DE2444740A1 - Flow work exchanger regulating valve for several pistons - has single valve body rotating to open and close all ducts - Google Patents

Flow work exchanger regulating valve for several pistons - has single valve body rotating to open and close all ducts

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DE2444740A1 DE19742444740 DE2444740A DE2444740A1 DE 2444740 A1 DE2444740 A1 DE 2444740A1 DE 19742444740 DE19742444740 DE 19742444740 DE 2444740 A DE2444740 A DE 2444740A DE 2444740 A1 DE2444740 A1 DE 2444740A1
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Abstract

A valve for regulating the concentrate flow in energy recovery plants ("flow work exchangers") for use in reverse osmosis separation plants, is intended for use, for example, with a three-plunger pump; the crankshaft of the pump provides the direct driving torque to the valve body, which thus rotates in the valve casing; the valve body contains control ducts which are in permanent communication at the periphery of the valve body via annular chambers with bores in the casing, and in controlled communication with the inlet and outlet chambers for the concentrate via fixed discs each acting as a sliding seal to the valve body and having an arc-shaped opening or slit. A single valve fulfils all the control functions for the three pistons.

Description

Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes in Energierückgewinnungs-Aggregaten zum Einsatz in die nach der umgekehrten Osmose arbeitenden Trennanlagen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes in Energierückgewinnungs-Aggregaten zum Einsatz in die nach der umgekehrten Osmose arbeitenden Trennanlagen. Device for controlling the concentrate flow in energy recovery units for use in the separation systems operating according to reverse osmosis. The invention relates to a device for controlling the concentrate flow in energy recovery units for use in the separation systems working according to reverse osmosis.

Energierückgewinnungs-Aggregate und ihre Steuerungen haben den Zweck, über eine Senkung der Energiekosten beim Betrieb der Trennanlagen die Gestehungskosten des gewünschten Trennprodukts zu senken.Energy recovery units and their controls have the purpose of the production costs via a reduction in energy costs when operating the separation systems to lower the desired separation product.

Trennverfahren mit Energie-Rückgewinnung bzw. Trennanlagen mit Energierückgewinnungs-Aggregaten sind bekannt. Bei der Energie-Rückgewinnung wird dem Konzentratstrom durch arbeitsleistende Entspannung Energie entzogen und diese dem frischen Produktstrom wieder zugeführt.Separation processes with energy recovery or separation systems with energy recovery units are known. In the case of energy recovery, the concentrate stream is through work-performing Relaxation withdrew energy and fed it back into the fresh product stream.

So wird von C.Y Cheng, S.W. Cheng und L.S. Fan, AICHE-Journal 13, 1967, 438, eine Vorrichtung zur Energie-Rückgewinnung diskutiert. Diese Vorrichtung, dort "flor work exchanger" genannt, die sich aus einer Anordnung zur Druckübertragung ("displacement vessel") und aus deren Steuerung, bestehend aus vier Ventilen und zwei Pumpen, zusammensetzt, überträgt Druckenergie vom Konzentratstrom auf einen Teil des Produktstromes.C.Y Cheng, S.W. Cheng and L.S. Fan, AICHE Journal 13, 1967, 438, a device for energy recovery is discussed. This device, there called "flor work exchanger", which consists of an arrangement for pressure transmission ("displacement vessel") and its control, consisting of four valves and two pumps, put together, transfer pressure energy from the concentrate stream to one Part of the product flow.

Es ist weiterhin eine Vorrichtung für die Rückgewinnung von Strömungsenergie zum Einsatz in die nach der umgekehrten Osmose arbeitenden Trennanlagen (P 24 42 740.5) bekannt, die aus einer Plunger-Pumpe mit doppeltwirkendem Stufenkolben besteht. Ein Teil des Stufenkolbens ist der den Produktstrom komprimierende Arbeits-, der andere der vom Konzentratstrom antreibend beaufschlagte Antriebskolben.It is also a device for the recovery of flow energy for use in the reverse osmosis separation systems (P 24 42 740.5), which consists of a plunger pump with a double-acting stepped piston. A part of the stepped piston is the working piston that compresses the product flow the other is the drive piston acted upon by the concentrate flow.

