TW201943961A - 流體注射式壓縮機設備 - Google Patents

流體注射式壓縮機設備

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Abstract

一種流體注射式壓縮機設備(1)，其設置有：具有壓縮殼體(4)的螺桿式壓縮機(2)，一對壓縮機轉子(6a、6b)安裝在壓縮殼體中；具有馬達殼體(9)的驅動馬達(3)，驅動壓縮機轉子(6a、6b)的馬達軸(11)安裝在馬達殼體中；螺桿式壓縮機(2)上的入口(7)和出口(8)，分別用於供應氣體和排出壓縮氣體；其中，壓縮殼體(4)和馬達殼體(9)彼此直接連接；其特徵在於，壓縮機設備(1)設置有：在壓縮機轉子(6a、6b)之一者的軸(16)與馬達軸(11)之間的齒輪傳動裝置(20)，其係由從動齒輪(18)和驅動齒輪(19)所構成；在馬達軸(11)上與驅動齒輪(19)相鄰的馬達軸承(21)；和動密封件(25)，其在驅動馬達(3)側與馬達軸承(21)相鄰，使得馬達軸承(21)位於驅動齒輪(19)與動密封件(25)之間。

Description

流體注射式壓縮機設備
本發明涉及流體注射式壓縮機設備。更具體地，本發明旨在用於流體注射式壓縮機設備，其設置有用於驅動壓縮機元件的流體冷卻驅動器。流體可以是例如油或水。
從WO 2013/126969和WO 2013/126970已知這種壓縮機設備，其中，驅動器是具有可變轉速的馬達或所謂的「變速驅動器」，並且驅動器和壓縮機元件直接彼此耦接(couple)並以直立配置，驅動器在頂部。
馬達的殼體和壓縮機元件的殼體形成一個整體，並且存在一個一體化的冷卻回路用於冷卻並潤滑驅動器和壓縮機元件，其中，壓力和重力的組合用於將流體從驅動器排出。
以這種方式，可以節省密封件。此外，因為使用了具有可變轉速的馬達，不需要進氣閥；且，因為馬達的殼體和壓縮機元件的殼體一起形成整體，在其中壓力均勻相等，也不需要排氣的止回閥。
對於較大的壓縮機元件和對應的驅動器，即具有較大的功率，已知在這種設備中是有一些問題的。
首先，由於尺寸的原因，這種壓縮機設備的高度太大且不實用。此外，重心非常高，從而必須提供額外的支撐。
其次，由於較大壓縮機元件的操作旋轉速度一般較低，所以在大型壓縮機設備的情況下驅動器與壓縮機元件直接耦接是不利的。直接耦接總是帶來的結果是，具有可變轉速的馬達必須以與壓縮機元件相同的低速運行，這導致高轉矩。這導致需要昂貴且複雜的驅動器，以便能夠產生如此高的轉矩。具有固定轉速的馬達的缺點是，由於直接耦接，壓縮機設備只能以一個轉速運行，因此在該唯一轉速下只有一個工作壓力可以對應於可用的馬達功率。
除了直立配置的壓縮機設備以外，還存在水平配置的壓縮機設備，其中，高度問題不是問題或幾乎不是問題。
在這種已知的水平配置中，大多數情況下在驅動器與壓縮機元件之間存在所謂的彈性耦接件。在較小的配置中，可以構造成沒有彈性耦接件。此外，驅動器不是流體冷卻的，而是空氣冷卻的。
水平配置不能為驅動器殼體和壓縮機設備提供一體化的流體冷卻，因為在這種情況下驅動器殼體和壓縮機設備是兩個分開的部件，兩者之間具有用於耦接件的殼體，耦接件可以是但並非必須是齒輪。用於耦接件的殼體通常也完全沒有流體，並且通過通風口與壓縮機中的環境空氣接觸。這種彈性耦接件通常不適合在含油氣氛中工作。
由於使用彈性耦接件，這種配置相對龐大。
本發明的目的是提供用於解決上述和其他缺點中至少一個的解決方案。
