WO2010096846A1 - Strömungskanal, bei welchem wasser mittels einer in einer umwälzleitung angeordneten fördereinrichtung in strömung versetzt ist - Google Patents

Strömungskanal, bei welchem wasser mittels einer in einer umwälzleitung angeordneten fördereinrichtung in strömung versetzt ist Download PDF

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    • Y10T137/8175—Plural

Definitions

  • the invention relates to a flow channel in which water is caused to flow by means of a conveyor arranged in a circulation line.
  • the invention is based on the object to achieve a flow channel of the type mentioned, in which uniform flow velocities over the entire cross section of the channel can be achieved, or they are the respective circumstances customizable.
  • this object is achieved in that a plurality of recirculation lines, each with a controllable conveying device is provided, wherein the recirculation lines open separately from each other in the flow channel, and wherein the outlets of Ummélz einen are distributed over the end wall of the flow channel.
  • the flow rate can be controlled individually as needed.
  • the recirculation lines can be divided into zones whose delivery devices are controlled differently. In this way, an increased resistance in the area of the walls or of the floor can be compensated for by corresponding control of the associated conveying devices. For this purpose, in the zones adjacent to the side walls and / or the floor, the conveying devices can be adjusted to a higher flow speed.
  • Circulating lines to be arranged at the same height opposite the outlets in the flow channel in the opposite end wall. This ensures that the water can flow laminar in the flow channel.
  • the development according to the invention can thus also be used as a parallel flow conveyor.
  • control unit controlled may be connected to sensors or the like which extend into the flow, the measurement results of which are the control variables for the sensors
  • Control unit are.
  • a pipe venting device may be provided on each recirculation line, preferably downstream of the conveying device, thus avoiding an air intake influencing the flow into the flow duct.
  • Figure 1 shows the subject invention in vertical longitudinal section.
  • Fig. 3 is a plan view of the flow channel; Fig. 4 again a vertical longitudinal cross section;
  • FIG. 5 is a bottom view of the circulation lines with a schematic representation of the control plan of the conveyors.
  • FIG. 6 is a vertical cross section
  • FIG. 7 is a bottom view analogous to FIG. 5 with another control device
  • FIG. 9 shows a bottom view analogous to FIG. 5, in which oil pressure turbines are arranged
  • Figure 11 is a plan view of the flow channel with indicated flow.
  • Fig. 12 is a side view analogous to Fig. 10 showing an athlete on a treadmill;
  • Fig. 13 again shows the flow conditions in plan view again;
  • FIG. 14 shows a longitudinal cross section with a float located in the basin, wherein the conveying devices are active only in the uppermost zone;
  • Fig. 15 is a plan view with indicated flow path
  • Fig. 16 is a longitudinal cross-section, in which case only one recirculation line is shown, in which a venting device is installed.
  • Suction openings 23 are arranged in the same height as the outlets 25 of the circulation lines 2,3,4 in the front end wall 5.
  • the currents obtained by means of the individual circulation lines 2, 3, 4 in the flow channel are denoted in the vertical direction by vi, v2, v3 in the first region, by v4, v5, v6 in the middle region and by v7, v8, v9 in the end region.
  • the flows are designated vA, vB, vC, vD.
  • the flow velocities v ⁇ , vß and v ⁇ within the recirculation lines are controlled via the regulation of the conveyors 6.
  • flow meter 8 To regulate the flow velocity in the flow channel 1 flow meter 8 are provided in the wall, which pass the results to an electronic control 10, which control the drive motors 7 of the conveyor 6 via a control cabinet 11 and controller.
  • flow meters 9 can also be provided in the recirculation lines, which also supply the ascertained data to the electronic control 10. Depending on the value obtained across the flow meter 8 and the flow meter 9, the speed of the conveyor is then adjusted by means of the controller.
  • a hydraulic drive for the conveyor 6 is provided, and that serves to an oil pressure pump 13, which controls via oil pressure lines 14, control valves 15, which in turn then control the performance of an oil pressure turbine 16.
