KR20040002687A - 압축기용 유입구 블리드 히터 및 이를 발전 장소에제공하는 방법 - Google Patents
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Abstract
가열된 공기를 압축기의 유입구에 유동시키기 위한 유입구 블리드 히터(10)는 공장 장소에서 전체적으로 제조된다. 히터는 압축기로부터 벨로우즈(53)를 갖는 배관(50)을 통하여 주위 유입 공기에 가열된 추출 공기를 공급하는 유입 공기 덕트(51)내의 하강 튜브(20)로 추출 공기를 받는 매니폴드(34)를 상호연결한다. 밸로우즈는 매니폴드와 하강 튜브의 열 팽창 및 수축을 조절한다. 파이프와 벨로우즈는 블리드 히터의 높이 외피내에 놓여, 도로 주행을 위해 허용된 전 높이 및 폭 제한 조건내에서 그의 측부상의 히터의 운송을 용이하게 한다.
Description
본 발명은 압축기 유입구로 공급된 공기를 가열하는 유입구 블리드 열 시스템(inlet bleed heat system)에 관한 것으로, 특히 제조 장소에서 시스템을 제조하여 상기 시스템을 발전 장소로 운송하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
압축기내로 유인된 주위 공기의 온도를 높이는 유입구 블리드 열 시스템이 공지되어 있다. 예를 들면, 공동 출원인의 2000년 2월 22일에 특허 허여된 미국 특허 제 6,027,304 호에 개시되어 있는 바와 같이, 상기 특허의 개시 내용은 참조로 사용되며, 유입구 블리드 히터는 가열된 주위 공기를 압축기 유입구로 공급하기 위한 공기 덕트내에 배치된다. 본 특허에 개시된 바와 같은 시스템은, 일측에서공기 필터 및 소음 억제기와 연통하고 그의 대향측에서 압축기 유입구와 연통하는 덕트를 규정하는 하우징을 포함한다. 덕트는 가열된 공기, 바람직하게는 압축기로부터의 추출 공기와 함께 공급되며, 소정의 온도로 상기 덕트를 통하여 흐르는 주위 공기를 높이기 위한 다수의 튜브를 수용한다. 본 특허에 개시된 시스템에 있어서, 파형(波形) 구성체내의 파이프 루프는, 압축기로부터 추출 공기를 수용하는 공통 매니폴드와, 공기 유입 덕트내에 배치된 튜브를 상호연결한다. 매니폴드로부터 떨어져 연장된 파이프 루프는 상기 매니폴드를 지나 연장하도록 역으로 구부려지며, 그 다음 공기 유입 덕트내의 튜브 또는 하강관과 연결하기 위해 거의 90°방향을 바꾼다. 파이프 루프는 유입구 블리드 열 시스템의 다양한 부분에 대한 열팽창을 수용한다.
본 특허에 개시된 바와 같은 유입구 블리드 열 시스템이 한동안 상용되던 반면, 현장 장소, 예컨대 발전 장소에서 그의 운송 및 조립에 관련하여 특정한 문제점이 발생하였다. 일반적으로, 유입 덕트 하우징, 매니폴드 및 하강관 또는 튜브는 제조 장소에서 제조되어, 예컨대 용접에 의해 매니폴드와 튜브가 파이프 루프에 보장되는 발전 장소로 운송된다. 시스템의 공장-제조된 부분이 큰 물리적인 치수를 가짐이 이해될 것이다. 트레일러(trailer)상에 탑재된 경우의 유닛의 높이는 브리지(bridge) 하에서 유닛의 운송을 위해 유용한 간극에 근접한다. 그 결과, 운송 루트(route)로의 주의 깊은 처리에도 불구하고, 브리지가 운전자 과실, 트레일러상의 유닛의 높이에 대한 부정확한 측정, 및 부정확한 브리지 높이 때문에 유닛에 걸리게 된다. 또한, 파이프 루프는 발전 장소에서 현장내의 유닛에 조립되는데, 그렇지 않으면 수용가능한 높이 치수 이상으로 유닛의 높이를 연장할 것이기 때문이다. 