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第二章电冰箱压缩机

第二章电冰箱与空调器的主要部件

第一节 压 缩 机

一、压缩机的分类

1.压缩机的作用

制冷中压缩机作功使热量由低温物体移向高温物体。

压缩机是制冷循环系统的动力,在制冷装置中,是最重要的组成部分,喻为制冷装置的“心脏”。

2.压缩机按不同方式分类

  制冷压缩机可按不同的方式分类,较为常见的分类有如下几种。

  

(1)按制冷机工作原理分

容积型压缩机:

分为往复式(活塞式)和回转式。

速度型压缩机:

分为离心式和轴流式。

(2)按制冷能力分

  轻型6kW以下;

  小型6~58kW;

  中型58~464kW;

  大型464kW以上。

(3)按采用的制冷剂种类分

  氟利昂制冷压缩机 以氟利昂为制冷剂。

  氨制冷压缩机 以氨为制冷剂。

  无氟制冷压缩机 R123、R134等新型制冷剂。

(4)按压缩级数分

单级压缩机 制冷剂从蒸发压力(低压)至冷凝压力(高压)只经过一次压缩,适用压缩比不大的场合。

  双极(或多级)压缩机 制冷剂从蒸发压力(低压)至冷凝压力(高压)经两次或多次压缩,适用于压缩比大、蒸发温度低的制冷系统。

(5)按压缩机气缸数目分

  单缸压缩机 有一只活塞气缸;

双缸压缩机 两只活塞气缸;

多缸压缩机 气缸数量在3个以上,可以是3缸、4缸、6缸、8和16缸等。

单缸和双缸压缩机常为立式或卧式;多缸压缩机大都采用角度式,如V型等。

(6)按气缸布置形式分

  立式(Z型) 立式压缩机的各气缸轴线相互垂直。

卧式 卧式压缩机的气缸轴线水平布置。

角度式 压缩机的气缸轴线呈一定的倾斜角度排列,多为V型(气缸中心线与铅垂线的夹角小于90°)、W型(气缸中心线与铅垂线的夹角为60°)和S型(S表示扇形,气缸中心线与铅垂线的夹角为45°)等。

 

 

 压缩机气缸布置形式如图所示。

 

 (7)按压缩机外壳结构分

开启式 电-动机与压缩机分开放置,压缩机的运转靠V带或联轴器来传动。

半封闭式 压缩机与电动机的机体外壳联成一体,电动机与压缩机使用一根轴。

轴端安装在端盖上,端盖的法兰圈与机体用螺栓联接,可以拆卸。

全封闭式 压缩机与电动机的机体外壳构成一体,封闭焊死,密封性能很好,不易拆卸。

3.氟利昂活塞式单级基本类型及特性

(1)开启式

①缸径有50、70、100系列,均为高速多缸逆流式,可实现三工质(NH3、R12、R13)通用,气缸布置形式分别有V型、W型和S型,转数  n=1440r/min。

②标准制冷量 R12时为3470~97400W。

③轴功率 R12时为1.14~31kW;R22时为1.67~32.4kW。

④机器装有吸排油三通阀,在运转条件下不停车加油。

50、70、100系列有能量调节装置。

(2)半封闭式

①缸径有50、70、100系列,为高速多缸逆流式;R12、R22两工质通用,气缸布置

形式有V型、W型和S型,转数n=1440r/min。

②标准制冷量 R12时为2870~9480kW;R22时为5~100kW。

③机器装有吸排油三通阀,可不停车加油。

(3)全封闭式

①缸径有21单缸高速逆流式,目前缸径有40、50、60系列,高速多缸逆流式,如3FM4G、3FY5Q等,可实现二工质(R12、R22)通用,气缸布置形式有卧式和立式,转数可达n=2880r/min。

 ②标准制冷量:

R22时为8.37~31.63kW。

 ③轴功率:

R22时为2.2~7.5kW。

 ④结构紧凑,密封性能好,噪音低,维修困难。

4.活塞式压缩机的常用术语

(1)压缩机转速n压缩机曲轴在单位时间内的旋转圈数称为压缩机转速,通常以1min的转数为计量单位(r/min)。

  