本發明的主題是流體注射式壓縮機設備，其至少設置有：螺桿式壓縮機，其具有由壓縮殼體形成的壓縮室，一對相互配合的螺桿形的壓縮機轉子可旋轉地安裝在壓縮殼體中；驅動馬達，其設置有由馬達殼體形成的馬達室，馬達軸可旋轉地安裝在馬達殼體中，馬達軸驅動兩個螺桿形的壓縮機轉子中的至少一個；在螺桿式壓縮機上的入口和出口，分別用於供應氣體和用於排出壓縮氣體；其中，壓縮殼體和馬達殼體彼此直接連接以形成壓縮機殼體；其特徵在於，壓縮機設備還設置有：在壓縮機轉子之一的軸與馬達軸之間的齒輪傳動裝置，其包括在所述壓縮機轉子之一的軸上的從動齒輪和在馬達軸上的驅動齒輪；在馬達軸上的馬達軸承，其與驅動馬達側的驅動齒輪相鄰；動密封件，其在驅動馬達側與馬達軸承相鄰，使得馬達軸承位於驅動齒輪與動密封件之間。
優點在於，因為馬達殼體和壓縮殼體不是彼此分開的，所以可以實現用於冷卻及/或潤滑的一體化流體回路。
另一個優點是，因為馬達殼體和壓縮殼體直接彼此連接，並且因為不再設置彈性耦接件，並且因為驅動馬達的冷卻是通過一體化的冷卻回路實現的並且從而不再需要在驅動馬達的端部上設置單獨的風扇用於冷卻，因此實現了非常緊湊的配置，從而整個壓縮機也可以構造成更小。
另一優點是，可以省略具有雙軸承的中間軸(在中間軸上一端安裝有驅動齒輪，並且另一端安裝有耦接件的從動件)。通過省略彈性耦接件，在這種情況下，驅動齒輪可以直接安裝在馬達軸上，並且不再需要中間軸。省略這種帶有雙軸承的中間軸還有助於壓縮機的更緊湊配置。
另一個優點是，通過在馬達軸與壓縮機轉子軸之間設置齒輪傳動裝置，可以避免在大型壓縮機設備中直接耦接的上述缺點，並且還可以使用具有固定轉速的驅動器。
由於使用齒輪傳動裝置，與在驅動馬達與螺桿式壓縮機之間直接耦接相比，額外的馬達軸承必須設置在馬達軸上。該馬達軸承通常是但不是必須是柱形軸承。
通過在馬達軸承與馬達之間設置動密封件，可以防止用於潤滑及/或冷卻齒輪傳動裝置和軸承的流體流動到馬達殼體。
這將允許以水平配置來定位上述壓縮機設備，不會有過多流體積聚在馬達殼體中的風險，從而可以限制壓縮機設備的高度。
較佳地，馬達殼體設置有排出通道，用於移除流體。
這將允許移除仍會積聚在馬達殼體中的流體，以避免流體積聚在馬達殼體中。馬達殼體中流體積聚的問題是雙重的。一方面，如果轉子浸在流體中，則流體積聚量將導致轉子的額外湍流損失。另一方面，熱馬達部件將導致積聚的流體更快且因此不期望的額外降解。
在實際的實施例中，動密封件是迷宮式密封件。
通過使用迷宮式密封件而不是帶有一個或多個密封唇的軸密封件(也稱為唇形密封件)，可以避免這種軸密封件由於靜密封唇與旋轉的軸之間接觸和相應摩擦而產生的損失。
畢竟，利用迷宮式密封件，與旋轉的軸不存在接觸，從而不存在摩擦損失。
使用迷宮式密封件還具有免維護的優點；相反，由於發生磨損，必須定期更換帶有一個或多個密封唇的軸密封件，這非常耗時且難以在壓縮機中進行。
較佳地，迷宮式密封件製成為馬達軸中的半圓形凹槽和壓縮機殼體中的凹部，凹部具有在該馬達軸承的方向上朝向馬達軸的傾斜側，其中，凹部與凹槽相對，使得經由馬達軸承到達迷宮式密封件的流體積聚在凹槽中、向上離開馬達軸被推回到壓縮機殼體中的凹部、並通過該凹部在該馬達軸承的方向上送回。
這種迷宮式密封件設計的優點是它一體化在機器的現有部件中，並且不需要額外的部件。換句話說：機器的現有部件執行迷宮式密封件的功能。
此外，由於這種密封件，不會發生損失。
最後，迷宮式密封件損壞或錯誤安裝的風險並不存在，因為它不是由額外的、鬆散的部件構成。因此，不存在喪失功能性的風險。對於具有一個或多個密封唇的傳統軸密封件而言，這種風險始終存在，因此在安裝和更換期間始終需要必要的注意。
