PT2345902E - Veículo de inspeção para inspecionar entreferro entre o rotor e o estator de um gerador - Google Patents
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Description
1
DESCRIÇÃO "VEÍCULO DE INSPEÇÃO PARA INSPECIONAR ENTREFERRO ENTRE O ROTOR E O ESTATOR DE UM GERADOR"
Descrição
CAMPO TÉCNICO A presente invenção diz respeito ao campo de tecnologia de geradores de trabalho pesado elétricos. Diz respeito a um veiculo de inspeção para inspecionar um entreferro entre o rotor e o estator de um tal gerador, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A inspeção de entreferros em grandes geradores no estado montado tem a vantagem de que o rotor não tem de ser retirado do gerador, apenas tendo de ser realizadas operações minimas para abrir a caixa. Isto conduz a grandes poupanças de tempo e reduz consideravelmente os tempos de inatividade do gerador.
Para a inspeção, é introduzido um dispositivo de inspeção no entreferro, ou seja, no espaço entre o rotor e o estator, com o que a superfície exterior do rotor pode ser inspecionada visual e eletromagneticamente, bem como a superfície interior do estator. Para além disso, a integridade mecânica dos enrolamentos e dos calços de enrolamento pode ser verificada. 0 entreferro normalmente tem uma largura entre 10 e 30 mm, mas com o rotor instalado, a largura do acesso entre o anel final do gerador e o estator até pode ser de apenas 9 mm. 2
No passado, foi já proposto um grande número de dispositivos de inspeção in situ de entreferros de geradores. Todos os dispositivos e métodos conhecidos têm algumas desvantagens. Muitas vezes, não são suficientemente universais para ser facilmente adaptados às diferentes geometrias de geradores, e os dispositivos são frequentemente demasiado grandes para serem introduzidos através de uma abertura de inspeção normal no gerador. 0 seu tamanho leva a uma abertura parcial da caixa, o que custa tempo valioso e conduz a uma indisponibilidade da máquina.
No estado anterior da técnica podem ser distinguidas três familias principais de dispositivos de inspeção in situ de entreferros de geradores: a primeira pode ser referida como um dispositivo "fracionado por cabo". Tal dispositivo é esquematicamente mostrado na Figura 1. Uma portadora de sensor 15 é introduzida no entreferro 14 do gerador 10 entre um rotor central 11 e um estator 12 que concentricamente encerra o rotor 11, e é apertada num fio 18 que é conduzido na direção axial através do entreferro 14 e, por meio de cilindros 16 e 17 que se encontram dispostos nas extremidades, pode ser movido para trás e para a frente na direção axial (ver a dupla seta). Um dispositivo comparável é revelado na publicação impressa EP 1 233 278 A2. No caso deste dispositivo, é desvantajoso que com a retirada simultânea de grandes partes da caixa o dispositivo tenha de ser fixado inconvenientemente ao gerador.
Uma segunda família, cuja construção é esquematicamente reproduzida na Figura 2, em vez do fio contínuo usa uma banda fina inerentemente rígida 19, em cuja extremidade livre é fixada a portadora de sensor 15. A banda 19 pode 3 ser deslocada na direção axial por meio de um mecanismo de enrolamento 20. Como no caso da solução da Figura 1, neste caso o mecanismo de enrolamento pode ser deslocado em volta do rotor 11, na direção circunferencial, de forma a atingir todas as regiões da superficie superior do rotor ou da superfície interior do estator com a portadora de sensor 15. Também neste caso, a principal desvantagem é a da fixação do gerador e o custo de desmontagem a isto associado. A terceira família de dispositivos de inspeção, esquematicamente apresentada na Figura 3, inclui um robot 21 como componente central, que pode ser movido de forma autónoma no entreferro 14 ao fazer com que role e consequentemente seja movido ao longo das superfícies do rotor 11 e do estator 12 através de transmissões com rasto 22, 23 que se encontram dispostas no lado superior e no lado inferior. As transmissões com rasto 22, 23 são pressionadas no processo na respetiva superfície através de um mecanismo de espalhar de forma a alcançar suficiente fricção para a transmissão e posicionamento preciso. Uma tal solução é conhecida por exemplo a partir da publicação impressa US 2008/0087112 AI. Um tal robot é por um lado muito dispendioso a nível da sua construção e operação, e, por outro lado, não é suficientemente compacto para ser introduzido desde o exterior no entreferro de diferentes geradores e para ser movido em todas as zonas aí.