  • This oil pressure turbine is then connected via a drive shaft to the conveyor 6 within the recirculation lines.
  • a control cabinet is again provided, which receives the measurement data via flow meter 9 and flow meter 8, which may not be shown.
  • the control valves 15 are then controlled and regulated via the control lines, which are shown in dotted lines, via this control cabinet.
  • the conveying device within the circulating lines 2, 3 and 4 is designed as a water jet pump 18, which is controlled via a corresponding drive motor 17.
  • the control of this drive motor 17 is again via an electrical control cabinet 11, via control lines on the one hand with the arranged in the recirculation lines 2,3,4 flow meters 9 and not shown flow meters 8 in the flow channel 1 with the electronic control cabinet 12, in which frequency converter 12 ' are provided for controlling the drive motors 17 is connected.
  • pipe ventilators 22 are additionally provided in order to separate again the air taken up by the water via the surface, which is supplied with the water via the recirculation lines, from the circulated liquid (FIG. 16).
  • a training person 19 is shown in the flow channel, who completes the exercises or the like for therapeutic purposes in the flow channel.
  • a flow velocity of greater than 0 is set, ie that v3 is greater than 0. vi and v2 are equal to 0, whereby the trainee has to overcome a flow resistance or resistance only for the movement of the legs.
  • v ⁇ is set so that the flow velocity v3 has the desired width, whereas v ⁇ and v ⁇ are 0.
  • a flow channel 1 is in the embodiment
  • the circulation lines 2, 3 acting in both ground-level zones are active, ie va and vß are greater than 0, whereby a flow velocity v2 and v3 occurs within the flow channel in the region of the legs is equal to each other and is greater than 0 in total.
  • FIGS. 14 and 15 the conditions for a float 21 are shown, which unwinds its training pensum in the flow channel.
  • the velocity vi is greater than 0, and in the regions v2 and v3, the conveyors of the recirculation lines 2 and 3 are not active, so that in the recirculation line, the flow velocity v ⁇ and v ⁇ is zero and hence the float is in this range also has no flow to overcome.
  • About the transverse profile of the flow channel is again achieved a laminar flow.
  • the flow channel according to the invention can be used very versatile and adapted to the respective requirements.

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Abstract

Beim Erfindungsgegenstand handelt es sich um einen Strömungskanal, bei welchem Wasser mittels einer in einer Umwälzleitung angeordneten Fördereinrichtung in Strömung versetzt ist. Um die Strömung innerhalb des Kanals den jeweiligen Erfordernissen anpassen zu können, bzw. um eine laminare Strömung über den gesamten Strömungsbereich zu erzielen ist eine Mehrzahl von Umwälzleitungen (2, 3, 4) mit je einer regelbaren Fördereinrichtung (6) vorgesehen, wobei die Umwälzleitungen getrennt voneinander in den Strömungskanal einmünden, und wobei die Ausmündungen der Umwälzleitungen über die Stirnwandung des Strömungskanals verteilt sind.

Description

Strömungskanal, bei welchem Wasser mittels einer in einer Umwälzleitung angeordneten Fördereinrichtung in Strömung versetzt ist
Die Erfindung betrifft einen Strömungskanal, bei welchem Wasser mittels einer in einer Umwälzleitung angeordneten Fördereinrichtung in Strömung versetzt ist.
