TWI510714B - 水噴射式螺旋流體機械 - Google Patents

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Description

水噴射式螺旋流體機械
本發明是關於一種噴水式螺桿流體機械。
在利用收納在轉子室內的陰陽嚙合的螺桿轉子對對象氣體進行壓縮的螺桿壓縮機、及在轉子室內令對象氣體膨脹而令陰陽嚙合的螺桿轉子旋轉的螺桿膨脹器(膨脹機)等的螺桿流體機械中，為了將物件氣體封閉在系統內或者防止外部氣體等混入物件氣體，在轉子軸的螺桿轉子與軸承之間設置軸密封構造。
如日本特許第4559343號所記載，在以往的螺桿壓縮機中，作為吸入側的軸密封裝置而使用唇形密封件，作為排出側的軸密封裝置使用機械式密封。
唇形密封件是低價且節省空間的軸密封裝置，但是一般而言能夠密封的最大壓力為0.3kgf/cm2 左右。因此，唇形密封件在高壓側有可能軸密封不充分或耐久性顯著降低，所以其只能夠在低壓側的軸密封時使用。另一方面，機械式密封能夠實現高壓的軸密封，但是存在非常貴且用於設置的空間大的問題。
在該專利公報所公開的螺桿壓縮機中，除了將唇形密封件用作吸入側的軸的軸密封，也用作排出側的軸的軸密封。在該螺桿壓縮機中，為了不對用於排出側的軸的軸密封的唇形密封件施加過度的壓力，在螺桿轉子與唇形密封 件之間設置迷宮式密封件，進而，設置令迷宮式密封件與唇形密封件之間的空間與吸入流路、或者轉子室的吸入側附近的中間壓力部連通的連通路。
此外，在螺桿流體機械中，例如日本特開2000-45948號所記載，有向轉子室內噴水而進行潤滑以及冷卻的噴水式機械。在作為噴水式螺桿流體機械的軸密封裝置使用唇形密封件時，要求唇形密封件具有密封水的功能。但是，與油不同，水的潤滑性低，所以如果利用唇形密封件對水進行密封則唇形密封件的磨損變大。因而，在噴水式螺桿流體機械中，存在唇形密封件的壽命短、需要頻繁地進行維護的問題。
因此，在螺桿流體機械中，特別是在該噴水式螺桿流體機械中，需要設置能夠令唇形密封件的壽命長期化的軸密封裝置，並且需要在該軸密封裝置發生任何的異常時或者預見到將發生任何的異常時將該情況可靠地通知流體機械的操作者，令該操作者進行噴水式螺桿流體機械的適當的維護。
本發明是鑒於上述問題點而提出的，目的在於提供一種水潤滑式螺桿流體機械，其軸密封裝置的壽命長且能夠對該軸密封裝置進行檢測或者預測並將其可靠地通知操作者。
為了解決上述課題，本發明的噴水式螺桿流體機械包 括：形成轉子室的殼體；收納於上述轉子室內的陰陽嚙合的螺桿轉子，上述螺桿轉子對對象氣體進行壓縮或者將對象氣體的膨脹力轉換為旋轉力；水供給機構，向上述轉子室內噴射水而用於進行上述螺桿轉子的潤滑；第一非接觸密封件、第二非接觸密封件及唇形密封件，在上述轉子室與上述螺桿轉子的轉子軸的軸承之間從上述轉子室側順次地設置；以及加壓連通路，對形成在上述第一非接觸密封件與上述第二非接觸密封件之間的加壓空間導入高壓的上述物件氣體。
根據該構成，經由高壓連通路導入加壓後的物件氣體，從而令加壓空間升壓。由此，將加壓空間的壓力維持為高壓，所以從轉子室漏出到流出空間的水不會流入到加壓空間。因此，能夠抑制從轉子室漏出到加壓空間的水到達唇形密封件，所以唇形密封件不會破損，能夠防止水進入到唇形密封件而導致的軸承用潤滑油的漏出。
上述構成的螺桿流體機械也可以還具有：檢測上述加壓空間或者上述加壓連通路的壓力的加壓壓力檢測器、以及在上述加壓壓力檢測器的檢測值脫離了預先設定的加壓壓力範圍時發出警報的警報裝置。
