KR910005067B1 - 노심통 플러그 - Google Patents

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KR910005067B1
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더블류. 톨리노 랠프
제이. 홉킨스 로날드
엘. 콩그레톤 레이
에이치. 포파리스 크레이그
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웨스팅하우스 일렉트릭 코오포레이숀
죠오지 메크린
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Abstract

내용 없음.

Description

노심통 플러그
제1도는 하방흐름 배열을 도시하는 가압수형 원자로의 입면도.
제2도는 상방흐름 배열을 도시하는 가압수형 원자로의 입면도.
제3도는 플러그의 측면도.
제4도는 제3도의 IV-IV선을 절취한 도면.
제5도는 제3도의 V-V선을 절취한 도면.
제6도는 플러그의 등각투영도.
제7도는 플러그 및 설치공구의 입면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 원자로용기 22 : 유입구
24 : 노심지지판 26 : 하부노심판
28 : 노심통 30 : 강수관
32 : 상부노심판 34 : 원자로심
36 : 열차폐 38 : 금속배플판
42 : 주입구 50 : 플러그
52 : 몸체 54 : 맨드렐
58 : 플랜지 66 : 립
69 : 리브 72 : 금속링
80 : 단부플러그 86 : 쇄정장치
90 : 부싱 92 : 접촉부재
104 : 설치공구 106 : 유체도관
본 발명은 플러그장치 특히 원자로에서 냉각수의 흐름을 변경하기 위한 플러그에 관한 것이다.
관례적인 가압수형 원자로는 본 기술에서 잘 이해되는 방법으로 열을 생산하는 내부에 배치된 반응로심과 함께 원자로용기로 이루어져있다. 냉각수는 원자로용기를 통해 순환되며 열이 노심으로부터 냉각수로 전달되도록 노심과 열전달관계에 있다. 반응로는 일반적으로 핵연료로 이루어진 다수의 연료집합체로 구성된다. 연료집합체는 노심의 외부경계를 한정짓는 다수의 수직 금속 배플판에 의하여 둘러싸인다. 비록 배플판이 노심에 대한 외주(外周)를 형성하기 위하여 함께 결합된다할지라도 개개의 배플판이 함께 용접되지는 않는다. 배플판이 함께 용접되지 않기 때문에 두 개의 인접 배플판 사이에 작은틈이 존재할 수 있다. 배플판이 원자로 냉각수의 흐름을 원자로심을 향하여 흐르게하는 것을 돕기 때문에, 배플판사이의 작은틈은 이와 같은 기능을 저하시키지는 않는다. 그러나, 상당한 압력차가 배플판을 가로질러 존재할 수 있기 때문에, 고속원자로 냉각수의 작은 유동이 이와같은 배플판 사이의 틈을 통해 설정될 수 있다. 원자로 냉각수의 이와 같은 작은 유동은 연료집합체에 진동을 야기시키거나 연료집합체에 손상을 입힐 수 있다.
냉각수의 이와같은 배플분사에 대한 하나의 해결책은 배플판사이 틈의 크기를 감소시켜서 그로인해 그곳을 통하는 냉각수의 분사를 감소시키는 것이다. 그러나 배플판을 가로질러서 커다란 압력이 잔존하기 때문에 근본적인 문제를 제거하지는 못한다. 그러므로 많은 원자로에서 발생하는 ＂분사＂문제를 완전히 제거하기 위한 수단을 마련하는 것이 본 발명의 주요목적이다.