파이프 루프를 현장 조립체는 매니폴드 및 하강관 또는 튜브에 상기 파이프 루프를 현장 용접을 필요로 하고, 그 후 유닛이 작동 위치에 있기 전에 웰드(weld)에 대한 X-레이 검사를 필요로 한다. 현장 조립 시간 및 현장 조립 동안의 품질의 유지보수는 비용을 증가시킨다. 그 결과, 개선된 유입구 블리드 히터 시스템뿐만 아니라 상기 시스템을 제조 및 운송하는 방법에 대한 요구가 전개되었다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제조 장소에서 전체적으로 제조되고 높이 및 폭 운송 제한조건을 초과함이 없이 양호하게 위치하여 발전 장소에 운송될 수 있는 유입구 블리드 열 시스템을 제공한다. 상기한 점을 성취하기 위하여, 유입구 블리드 열 시스템은 압축기용 유입 공기 덕트를 규정하는 하우징과, 매니폴드와, 공기 덕트내로 연장하는 다수의 튜브와, 사용시 매니폴드와 하강관 또는 튜브 사이의 열 유도된 상대 운동을 수용하는 다수의 장치를 포함하며, 상기 하우징은 규정된 높이 및 폭 치수내에서 놓일 것이다. 바람직하게는, 매니폴드와 튜브는 이러한 열 유도된 상대 운동을 수용하는 벨로우즈(bellows) 구성체를 통하여 서로 결합된다. 따라서, 바람직하게는 2중 벨로우즈 구성체를 갖는 파이프가 매니폴드와 공기 유입 덕트내의 각 튜브 사이에 개재된다. 매니폴드의 열적 축방향 팽창 및 수축뿐만 아니라 매니폴드에 관한 튜브의 운동을 벨로우즈가 수용하는 것이 이해될것이다. 2중 벨로우즈 구성체를 갖는 파이프는 하강관과 직접연결을 할 수 있어 매니폴드상에 놓인 미국 특허 제 6,027,304 호에 개시되어 있는 루프를 제거한다.
추가적으로, 벨로우즈 구성체를 이용하며 제조 장소에서 유닛의 전체를 제조함으로써, 파이프 루프에 대한 종래의 현장 조립이 전적으로 제거된다. 또한, 벨로우즈 구성체를 이용하는 공장-제조는 유닛내의 응력을 감소시키므로, 제조 장소에서 용접점에 대한 현장 X-레이 검사가 제거되어, 비용 및 제조 시간을 감소시킨다. 또한, 벨로우즈 구성체는 시스템의 총 높이를 감소시키므로, 예정된 운동 폭 제한 조건내에서 평상형 트레일러상의 그의 측부상에 배치되어, 루트를 따라 트레일러상의 유닛과 임의의 브리지 사이에 크게 증가된 간극이 있는 경우, 제조 장소에서 발전 장소로 운송될 수 있다. 더욱이, 공장-제조된 유닛의 감소된 외피(envelope)는 큰 하중물에 대한 특별한 허용을 필요로 하지 않으며 일반적으로 제조 장소와 발전 장소 사이의 루트를 제한하지 않는다. 즉, 파이프 루프의 기능성을 유지하면서 그들을 제거함으로써, 유닛은 대부분의 간선 도로 및 도로상으로 이동하기 위한 표준 높이 및 폭 치수 제한 조건내의 높이 및 폭 치수를 갖는 운송용 트레일러상의 그의 측부상에 위치될 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 압축기까지 유동로를 따라 주위 공기를 전달하는 공기 유입 덕트를 규정하는 하우징과, 압축기로부터 가열된 추출 공기를 받기에 적합한, 공기 유입 덕트의 유동로내의 다수의 튜브로서, 압축기까지 가열된 공기를 공급하는 튜브를 통과하는 주위 유입 공기와 혼합하는 유동로내로 튜브로부터 가열된 공기를 배출하는 서로 이격된 다수의 구멍을 구비하는, 각각의상기 튜브와, 압축기로부터 튜브로 추출 공기를 공급하는 하우징에 의해 이송된 매니폴드를 포함하며, 상기 매니폴드와 각각의 튜브는 열 유도된 힘에 응답하여 매니폴드와 튜브 사이의 상대 운동을 가능하게 하는 벨로우즈에 의해 서로 연결되는, 압축기용 유입구 블리드 히터를 제공한다.