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO É assim objetivo da invenção criar um veículo de inspeção que evite as desvantagens das soluções conhecidas e que é especialmente caracterizado pela simplicidade de construção, robustez, grande manobrabilidade e elevada flexibilidade na sua utilização. 4 0 objetivo é atingido através da totalidade das caracteristicas da reivindicação 1. 0 veiculo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por os elementos de transmissão serem formados como cilindros magnéticos alongados, flexivelmente elásticos e torsionalmente rígidos. Com estes cilindros, o veículo é mantido em simultâneo no rotor ou estator magnetizável e é movimentado progressivamente por rotação dos cilindros. A flexibilidade dos cilindros assegura que os cilindros possam ser adaptados à superfície curva no entreferro e assim possa otimizar não apenas a adesão magnética, mas também a fricção entre o cilindro e a superfície requerida para a transmissão. A forma alongada dos elementos assegura que é coberta uma área magnetizável suficientemente grande do rotor ou estator.
Um aperfeiçoamento do veículo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por os elementos de transmissão terem a forma de uma secção de tubo flexível em cada caso.
Outro aperfeiçoamento do veículo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por serem dispostos vários imanes permanentes dentro dos elementos de transmissão, uns atrás dos outros, na direção longitudinal.
Outro aperfeiçoamento do veículo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por os elementos de transmissão compreenderem veios flexivelmente elásticos e torsionalmente rígidos, nos quais estão dispostos vários imanes permanentes em cada caso um atrás do outro na direção longitudinal de forma a resistirem à rotação.
Outro aperfeiçoamento do veículo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por os imanes permanentes serem 5 cilíndricos ou em forma de cilindro oco, em que o eixo do cilindro é orientado em cada caso paralelamente ao eixo longitudinal dos elementos de transmissão.
Outro aperfeiçoamento do veículo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por os imanes permanentes serem magnetizados em cada caso paralelamente ao eixo do cilindro.
Um outro aperfeiçoamento do veículo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por os imanes permanentes de um elemento de transmissão serem dispostos no interior de um tubo flexível.
Outro aperfeiçoamento do veículo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por o tubo flexível ser um tubo de borracha.
Outro aperfeiçoamento do veículo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por o tubo flexível ter um diâmetro exterior constante ao longo do eixo longitudinal.
Outro aperfeiçoamento do veículo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por os imanes permanentes de um veio serem cobertos com um revestimento protetor.
Outro aperfeiçoamento do veículo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por o veículo de inspeção ter uma estrutura de acondicionamento ou uma estrutura portadora com sensores que são necessários à inspeção, e por pelo menos um elemento de transmissão ser disposto em cada caso de lados opostos da estrutura de acondicionamento ou da estrutura portadora. 6
Outro aperfeiçoamento do veículo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por os elementos de transmissão com os seus eixos longitudinais serem dispostos paralelamente uns aos outros, e por os elementos de transmissão serem ligados à estrutura de acondicionamento ou à estrutura portadora de forma a rodarem em volta dos seus eixos longitudinais.
Outro aperfeiçoamento do veículo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por os elementos de transmissão serem acionados individualmente, e por para cada elemento de transmissão ser feita provisão na estrutura de acondicionamento ou na estrutura portadora para um motor que põe o elemento de transmissão associado em rotação à volta do seu eixo longitudinal.
Outro aperfeiçoamento do veículo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por ser acomodada na estrutura de acondicionamento ou na estrutura portadora uma unidade de controlo para controlar os motores.
Outro aperfeiçoamento do veículo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por a direção rotacional dos elementos de transmissão ser variável em cada caso.