고려중인 이러한 목적에 대하여, 본 발명은 가압수형 원자로의 노심통내의 포오트를 통과하는 흐름을 방해하기 위한 플러그에 관계하며, 특히 실린더형 부분 및 플랜지로 이루어져 있으며 상기 플랜지에 접속된 단부플러그에 의하여 폐쇄된 다른 한 단부와 함께 경사진 인입개방 단부를 한정짓는 몸체로 구성되어 있으며, 상기 몸체가 상기 단부 플러그보다 상기 개방단부에 가까운 작은 직경을 갖는 구멍으로 상기 개방단부로부터 상기 단부플러그까지 뚫어져 있는 상기 구멍을 한정지으며, 상기 실린더형 부분이 상기 개방단부로부터 상기 플랜지를 향하여 확장하는 다수의 축방향홈으로 이루어져 있으며, 상기 플랜지 및 상기 단부플러그가 상기 몸체내로 유체를 유입시키기 위하여 그 내부에 한정된 통로를 가지며, 맨드렐(mandrel)이 상기 몸체내에 활주가능하게 배치되어 상기 유체가 상기 통로를 통해 유입될 때 상기 몸체의 상기 개방단부를 향하여 이동될 수 있도록 놓여져서, 그로인해 상기 실린더형 부분으로 하여금 상기 포오트내면과의 접촉부로 확장되도록 하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 첨부한 도면에서 예시에 의하여 도시된 양호한 실시예의 다음 기술로부터 보다 쉽게 명백해 질 것이다.
원자로심내의 베플판을 가로질러서 상당한 압력차가 존재하여 배플판 사이의 틈을 통해, 고속 원자로 냉각수의 작은 흐름을 야기시켜서 그로인해 노심내의 핵연료에 손상을 끼칠 수 있다. 여기에 기술된 본 발명은 배플판을 가로지르는 압력차를 감소시키기 위한 방법으로 원자로 냉각수흐름의 방향을 변경시켜서 그로인해, 배플판 사이의 틈을 통해 고속원자로 냉각수의 흐름을 제거 또는 최소화 시키기 위한 장치를 마련한다.
제1도를 참조하면, 약 160kg/㎠로 가압된 물일 수도 있는 원자로 냉각수가 원자로용기(20)로 유입하는데 통과하도록 유입구(22)를 갖는 원자로용기(20)로 이루어진다. 원자로용기(20)는 내부에 배치된 노심지지판(24)과 함께 그 상부에 배치된 하부 노심판(26)을 갖는다. 실제적으로 실린더형 노심통(28)이 보통 강수관(30)으로 언급되는 원자로용기(20)와 노심통(28)사이의 환형부를 한정지으면서, 원자로용기(20)내에 배치되어 노심지지판(24) 및 하부노심판(26)에 접속된다. 상부노심판(32)이 원자로심(34)을 한정짓는 하부노심판(26) 및 상부노심판(32) 사이의 영역과 함께 하부노심판(26) 상부의 노심통(28)에 접속된다. 원자로심(34)은 본 기술에 잘 알려진 것으로부터 선택된 핵연료집합체(도시되지 않음)로 이루어진다.
노심(34)에 의하여 생산된 열로부터 원자로용기(20)를 열적으로 차폐하기 위하여 열차폐(36)가 원자로용기(20)와 노심통(28)사이 즉, 강수관(30)내에 배치된다.
다시 제1도를 언급하면, 일련의 본질적으로 수직배열된 금속배플판(38)이 노심(34)의 외부경계를 한정짓기 위하여 노심(34)과 노심통(28)과의 사이에 배치된다. 일련의 성형부(40)가 배플판(38)을 지지하기 위하여 배플판(38) 및 노심통에 접속된다. 배플판(38)은 보통 수직모서리를 따라서 함께 볼트결합되지만, 일반적으로 용접이나 그밖의 봉인은 되지 않는다. 노심통(28)은 대략 16개의 숫자를 가지며 노심통(28) 원주 주위에 대략 등거리로 간격을 이루고 있는 몇몇의 수평 주입구(42)를 갖는다. 주입구(42)는 노심통(28)을 통해 확장하며 냉각수를 강수관(30)으로부터 주입구(42)를 통해 노심통(28) 및 배플판(38)을 냉각시키기 위하여 노심통(28) 및 배플판(38)사이로 흐르게 하기 위하여 상부노심판(32) 하부에 배치된다.
전형적인 가압수형 원자로에서, 원자로 냉각수는 유입구(22)를 통해 원자로용기(20)로 들어가서 강수관(30)을 통해 하방으로 흘러 노심지지판(24) 및 하부노심판(26)내의 구멍(도시되지 않음)을 통해 상방으로 흐른다. 원자로 냉각수는 노심(34)을 통해 상방으로 진행하여 열이 노심(34)으로부터 원자로 냉각수로 전달된다. 다음에 원자로 냉각수는 원자로 용기(20)로부터 증기공급 시스템의 나머지 부분으로 유도된다.