Die Steuerung des Konzentrat- bzw. Produktstromes erfolgt über insgesamt vier Ventile, wobei zwei Ventile zu einem Doppelventil zusammen gefaßt sind.The control of the concentrate or product flow takes place over the whole four valves, two valves being combined to form a double valve.

Die bisher aus der Literatur bekannten Energierückgewinnungs-Aggregate haben den Nachteil, daß ihre Steuerungen aufwendig sind. Die von Fan und Mitarbeitern vorgeschlagene Lösung erfordert beispielsweise für einen "flow work exchanger vier Ventile und zwei zusätzliche Pumpen. Das in der Patentanmeldung P 24 42 740.5 vorgestellte Energierückgewinnungs-Aggregat kommt zwar mit einem Minimum an Steuerungselementen aus, die Steuerung des Antriebszylinder-Austrittskanals über ein translatorisch arbeitendes z.B. über Nocken gesteuertes Ventil ist allerdings verbesserungsfähig.The energy recovery units known so far from the literature have the disadvantage that their controls are expensive. The fans and employees The proposed solution requires four for a flow work exchanger, for example Valves and two additional pumps. The presented in the patent application P 24 42 740.5 Energy recovery unit comes with a minimum of control elements off, the control of the drive cylinder outlet channel via a translational a working valve, e.g. controlled by cams, can be improved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine als Energierückgewinnungs-Aggregat in bekannter Weise arbeitende doppeltwirkende Drei-Plunger-Pumpe eine Steuerung zu schaffen, mit deren Hilfe in einfachster Weise der Konzentratstrom so gesteuert werden kann, daß mit ihm die Antriebskolben im Antriebszylinder der Pumpe treibend beaufschlagt werden können.The invention is based on the object for an energy recovery unit double-acting three-plunger pump working in a known manner a control to create with their help in the simplest possible way the concentrate stream can be controlled so that the drive piston in the drive cylinder with it Pump can be acted upon to drive.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Steuerkolben, der von der Kurbelwelle der Drei-Plunger-Pumpe unmittelbar angetrieben wird und mit Steuerkolben-Kanälen für die drei Antriebszylinder versehen ist, in einem Gehäuse drehbar gelagert ist. Die Steuerkolben-Kanäle sind 1200 gegeneinander versetzt und haben jeweils eine Öffnung an den Stirnseiten des Steuerkolbens. Eine weitere Öffnung mündet in die entsprechende Ringkammer des Gehäuses. Die gesteuerte Verbindung zwischen Steuerkolben-Kanal und Eintritts- bzw. Austrittskammer erfolgt über eine Einlaß- bzw. Auslaß-Steuerscheibe mit nierenförmiger Einlaß- bzw. Auslaßöffnung. Einlaß- und Auslaß-Steuerscheibe arbeiten durch ihre konstruktive Ausbildung und Materialbeschaffenheit auf den Stirnflächen des Steuerkolbens wie Gleitringe. Die Dichtkräfte resultieren aus der Druckdifferenz im Konzentrat zwischen Eintritts- und Austrittskammer. Die Abdichtung der Ringkammerngegeneinander in Verbindung mit dem sich drehenden Steuerkolben erfolgt durch Dichtringe. Die Einlaß- bzw. Auslaß-Steuerscheibe ist im Gehäuse fest montiert und mit einem Dichtring gegen dieses abgedichtet. Der durch den einzigen Konzentrat-Eintritt in die Eintrittskammer des Gehäuses eintretende, unter hohem Druck stehende Konzentratstrom wird nun über die Einlaß-Steuerscheibe in Verbindung mit dem im Steuerkolben befindlichen Steuerkolben-Kanal auf die einzelnen Antriebszylinder der Drei-Plunger-Pumpe verteilt und treibt in diesen den Antriebskolben an. Bem Ausschiebehub decken sich jeweils die Steuerkolben-Kanäle und die nierenförmige Auslaßöffnung der Auslaß-Steuerscheibe, sodaß der entspannte Konzentrat strom von den Antriebszylindern über die Gehäusebohrungen in die Ringkammer und von da aus durch die Steuerkolben -Kanäle und die Auslaßöffnung der Auslaß-Steuerscheibe in die Austrittskammer des Gehäuses gelangen kann. Der aus den drei Antriebszylindern in der Austrittskammer gesammelte Konzentratstrom verläßt über den einzigen Konzentrat-Austritt das Gehäuse.This object is achieved according to the invention in that a control piston, which is directly driven by the crankshaft of the three-plunger pump and is provided with control piston channels for the three drive cylinders, in a housing is rotatably mounted. The control piston channels are offset from one another and 1200 each have an opening on the face of the control piston. Another opening opens into the corresponding annular chamber of the housing. The controlled connection between Control piston channel and inlet or outlet chamber are made via an inlet or outlet control disc with kidney-shaped inlet or outlet opening. Inlet- and outlet control disc work through their design and material properties on the front surfaces of the control piston like sliding rings. The sealing forces result from the pressure difference in the concentrate between the inlet and outlet chambers. the Sealing of the annular chambers against one another in connection with the rotating control piston takes place through sealing rings. The inlet or outlet control disk is fixed in the housing mounted and sealed against this with a sealing ring. The one through the only one Concentrate entry entering the entry chamber of the housing, under high Pressurized concentrate flow is now connected via the inlet control disk with the control piston channel located in the control piston on the individual drive cylinders the three-plunger pump and drives the drive piston in it. Note The extension stroke is the same as the control piston channels and the kidney-shaped channels Outlet opening of the outlet control disk, so that the relaxed concentrate stream of the drive cylinders through the housing bores into the annular chamber and from there through the control piston -Channels and the outlet opening of the outlet control disc can get into the outlet chamber of the housing. The one from the three drive cylinders The concentrate stream collected in the outlet chamber leaves the single concentrate outlet the case.