根據該構成，在軸密封裝置發生任何的異常時，加壓空間的壓力發生變化的可能性高，在由加壓壓力檢測器檢測加壓空間的壓力且發生異常的壓力上升及壓力下降時，警報裝置發出警報而通知噴水式螺桿流體機械的操作者，所以能夠促使噴水式螺桿流體機械的操作者進行適當的維 護。
此外，在上述構成的螺桿流體機械中，也可以上述螺桿流體機械是對上述物件氣體進行壓縮的螺桿壓縮機，具有從排出的上述物件氣體將水分離的水回收器，經由減壓機構將在上述水回收器中分離了水的上述對象氣體供給到上述加壓連通路。
根據該構成，能夠將從噴水式螺桿壓縮機排出的物件氣體的一部分用作導入加壓空間的物件氣體，無需為了向加壓連通路供給物件氣體而準備附屬設備，通過檢測與減壓機構的設定值相比加壓壓力檢測器的檢測值超過限度地上升或者下降的情況，能夠檢測軸密封裝置的異常。
此外，在上述構成的螺桿流體機械中，也可以上述軸承為高壓側的軸承，進而還具有低壓連通路，上述低壓連通路令形成在上述第一非接觸密封件的上述轉子室側的流出空間與上述轉子室內的低壓空間或者與上述轉子室連通的上述物件氣體的低壓流路連通。
根據該構成，通過經由低壓連通路與低於排出壓的轉子室或者吸入流路連接，從而將流出空間減壓，並且通過經由高壓連通路導入加壓了的對象氣體而令加壓空間升壓。從而，加壓空間的壓力高於流出空間，所以從轉子室漏出到流出空間的水不會流入到加壓空間，通過低壓連通路回流到轉子室。因而，即便是高壓側的軸承、唇形密封件，也能夠發揮充分地防止唇形密封件的破損、防止水進入唇形密封件導致的軸承用潤滑油的漏出的效果。
進而，上述構成的螺桿流體機械也可以還具有：檢測上述加壓空間或者上述加壓連通路的壓力的加壓壓力檢測器；檢測上述流出空間、上述低壓連通路或者上述低壓空間或者上述低壓流路的壓力的低壓壓力檢測器；以及在上述加壓壓力檢測器的檢測值與上述低壓壓力檢測器的檢測值的差壓脫離了預先設定的差壓範圍時發出警報的警報裝置。
根據該構成，能夠適宜地檢測到第一非接觸密封件發生了異常的情況，所以能夠進一步降低漏出的水到達唇形密封件的危險性。
此外，在上述構成的螺桿流體機械中，也可以還具有開放連通路，該開放連通路令形成在上述第二非接觸密封件與上述唇形密封件之間的開放空間與上述殼體的外部連通而向大氣開放。
根據該構成，即便水進入到了開放空間，由於將水從開放連通路放出到大氣中，所以能夠令對唇形密封件18產生的損傷保持在最低限度。
由此，參照附圖對本發明的實施形態進行說明。圖1簡化地表示本發明的噴水式螺桿流體機械的第一實施形態的噴水式螺桿壓縮機1。螺桿壓縮機1利用收納在形成於殼體2內的轉子室3的陰陽嚙合的一對螺桿轉子4對對象氣體(例如空氣)進行壓縮並排出，為了對轉子室3內進 行冷卻、密封以及潤滑而向轉子室3內導入水。
殼體2中設置有用於向轉子室3供給要壓縮的對象氣體的吸入流路(低壓流路)5、與轉子室3連通而用於將在轉子室3內被螺桿轉子4被壓縮了的對象氣體排出的排出流路6、用於設置在吸入側以及排出側分別對螺桿轉子4的轉子軸7進行支承以及軸密封的構造的軸承軸密封空間8、9。
轉子軸7被滾子軸承10和兩個滾珠軸承11支承為能夠旋轉，上述滾子軸承10設置在吸入側的軸承軸密封空間8內，上述兩個滾珠軸承11設置在排出側的軸承軸密封空間9內，轉子軸7貫通吸入側的軸承軸密封空間8而延伸，並與未圖示的馬達連接。
在滾子軸承10的上述馬達側，設置用於防止異物(滾子軸承10的潤滑油等)進入馬達側的唇形密封件12，在滾子軸承10的螺桿轉子4側，設置進行密封使得滾子軸承10的潤滑油不會流出到轉子室3側的唇形密封件13、和進行密封使得物件氣體及潤滑流體不會從吸入流路進入滾子軸承10側的唇形密封件14。