Outro aperfeiçoamento do veículo de inspeção de acordo com a invenção é caracterizado por os cilindros magnéticos flexivelmente elásticos e torsionalmente rígidos dos elementos de transmissão serem montados em estruturas correspondentemente flexivelmente elásticas que evitam a distorção dos cilindros em volta do eixo que é perpendicular à superfície de enrolamento dos cilindros. 7
BREVE EXPLICAÇÃO DAS FIGURAS A invenção será de seguida explicada em maior detalhe com base em formas de realização exemplares em conjunto com o desenho. No desenho A Figura 1 mostra, numa vista muito simplificada, um método para inspecionar o entreferro de um gerador de acordo com o estado da técnica anterior; A Figura 2 mostra, numa vista muito simplificada, outro método para inspecionar o entreferro de um gerador de acordo com o estado da técnica anterior; A Figura 3 mostra, numa vista muito simplificada, um veiculo para inspecionar o entreferro de um gerador de acordo com o estado da técnica anterior; A Figura 4 mostra, visto na direção axial, a utilização de um veiculo de inspeção de acordo com uma forma de realização exemplar da invenção; A Figura 5 mostra um veiculo de inspeção do tipo mostrado na Figura 4, em vista em planta de cima; A Figura 6 mostra o mesmo veículo de inspeção numa vista lateral; A Figura 7 mostra a construção interior exemplar de um elemento de transmissão do veículo de inspeção da Figura 5; A Figura 8 mostra numa vista que é comparável à Figura 5, um veículo de inspeção de acordo com outra forma de realização exemplar da invenção com uma estrutura portadora aberta para transmissão, unidade de controlo e sensores, e 8 também vários elementos de transmissão paralelos de cada lado; A Figura 9 mostra, numa vista comparável à da Figura 7, outro elemento de transmissão no qual são dispostos imanes permanentes em forma de cilindro oco ou tipo anel de forma a resistirem à rotação num veio flexivel e torsionalmente rigido; A Figura 10 mostra um elemento de transmissão correspondendo à Figura 9 no qual os imanes permanentes são protegidos através de um revestimento protetor fino que é estendido sobre eles; A Figura 11 mostra em vista em planta de cima (Figura 11a) e numa vista lateral (Figura 11b), um elemento de transmissão que é baseado na Figura 9, no qual os veios com os imanes permanentes são montados numa estrutura flexivel e simultaneamente estabilizadora; A Figura 12 mostra numa vista em planta de cima um elemento de transmissão comparável à Figura 11, no qual estão montados vários veios paralelos numa estrutura flexivel e simultaneamente estabilizadora; e A Figura 13 mostra numa vista em perspetiva a utilização de um veiculo de inspeção de acordo com a Figura 5 no entreferro.
FORMAS DE IMPLEMENTAR A INVENÇÃO
Como mostrado na Figura 13, um gerador 10 tem um rotor 11, que do ponto de vista técnico é o núcleo ferromagnético de um eletroiman que gira à volta de um eixo da máquina (13 na Figura 4) por forma a converter energia mecânica em energia 9 elétrica. Para formar o íman, são instalados no rotor 11 enrolamentos 36 (normalmente consistindo em cobre) de boa condutividade elétrica. Estes enrolamentos 36 são fixos em ranhuras por meio das denominadas "cunhas". As cunhas são produzidas a partir de material não-ferromagnético como o alumínio ou o aço inoxidável, de forma a que a superfície do rotor na zona das cunhas não seja adequada à atração magnética. 0 rotor 11 gira no estator 12. 0 espaço que fica livre entre o rotor 11 e o estator 12, ou seja, o entreferro 14, tem uma largura à volta dos 20-30mm.
De acordo com a invenção, um veículo de inspeção 24, equipado com vários instrumentos e sensores (por exemplo câmaras, transdutores de medição de valores, eletrónica de controlo, eletrónica de comunicação; ver Figura 5), é agora introduzido no entreferro 14. Os instrumentos e sensores (37 na Figura 5) ou a unidade de controlo e eletrónica associadas são acomodadas numa estrutura de acondicionamento 25 (ou numa estrutura portadora 38 de acordo com a Figura 8) . 0 veículo de inspeção 24 pode ser autonomamente movido progressivamente no entreferro 14 por meio de dois ou mais elementos de transmissão 26, 27 construídos como cilindros magnéticos flexíveis.