Der mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die Steuerung des Konzentratstromes für die drei Antriebszylinder der Drei-Plunger-Pumpe über einen einzigen drehbaren Steuerkolben ohne weitere bewegliche Teile erfolgt.The advantage achieved with the device according to the invention is there in particular that the control of the concentrate flow for the three drive cylinders the three-plunger pump via a single rotatable control piston without any further moving ones Parts takes place.

Wirkungsweise und Ausführung der Erfindung sollen nachstehend anhand der vier Figuren der beiliegenden zwei Zeichnungen näher erläutert werden.The mode of operation and implementation of the invention are based on the following of the four figures of the accompanying two drawings are explained in more detail.

Es zeigen: Fig. 1 die Wirkungsweise der Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes, Fig. 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes, Fig. 3 einen Schnitt B-C durch die Einlaß-Steuerscheibe der Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes Fig. 4 einen Schnitt G-H durch den Steuerkolben der Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes.The figures show: FIG. 1 the mode of operation of the device for the control of the concentrate stream, Fig. 2 is a schematic representation of the device for the control of the concentrate flow, Fig. 3 a section B-C through the inlet control disk of the device for controlling the concentrate flow Fig. 4 is a section G-H through the control piston of the device for controlling the concentrate flow.

In Fig. 1 ist die Wirkungsweise der Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes dargestellt. Sie wird von der Kurbelwelle der Drei-Plunger-Pumpe unmittelbar über die Antriebskraft F angetrieben. über den Konzentrat-Eintritt E2 gelangt das Konzentrat in das Gehäuse 1 und wird von hier über die Gehäusebohrungen IP, IIP und III' auf die Antriebszylinder I, II und III der Drei-Plunger-Pumpe so verteilt, daß die Antriebskolben treibend beaufschlagt werden. Beim Ausschieben des Konzentrats aus den Antriebszylindern Is II und III fließt dieses über die Bohrungen I', II' und III' in das Gehäuse 1 zurück, wird in diesem gesammelt und fließt aus dem Konzentrat-Austritt A2 ab.In Fig. 1 is the operation of the device for the control of the concentrate flow. It is driven by the crankshaft of the three-plunger pump driven directly by the driving force F. via the concentrate inlet E2 the concentrate reaches the housing 1 and is from here via the housing bores IP, IIP and III 'on the drive cylinders I, II and III of the three-plunger pump like this distributed so that the drive pistons are driven. When pushing out of the concentrate from the drive cylinders Is II and III, it flows through the bores I ', II' and III 'back into the housing 1, is collected in this and flows out the concentrate outlet A2.