在殼體2上，形成有形成轉子室3的排出側(高壓側)的端面的分隔壁部15，利用分隔壁部15劃分轉子室3和排出側的軸承軸密封空間9。在排出側的軸承軸密封空間9的分隔壁部15與滾珠軸承11之間，按照從轉子室3側開始的順序設置第一非接觸密封件16、第二非接觸密封件17、以及唇形密封件18。
第一非接觸密封件16以及第二非接觸密封件17是公知的迷宮式密封件，與轉子軸7之間形成0.02mm左右的小間隙，從而令要通過該間隙的流體產生很大的壓力損失，從而抑制流體的通過。唇形密封件18配設為能夠防止滾珠軸承11的潤滑油向轉子室3側漏出的朝向。
第一非接觸密封件16、第二非接觸密封件17以及唇形密封件18分別分割軸承軸密封空間9，從而在分隔壁部15與第一非接觸密封件16之間形成流出空間19，在第一非接觸密封件16與第二非接觸密封件17之間形成加壓空間20，在第二非接觸密封件17與唇形密封件18之間形成開放空間21。
在殼體2上，設置低壓連通路23，其令流出空間19與轉子室3的從吸入流路5隔離的壓縮途中的空間即低壓空間22連通；加壓連通路24，用於對加壓空間20導入高壓的對象氣體；開放連通路25、26，令開放空間21向殼體2的外部連通而向大氣開放。
進而，噴水式螺桿壓縮機1具有從排出流路6所排出的物件氣體分離水的水回收器27，在水回收器27中具有將分離回收的水向吸入流路5再供給的水供給配管28、將在水回收器27中分離了水的物件氣體的一部分經由過濾器29以及減壓閥(減壓機構)30導入加壓連通路24的加壓配管31。
減壓閥30設定為將物件氣體減壓到比低壓空間22稍高程度的壓力(設定壓力)。例如，如果低壓空間22的 壓力為0.03MPa左右，則加壓空間20中的壓力調整為比其高0.1MPa左右的壓力(0.13MPa)左右。另外，也可以在從減壓閥30到加壓空間20的加壓配管31中設置別的減壓機構作為減壓閥30，例如節流孔等。
進而，噴水式螺桿壓縮機1具有檢測加壓配管31的壓力、即加壓連通路24進而加壓空間20的壓力P1 的加壓壓力檢測器32。加壓壓力檢測器32的檢測值輸入到警報裝置33。警報裝置33具有：控制裝置34，向其輸入加壓壓力檢測器32的檢測值，判定該檢測值是否位於預先設定的加壓壓力範圍中；以及顯示器35以及揚聲器36，在由控制裝置34判定加壓壓力檢測器32的檢測值沒有位於加壓壓力範圍中時，能夠根據來自該控制裝置34的信號發出警報輸出。
在該噴水式螺桿壓縮機1中，流出空間19與轉子室3內的低壓空間22連通，並向加壓空間20導入比低壓空間22高壓的物件氣體，所以流出空間19的壓力變得比加壓空間20的壓力低。因此，在第一非接觸密封件16與轉子軸7的間隙中，產生從加壓空間20向流出空間19的物件氣體的稍微的流動，防止從轉子室3向流出空間19與對象氣體一起流出的水進入到加壓空間20。由此，能夠防止水到達唇形密封件18而令唇形密封件18破損，能夠防止滾珠軸承11的潤滑油的漏出。
此外，對象氣體從加壓空間20經由第二非接觸密封件17和轉子軸7之間的間隙向開放空間21一點點地流出 。流入開放空間21的對象氣體借助開放連通路25、26而被放出到大氣中，所以能夠將開放空間21的壓力維持為大氣壓。由此，即便萬一例如噴水式螺桿壓縮機1停止時水進入開放空間21，由於將該水從開放連通路25、26放出到大氣中，所以能夠將對唇形密封件18產生的損壞降到最低限度。
