단부가 도6 및 도7에 잘 도시된 바와 같이 반경방향 견부(71)까지 연장되는 편평부(70)를 생성하기 위해 기계 가공된다는 것을 알아야 한다. 더욱이, 편평한 면의 한 쪽 모서리는 이하에서 설명될 목적을 위해 72에서 볼 수 있는 바와 같이 편평부의 횡방향으로 깍인다. 후크(56)의 축방향 길이가 후크(54)와는 상이하지만, 핀은 실질적으로 동일한 길이일 수 있다. 다월 또는 핀(66, 68)은 내부 모서리(즉, 도브테일 홈과 대면하는 모서리)가 슬롯(52)을 한정하는 후크(48, 50)의 대향면(80, 82)에 (축방향으로) 약간 못미치게 놓일 때까지 삽입된다. 양호한 실시예에서, 핀(66, 68)의 길이는 핀의 후방 단부가 도3에 잘 도시된 바와 같이 구멍(54, 56) 내에 리세스가 형성되는 상태로 놓이도록 된다. 나머지 리세스는 용접 재료(84, 86)로 채워질 수 있으며, 따라서 다월을 적소에 유지시키는 플러그 용접이 생성된다. 그러나, 용접 재료의 양은 후크 도브테일의 만곡이 발생하지 않도록 충분히 적으며, 따라서 응력 경감 단계가 요구되지 않는다.
설치 후에, 편평부(70)는 최초 후크 직경 또는 변경된 후크 직경을 정밀하게 재설정하는 새로운 표면(70')으로 기계 가공된다. 설치된 때의 도7의 다월과 기계 가공 후의 도4의 다월을 비교함으로써 잘 볼 수 있는 바와 같이 단면의 변화를 알 것이다.
기계 가공의 완료시에, [슬롯(52)의 대향면 상의] 다월 쓰로트 또는 목부는 필요한 경우에 핀 또는 다월이 패킹 링 클리어런스에 대해 동일 평면이 되도록 깨끗이 정리된다.
다월의 깍인 모서리(72)는 패킹 링 조립체의 방향으로 패킹 링 세그먼트와 대면하도록 배열된다. 보족 챔퍼(74)가 (도4에 부분적으로 도시된) 패킹 링 세그먼트(78)의 모서리(76) 상에 형성된다. 이러한 배열은 도4의 화살표 A 방향으로 도브테일 내에서 세그먼트의 적소로의 원주 상의 활주를 용이하게 한다. 조립 동안에도 패킹 링 세그먼트를 반경방향 내측으로, 즉 로터를 향해 가압하는 도브테일 내에서 스프링이 적소에 있을 때, 챔퍼를 결합하는 것이 특히 중요하다.
도5에 도시된 바와 같이 다른 배열에서, 핀 또는 다월(88, 90)은 카운터 보링된 부분(92, 94)으로 돌출되기 위해 길어진다. 이것은 핀 또는 다월이 96, 98에서 도시된 바와 같이 핀의 후방 단부 둘레에서 필렛 용접되도록 한다.
통상적인 방식으로, 패킹 링 세그먼트에 대한 로딩 계산이 각 시일 세그먼트에 요구되는 핀 또는 다월의 수를 결정한다. 예컨대, 세그먼트당(통상적으로 3개의 패킹 링 세그먼트가 각 180°다이아프램 세그먼트에 설치됨) 4개 내지 6개의 핀이 제공될 수 있다. 이것은 각 세그먼트의 측면당 2개 또는 3개의 핀 또는 다월을 포함한다.
더 많은 로딩 요구에 대해, 추가 베어링 면이 요구될 수 있으며, 이것은 핀 또는 다월보다는 베어링 패드(100)를 사용함으로써 이루어질 수 있다. 패드는 도8에 도시되어 있다. 설치는 상기에 설명한 바와 유사하지만, 접근 구멍(102)은 패드의 삽입을 허용하기 위해 재형성된다.
본 발명은 가장 실용적이며 양호한 것으로 간주되는 실시예와 관련하여 설명되며, 본 발명은 설명된 실시예에 제한되어서는 안되며, 반대로 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주 내에 포함되는 다양한 변경 및 동등한 구성을 포함하는 것이다.