Produktseitig saugen die Antriebszylinder der Drei-Plunger-Pumpe in bekannter Weise über den Eintritt EI an und schieben das Produkt unter hohem Druck über den Austritt Al aus.On the product side, the drive cylinders of the three-plunger pump suck in known way via the inlet EI and push the product under high pressure via the exit Al.

In Fig. 2 ist die Vorrichtung für die Steuerung des Konzentratstromes schematisch dargestellt. Das Konzentrat gelangt über den Konzentrat-Eintritt E2 in die Eintrittskammer la des Gehäuses 1. Das Gehäuse 1 besteht weiterhin aus drei Ringkammern Ib, lc und ld mit ihren Gehäusebohrungen III', II' und I' und einer Austrittskammer le mit ihrem Konzentrat-Austritt A2. Im Gehäuse 1 ist der Steuerkolben 2, an dessen Stirnseiten sich die zu Gleitringen ausgebildeten Einlaß-Steuerscheibe 3 und Auslaß-Steuerscheibe 4 anpressen, drehbar gelagert. Der Steuekolben 2 ist mit Steuerkolben-Kanälen 2a, 2b und 2c versehen, die unter 1200 gegeneinander versetzt sind und in die entsprechende Ringkammer lb, lc bzw. ld münden. Die Steuerkolben-Kanäle 2a, 2b und 2c haben jeweils eine Öffnung zu den Stirnseiten des Steuerkolbens 2. Einlaß- und Auslaß-Steuerscheibe 3 und 4 sind mit einer nierenförmigen Einlaß- bzw. Auslaßöffnung 3a bzw. 4a versehen. Die stirnseitigen Öffnungen der Steuerkolben-Kanäle 2a, 2b bzw. 2c im Steuerkolben 2 sind zusammen mit der nierenförmigen Einlaß- bzw. Auslaßöffnung der Steuerscheiben auf einem Teilkreisdurchmesser angeordnet. Die Ringkammern Ib, lc und ld sind gegeneinander in Verbindung mit dem Steuerkolben 2 durch Dichtringe 5b und 5c gedichtet. Die im Gehäuse 1 fest montierte Einlaß- bzw.In Fig. 2 is the device for controlling the concentrate flow shown schematically. The concentrate arrives via the concentrate inlet E2 into the inlet chamber la of the housing 1. The housing 1 continues to consist of three Annular chambers Ib, lc and ld with their housing bores III ', II' and I 'and one Outlet chamber le with its concentrate outlet A2. The control piston is in the housing 1 2, on the end faces of which the inlet control disk, which is designed to form slip rings, is located 3 and outlet control disk 4 press on, rotatably mounted. The control piston 2 is provided with control piston channels 2a, 2b and 2c, which are offset from one another by 1200 are and open into the corresponding annular chamber lb, lc or ld. The control piston channels 2a, 2b and 2c each have an opening to the end faces of the control piston 2. Inlet and outlet control discs 3 and 4 are provided with a kidney-shaped inlet or outlet valve. Outlet opening 3a and 4a, respectively. The front openings of the control piston channels 2a, 2b and 2c in the control piston 2 are together with the kidney-shaped inlet or The outlet opening of the control disks is arranged on a pitch circle diameter. the Annular chambers Ib, lc and ld are mutually connected to the control piston 2 sealed by sealing rings 5b and 5c. The inlet valve fixed in the housing 1 respectively.

Auslaß-Steuerscheibe 3 bzw. 4 ist gegen dieses durch den Dichtring 5a bzw. 5d gedichtet. Die Abdichtung des Steuerkolbens 2 im Gehäusedurchtritt lf übernimmt Dichtung 5e.Outlet control disk 3 or 4 is against this by the sealing ring 5a or 5d sealed. The seal of the control piston 2 in the housing passage lf takes over seal 5e.