Uma realização possível de elementos de transmissão 26, 27 é reproduzida na Figura 7 e Figura 13. Neste exemplo, um tubo flexível 31, especialmente sob a forma de um tubo de borracha, é cheio com um grande número de imanes permanentes cilíndricos individuais 32, 33 que são magnetizados paralelamente ao eixo longitudinal do tubo 31 e por exemplo podem ser dispostos no tubo alternando com a direção de magnetização (consultar a Figura 7) , mas não tem necessariamente de ser assim. 0 comprimento da secção de tubo é selecionada de forma a que a secção de tubo se prolongue ao longo de vários enrolamentos e, como tal, 10 cubra em qualquer caso uma zona magnetizável da superfície. Contudo, são também concebíveis outras soluções para o tubo flexível (ver Figura 9 e Figura 10) . Também é concebível interligar os imanes permanentes eles próprios de forma flexível mas resistente à rotação por forma a funcionarem como cilindros magnéticos flexíveis. Também é concebível produzir os elementos de transmissão 26, 27 a partir de um material sólido magnético flexível, por exemplo a partir de um elastómero ou semelhante, que é cheio com partículas magnéticas.
Os elementos de transmissão tipo tubo 26, 27 da solução apresentada estão equipados numa extremidade em cada caso com um elemento de conexão 34 que através de um eixo de transmissão 35 se encontra ligado ao motor 29 ou 30, que é acomodado na estrutura de acondicionamento 25 (Figuras 5 e 6). O veículo de inspeção 24 pode ser controlado através de diferentes velocidades e direções de rotação dos elementos de transmissão 26, 27. Isto ocorre por exemplo através de uma unidade de controlo 28 que controla os motores 29 e 30.
Como se pode ver na Figura 13 e Figura 4, os elementos de transmissão magnéticos flexíveis 26 e 27 adaptam-se à superfície exterior curva do rotor 11 (ou à superfície interior curva do estator 12) por forma a manter o veículo de inspeção firmemente na superfície e ao mesmo tempo criar fricção suficiente para o movimento de transmissão. A estrutura de acondicionamento 25 do veículo de inspeção 24, se as suas dimensões forem pequenas em comparação com a circunferência, pode ser plana. Também é concebível, contudo, adaptar a estrutura de acondicionamento 25 à curvatura do rotor 11 e do estator 12, como mostrado na Figura 4. Também é possível a própria estrutura de acondicionamento 25 apresentar um design flexível de forma a poder ser adaptada à curvatura. 11
Para aumentar a aderência às superfícies que deverão ser inspecionadas e ao mesmo tempo providenciar a fricção necessária ao movimento progressivo, pode ser vantajoso utilizar um veículo de inspeção 24' de acordo com a Figura 8, no qual vários elementos de transmissão paralelos 26a-c ou 27a-c são dispostos de cada lado. A rotação síncrona dos elementos de transmissão de cada lado pode ser alcançada quer por meio de engrenagens interiores quer por meio do correspondente controlo de motores de transmissão individuais. Igualmente, pode ser vantajoso usar uma estrutura portadora aberta 38 para a fixação da transmissão, unidade de controlo e sensores em vez da estrutura de acondicionamento acima descrita, porque uma tal estrutura portadora 38 pode ser simplesmente construída de forma elástica flexível, por exemplo usando faixas metálicas finas.
Para além disso, em vez de tubos de borracha que podem ser cheios com imanes permanentes, é concebível providenciar veios flexivelmente elásticos e torsionalmente rígidos 40 para os elementos de transmissão de acordo com a Figura 9 ou Figura 10, nos quais são dispostos na direção longitudinal, uns atrás dos outros, imanes permanentes em forma de cilindro oco 41, de forma a serem resistentes à rotação. A forma de realização dos elementos de transmissão 39 de acordo com a Figura 9, na qual os imanes permanentes 41 têm contacto direto com a superfície a ser inspecionada, é caracterizada por forças de retenção especialmente elevadas, mas é limitada no que toca à fricção e é exposta a contaminantes durante o funcionamento. Por forma a alcançar uma melhoria neste caso, com os elementos de transmissão 42 de acordo com a Figura 10, a disposição do veio 40 e imanes permanentes 41 pode ser coberta com um fino revestimento de proteção 43 que enfraquece comparativamente pouco as forças de retenção, mas oferece 12 proteção à disposição contra a contaminação e, com uma seleção adequada de material, melhora significativamente a fricção.