제1도에서 볼수 있는 바와같이, 강수관(30)내에서 원자로 냉각수의 작은 양이 주입구(42)를 통해, 노심통(28) 및 배플판(38) 사이의 공간으로 흘러들어간다. 다음에 이와 같은 바이패스 흐름은 성형부(40)내의 구멍을 통해 하방으로 흐르며, 하부노심판(26) 근처의 배플판(38) 바닥 주위에서 바이패스 흐름은 일차 냉각수 흐름경로로 귀환하는 바이패스 흐름이다. 바이패스 흐름의 목적은 노심통(28) 및 배플판(38)을 냉각시키는 것이다. 그러나, 바이패스 흐름의 압력이 노심에서의 냉각수 압력보다 실제적으로 높고 배플판(38)이 그들사이에 작은 구멍을 갖기 때문에, 소량의 고속냉각수 분사가 배플판(38)사이와 노심(34)방향으로 설정될 수 있다. 이와같은 고속냉각수 분사는 냉각수의 이와 같은 분사가 제거되는 것을 요구하는 배플판(38)근처에 배치된 핵연료 집합체에 손상을 끼칠 수 있다.
제2도를 참조하면, 이와같은 고속냉각수 분사를 제거하기 위한 한 방법은 플러그로 주입구(42)를 막고 최상부 성형부(40)내의 구멍을 기계가공하는 것이다. 플러그로 막아진 주입구(42)에서는 모든 유입 냉각수로 하여금 강수관을 통해 하방으로 흐르게하고 노심지지판(24) 및 하부노심판(26)을 통해 상방으로 흐르게 하는 주입구(42)를 통한 냉각수의 흐름을 허용하지 않는다. 그러나, 주입구(42)가 막히기 때문에 소량의 바이패스 흐름이 제2도에 도시한 바와같이 노심통(28) 및 배플판(38)을 냉각시키기 위하여 노심통(28) 및 배플판(38) 사이를 상방으로 흐를 것이다. 이와같은 흐름배열에서, 상방 바이패스 흐름의 압력은 실제적으로 노심(34)내의 냉각수 압력과 같아서 고속분사가 설정되지 않는다. 이리하여 주입구(42)를 플러그로 막고 상부 성형부(40)내의 구멍을 기계가공함으로써 바이패스 흐름이 하방흐름에서 상방흐름으로 역류될 수 있으며 그리하여 노심통(28)과 배플판(38)사이에 대한 요구된 냉각을 수행하면서 분사문제를 제거한다.
이와같은 바이패스 역류를 성취하기 위하여, 플러그는 원자로 내부에 적합하도록 또한 약 5kg/㎠의 정상상태 압력차와 약 65kg/㎠의 과도상태 압력차에 견딜 수 있도록 제조되어야 한다. 덧붙여서, 플러그(50)는 간격이 5cm이하인 열차폐(36)와 노심통(28)사이에 원격으로 장착될 수 있어야 하며 높은 방사능 환경에서 대략 6m의 수심에서 장착될 수 있어야 한다.
이제 제3도 내지 제6도를 참조하면, 플러그(50)는 몸체(52)의 구멍(56)내에 활강가능하게 배치된 맨드렐(54)과 함께 몸체(52)로 이루어져 있다. 몸체(52)는 직경 약 4인치 길이 약 3.75cm인 304형 스테인레스스티일로 제조된다. 몸체(52)는 플랜지(58)와 실린더형 부분(60)으로 이루어진다. 플랜지(58)는 주입구(42) 직경보다 큰 외경을 가져서 플랜지(58)가 제4도에 도시한 바와같이 주입구(42) 외부에 설치된다. 또한 플랜지(58)는 구멍(56)을 한정하는 내부직경을 갖는다. 실리더형 부분(60)은 주입구(42)내로의 실린더형 부분 삽입을 돕기위하여 진입 경사모서리(62)를 갖도록 형성된다. 실린더형 부분(60)의 내경에 의하여 한정된 구멍(56) 부분은 실린더형 부분(60)의 진입모서리보다 다소 작은 내경을 갖도록 경사가 이루어진다. 실린더형 부분(60)은 그 내부에 실린더형 부분(60)의 진입모서리로부터 확장하고 외부직경으로부터 그의 내부직경으로 확장하는 다수의 슬롯(64)을 갖는다. 슬롯(64)은 맨드렐(54)의 작동하에서 실린더형 부분(60)을 확장시킬 수 있도록 충분한 유연성 및 탄력성을 갖는 실린더형 부분(60)을 마련한다.