1‧‧‧流體注射式壓縮機設備
2‧‧‧螺桿式壓縮機
3‧‧‧驅動馬達
4‧‧‧壓縮殼體
5‧‧‧壓縮室
6a、6b‧‧‧螺桿形壓縮機轉子
7‧‧‧入口
8‧‧‧出口
9‧‧‧馬達殼體
10‧‧‧馬達室
11‧‧‧馬達軸
12‧‧‧馬達轉子
13‧‧‧馬達定子
14‧‧‧壓縮機殼體
15‧‧‧法蘭
16‧‧‧壓縮機轉子6a、6b的軸
17‧‧‧齒輪傳動裝置
18‧‧‧從動齒輪
19‧‧‧驅動齒輪
20‧‧‧齒輪箱
21、22‧‧‧軸承
23‧‧‧馬達軸11另一端
24‧‧‧軸承
25、26‧‧‧密封件
27‧‧‧冷卻回路
28‧‧‧冷卻套
29‧‧‧注射點
30‧‧‧噴嘴
31‧‧‧支路
32、33、34‧‧‧排出通道
35‧‧‧儲存部
36‧‧‧凹槽
37‧‧‧凹部
38‧‧‧傾斜側
為了更確實地說明本發明的特點，下面參考附圖以非限制性示例描述根據本發明的流體注射式壓縮機設備的一些較佳的實施例，其中：圖1示意性地示出根據本發明的流體注射式壓縮機設備；圖2以放大比例示出圖1中標記為F2的部分。
圖1中示意性示出的流體注射式壓縮機設備1主要包括螺桿式壓縮機2和驅動馬達3。
螺桿式壓縮機2設置有壓縮殼體4，壓縮殼體4限定了壓縮室5，兩個相互配合的螺桿形壓縮機轉子6a、6b可旋轉地安裝在壓縮室5中。
螺桿式壓縮機2設置有用於供應氣體(例如空氣)的入口7和用於排出由壓縮機轉子6a、6b壓縮的氣體的出口8。
驅動馬達3設置有馬達殼體9，馬達殼體9限定了馬達室10，馬達軸11可旋轉地安裝在馬達室10中。馬達軸11將驅動壓縮機轉子6a、6b中的至少一個。
在圖1的示例中，驅動馬達3是具有馬達轉子12和馬達定子13的電馬達3，馬達軸11是馬達轉子12的一部分。
較佳地，馬達殼體9和壓縮殼體4兩者都是鑄造部件。不排除兩個殼體由若干單獨部件組成，這些組裝的部件是鑄造、機械加工或擠壓，或藉由任何其他類型生產過程生產的。
壓縮殼體4和馬達殼體9彼此直接連接，並且一起形成壓縮機殼體14，其中，馬達室10和壓縮室5不相對於彼此密封。
這意味著壓縮殼體4中存在的壓力也允許在馬達殼體9中主導。
如圖1中可以看到，馬達殼體9設置有在螺桿式壓縮機2側的法蘭15，馬達殼體9通過法蘭15安裝到螺桿式壓縮機2的壓縮殼體4。
在這種情況下，壓縮機轉子6a、6b的軸16和馬達軸11在水平的軸方向X-X'上延伸。
對於本發明，不排除這些軸6a、6b、11實質地水平延伸，換句話說，以與水平方向成小於45°的角度延伸。
根據本發明，馬達軸11不直接耦接到被驅動的壓縮機轉子6a的軸16，而是在壓縮機轉子6a的軸16與馬達軸11之間設置有齒輪傳動裝置17。
該齒輪傳動裝置17包括位於壓縮機轉子6a的軸16上的從動齒輪18和位於馬達軸11上的驅動齒輪19。
上述馬達殼體9的法蘭15係製造成可以作為用於從動齒輪18和驅動齒輪19的殼體。
換句話說：法蘭15是齒輪箱20的一部分或形成齒輪箱20。
由於馬達軸11不直接耦接到壓縮機轉子6a的軸16，所以在馬達軸11上還具有馬達軸承21，其與驅動馬達3側的驅動齒輪19相鄰。
除了馬達軸承21以外，在馬達軸11的另一端23上還設置有軸承22。此外，兩個壓縮機轉子6a、6b的軸16的兩端部處設置有一個或多個軸承24。
此外，動密封件25也設置在馬達軸11上與位於驅動馬達3側的馬達軸承21相鄰，使得馬達軸承21位於驅動齒輪19與密封件25之間。