In den Figuren 3 bzw. 4 ist der Schnitt B-C bzw. G-H durch die Einlaß-Steuerscheibe 3 bzw. den Steuerkolben 2 dargestellt. Die Länge der nierenförmigen Einlaß- bzw.In Figures 3 and 4, the section B-C or G-H is through the inlet control disk 3 or the control piston 2 is shown. The length of the kidney-shaped inlet resp.

Auslaßöffnung 3a bzw 4a auf dem Lochkreis-Durchmesser ist so gewählt, daß der Steuerkolben-Kanal 2a, 2b oder 2c zur Austrittskammer le erst dann durch die Auslaßöffnung 4a der Auslaß-Steuerscheibe 4 geöffnet wird, wenn sich dieser nicht mehr mit der Einlaßöffnung 3a der Einlaß-Steuerscheibe 3 deckt.Outlet opening 3a or 4a on the hole circle diameter is selected so that the control piston channel 2a, 2b or 2c to the outlet chamber le only then through the outlet opening 4a of the outlet control disk 4 is opened when this no longer covers the inlet opening 3a of the inlet control disk 3.

In der in Fig. 2 dargestellten Steuerkolben-Stellung strömt Konzentrat über den Konzentrat-Eintritt E2 in die Eintrittskammer la des Gehäuses 1, gelangt über die nierenförmige Einlaßöffnung 3a der Einlaß-Steuerscheibe 3 in den Steuerkolben-Kanal 2a, in die Ringkammer lb und aus dieser über die Gehäusebohrung III' in den Antriebszylinder III der Drei-Plunger-Pumpe. Hier wird der Antriebskolben treibend bis zu seinem oberen Totpunkt beaufschlagt. In den Antriebszylindern II bzw. I erfolgt gerade das Ausschieben des Konzentratstromes über die Gehäusebohrungen II' bzw. I' in die Ringkammern lc bzw. ld des Gehäuses 1. Von da aus gelangt das Konzentrat über die Steuerkolben-Kanäle 2b bzw. 2c, die nierenförmige Auslaßöffnung 4a der Auslaß-Steuerscheibe 4 in die Austrittskammer le und weiter über den Konzentrat-Austritt A2 aus dem Gehäuse 1 heraus. Sobald der Kolben im Antriebszylinder III der Drei-Plunger-Pumpe den oberen Totpunkt erreicht hat, wird der Steuerkolben-Kanal 2a zur Eintrittskammer la über die Einlaß-Steuerscheibe 3 verschlossen. Das Ausschieben des Konzentrats erfolgt durch die Gehäusebohrung III' in die Ringkammer lb, von da aus durch den Steuerkolben-Kanal 2a über die Auslaßöffnung 4a der Auslaß-Steuerscheibe 4 in die Austrittskammer le und weiter durch den Konzentrat-Austritt A2 aus dem Gehäuse 1 heraus. Der Steuerkolben-Kanal 2a wird mit der nierenförmigen Auslaßöffnung 4a in der Auslaß-Steuerscheibe 4 erst dann zur Deckung gebracht, wenn sich der Steuerkolben-Kanal 2a und die Einlaßöffnung 3a der Einlaß-Steuerscheibe 3 nicht mehr überlappen. Das Beschicken des Antriebszylinders II bzw. I mit Konzentrat erfolgt über den entsprechenden Steuerkolben-Kanal 2b bzw. 2c in Verbindung mit der nierenförmigen Einlaßöffnung 3a der Einlaß-Steuerscheibe 3. Das Ausschieben des Konzentrats aus dem Antriebszylinder II bzw. I erfolgt durch die Gehäusebohrung II' bzw. I' in die Ringkammer lc bzw. ld, von da aus durch den Steuerkolben-Kanal 2b bzw. 2c und die Auslaßöffnung 4a der Auslaß-Steuerscheibe 4 in die Austrittskammer le und weiter durch die Konzentrat-Austrittsbohrung A2 aus dem Gehäuse 1 heraus.In the control piston position shown in Fig. 2, concentrate flows via the concentrate inlet E2 into the inlet chamber la of the housing 1 via the kidney-shaped inlet opening 3a of the inlet control disk 3 into the control piston channel 2a, into the annular chamber lb and from this via the housing bore III 'into the drive cylinder III the three-plunger pump. Here the drive piston is driving up to his applied top dead center. In the drive cylinders II and I is just taking place pushing out the concentrate stream through the housing bores II 'or I' into the Annular chambers lc or ld of the housing 1. From there, the concentrate passes through the Control piston channels 2b and 2c, the kidney-shaped outlet opening 4a of the outlet control disk 4 into the outlet chamber le and further via the concentrate outlet A2 from the housing 1 out. As