본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예에 있어서, 압축기까지 주위 유입 공기를 가열하는 유입 블리트 히터를 발전 장소에 제공하는 방법으로서, 상기 히터는 공기 유입 덕트를 규정하는 하우징과, 상기 덕트내로 연장하는 다수의 튜브와, 가열된 공기 소스로부터 가열된 공기를 수용하는 매니폴드를 포함하며, 제조 장소에서 덕트, 튜브 및 매니폴드를 제조하는 단계와, 제조 장소에서 튜브에 대하여 매니폴드의 열 유도된 운동을 조절하기 위한 장치를 갖는 제조 장소에서 튜브와 매니폴드를 서로 상호연결하는 단계와, 제조된 유입구 히터를 발전 장소로 운송하는 단계를 포함하는 유입 블리트 히터를 발전 장소에 제공하는 방법을 제공한다.
도 1은 가열된 공기를 압축기 유입구에 공급하기 위한 종래의 고압 유입구 블리드 열 시스템의 개략도,
도 2는 소음기 배플의 다수 튜브 가열 시스템 하류의 하나의 튜브를 도시한 도 1의 압축기 공기 유입 덕트의 확대된 부분 개략도,
도 3은 시스템의 상부에 매니폴드와 파이프 루프를 도시한 종래의 고압 유입구 블리드 열 시스템의 부분 사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 유입구 블리드 히터의 상부를 도시한 도 3과 유사한 도면,
도 5는 도 4의 부분 측면도,
도 6은 발전 장소로의 이송을 위해 평상형 트레일러상에 적재된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유입구 블리드 히터의 일부 절결 사시도,
도 7은 모든 다른 소음기 패널 뒤의 하강관을 도시한 본 발명의 다른 실시예에 대한 사시도,
도 8은 유입구 블리드 히터의 지붕상의 매니폴드용 새들(saddle)을 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 유입 덕트 12 : 유입 안내 베인
18 : 소음기 배플 20 : 히터 튜브
22 : 매니폴드 24 : 수동 격리 밸브
26 : 제어 밸브 28 : 라인
30 : 드레인 밸브 34 : 헤더
도면, 특히 도 1을 참조하면, 주위 공기를 수용하며 공기를 터빈(16)의 압축기(14)용 유입 안내 베인(12)에 지향시키는 일반적으로 참조부호(10)로 지정된 유입 덕트를 도시하고 있다. 소음기 배플(18)은 히터 튜브 또는 하강관(20)의 직접적인 상류의 유입 덕트(10)내에 배치된다. 히터 튜브(20)는 라인(28)을 통하여 압축기 배출 매니폴드(22)로부터 추출된 가열 및 압축된 공기와 함께 제공된다. 수동 격리 밸브(24) 및 제어 밸브(26)는 라인(28)에 제공된다. 드레인 밸브(30)는라인(28)에 채용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 유입 덕트(10)는 일반적으로 직선형 단면이 바람직하다. 소음기 배플(18)은 바람직하게는 수직방향 및 서로 나란히 이격된 단부상에 직립하는 다수의 배플을 포함한다. 주위 유입 공기는 히터 튜브(20)를 지나 유동하도록 배플 사이를 통과하여 하류의 압축기(14)로 흐른다. 가열 및 압축된 공기는 라인(28)을 통하여 유입 블리드 열 매니폴드(34)로 제공된다. 매니폴드(34)는 유입 덕트(10)에 대하여 횡방향 및 외부방향으로 연장하는 연장된 실린더형 헤더를 포함한다. 히터 튜브 또는 하강관(20)은 헤더(34)의 전측부를 따라 이격된 간격으로 연결된다. 매니폴드(34) 및 히터 튜브(20)는 앞쪽으로 연장하며 전체적인 수평부(36), 역만곡부(38), 후방 연장부(40), 및 하측으로의 90°엘보우 또는 밴드(42)를 포함하는 파이프 루프에 의해 연결되기 때문에, 히터 튜브(20)는 하측 수직방향 그리고 유입 덕트(10)내로 연장한다. 역만곡부(38) 및 후방 연장부(40)는 매니폴드(34)의 상측 그리고 이를 넘어 연장하는 것에 유념하여, 유입구 블리드 히터의 높이를 증가시킨다. 튜브(20)는 서로에 대해 균일하게 횡방향으로 이격되며, 소음기 배플(18)의 하류 에지의 유입 덕트(10) 하류내에 배치된다. 튜브(20)의 외경은 튜브(20)의 소음기 배플 하류의 두께보다 작은 것이 바람직하다. 