密封件25可以是具有一個或多個密封唇的軸密封件(也稱為唇形密封件)，但是在本例中較佳為迷宮式密封件。
上述馬達軸承21和密封件25都位於由馬達殼體9的法蘭15形成的齒輪箱20中。
密封件26也設置成與設置在馬達軸11另一端23上的軸承22相鄰。
密封件25、26都將確保用於潤滑軸承21、22的流體不能或幾乎不能進入驅動馬達3的馬達殼體9中。
壓縮機設備1還設置有可以用來冷卻及/或潤滑驅動馬達3和壓縮機轉子6a、6b的流體。該流體可以是水、合成或非合成油或任何其他類型的流體。
為此，壓縮機設備1設置有冷卻回路27，冷卻回路27首先將流體送到驅動馬達3，隨後將其注入螺桿式壓縮機2中。
冷卻回路27，尤其包括冷卻通道，冷卻通道一體化在壓縮機殼體14中或不是一體化在壓縮機殼體14中，並且流體通過冷卻通道在壓縮機設備1中循環。
驅動馬達3設置有冷卻套28，流體可以在冷卻套28中流動。螺桿式壓縮機2設置有多個注射點29，以允許流體注入壓縮殼體4中。
冷卻回路27將首先將流體送到冷卻套28，隨後送到注射點29。然而，冷卻回路27也可以設置成使得僅一部分流體首先送到冷卻套28並隨後送到注射點29，並且其餘的流體直接送到注射點29，以便以這種方式在冷卻罩28中實現較少的流體流。
此外，螺桿式壓縮機2設置有噴嘴30，以將一部分流體引導到上述齒輪18、19。這意味著噴嘴30將流體注入齒輪 箱20中。通過齒輪箱20中的儲存部35，經由噴嘴30注入且由齒輪18、19向上拋起的一部分油也可以被帶到軸承21。
冷卻回路27還包括支路31，支路31將流體引導到壓縮機設備1的軸承21、22、24。在這種情況下，支路31包括通到馬達軸承21和在馬達軸11端部23處軸承22的兩個排出通道32以及通到壓縮機轉子6a、6b的軸承24的排出通道33。然而，在這些噴嘴30也將流體引導到軸承24的情況下，排出通道33也可以完全或部分地由噴嘴30替代。
換句話說，送到壓縮機設備1的軸承21、22、24的油不會經由冷卻套28和注射點29以及壓縮殼體4流過冷卻回路27，而是將直接引導到軸承21、22、23。
通過在支路31中設置額外的過濾器，可以更多和更好地過濾這部分流體，這對於軸承21、22和24的使用壽命是有利的但不是必需的。
除此以外，在支路31中還可以設置額外的冷卻器，其降低送到軸承21、22和24的這部分流體的溫度，從而提供了改進的流體潤滑性能。因為以這種方式不需要將全部流體流冷卻到該較低溫度，所以壓縮機設備1的總冷卻能力得以限制。並且可以防止在螺桿式壓縮機2的出口8處壓縮氣體和流體的混合物中形成冷凝物。
此外，馬達殼體9設置有排出通道34，用於排出積聚在驅動馬達3中的流體，例如由於用於潤滑並冷卻馬達軸承21和馬達軸11另一端23的軸承22的流體經由迷宮式密封件25和26的小洩漏所導致的積聚。
這些排出通道34可以是或可以不是上述冷卻回路27的一部分。
排出通道34使得流體能夠排出到齒輪傳動裝置17。
因此，可以在排出通道34中設置用於將流體排出或推動到齒輪傳動裝置17的手段。如果排出通道34處於比齒輪傳動裝置17更低的位置從而需要向上推動流體，則這是必要的。
壓縮機設備1的工作方式非常簡單，如下所述。
在壓縮機設備1的操作期間，驅動馬達3將驅動壓縮機轉子6a的軸16，其中，馬達軸11的旋轉經由齒輪18、19傳遞到壓縮機轉子6a的軸16。
這樣，兩個壓縮機轉子6a、6b將圍繞它們各自的軸16旋轉，並壓縮經由入口7吸入的空氣。壓縮空氣將經由出口8離開壓縮機設備1，並且例如饋送到消費者網路。
在壓縮機設備1的操作期間，將通過流體進行潤滑並冷卻。