soon as the piston in the drive cylinder III of the three-plunger pump reaches the upper Has reached dead center, the control piston channel 2a is over to the inlet chamber la the inlet control disk 3 is closed. The concentrate is pushed out through the housing bore III 'into the annular chamber lb, from there through the control piston channel 2a through the outlet opening 4a of the outlet control disk 4 into the outlet chamber le and further out of the housing 1 through the concentrate outlet A2. The control piston channel 2a only becomes with the kidney-shaped outlet opening 4a in the outlet control disk 4 then brought into congruence when the control piston channel 2a and the inlet opening 3a of the inlet control disk 3 no longer overlap. Loading the drive cylinder II or I with concentrate takes place via the corresponding control piston channel 2b or 2c in connection with the kidney-shaped inlet opening 3a of the inlet control disk 3. The concentrate is pushed out of the drive cylinder II or I by the housing bore II 'or I' in the annular chamber lc or ld, from there through the Control piston channel 2b or 2c and the outlet opening 4a of the outlet control disk 4 into the outlet chamber le and further through the concentrate outlet hole A2 out of the housing 1.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH PATENT CLAIM Vorrichtung für die Steuerung des Konzentrat stromes in Energierückgewinnungs-Aggregaten zum Einsatz in die nach der umgekehrten Osmose arbeitenden Trennanlagen, wobei das Energierückgewinnungs-Aggregat beispielsweise aus einer Drei-Plunger-Pumpe mit doppeltwirkendem Stufenkolben besteht,mit dem Arbeitskolben für das Ansaugen und Komprimieren des Produktstromes und mit dem Antriebskolben für die arbeitsleistende Entspannung des zur energetischen Nutzung anstehenden Konzentratstromes, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung des Konzentratstromes auf die Antriebszylinder und die Sammlung des Konzentratstromes von den Antriebszylindern des Energierückgewinnungs-Aggregates durch einen drehbar im Gehäuse (1) gelagerten und über die Kurbelwelle des Energierückgewinnungs-Aggregates direkt angetriebenen Steuerkolben (2) n#t seinen Steuerkolben-Kanälen (2a9 2b, 2c) erfolgt, wobei diese eine ständige Verbindung am Umfang des Steuerkolbens (2) zu den Ringkammern (lb, lc, ld) mit den Gehäusebohrungen (III', II', I') und eine gesteuerte Verbindung zu der Eintritts- bzw. Austrittskammer (la) bzw.Device for controlling the concentrate flow in energy recovery units for use in the reverse osmosis separation systems, whereby the Energy recovery unit, for example from a three-plunger pump with a double-acting one There is a stepped piston with the working piston for sucking in and compressing the Product stream and with the drive piston for the work-performing relaxation of the for energetic use of the pending concentrate stream, characterized in that that the distribution of the concentrate flow to the drive cylinder and the collection of the concentrate flow from the drive cylinders of the energy recovery unit by a rotatable in the housing (1) and via the crankshaft of the energy recovery unit directly driven control piston (2) n # t its control piston channels (2a9 2b, 2c) takes place, with this a permanent connection to the circumference of the control piston (2) the annular chambers (lb, lc, ld) with the housing bores (III ', II', I ') and a controlled one Connection to the inlet or outlet chamber (la) or (le) über die als Gleitring ausgebildete und mit einer nierenförmigen Einlaß- bzw. Auslaßöffnung (3a) bzw. (#a) versehene Einlaß- bzw. Auslaß-Steuerscheibe (3) bzw. (4) besitzen.(le) formed as a sliding ring and with a kidney-shaped Inlet or outlet opening (3a) or (#a) provided inlet or outlet control disc (3) or (4). LeerseiteBlank page
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