Diesbezüglich sind bereits die verschiedensten Variationen bekannt, wobei in Umwälzleitungen sowohl Turbinenantriebe als auch Strahlantriebe Verwendung finden. Bei allen bekannten Ausbildungen kommt es jedoch zu unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten in der Schwimmzone und zwar sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ausbreitung. Dies beruht darauf, dass im Bereich der Wandungen und des Bodens des Strömungskanals Reibungswiderstände bestehen, wobei zusätzlich auch noch Turbulenzen innerhalb der Strömungen auftreten. Diese Turbulenzen oder unterschiedliche Strömungen werden durch Umlenksysteme, Richtgitter und Staugitter zu korrigieren versucht. Diese Korrigierversuche bringen zwar Verbesserungen im Strömungsverlauf, jedoch kommt es bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten zu unterschiedlichen Ergebnissen. Um diese anzupassen, werden diese Gitter und Umlenkeinrichtungen den Strömungsgeschwindigkeiten entsprechend angepasst verstellbar gemacht. Dies bringt aber aufgrund der Brems- und Umlenkelemente Wirbelbildungen mit sich, was für den Strömungsverlauf ungünstig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen Strömungskanal der eingangs genannten Art zu erzielen, in welchem gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeiten über den gesamten Querschnitt des Kanals erzielbar sind, bzw. diese den jeweiligen Umständen anpassbar sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Mehrzahl von Umwälzleitungen mit je einer regelbaren Fördereinrichtung vorgesehen ist, wobei die Umwälzleitungen getrennt voneinander in den Strömungskanal einmünden, und wobei die Ausmündungen der Umwälzleitungen über die Stirnwandung des Strömungskanals verteilt sind. Dadurch erübrigen sich Brems- und Umlenkelemente, wodurch eine bessere Ausnutzung der eingetragenen Energie erfolgt. Außerdem kann aufgrund der einzeln regelbaren Fördereinrichtung in jeder der Umwälzleitungen die Strömungsgeschwindigkeit je nach Bedarf einzeln geregelt werden. Vorteilhafterweise können die Umwälzleitungen in Zonen aufgeteilt sein, deren Fördereinrichtungen unterschiedlich gesteuert sind. Damit kann ein erhöhter Widerstand im Bereich der Wandungen bzw. des Bodens durch entsprechende Ansteuerung der zugehörigen Fördereinrichtungen ausgeglichen werden. Dazu können in den den Seitenwandungen und/oder des Bodens benachbarten Zonen die Fördereinrichtungen auf eine höhere Strömungsgeschwindigkeit eingeregelt sein.
Um die Strömung weiter zu vereinheitlichen, können die Ansaugöffnungen der
Umwälzleitungen in gleicher Höhe gegenüber deren Ausmündungen in den Strömungskanal in der gegenüberliegenden Stirnwand angeordnet sein. Damit wird erreicht, dass das Wasser laminar in dem Strömungskanal fließen kann. Die erfinungsgemäßie Ausbidlung kann damit auch als Parallelstromfördereinrichtung verwendet werden.
Alternativ dazu können auch die Ansaugöffnungen aller Umwälzleitungen im
Bodenbereich des den Ausmündungen gegenüberliegenden Endes des Strömungskanals angeordnet sein, womit das Absaugen des Wassers über einen einheitlichen Strom erfolgt. Um eine möglichst zeitnahe Regelung der Wasserströmung zu erzielen, können die
Fördereinrichtungen aller Umwälzleitungen in Abhängigkeit vom Strömungswiderstand in den zugehörigen Umwälzleitungen geregelt sein. Für eine Abstimmung der
Fördereinrichtungen aufeinander können die Fördereinrichtungen über eine gemeinsame
Steuereinheit gesteuert sein. Dazu kann die Steuereinheit mit in die Strömung reichenden Sensoren oder dergleichen verbunden sein, deren Messergebnisse die Steuergrößen für die
Steuereinheit sind.