As formas de realização dos elementos de transmissão 26, 39 e 42 das Figuras 7, 9 e 10 são basicamente igualmente flexíveis em todas as direções que são perpendiculares ao eixo de rotação. Por outro lado, é desejada essencialmente uma flexibilidade de dobragem que é perpendicular à superfície a ser inspecionada. Por forma a alcançar uma tal flexibilidade direcionada com os elementos de transmissão, pode ser usada uma construção de acordo com a Figura 11 ou Figura 12. Num caso, um veio 40 equipado com imanes permanentes em forma de cilindro oco 41 (Figura 11) é montado numa estrutura 45 que, como o veio 40, é igualmente flexível na direção a que é perpendicular à superfície a ser inspecionada, mas evita que seja realizada uma dobragem em volta de um eixo que é perpendicular à superfície a ser inspecionada. A combinação consistindo do veio 40 e estrutura 45 resulta assim num elemento de transmissão 44 com propriedades semelhantes a uma esteira plana de borracha.
De acordo com a Figura 12, desta forma podem assim ser também dispostos horizontalmente paralelos numa estrutura comum 47 vários veios 40, com correspondentes imanes permanentes 41, para assim formarem um correspondente elemento de transmissão 45. Para além disso, pode ser vantajoso associar ou ligar diretamente os elementos de transmissão 44 ou 46 com as suas estruturas 45 ou 47 a uma estrutura portadora 38 de acordo com a Figura 8. 13 LISTA DE DESIGNAÇÕES 10 Gerador 11 Rotor 12 Estator 13 Eixo da máquina 14 Entreferro 15 Portadora de sensor 16, 17 Cilindro 18 Fio 19 Banda 20 Mecanismo de enrolamento 21 Robot 22, 23 Transmissões com rasto 24 Veiculo de inspeção 25 Estrutura de acondicionamento 26, 27 Elemento de transmissão 2 6a-c Elemento de transmissão 27a-c Elemento de transmissão 28 Unidade de controlo 29, 30 Motor 31 Tubo flexivel (por exemplo, um tubo de borracha) 32, 33 íman permanente (cilíndrico) 34 Elemento de conexão 35 Eixo de transmissão 36 Enrolamento 37 Sensor 38 Estrutura portadora 39, 42 Elemento de transmissão 40 Veio (flexivel) 41 íman permanente (em forma de cilindro oco) 43 Revestimento protetor 44, 46 Elemento de transmissão 45, 47 Estrutura Lisboa,
Claims (6)
1 REIVINDICAÇÕES 1. Um veículo de inspeção (24, 24') para inspecionar um entreferro (14) entre o rotor (11) e o estator (12) de um gerador (10), veículo de inspeção (24, 24') que tem elementos de transmissão (26, 27; 26a-c, 27a-c; 39, 42, 44, 46) para o movimento progressivo independente no entreferro (14), caracterizado por os elementos de transmissão (26, 27; 26a-c, 27a-c; 39, 42, 44, 46) compreenderem cilindros magnéticos alongados, flexivelmente elásticos e torsionalmente rígidos. 2. 0 veículo de inspeção como reivindicado na reivindicação 1, caracterizado por os elementos de transmissão (26, 27; 26a-c, 27a-c) terem a forma de uma secção de tubo flexível em cada caso. 3. 0 veículo de inspeção como reivindicado na reivindicação 1 ou 2, caracterizado por serem dispostos vários imanes permanentes (32, 33) no interior dos elementos de transmissão (26, 27; 26a-c, 27a-c) uns atrás dos outros na direção longitudinal.
4. O veículo de inspeção como reivindicado na reivindicação 1, caracterizado por os elementos de transmissão (39, 42, 44, 46) compreenderem veios flexivelmente elásticos e torsionalmente rígidos (40) nos quais vários imanes permanentes (41) são dispostos em cada caso atrás uns dos outros na direção longitudinal de forma resistente à rotação.