此外，在噴水式螺桿壓縮機1中，警報裝置33(控制裝置34)預先將比由減壓閥30設定的加壓空間20的設定壓力稍高的壓力設定為上限壓力，將比該設定壓力稍低的壓力設定為下限壓力，從而限定上限壓力與下限壓力之間的正常壓力的加壓壓力範圍。優選基於減壓閥30的設定壓力與上限壓力及下限壓力的差借助試驗等確認由於第一非接觸密封件16及第二非接觸密封件17的破損而產生的壓力變動而設定為適當的值。
另外，有時加壓壓力檢測器32的檢測壓力P1 由於減壓閥30的異常而脫離加壓壓力範圍。即，噴水式螺桿壓縮機1不僅檢測第一非接觸密封件16以及第二非接觸密封件17的異常，還檢測減壓閥30的異常並發出警報。
接著，在圖2中表示本發明的第二實施形態的噴水式螺桿壓縮機1a。另外，在以下的實施形態中，對於與之前說明了的實施形態相同的構成要件標注相同的符號，省略重複說明。
本實施形態的噴水式螺桿壓縮機1a具有檢測低壓連通路23的壓力P2 的低壓壓力檢測器37。因此，在殼體2 上，設置有與低壓連通路23連通並向能夠安裝低壓壓力檢測器37的外表面延伸的導壓路38。低壓壓力檢測器37所檢測出的低壓連通路23的壓力P2 被輸入到警報裝置33的控制裝置34。控制裝置34計算加壓壓力檢測器32的檢測壓力P1 與低壓壓力檢測器37的檢測壓力P2 的差壓△P，在該差壓△P從預先設定的差壓範圍脫離時，也令顯示器35以及揚聲器36發出警報。
在控制裝置33中設定的差壓範圍優選根據試驗等預先確認第一非接觸密封件16發生任何的異常而從該第一非接觸密封件16現實地發生漏水時的壓力範圍而決定。根據該構成，能夠可靠地檢測到第一非接觸密封件16發生了異常的情況，所以能夠進一步降低漏出的水到達唇形密封件的危險性。
在噴水式螺桿壓縮機1a中，也可以構成為在警報裝置33中分別階段地設定上述的“加壓壓力範圍”及“差壓範圍”，根據加壓壓力檢測器32的檢測壓力P1 及差壓△P所屬的“加壓壓力範圍”及“差壓範圍”的階段而向顯示器34及揚聲器35發出既定的警告。這樣一來，能夠可靠地檢測到預計減壓閥30中將要發生的異常(被預見到的異常)等，能夠事先防止異常的發生。
接著，圖3表示本發明的第三實施形態的噴水式螺桿壓縮機1b。本實施形態的噴水式螺桿壓縮機1b中，與排出側(高壓側)相同，在轉子室3與吸入側(低壓側)的轉子軸7的唇形密封件13之間，從轉子室3側順次地配 設第一非接觸密封件39以及第二非接觸密封件40。第一非接觸密封件39以及第二非接觸密封件40都是與高壓側的第一非接觸密封件16以及第二非接觸密封件17同樣構成的迷宮式密封件。
由此，在低壓側的軸承軸密封空間8中，在第一非接觸密封件39與第二非接觸密封件40之間形成加壓空間41，在第二非接觸密封件40與唇形密封件13之間形成開放空間42。在殼體2上，形成對加壓空間41導入高壓的物件氣體用的加壓連通路43、和令開放空間42與殼體2的外部連通而向大氣開放的開放連通路44。向加壓連通路43連接從減壓閥20的下游側的加壓配管31分支的加壓配管45而供給物件氣體。
另外，在加壓連通路24的近前的加壓配管31中夾設節流孔46，在加壓連通路43的近前的加壓配管45中夾設節流孔47。向排出側的加壓空間20導入經由節流孔46被稍微減壓了的但依然為高壓的對象氣體。此外，對吸入側的加壓空間41也導入經由節流孔47而被稍微減壓了的但仍為高壓的對象氣體。