도 1 내지 도 3에 도시된 종래 기술뿐만 아니라 본 발명에 있어서, 유입 덕트내의 각각의 튜브(20)는 다수의 측방향으로 개구하는 구멍(44)을 가진다. 구멍은 유입 덕트(10)내로 가열 및 압축된 공기의 막힌 유동을 제공하도록 크기 설정된다. 구멍은 각 튜브의 대향 측부를 통하여 개방되며, 측방향으로 정렬되고 다음 인접 튜브의 구멍과 일치된다. 소음기 배플(18)의 직접적인 하류 및 서로를 측방향으로 향하는 가열 및 압축된 공기를 분출하는 위치에 튜브를 위치시킴으로써, 미국 특허 제 6,027,304 호에 기술된 이유에 대해, 실질적인 압력 손실 없이 덕트로 가열된 공기 및 유입 공기의 개선된 혼합이 성취된다. 하강관(34)이 도 7에 도시된 바와 같이 모든 다른 배플(18) 뒤에 위치될 수 있음이 또한 공지되어 있다.
매니폴드(34) 및 튜브(20)를 상호연결한 파이프 루프는 유입구 블리드 히터상에 놓이며, 많은 고속 도로 및 도로 시스템 상의 높이 제한 조건을 초과하는 높이 치수의 경우, 특히 평상형 트레일러 상에 탑재될 때의 운송 문제를 충분히 야기하는 유입 블리드 히터의 높이를 연장하는 것이 이해될 것이다. 이러한 이유로, 파이프 루프는 전형적으로 제조 또는 공장 장소에서보다는 발전 장고에서 제조된다. 그러나, 미리 기술된 바와 같이, 파이프 루프의 현장 조립은 추가적인 시간을 필요로 하고, 추가적인 비용을 발생시키며, 현장 X-레이 용접 장비를 필요로 하며, 일반적으로 파이프 루프의 설치에 대한 제어부를 감소시킨다. 또한, 운전자 과실, 고속도로 관리부(highway department)에 의해 보도된 부정확한 브리지 측정 및 부정확한 브리지 높이 때문에, 상부에 파이프 루프조차 없는 다수의 유입구 블리드 히터가 브리지를 때리게 되어, 히터의 설치 및/또는 보수에서 비용면의 지체를 초래한다.
도 4 내지 도 6에 도시된 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 매니폴드(34) 및 하강관(20)은, 튜브에 대하여 매니폴드의 열 유도된 운동을 수용하는 하나 또는 그 이상의 장치(52)를 포함하는 배관(50)에 의해 상호연결되며, 하우징을 통하여공기 덕트(51)를 규정하는 하우징(49)의 전 높이를 감소시킨다. 장치(52)는 매니폴드(34)와 하강관(20) 사이를 상호연결하는 하나 또는 그 이상의 벨로우즈(53)를 구성하는 것이 바람직하다. 도 4에 도시한 바와 같이, 각각의 파이프(50)는, 매니폴드(34)와 하강관(20) 사이를 상호연결하며, 유입구 블리드 히터의 높이 치수에 의해 규정된 감소된 높이 외피내에 집합적으로 놓인다. 즉, 블리드 히터의 최대 높이는 현재 그의 하부로부터 매니폴드(34)의 상부까지의 히터의 높이이므로, 상술된 파이프 루프의 제거에 의해 감소되었다. 파이프(50)는 하강관(20)의 수평방향으로부터 수직방향으로 90°선회하는 엘보우(54)를 포함한다. 각각의 벨로우즈(52)는 하강관(20)과 매니폴드 사이의 상대 운동을 수용하는 금속 벨로우즈를 포함한다. 즉, 밸로우즈(52)는 튜브(20)의 수직부의 열적 종방향 팽창 및 수축을 수용한다. 벨로우즈는 또한 헤더(34)의 축방향으로 열 팽창 및 수축을 수용한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 헤더(34)는 덕트 지붕상의 매니폴드(34)를 중심설정하기 위한 열적으로 순응성 새들(53)에 의해 지지되며, 이러한 새들은 매니폴드를 따라 이격된 종방향 위치에서 취해진다. 새들(53)은 유동 방향으로 그리고 유동 방향의 수직방향으로 매니폴드의 열적 운동을 허용한다. 이는 매니폴드의 곡률을 초과하는 슬롯된 구멍(55) 및 아치형 표면(57)을 이용하여 성취된다. 바람직하게는, 각 새들은 각각의 3개의 새들 위치에서 이격된 나란한 관계로 한 쌍의 새들 플레이트(59)를 포함한다. 이러한 특징은 매니폴드와 열 슬리브상의 열응력의 충격을 크게 감소시킨다. 이러한 열적으로 순응하는 새들은 응력을 감소하게 도와,용접점에 대한 X-레이 검사가 코드 순응을 위해 요구되지 않는다.