Schließlich kann an jeder Umwälzleitung vorzugsweise nach der Fördereinrichtung eine Rohrentlüftungseinrichtung vorgesehen sein, womit ein die Strömung beeinflussender Lufteintrag in den Strömungskanal vermieden ist. m der Zeichnung sind Ausfuhrungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 den Erfindungsgegenstand in vertikalem Längsschnitt;
Fig. 2 im vertikalen Querschnitt;
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Strömungskanal; Fig. 4 wieder eine vertikalen Längsquerschnitt;
Fig. 5 eine Unteransicht auf die Umwälzleitungen mit schematischer Darstellung des Steuerungsplanes der Fördereinrichtungen;
Fig. 6 einen Vertikalquerschnitt; Fig. 7 eine der Fig. 5 analoge Unterahsicht mit einer anderen Steuereinrichtung;
Fig. 8 wieder eine Unteransicht gemäß Fig. 5, jedoch mit über Hydraulikmotor angetriebenen Fördereinrichtungen;
Fig. 9 eine der Fig. 5 analoge Unteransicht, bei welcher Öldruckturbinen angeordnet sind;
Fig. 10 einen Längsquerschnitt mit einer im Strömungskanal trainierenden Person;
Fig. 11 eine Draufsicht auf den Strömungskanal mit angedeuteter Strömung;
Fig. 12 ist eine der Fig. 10 analoge Seitenansicht mit einem auf einem Laufband befindlichen Sportler; Fig. 13 gibt wieder die Strömungsverhältnisse in Draufsicht wieder;
Fig. 14 einen Längsquerschnitt mit einem im Becken befindlichen Schwimmer, wobei lediglich in der obersten Zone die Fördereinrichtungen tätig sind;
Fig. 15 eine Draufsicht mit angedeutetem Strömungsverlauf;
Fig. 16 einen Längsquerschnitt, wobei hier nur eine Umwälzleitung eingezeichnet ist, in welcher eine Entlüftungseinrichtung eingebaut ist.
In den beiliegenden Zeichnungen sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen in allen Figuren durchgehend verwendet. So ist mit 1 ein Strömungskanal bezeichnet, dessen Umwälzleitungen 2,3,4 in der vorderen Stirnwand 5 ausmünden, ϊn jeder der Umwälzleitungen 2,3,4 sind Förderorgane 6 angeordnet, die über einen Motor 7 angetrieben sind. Die Förderorgane können dabei, wie dargestellt, im horizontalen Abschnitt der Umwälzleitungen angeordnet sein, wobei auch eine Anordnung im vertikalen Teil der Umwälzleitung möglich ist, ohne die Funktion zu beeinträchtigen. Weiters können, wie ebenfalls nicht dargestellt, die Umwälzleitungen seitlich vom Becken verlaufend rückgeführt werden. . Die Umwälzleitungen 2,3,4 gehen von der hinteren Stirnwand 24 aus, wobei deren
Ansaugöffnungen 23 in gleicher Höhe wie die Ausmündungen 25 der Umwälzleitungen 2,3,4 in der vorderen Stirnwand 5 angeordnet sind. Die mittels der einzelnen Umwälzleitungen 2,3,4 im Strömungskanal erzielten Strömungen sind in vertikaler Richtung mit vi, v2, v3 im ersten Bereich, mit v4, v5, v6 im Mittelbereich und mit v7, v8, v9 im Endbereich bezeichnet. Im Querverlauf sind die Strömungen mit vA, vB, vC, vD bezeichnet. Um alle im Strömungskanal verteilten Strömungsgeschwindigkeiten auf einem gleichen Wert zu halten, werden die Strömungsgeschwindigkeiten vα, vß und vγ innerhalb der Umwälzleitungen über die Regelung der Fördereinrichtungen 6 gesteuert. Zur Regelung der Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal 1 sind in dessen Wandung Strömungsmessgeber 8 vorgesehen, die die Ergebnisse an eine elektronische Steuerung 10 weitergeben, welche über einen Steuerschrank 11 und Regler 12 die Antriebsmotoren 7 der Fördereinrichtung 6 regeln. Zusätzlich können in den Umwälzleitungen noch Strömungsmesser 9 vorgesehen sein, die ebenfalls die ermittelten Daten an die elektronische Steuerung 10 geben. In Abhängigkeit von dem über dem Strömungsmesser 8 und dem Strömungsmesser 9 erzielten Wert wird dann die Drehzahl der Fördereinrichtung mittels der Regler eingestellt.
Bei der in Fig. 7 wiedergegebenen Ausführungsform erfolgt die Regelung der Antriebsmotoren 7 der Fördereinrichtung 6 über Regler, die als Frequenzumformer 12' ausgebildet sind. Die Regelung erfolgt dabei in gleicher Weise, wie sie vorstehend bereits beschrieben ist.