본 발명은 회전 기계류의 밀봉, 특히 증기 터빈의 다이아프램의 패킹 링 도브테일에 대한 간단한 수리 방법을 제공함으로써, 터빈 "다운(down) 시간" 동안에 설비 기술자에 의해 수행되며, 고비용으로 인해 짧아지도록 요구되는 증기 터빈의 수리를 위한 운전 정지가 실질적으로 감소된다. 특히, 본 발명은 설비 기술자의 시간을 덜 뿐만 아니라 용이하게 수행되는 저비용의 운전 정지를 계획할 수 있다.

Claims (13)

  1. 로터를 수용하기 위한 터빈 다이아프램에 있어서,
    반경방향 내부 구멍과 내향으로 오목한 도브테일 홈을 갖는 다이아프램 본체와,
    상기 도브테일 홈 내에 위치한 도브테일을 각각 갖는 다수의 패킹 링 세그먼트를 포함하며,
    상기 도브테일 홈이 이 홈 안으로 반경방향 개구를 형성하는 후크를 포함하고, 이 후크가 로터의 중심에 의해 형성된 중심을 갖는 후크 직경을 형성하는 적어도 하나의 표면을 포함하고,
    상기 후크가 다이아프램을 통해서 축방향으로 설치되고 후크로부터 도브테일 홈 안으로 돌출하는 적어도 하나의 불연속 요소에 의해 반경방향 외향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 터빈 다이아프램.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 도브테일 홈이 한 쌍의 대향한 후크를 포함하고, 각각의 세그먼트가 대향한 후크들로부터 도브테일 홈 안으로 돌출하는 적어도 두개의 불연속 요소를 갖는 것을 특징으로 하는 터빈 다이아프램.
  3. 제1항에 있어서, 상기 불연속 요소가 다월을 갖는 것을 특징으로 하는 터빈 다이아프램.
  4. 제3항에 있어서, 각각의 다월이 도브테일을 위한 결합 표면을 제공하는 평표면을 자체에 갖고 있는 것을 특징으로 하는 터빈 다이아프램.
  5. 제3항에 있어서, 각각의 다월은 조립 방향으로 도브테일 홈 안에 삽입되었을 때 패킹에 결합되도록 구성된 모따기된 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 다이아프램.
  6. 도브테일 홈의 성형부와의 사이에 슬롯을 형성하는 한 쌍의 축방향으로 이격된 후크를 포함하고, 후크의 직경이 로터 중심선의 중심선으로부터 후크의 반경방향 외측면까지 연장되도록 된, 터빈 다이아프램 도브테일 홈의 후크 직경을 재설정하는 방법에 있어서,
    a) 도브테일 홈으로부터 현재의 패킹 링 시일 세그먼트를 제거하는 단계와,
    b) 적어도 후크의 반경방향 외측으로 놓이는 부분들을 갖고 축방향으로 연장되는 구멍을 축방향으로 이격된 후크를 통해서 적어도 부분적으로 드릴 가공하는 단계와,
    c) 다월의 적어도 일부가 후크 중 대응하는 것의 반경방향 외측에 놓이도록 각 구멍에 다월을 삽입하는 단계와,
    d) 새로운 후크 직경을 형성하도록 상기 각 다월 부분을 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 단계 b)가 적어도 두개의 구멍을 드릴 가공하고 각 패킹 링 시일 세그먼트용의 다이아프램의 각 측부에 적어도 두개의 다월을 삽입함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 단계 b)가 적어도 세개의 구멍을 드릴 가공하고 각 패킹 링 시일 세그먼트용의 다이아프램의 각 측부에 적어도 세개의 다월을 삽입함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 다월이 용접 후에 다이아프램의 열처리를 필요로 하지 않는 방식으로 구멍 안에 용접되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 각 다월이 해당 패킹 링 시일 세그먼트의 도브테일 장착부용의 결합 표면을 제공하는 축방향 연장되는 평표면을 자체에 갖고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 각 다월은 조립 방향으로 도브테일 홈에 삽입되었을 때 패킹 링 시일 세그먼트의 도브테일 장착부를 결합하도록 구성된 모따기 가공된 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제6항에 있어서, 상기 패킹 링 시일 세그먼트가 래버린스 시일을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제6항에 있어서, 상기 패킹 링 시일 세그먼트가 브러시 시일을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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