중요하게는, 파이프 루프의 제거는, 유입구 블리드 히터가 감소된 외피내에 그리고 특히 히터가 대부분의 도로 폭 제한 조건을 초과함이 없이 평상형 트레일러상의 그의 축부상에 위치되게 하는 높이 치수(H)에 놓이는 것을 가능하게 한다. 도 6을 참조하면, 유입구 블리드 히터의 길이, 높이 및 폭 치수(L, H, W) 각각이 도시되어 있다. 블리드 히터의 높이 치수(H)의 감소는, 히터가 평상형 트레일러(60)상의 위치를 위한 일측부상에 90°회전되게 한다. 바람직하게는, 공장 또는 제조 장소로부터 발전 장소로 운송하기 위한 유닛의 무게 중심을 낮추기 위하여, 트레일러에 따른 히터의 측부는 도 6에 도시한 바와 같이 대향 측부가 놓인 것보다 매니폴드(34)에 더 근접하게 놓인다. 따라서, 높이 치수(H)가 도로 이동을 위한 표준 폭 치수보다 더 작은 값으로 감소되는 것에 의하여, 유닛이 폭넓은 적하물을 요구하지 않거나 특별한 폭이 가능해진다. 더욱이, 유닛의 폭 치수(W)는, 유닛이 평상형 트레일러상의 그의 측부상에 놓일 때 수직방향으로 연장하며, 브리지를 때리는 위험 없이 히터가 브리지 아래를 통과하게 하는 브리지 높이 아래에 잘 놓인다. 추가적으로, 실질적인 비용 및 시간은 파이프 루프 또는 부수적인 구조체의 현장 설치를 위한 필수품 없이 제조 또는 공장 장소에서 전체적으로 제조된 유닛을 제공함으로써 제거되어, 현장 용접 및 용접점에 대한 현장 X-레이의 필요성을 제거하는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 개시된 실시예의 관점이 변경될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들면, 하강관(20)의 수는 도 7에 도시한 바와 같이 감소될 수 있다. 하강관(20)은압축기 유입구에서 혀용가능한 온도 범위를 가진 모든 다른 소음기 패널(18) 뒤에 위치될 수 있다. 파이프 가이드(60)는 하강관(20)을 위치시키기 위한 것으로 도 7에 도시되어 있다. 더욱 적은 하강관이 수락가능한 온도 범위를 제공하기 위해 나타내어졌다.
본 발명은 현재 가장 실용적이고 바람직한 실시예로 사료되는 것과 관련하여 기술되는 반면, 본 발명은 개시된 실시예에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 하지만, 그와는 반대로 첨부된 특허청구범위의 정신과 범위내에 포함된 다양한 변형 및 동등한 구성을 커버하도록 의도된다.
본 발명에 따르면, 파이프 루프 또는 부수적인 구조체의 현장 설치를 위한 필수품 없이 제조 또는 공장 장소에서 전체적으로 제조된 유닛을 제공함으로써 제거되어, 현장 용접 및 용접점에 대한 현장 X-레이의 필요성을 제거할 수 있다.