為此，流體將在冷卻回路27中循環。
首先，流體送到驅動馬達3，在驅動馬達3處流體將流動通過冷卻套28並冷卻驅動馬達3。
隨後，流體將經由冷卻通道引導到螺桿式壓縮機2，並經由注射點29注入壓縮殼體4中，以確保壓縮機轉子6a、6b的密封、冷卻和潤滑。
此外，流體將經由噴嘴30從螺桿式壓縮機2注入齒輪箱20中，也就是說，注入到齒輪18、19以進行潤滑。
不言而喻，壓縮機設備1的軸承21、22、24也必須有所需的潤滑和冷卻。
為此，上述支路31與排出通道32、33一起使用，排出通道32、33將流體從冷卻回路27轉移以將其送到軸承21、22、24。
這意味著，用於軸承的流體不會流經驅動馬達3。在流動通過軸承21、22、24之後，流體將重新進入螺桿式壓縮機2的冷卻回路。
排出通道32、33將流體引導到馬達軸承21、馬達軸11另一端23的軸承22、和螺桿式壓縮機2的軸承24。
通過提供單獨的支路31，通過在支路31中設置過濾器仍然可以額外地過濾由支路31分離出的用於軸承21、22、24的流體。
除了使用支路31和排出通道32來向馬達軸承21供應流體以外，還可以用來自儲存部35的流體潤滑馬達軸承21。
在壓縮機設備1的操作期間，齒輪18、19將旋轉，並且經由噴嘴30積聚在齒輪箱20中的流體將向上拋起以積聚在儲存部35中。
利用收集在儲存部35中的流體，可以額外地潤滑馬達軸承21。
儘管馬達軸11上的馬達軸承21和另一軸承22設置有密封件25、26以防止注入到軸承21、22的流體積聚在馬達殼體9中，但流體仍有可能洩漏到馬達殼體9中。
該流體將能夠經由為此提供的排出通道34流走。排出通道34將流體引導到齒輪箱20，然後從齒輪箱20收納到冷卻回路27中。
由於壓縮機設備1的水平配置，不能利用重力通過流體在重力影響下流走來防止馬達殼體9完全充滿流體，因此需要這些排出通道34。
以這種方式，可以僅用一個一體化的冷卻回路27來冷卻並潤滑壓縮機設備1，這樣同時確保了馬達殼體9不會充滿流體。
在圖2中，更詳細地示出圖1的齒輪傳動裝置20，其中，清楚可見迷宮式密封件25不是製成為安裝在馬達軸11上的單獨部件，而是作為一體化部件，這是通過使馬達軸11和馬達殼體9在馬達軸承21附近具有特殊形狀來實現的。
半圓形凹槽36設置在馬達軸11中。在壓縮機殼體14中，更具體地在馬達殼體9中，凹部37設置有在該馬達軸承21的方向上朝向馬達軸11的傾斜側38。
凹槽36與凹部37相對，使得經由馬達軸承21到達密封件25的流體積聚在凹槽36中且向上離開馬達軸11被推回。
以這種方式，流體被送到凹部37，在凹部37處經由傾斜側38朝馬達軸承21的方向上送回。
以這種方式，可以避免流體在迷宮式密封件25旁邊經過，即積聚在驅動馬達3中。
本發明不限於作為示例描述並在圖中示出的實施例；在不脫離本發明範圍的情況下，根據本發明的流體注射式壓縮機設備可以以所有形狀和尺寸來實現。

Claims (15)

  1. 一種流體注射式壓縮機設備(1)，其至少設置有：螺桿式壓縮機(2)，其具有由壓縮殼體(4)形成的壓縮室(5)，一對相互配合的螺桿形的壓縮機轉子(6a、6b)可旋轉地安裝在該壓縮殼體(4)中；驅動馬達(3)，其設置有由馬達殼體(9)形成的馬達室(10)，馬達軸(11)可旋轉地安裝在該馬達殼體(9)中，該馬達軸(11)驅動該兩個螺桿形的壓縮機轉子(6a、6b)中的至少一者；及在該螺桿式壓縮機(2)上的入口(7)和出口(8)，分別用於供應氣體和用於排出壓縮氣體；其中，該壓