而且，在噴水式螺桿壓縮機1b中，檢測加壓配管31的壓力P1 的加壓壓力檢測器32在比減壓閥20靠下游，並且設置於比與加壓配管45的分支點靠上游的加壓配管31中。該噴水式螺桿壓縮機1b也具有警報裝置33，該警報裝置33具有向其輸入加壓壓力檢測器39的檢測值並判定該檢測值是否位於預先設定的加壓壓力範圍中的控制裝 置34。
在本實施形態中，對於吸入側的軸承軸密封空間8也形成導入物件氣體而維持高壓的加壓空間41，所以即便在噴水式螺桿壓縮機1b吸入的物件氣體的壓力、即吸入流路5的壓力高於大氣壓時，物件氣體也不會進入加壓空間41。由此，不會出現水伴隨著物件氣體進入並到達唇形密封件13從而令唇形密封件13破損、令軸承用潤滑油漏出等的情況。
此外，即便萬一水漏出到加壓空間41進而漏出到開放空間42，漏出的水從開放空間42經由開放連通路44排出到外部，所以不會增大有關唇形密封件13的密封空間的壓力，能夠抑制漏出的水到達唇形密封件13。因此，不會令唇形密封件13破損，能夠防止水進入到唇形密封件13所導致的軸承用潤滑油的漏出。
此外，在噴水式螺桿壓縮機1b中，警報裝置33(控制裝置34)預先將比由減壓閥30設定的設定壓力稍高的壓力設定為上限壓力，將比該設定壓力稍低的壓力設定為下限壓力，從而確定上限壓力與下限壓力之間的正常的壓力的加壓壓力範圍。基於減壓閥30的設定壓力與上限壓力及下限壓力的差優選借助試驗等確認由於第一非接觸密封件16及第二非接觸密封件17的破損而產生的壓力變動及由於第一非接觸密封件39及第二非接觸密封件40的破損而產生的壓力變動而設定為適當的值。
本發明不限定於上述的實施形態。例如，加壓壓力檢 測器32、39以及低壓壓力檢測器37只要能夠實質地檢測加壓空間20及加壓空間41、流出空間19的壓力或者其壓力的變動即可。具體而言，加壓壓力檢測器32、39可以配設為直接檢測加壓空間20及加壓空間41的壓力，也可以配設為檢測加壓連通路24及加壓連通路42的壓力。另外，也可以為了直接且獨立地檢測加壓空間20與加壓空間41的壓力、檢測其變動(進而獨立地檢測排出側的第一非接觸密封件16、第二非接觸密封件17中產生了破損否、或者吸入側的第一非接觸密封件39、第二非接觸密封件40中產生了破損否)而將該加壓壓力檢測器在加壓空間20與加壓空間41每個中各配設一個，加壓壓力範圍也在加壓空間20與加壓空間41的每個中一個個地設定。此外，低壓壓力檢測器37也可以直接地檢測低壓空間19的壓力，也可以檢測轉子室3內的低壓空間22的壓力。
進而，低壓連通路23也可以構成為令流出空間19與吸入流路5連通。另外，能夠進行下述等的更廣範圍的變形：在配設於減壓閥30的上游側的過濾器29的更上游側，夾設僅在供給電力時開放的常閉型的單動式電磁開閉閥等、或者在水回收器27的下游設置乾燥劑、將被乾燥劑除濕後的物件氣體經由加壓配管31、46以及加壓連通路24、44導入到加壓空間20、42中。
1‧‧‧噴水式螺桿壓縮機
1a‧‧‧噴水式螺桿壓縮機
2‧‧‧殼體
3‧‧‧轉子室
4‧‧‧螺桿轉子
5‧‧‧吸入流路(低壓流路)
6‧‧‧排出流路
7‧‧‧轉子軸
8、9‧‧‧軸承軸密封空間
10‧‧‧滾子軸承
11‧‧‧滾珠軸承
12-14‧‧‧唇形密封件
15‧‧‧分隔壁部
16‧‧‧第一非接觸密封件
17‧‧‧第二非接觸密封件
18‧‧‧唇形密封件
19‧‧‧流出空間
20‧‧‧加壓空間
21‧‧‧開放空間
22‧‧‧低壓空間
23‧‧‧低壓連通路
24‧‧‧加壓連通路
25、26‧‧‧開放連通路
27‧‧‧水回收器
28‧‧‧水供給配管
29‧‧‧過濾器
30‧‧‧減壓閥(減壓機構)
31‧‧‧加壓配管