Claims (10)
- 압축기용 유입구 블리드 히터에 있어서,유동로를 따라 상기 압축기에 주위 공기를 전달하는 공기 유입 덕트(10)를 규정하는 하우징과,상기 공기 유입 덕트의 유동로내의 다수의 튜브(20)로서, 상기 압축기로부터 가열된 추출 공기를 받기에 적합하며, 상기 튜브로부터 가열된 공기를 상기 압축기로 공급하기 위해 상기 튜브를 통과하는 주위 유입 공기와 혼합하기 위한 상기 유동로내로 가열된 공기를 배출시키는 서로 이격된 다수의 구멍(44)을 포함하는, 각각의 상기 튜브와,상기 압축기로부터 상기 튜브로 추출 공기를 공급하는 상기 하우징에 의해 지지되는 매니폴드(34)를 포함하고, 상기 매니폴드 및 각각의 상기 튜브는 열적으로 유도된 힘에 응답하여 상기 매니폴드와 상기 튜브 사이의 상대 운동을 가능하게 하는 벨로우즈(53)에 의해 서로 연결되는압축기용 유입구 블리드 히터.
- 제 1 항에 있어서,상기 매니폴드(34)와 각각의 상기 튜브(20) 사이에 연결된 제 2 벨로우즈(53)를 포함하는압축기용 유입구 블리드 히터.
- 제 1 항에 있어서,상기 하우징은 소정의 높이 및 폭 치수를 가진 외피내에 놓이며, 상기 벨로우즈는 상기 높이 치수에 의해 규정된 외피내에 놓이는압축기용 유입구 블리드 히터.
- 제 1 항에 있어서,각각의 상기 튜브와 상기 매니폴드를 연결하며, 상기 벨로우즈에 의해 부분적으로 구성된 파이프(50)를 포함하는압축기용 유입구 블리드 히터.
- 제 1 항에 있어서,상기 매니폴드와 각각의 상기 튜브 사이에 연결된 제 2 벨로우즈(53)와, 각각의 상기 튜브와 상기 매니폴드를 연결하는 파이프(50)를 포함하고, 상기 파이프는 상기 제 1 및 제 2 벨로우즈에 의해 부분적으로 구성되는압축기용 유입구 블리드 히터.
- 제 5 항에 있어서,상기 벨로우즈는 금속으로 이루어진압축기용 유입구 블리드 히터.
- 제 1 항에 있어서,상기 매니폴드를 상기 하우징상에 탑재하는 상기 하우징에 의해 지지되는 적어도 하나의 새들(53)을 포함하는압축기용 유입구 블리드 히터.
- 제 7 항에 있어서,상기 매니폴드(34)는 연장되고, 상기 새들(53)은 열적으로 순응성이어서 상기 매니폴드가 상기 연장된 매니폴드에 평행한 방향과 그를 횡단하는 방향중 적어도 하나의 방향으로 상기 새들(53)에 대해 전개될 수 있는압축기용 유입구 블리드 히터.
- 제 8 항에 있어서,상기 새들은 상기 양 방향으로 상기 매니폴드의 변위(displacement)를 가능하게 하는압축기용 유입구 블리드 히터.
- 압축기까지 주위 유입 공기를 가열하는 유입구 블리드 히터를 발전 장소에 제공하는 방법으로서, 상기 히터는 공기 유입 덕트(10)를 규정하는 하우징과, 상기 덕트내로 연장하는 다수의 튜브(20)와, 가열된 공기 공급원으로부터 가열된 공기를수용하는 매니폴드를 포함하는, 상기 유입구 블리드 히터 제공 방법에 있어서,제조 장소에서 상기 덕트, 튜브 및 매니폴드를 제조하는 단계와,상기 튜브에 대하여 상기 매니폴드의 열 유도된 운동을 조절하는 장치를 갖는 상기 제조 장소에서 상기 튜브 및 매니폴드를 서로 상호연결하는 단계와,상기 제조된 유입구 히터를 상기 발전 장소로 운송하는 단계를 포함하는유입구 블리드 히터를 발전 장소에 제공하는 방법.
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