또한 실린더형 부분(60)은 몸체(52)내에 맨드렐(54)을 유지하고 실린더형 부분(60)의 과잉확장을 방지하기 위하여 진입모서리 근처에 립(lip:66)이 형성되어 있다. 덧붙여서, 실린더형 부분(60)은 전체둘레에 걸쳐서 형성되어 있으며 실린더형부분(60)의 최선단부 근처에 위치하지만 슬롯(64)이 있는 부분에서는 존재하지 않는 제1홈(68)을 갖는다. 제1홈(68)은 실린더형 부분(60)에 대하여 보다 나은 유연성을 제공하며 실린더형 부분(60)이 확장될 때 주입구(42)의 내면 및 실린더형 부분(60)사이의 봉인을 향상시킨다. 제1홈(68)의 한쪽에 돌출한 리브(rib:69)가 그들 사이의 봉인을 향상시키기 위하여 주입구(42)의 내면을 압착하는데 이용된다. 실린더형 부분(60)은 또 슬롯부분에 형성되어 있으며 전체둘레에 걸쳐 파여진 제2홈(70)의 집합을 갖는다. 각 제2홈(70)은 시효경화된 스테인레스 스티일로 제조되며 실린더형 부분(60)이 확장될 때 주입구(42)내면과 접촉하기 위하여 배열된 금속링(72)을 가져서 그로인해 플러그(50)를 적소에 지지시키기 위하여 주입구(42)의 내면으로 만입된다.
다시 제3도 내지 제6도를 언급하면, 맨드렐(54)은 스테인레스 스티일로 제조되어 있으며 몸체(52)의 실린더형 부분(60)내에 활강가능하게 배치된 실린더형 부재이다. 맨드렐(54)은 맨드렐(54)이 실린더형 부분(60)의 진입모서리를 향하여 이동될 때 주입구(42) 내면과의 접촉부로 실린더형 부분을 확장시키는데 사용된다. 맨드렐(54)은 대략 중심부에 배치되어 있으며 배면으로부터 삽입하는 제1핀(74)을 갖는다. 제1핀(74)은 경사면(76) 및 노치(78) 또는 그에 대신하는 대안부를 가질 수 있으며 면(76)은 평면일 수도 있다.
플러그(50)는 또한 플랜지(58)의 내경에 의하여 한정된 구멍(56)부분에 배치된 단부플러그(80)로 이루어진다. 단부플러그(80)는 플랜지(58)에 용접되어 우선 맨드렐(54)이 몸체(52)내로 삽입된 후 단부 플러그(80) 및 플랜지(58)사이에 누설방지 봉인이 형성된다. 단부플러그(80)는 맨드렐(54)의 제1핀(74)이 활강가능하게 배치된 L자형의 채널(82)을 갖는다. 제2핀(84)은 단부플러그(80)내에 중심을 약간 벗어나서 배치되며 채널(82)부분을 통해 제1핀(74)의 노치(78)내로 삽입되며 제1핀(74) 및 맨드렐(54)이 몸체(52)내에서 회전하는 것을 방지한다.
또한 플러그(50)는 채널(82)내에 배치되며 플랜지(58)의 외부면으로 확장하는 쇄정장치(86)로 이루어진다. 쇄정장치(86)는 플랜지(58)내에 삽입된 부싱(90)과 함께 나사부싱(90)내에 봉인 및 활강 가능하게 삽입된 봉(88)으로 이루어진다. 접촉부재(92)는 상대면(76)에 평탄 또는 경사진 선단모서리(94)를 갖는다. 코일스프링일 수도 있는 바이어스 장치(96)가 봉(88)주위에 그리고 봉(88)을 진전시키기 위하여 접촉부재(92)와 부싱(90)사이에 배치되며 제1핀(74)을 향하여 접촉부재(92)에 배치된다. 봉(88)은 부싱(90)과 접촉부재(92)내에 삽입되어 플랜지(58)로부터 확장하는 봉(88) 단부를 회전하여 바이어스장치(96)로 하여금 얼마간 압축되도록 하여서 바이어스장치(96)의 압축을 조절할 수 있도록 되어있다.