縮殼體(4)和該馬達殼體(9)彼此直接連接以形成該壓縮機殼體(14)；其特徵在於，該壓縮機設備(1)還設置有：在該等壓縮機轉子(6a、6b)之一者的軸(16)與該馬達軸(11)之間的齒輪傳動裝置(20)，其係由在該等壓縮機轉子(6a、6b)之一的該軸(16)上的從動齒輪(18)和在該馬達軸(11)上的驅動齒輪(19)所構成；在該馬達軸(11)上的馬達軸承(21)，其與該驅動馬達(3)側的驅動齒輪(19)相鄰；及動密封件(25)，其在該驅動馬達(3)側與該馬達軸承(21)相鄰，使得該馬達軸承(21)位於該驅動齒輪(19)與該動密封件(25)之間。
  2. 如請求項1之流體注射式壓縮機設備，其中該動密封件(25)是迷宮式密封件或具有一個或多個密封唇的軸密封件。
  3. 如請求項2之流體注射式壓縮機設備，其中該迷宮式密封件製成為該馬達軸(11)中的半圓形凹槽(36)和該壓縮機殼體(14)中的凹部(37)，該凹部(37)具有在該馬達軸承(21)的方向上朝向該馬達軸(11)的傾斜側(38)，其中，該凹部(37)與該凹槽(36)相對，使得經由該馬達軸承(21)到達該迷宮式密封件(25)的流體積聚在該凹槽(36)中、向上離開該馬達軸(11)被推回到該壓縮機殼體(14)中的該凹部(37)、並通過該凹部(37)在該馬達軸承(21)的方向上送回。
  4. 如請求項1至3中任一項之流體注射式壓縮機設備，其中該流體注射式壓縮機設備設置有用來冷卻及/或潤滑該驅動馬達(3)和該等壓縮機轉子(6a、6b)的流體。
  5. 如請求項4之流體注射式壓縮機設備，其中該流體注射式壓縮機設備設置有冷卻回路(27)，該冷卻回路(27)首先將該流體送到該驅動馬達(3)，隨後將該流體注入該螺桿式壓縮機(2)中。
  6. 如請求項5之流體注射式壓縮機設備，其中該螺桿式壓縮機(2)設置有噴嘴(30)，以將該流體的一部分引導到該等齒輪(18、19)。
  7. 如請求項5或6之流體注射式壓縮機設備，其中該冷卻回路(27)設置有支路(31)，該支路(31)將流體引導到該壓縮機設備(1)的馬達軸承(21、22、24)。
  8. 如請求項7之流體注射式壓縮機設備，其中該冷卻回路(27)係在該支路(31)中設置有過濾器。
  9. 如請求項7或8之流體注射式壓縮機設備，其中該冷卻回路(27)係在該支路(31)中設置有冷卻器。
  10. 如請求項1至9中任一項之流體注射式壓縮機設備，其中該馬達殼體(9)設置有用於排出流體的排出通道(34)。
  11. 如請求項10之流體注射式壓縮機設備，其中該排出通道(34)將該流體排出到該齒輪傳動裝置(17)。
  12. 如請求項10或11之流體注射式壓縮機設備，其中在該等排出通道(34)中設置有用於將該流體排到或推到該齒輪傳動裝置(17)的手段。
  13. 如請求項1至12中任一項之流體注射式壓縮機設備，其中該等壓縮機轉子(6a、6b)的軸(16)和該馬達軸(11)在水平或幾乎大致水平的軸方向(X-X')上延伸。
  14. 如請求項1至13中任一項之流體注射式壓縮機設備，其中於該馬達軸承(21)設置儲存部(35)以便收集流體。
  15. 如請求項1至14中任一項之流體注射式壓縮機設備，其中該馬達殼體(9)設置有在該螺桿式壓縮機(2)側的法蘭(15)，該法蘭(15)製造成能夠充當用於該從動齒輪(18)和該驅動齒輪(19)的殼體。
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