5. O veículo de inspeção como reivindicado na reivindicação 3 ou 4, caracterizado por os imanes 2 permanentes (32, 33; 41) terem uma forma de cilindro oco em que o eixo do cilindro se encontra orientado em cada caso paralelamente ao eixo longitudinal dos elementos de transmissão (26, 27; 26a-c, 27a-c; 39, 42, 44, 46). 6. 0 veículo de inspeção como reivindicado na reivindicação 5, caracterizado por os imanes permanentes (32, 33; 41) serem magnetizados paralelamente ao eixo de cilindro em cada caso. 7. 0 veículo de inspeção como reivindicado na reivindicação 2 ou 3, caracterizado por os imanes permanentes (32, 33) de um elemento de transmissão (26, 27) serem dispostos no interior de um tubo flexível (31) . 8. 0 veículo de inspeção como reivindicado na reivindicação 7, caracterizado por o tubo flexível (31) ser um tubo de borracha. 9. 0 veículo de inspeção como reivindicado na reivindicação 7 ou 8, caracterizado por o tubo flexível (31) ter um diâmetro exterior constante ao longo do eixo longitudinal.
10. O veículo de inspeção como reivindicado na reivindicação 4, caracterizado por os imanes permanentes (41) de um veio (40) serem cobertos por um revestimento protetor (43). 11. 0 veículo de inspeção como reivindicado numa das reivindicações 1 a 10, caracterizado por o veículo de inspeção (24, 24') ter uma estrutura de 3 acondicionamento (25) ou estrutura portadora (38) com sensores (37) que são necessários para a inspeção, e por pelo menos um elemento de transmissão (2 6, 27; 26a-c, 27a-c; 39, 42, 44, 46) ser disposto em cada caso em lados opostos da estrutura de acondicionamento (25) ou da estrutura portadora (38). 12. 0 veiculo de inspeção como reivindicado na reivindicação 11, caracterizado por vários elementos de transmissão (26, 27; 26a-c, 27a-c) serem dispostos em cada caso de um lado da estrutura de acondicionamento (25) ou da estrutura portadora (38). 13. 0 veiculo de inspeção como reivindicado na reivindicação 11 ou 12, caracterizado por os elementos de transmissão (26, 27; 26a-c, 27a-c) com os seus eixos longitudinais serem dispostos paralelamente uns aos outros e por os elementos de transmissão (2 6, 27; 26a-c, 27a-c) se encontrarem ligados à estrutura de acondicionamento (25) ou à estrutura portadora (38) de forma a poderem ser rotativos sobre os seus eixos longitudinais. 14. 0 veiculo de inspeção como reivindicado na reivindicação 11, caracterizado por os elementos de transmissão (26, 27; 26a-c, 27a-c; 39, 42, 44, 46) serem acionados individualmente e por para cada um dos elementos de transmissão (26, 27; 26a-c, 27a-c; 39, 42, 44, 46) ser feita provisão na estrutura de acondicionamento (25) ou na estrutura portadora (38) para um motor (29, 30) que põe o elemento de transmissão associado (26, 27; 26a-c, 27a-c; 39, 42, 44, 46) em rotação sobre o seu eixo longitudinal. 4 15. 0 veículo de inspeção como reivindicado na reivindicação 14, caracterizado por a unidade de controlo (28) para controlar os motores (29, 30) ser acomodada na estrutura de acondicionamento (25) ou na estrutura portadora (38).
16. O veículo de inspeção como reivindicado na reivindicação 14 ou 15, caracterizado por a direção de rotação dos elementos de transmissão (26, 27; 26a-c, 27a-c; 39, 42, 44, 46) ser variável em cada caso.
17. O veículo de inspeção como reivindicado na reivindicação 1, caracterizado por os cilindros magnéticos flexivelmente elásticos e torsionalmente rígidos dos elementos de transmissão (44, 46) serem montados em estruturas flexivelmente elásticas (45, 47) que evitam a distorção dos cilindros em volta de um eixo que é perpendicular à superfície de rolamento dos cilindros. Lisboa, 27 de Março de 2013
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