맨드렐(54)이 플러그(50)의 진입모서리를 향하여 이동될 때 제1핀(74)이 채널(82)외부로 부분적으로 이동된다. 제1핀(74)이 채널(82)외부로 이동함에 따라서, 바이어스장치(96)는 봉(88) 및 접촉부재(92)로 하여금 제5도에 도시된 바와같은 위치로 이동되도록 한다. 이러한 위치에 있을 때, 접촉부재(92)는 제1핀(74) 및 맨드렐(54)이 제4도의 위치로 되돌아가는 것을 방지한다. 이리하여 쇄정장치(86)는 맨드렐(54)이 플러그(50)의 진입모서리를 향하여 이동된 후에 맨드렐(54)의 부주의에 의한 움직임을 방지하기 위한 장치구실을 한다.
플랜지(58)는 또한 물일 수도 있는 유체를 플러그(50)내로 유입하기 위하여 통로(100)가 한정된 스템(98)을 갖는다. 유체는 단부플러그(80)와 맨드렐(54)사이의 영역을 가압함으로써 플러그(50)를 작동시키는데 사용된다. 유체압력은 맨드렐(54)로 하여금 플러그(50)의 진입모서리를 향햐여 이동되도록 야기시켜서 그로인해 실린더형 부분(60)을 주입구(42) 내면과의 접촉부내로 확장시킨다. 쇄정장치(86)의 움직임을 돕기위하여 채널(82)로부터 맨드렐954)에 접해있는 단부플러그(80)쪽으로 펼쳐져 있는 단부플러그(80)내에 호출(102)이 마련된다. 호출(102)은 접촉부재(92)뒤의 채널(82)로 유체를 유입시켜서 봉(88) 이동에 도움이 되는 접촉부재(92) 양면에 서의 유체압력을 같게하기 위한 구실을 한다.
이제 제7도를 언급하면, 내부에 유체도관(106)을 갖는 설치 공구(104)가 플러그(50)를 주입구(42)내에 장치하는데 사용된다. 설치공구(104)는 초승달 형태를 하며 플러그(50)를 유지할 수 있는 형태를 취한다. 설치공구(104)에 의하여 유지된 플러그(50)와 함께 스템(98)이 유체도관(106)에 연결되어 플러그(50)를 작동시키기 위하여 유체가 원자로용기(20) 외부로부터 플러그(50)로 유입된다.
가압수형 원자로를 제1도에 도시한 바와같은 하방흐름배열에서 제2도에 도시한 바와같은 상방흐름 배열로 전환하고자 할 때 원자로는 운전정지되며 원자로 용기 헤드가 노심통(28)으로의 접근을 위하여 제거된다. 내부에 삽입된 플러그(50)와 함께 설치공구(104)가 노심통(28) 및 열차폐(36)사이에 배치되어 플러그(50)의 실린더형 부분(60)이 주입구(42)내에 삽입되도록 배치된다. 이러한 견지로부터 높은 방사성 환경에서 플러그를 정확히 배치시키기 위하여 설치공구(104)는 수심 20피이트 이하까지 미칠 수 있어야 한다.
플러그(50)가 일단 주입구(42)근처에 배치되면 실린더형 부분(60)을 주입구(42)내에 삽입하기 위하여 설치공구(104)가 사용된다. 주입구(42)에 삽입된 실린더형 부분(60)과 함께 유체가 유체도관(106)을 통해 약211-422kg/㎠의 압력으로 통로(100)을 통과하여 유입된다. 유체는 맨드렐(54)을 플러그(50)의 진입모서리를 향하여 이동시킴으로써 맨드렐이 제4도에 도시된 바와 같은 위치로부터 제5도에 도시된 위치로 이동되도록 한다. 맨드렐(54)이 이동됨으로써 실린더형 부분(60)을 주입구(42)내면과의 접촉부로 확장시킨다. 동시에 링(72) 및 리브(69)가 주입구(42)의 내면에 확고하게 접촉하여 그로인해 주입구(42)를 통한 원자로 냉각수의 흐름을 방지한다. 맨드렐(54)이 전진함에 따라서 확장된 위치내에 맨드렐(54)을 쇄정하는 바이어스장치(96)에 의하여 쇄정장치(86)가 작동된다.