Bei der in Fig. 8 wiedergegebenen Antriebsanordnung ist ein hydraulischer Antrieb für die Fördereinrichtung 6 vorgesehen, und zwar dient dazu eine Öldruckpumpe 13, welche über Öldruckleitungen 14, Regelventile 15 ansteuert, die ihrerseits dann die Leistung einer Öldruckturbine 16 steuern. Diese Öldruckturbine ist über eine Antriebswelle dann mit der Fördereinrichtung 6 innerhalb der Umwälzleitungen verbunden. Zur Regelung der Regelventile 15 ist wieder ein Steuerschrank vorgesehen, der die Messdaten über Strömungsmesser 9 und gegebenenfalls nicht dargestellte Strömungsmesser 8 erhält. Über diesen Steuerschrank werden dann je nach Messergebnisse die Regelventile 15 über die punktiert eingezeichneten Steuerleitungen angesteuert und eingeregelt.
Bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 9 ist die Fördereinrichtung innerhalb der Umwälzleitungen 2,3, und 4 als Wasserstrahlpumpe 18 ausgebildet, die über einen entsprechenden Antriebsmotor 17 angesteuert wird. Die Steuerung dieses Antriebsmotors 17 erfolgt wieder über einen elektrischen Steuerschrank 11 , der über Steuerleitungen einerseits mit den in den Umwälzleitungen 2,3,4 angeordneten Strömungsmessern 9 bzw. nicht dargestellten Strömungsmessern 8 im Strömungskanal 1 mit dem elektronischen Schaltschrank 12, in welchen Frequenzumformer 12' zur Steuerung der Antriebsmotoren 17 vorgesehen sind, verbunden ist. In den Umwälzleitungen sind zusätzlich noch Rohrentlüfter 22 vorgesehen, um die vom Wasser über die Oberfläche aufgenommene Luft, welcher mit dem Wasser über die Umwälzleitungen angeströmt wird, wieder aus der umgewälzten Flüssigkeit abzuscheiden (Fig. 16). Bei den in den Fig. 10 und 11 wiedergegebenen Ausfuhrungsbeispiel ist im Strömungskanal eine Trainingsperson 19 eingezeichnet, welche für therapeutische Zwecke im Strömungskanal die Übungen oder dergleichen absolviert. Für diese Therapie wird lediglich im Bodenbereich eine Strömungsgeschwindigkeit von größer als 0 eingestellt, d.h. dass v3 größer als 0 ist. vi und v2 sind gleich 0, womit der Trainierende lediglich für die Bewegung der Beine einen Strömungswiderstand bzw. Bewegungswiderstand überwinden muss. Dazu wird vα so eingestellt, dass die Strömungsgeschwindigkeit v3 den gewünschten Weit besitzt, wogegen vß und vγ 0 sind. Über den Querverlauf des Strömungskanals wird die Geschwindigkeit einheitlich eingestellt, d.h., dass alle in der Ebene der Strömungsgeschwindigkeit v3 befindlichen Umwälzleitungen eine Umwälzgeschwindigkeit von vα aufweisen, wobei gegebenenfalls die den Seitenwänden des Strömungskanals 1 benachbarten Umwälzleitungen eine geringfügig höhere Umwälzgeschwindigkeit besitzen, damit die Reibungsverluste im Randbereich ausgeglichen werden und eine einheitliche laminare Strömung über die gesamte Breite des Strömungskanals erreicht wird. Beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 12 und 13 ist in dem Strömungskanal 1 ein
Lauf band 20 eingesetzt, auf dem die trainierende Person 19 läuft. Dazu sind, wie in Fig. 12 dargestellt, die in beiden bodennahen Zonen wirkenden Umwälzleitungen 2,3 aktiv, d.h., dass vα und vß größer als 0 sind, wodurch sich innerhalb des Strömungskanals im Bereich der Beine eine Strömungsgeschwindigkeit v2 und v3 einstellt, die untereinander gleich ist und insgesamt größer als 0 ist. Im Bereich des Oberkörpers ist keine Strömung vorhanden, d.h. dass vi gleich 0 ist und die Fördereinrichtung in der Umwälzleitung 3 nicht aktiv ist. Im
Querverlauf des Strömungskanals 1 sind wieder alle Geschwindigkeiten einheitlich eingestellt, sodass eine laminare Strömung über die gesamte Strömungskanalbreite erzielt ist.