32‧‧‧加壓壓力檢測器
33‧‧‧警報裝置
34‧‧‧控制裝置
35‧‧‧顯示器
36‧‧‧揚聲器
37‧‧‧低壓壓力檢測器
38‧‧‧導壓路
39‧‧‧第一非接觸密封件
40‧‧‧第二非接觸密封件
41‧‧‧加壓空間
42‧‧‧開放空間
43‧‧‧加壓連通路
44‧‧‧開放連通路
45‧‧‧加壓配管
46、47‧‧‧節流孔
P1 ‧‧‧檢測壓力
P2 ‧‧‧壓力
△P‧‧‧差壓
圖1是本發明的第一實施形態的螺桿壓縮機的簡略剖 視圖。
圖2是本發明的第二實施形態的螺桿壓縮機的簡略剖視圖。
圖3是本發明的第三實施形態的螺桿壓縮機的簡略剖視圖。
1‧‧‧噴水式螺桿壓縮機
2‧‧‧殼體
3‧‧‧轉子室
4‧‧‧螺桿轉子
5‧‧‧吸入流路(低壓流路)
6‧‧‧排出流路
7‧‧‧轉子軸
8、9‧‧‧軸承軸密封空間
10‧‧‧滾子軸承
11‧‧‧滾珠軸承
12-14‧‧‧唇形密封件
15‧‧‧分隔壁部
16‧‧‧第一非接觸密封件
17‧‧‧第二非接觸密封件
18‧‧‧唇形密封件
19‧‧‧流出空間
20‧‧‧加壓空間
21‧‧‧開放空間
22‧‧‧低壓空間
23‧‧‧低壓連通路
24‧‧‧加壓連通路
25、26‧‧‧開放連通路
27‧‧‧水回收器
28‧‧‧水供給配管
29‧‧‧過濾器
30‧‧‧減壓閥(減壓機構)
31‧‧‧加壓配管
32‧‧‧加壓壓力檢測器
33‧‧‧警報裝置
34‧‧‧控制裝置
35‧‧‧顯示器
36‧‧‧揚聲器

Claims (6)

  1. 一種噴水式螺桿流體機械，包括：形成轉子室的殼體；收納於上述轉子室內的陰陽嚙合的螺桿轉子，上述螺桿轉子對對象氣體進行壓縮或者將對象氣體的膨脹力轉換為旋轉力；水供給機構，向上述轉子室內噴射水而用於進行上述螺桿轉子的潤滑；第一非接觸密封件、第二非接觸密封件及唇形密封件，在上述轉子室與上述螺桿轉子的轉子軸的軸承之間從上述轉子室側順次地設置；及加壓連通路，對形成在上述第一非接觸密封件與上述第二非接觸密封件之間的加壓空間導入高壓的上述對象氣體。
  2. 如申請專利範圍第1項記載的螺桿流體機械，其中，還具有：加壓壓力檢測器，檢測上述加壓空間或者上述加壓連通路的壓力；警報裝置，在上述加壓壓力檢測器的檢測值脫離了預先設定的加壓壓力範圍時發出警報。
  3. 如申請專利範圍第1項記載的螺桿流體機械，其中，上述螺桿流體機械是對上述對象氣體進行壓縮的螺桿壓縮機， 具有從排出的上述對象氣體將水分離的水回收器，經由減壓機構將在上述水回收器中分離了水的上述對象氣體供給到上述加壓連通路。
  4. 如申請專利範圍第1項記載的螺桿流體機械，其中，上述軸承為高壓側的軸承，進而還具有低壓連通路，上述低壓連通路令形成在上述第一非接觸密封件的上述轉子室側的流出空間與上述轉子室內的低壓空間或者與上述轉子室連通的上述物件氣體的低壓流路連通。
  5. 如申請專利範圍第4項記載的螺桿流體機械，其中，還具有：加壓壓力檢測器，檢測上述加壓空間或者上述加壓連通路的壓力；低壓壓力檢測器，檢測上述流出空間、上述低壓連通路或者上述低壓空間或者上述低壓流路的壓力；警報裝置，在上述加壓壓力檢測器的檢測值與上述低壓壓力檢測器的檢測值的差壓脫離了預先設定的差壓範圍時發出警報。
  6. 如申請專利範圍第1項記載的螺桿流體機械，其中，還具有令形成在上述第二非接觸密封件與上述唇形密封件之間的開放空間與上述殼體的外部連通而向大氣開放的開放連通路。
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