Claims (7)

  1. 가압수형 원자로의 노심통(28)내에서 주입구(42)를 통한 흐름을 방지하기 위한 플러그에 있어서, 몸체(52)가 플랜지(58)와 실린더형 부분(60)으로 형성되어 있으며 상기 플랜지(58)에 접속된 단부 플러그(80)에 의하여 밀폐된 다른 단부와 함께 경사진 진입 개방단부(62)를 한정하며, 상기 몸체(52)가 상기 단부플러그(80)보다 상기 개방 단부에 가까운 작은 직경을 갖는 상기 개방 단부(62)로부터 상기 단부플러그(80)까지 확장하는 구멍(56)을 한정하며, 상기 실린더형 부분(60)이 상기 개방 단부(62)로부터 상기 플랜지(58)를 향하여 확장하는 다수의 축방향 슬롯(64)으로 이루어지며 상기 플랜지(58) 및 상기 단부 플러그(80)가 상기 몸체(52)로 유체를 유입시키기 위하여 한정된 통로(106)를 가지며, 상기 유체가 상기 통로(106)를 통해 유입될 때 맨드렐(54)이 상기 몸체(52) 상기 개방 단부(62)를 향하여 이동될 수 있도록 상기 몸체(52)에 활강 가능하게 배치되어서 상기 실린더형 부분(60)이 상기 주입구(42) 내면과의 접촉부로 확장되도록 하는 것을 특징으로 하는 노심통 플러그.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실린더형 부분(60)이 상기 몸체(52)내에 상기 맨드렐(54)을 보지하기 위하여 상기 개방 단부(62)근처에 립(66)을 갖은 것을 특징으로 하는 노심통 플러그.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실린더형 부분이 확장될 때 상기 주입구 내면과 상기 실린더형 부분 사이에 봉인을 하기 위하여 주위에 다수의 홈(68,70)을 갖는 것을 특징으로 하는 노심통 플러그.
  4. 제3항에 있어서, 제1홈(68)이 내부에 상기 슬롯(64)을 갖는 상기 실린더형 부분(60)에 인접하여 상기 실린더형 부분의 최선 단부 근처에 위치하며 다수의 제2홈(70)이 내부에 상기 슬롯(64)을 갖는 상기 실린더형 부분(60)에 배치되며, 상기 제2홈이 내부에 배치된 금속링(72)을 갖는 것을 특징으로 하는 노심통 플러그.
  5. 제1항에 있어서, 상기 맨드렐(54)이 대략 그 중심에 배치되며, 상기 단부 플러그(80)까지 확장하는 제1핀(74)으로 이루어지며 상기 단부플러그(80)가 상기 맨드렐의 배열을 유지하기 위하여 확장하는 상기 제1핀(74)내에 채널(82)을 가지며 쇄정 장치(86)가 상기 맨드렐(54)의 부주의에 의한 이탈을 방지하기 위하여 상기 단부플러그(80)의 상기 채널(82)에 배치되는 것을 특징으로 하는 노심통 플러그.
  6. 제5항에 있어서, 상기 쇄정장치(86)가 상기 단부플러그(80)내에 배치된 부싱, 상기 부싱(90)에 활강 가능하게 배치된 봉(88), 상기 제1핀(74)을 결합하기 위하여 상기 봉(88)의 일단부에 접속된 접촉부재(92), 상기 제1핀(74)을 향하여 상기 접촉부재(92)를 전진시키기 위한 상기 부싱(90)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노심통 플러그.
  7. 제6항에 있어서, 상기 단부플러그(80)가 상기 맨드렐(54)의 회전을 방지하기 위하여 상기 제1핀(74)내의 노치에 부분적으로 배치된 제2핀(84)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노심통 플러그.
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