In den Fig. 14 und 15 sind die Verhältnisse für einen Schwimmer 21 wiedergegeben, welcher im Strömungskanal sein Trainingspensum abspult. In diesem Fall ist lediglich im Oberflächenbereich die Geschwindigkeit vi größer als 0 und in den Bereichen v2 und v3 sind die Fördereinrichtungen der Umwälzleitungen 2 und .3 nicht aktiv, sodass in der Umwälzleitung die Strömungsgeschwindigkeit vα und vß Null ist und demgemäß der Schwimmer in diesem Bereich auch keine Strömung zu überwinden hat. Über den Querverlauf des Strömungskanals ist wieder eine laminare Strömung erzielt.
Der Umstand, dass nur im Oberflächenbereich eine künstliche Strömung erzeugt wird, fuhrt dazu, dass dem Schwimmer die Möglichkeit gegeben wird, sich bei zu hoher Strömungsgeschwindigkeit vi zum Boden absinken zu lassen, wobei er sich dann an der Endstirnwand 24 abstoßen kann (21') und getaucht ohne Gegenströmung bei 21" wieder in dem Strömungsbereich auftauchen kann.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass der erfindungsgemäße Strömungskanal sehr vielseitig einsetzbar und an die jeweiligen Anforderungen angepasst geregelt werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Strömungskanal, bei welchem Wasser mittels einer in einer Umwälzleitung angeordneten Fördereinrichtung in Strömung versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Umwälzleitungen mit je einer regelbaren
Fördereinrichtung vorgesehen ist, wobei die Umwälzleitungen getrennt voneinander in den Strömungskanal einmünden, und wobei die Ausmündungen der Umwälzleitungen über die Stirnwandung des Strömungskanals verteilt sind.
2. Strömungskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzleitungen (2,3,4) in Zonen aufgeteilt sind, deren Fördereinrichtungen (6) unterschiedlich gesteuert sind.
3. Strömungskanal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den den Seitenwäiiden und/oder des Bodens benachbarten Zonen des Strömungskanals (1) die Fördereinrichtungen (6) auf eine höhere Strömungsgeschwindigkeit eingeregelt sind.
4. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnungen (23) der Umwälzleitungen (2,3,4) in gleicher Höhe gegenüber deren Ausmündung (25) in den Strömungskanal (1) in der gegenüberliegenden Stirnwand (24) angeordnet sind.
5. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnungen aller Umwälzleitungen im Bodenbereich des den Ausmündungen (25) gegenüberliegenden Ende des Strömungskanals (1) angeordnet sind.
6. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtungen (6) aller Umwälzleitungen (2,3,4) in
Abhängigkeit vom Strömungswiderstand in der zugehörigen Umwälzleitung (2,3,4) geregelt sind.
7. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtungen (6) über eine gemeinsame Steuereinheit (10) gesteuert sind.
8. Strömungskanal nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (10) mit in die Strömung reichenden Sonden (8,9), Sensoren und dergleichen verbunden ist, deren Messergebnisse die Steuergrößen für die Steuereinheit (10) sind.
9. Strömungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Umwälzleitung (2,3,4), vorzugsweise nach der Fördereinrichtung (6), eine Rohrentlüftungseinrichtung (22) vorgesehen ist.
PCT/AT2010/000048 2009-02-24 2010-02-23 Strömungskanal, bei welchem wasser mittels einer in einer umwälzleitung angeordneten fördereinrichtung in strömung versetzt ist WO2010096846A1 (de)

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