(2)上止点和下止点活塞在气缸内作往复运动时,向上移动的最高位置(离曲轴中心最远点),称为上止点位置;活塞向下移动的最低位置(离曲轴中心最近点),称为活塞的下止点位置。

  (3)活塞行程S活塞在气缸内作往复运动时,上止点至下止点之间的距离称为活塞行程。

它等于曲轴的曲柄半径R的二倍,即S=2R。

(4)气缸直径D:

气缸直径即气缸内圆直径。

  (5)工作容积Vg:

活塞行程与气缸截面积的乘积。

  (6)余隙容积Vc:

活塞顶面和阀板底面之间要留有的空间(包括排气孔容积)。

  (7)相对余隙容积C:

余隙容积Vc与工作容积Vg之,即C=Vc/Vg。

  (8)制冷压缩机工况:

制冷压缩机的工作温度、工作条件称为工况。

  (9)制冷压缩机的标准工况:

制冷压缩机在一种特定工作温度条件下的运转工况。

(10)制冷压缩机的空调工况:

制冷压缩机用于空调时,在其特定工作温度条件下的运转工况。

(11)制冷压缩机的最大功率工况:

压缩机在最大功率状态下运转的工况。

(12)制冷压缩机的最大压差工况:

压缩机能够产生最大压力差(冷凝压力与蒸发压力之差)时的工况。

5.压缩机的工作过程

压缩机的工作过程示意图如图所示。

压缩机每一周期的工作分为膨胀、吸气、压缩、排气四个过程。

压缩机工作过程中,活塞在气缸中每往复运动一次,即曲柄每转一圈,就会依次进行压缩、排气、膨胀和吸气过程,在制冷系统中建立起压力差,使制冷剂在系统中循环流动,达到制冷的目的。

6.压缩机输入功率的换算

国外采用马力(HP)表示,而我国采用W(瓦)来表示压缩机输入功率,其换算关系见表。

7.电冰箱压缩机与电冰箱容积间的匹配

电冰箱压缩机与电冰箱容积间的匹配受许多因素的影响,国内外尚无统一的标准。

8.空调器压缩机输入功率与制冷量的对应关系

空调器中压缩机制冷量越大,消耗的功率也越大,反之,压缩机制冷量小,消耗的功率也小。

结构:

电动机转子直接安装在压缩机曲轴的一端,同电动机一起密封在一个耐压金属壳内。

罩壳由3~4mm厚的铁板冲压成上下两部分,焊接在一起的。

壳表面引出一个粗径吸气管、一个细径排气管和电源的接线柱。

特点:

结构紧凑,重量轻,密封性能好,运转平稳,噪声低,电动机浸在低温氟利昂蒸气中,改善了电动机的冷却条件,减少了电动机的耗电量,效率提高。

二、全封闭式压缩机

1.往复活塞式压缩机

机构组成:

气缸、曲柄连杆(或滑管、滑块)和吸、排气阀等组成的机构。

往复活塞式制冷压缩机型号编排方法:

  第一个数字表示压缩机气缸数目;

 第二个字母表示所用制冷剂种类,如氟利昂用字母“R”表示,氨用字母“A”表示;

 第三个字母表示压缩机的结构特征,如“W”表示气缸是W形排列的,“S”表示气缸是扇形排列;

 第四个数字表示气缸的直径(以厘米为单位);

 第五个字母表示传动方式,A为直接传动(有时会略写),B为带传动,Q表示全封闭。

(1)曲柄滑管式压缩机

  结构、工作过程示意图如图所示。

第二节热交换器(冷凝器、蒸发器)

滑管、曲轴和气缸装配图如图所示。

曲柄轴,如图所示。

  ①曲轴的结构与用途

  主轴颈(曲轴的主体部分)、曲柄销和平衡块组成。

曲轴是压缩机的主要部件之一,接受电动机以扭转

形式传入的动力,并把它转变为活塞往复运动的力

来压缩气体作功。

  ②活塞的结构与用途

  活塞头和滑管组成的,用来在气缸中压缩气体。

③气缸与机座的结构与用途

压缩机气缸外形如图。

中间是气缸筒,两边是低

压腔和高压腔,在低压腔中装有进气管,气体由

进气管吸入。

机座构成:

是由安装气缸的平面和安装电动机的

四个支柱端面以及主轴孔(主轴颈的轴承孔)和

四个支柱。

机座是连接气缸和安装电动机的。

④气阀结构与用途

分类:

按照气体流动的方式,分为逆流

式和顺流式两种气阀。

逆流式气阀又称为回流式气阀,气体在

气缸内随着活塞的运动方向而改变流动

方向。

吸气与排气气体的流向相反。

⑤滑块

连接曲轴和活塞,将曲轴的旋转运动转

度为活塞的往复直线运动,将曲轴的动

力传送到活塞,使活塞能够压缩气体。

  滑块要求有较高的强度和耐磨性。

  

(2)曲柄连杆式压缩机

  结构和工作过程示意图如图所示。

与管滑式压缩机的不同之处,用连杆机构代替滑管滑块机构,如图所示。

(3)电磁式压缩机:

结构工作过程示意图如图所示。

  2.旋转式压缩机

又称旋转活塞式压缩机,其电动机转子的旋转运动直接带动活塞旋转完成压缩功能。

有螺杆式、滚动转子式和滑片式等多种结构。

  

(1)滚动转子式压缩机

  ①结构:

又叫固定叶片式压缩机,其结构如图所示。

组成部件:

壳体、转子滑板(分隔叶片)、圆形(或椭圆形)气缸、偏心轮、排气阀、

弹簧等。

  ②工作过程:

如图所示。

  ③滚动转子式压缩机的特点

  排气压力损失小,吸气效率提高,压缩机耗电少,运转平稳,振动和噪音小。

压缩机部件少,成本低,体积小,重量轻,可靠性高,要求制造材料的耐磨性好,零部件加工精度和装配精度要求高。

  滚动转子式压缩机与往复式压缩机特性对比如表所示。

(2)滑片式压缩机

  ①滑片式压缩机结构

组成:

气缸、与主轴相连的偏心转子

(旋转活塞)、滑片、排气阀、外壳等。

也称旋转叶片式压缩机,按滑片数目

分为双滑式、多滑式。

结构示意图如

图所示。

  1.缸体2.旋转活塞

3.叶片4.吸气口

5.排气口

  ②滑片式压缩机的工作过程

  电动机带动转子高速旋转,滑片依靠离心力作用与气缸内壁严密接触,滑片后面的某一容积将由最小值逐渐变大,并和吸气口相通,吸入制冷剂气体,到基元容积达到最大,完成吸气过程。

以后随着转子旋转,基元容积开始缩小,气体被压缩。

当压力超过排气压力时,排气阀打开,排出高压气体。

该基元的后滑片越过排气口边缘时,则该基元排气结束。

相邻的后一基元容积紧接着重复上述吸排气过程。

  对于双滑片式压缩机,在转子每旋转一周中,依次有2个基元容积分别进行吸气→压缩→排气→吸气的循环过程。

  结构特点:

结构简单,制造、操作、维修方便,无吸气阀及曲柄连杆机构,排气均匀、转速高、噪声低,但滑片的机械磨损大。

  3.涡旋式压缩机

一种新型的高效率压缩机,结构独特,

运转宁静,与全封闭旋转式和全封闭

往复式压缩机相比较,零部件很少,

振动极微,噪声很小,尤其适用于作

空调器部件使用。

  

(1)涡旋式压缩机结构

  

(2)涡旋式压缩机的工作过程

图为工作过程示意图。

其中图(a)

所示为吸气终了压缩腔的状态。

后,涡旋转子每隔90°角顺时针作圆

周轨道运动,其情况分别见图(b)、

(c)、(d)、最后达到图(d)完成一

个周期。

以涡旋转子的涡旋线和涡旋定子的涡

旋线相切点A为基点,在转子平移转

动中是移动的,如图(a)、(b)、(c)、

(d)所示。

这种压缩腔是一边向中心

移动,一边缩小容积的一种压缩机构。

压缩后的高压气体从端盖中心排气口

排出。

4.变频式压缩机:

变频式制冷电器的

主要部件是变频式压缩机。

  

(1)变频式压缩机结构

用电子变频技术,改变压缩机电动机的

电源频率,改变压缩机转速,实现电动

机的无级调速或者压缩机的变频调速控

制。

应用:

制冷设备用旋转活塞式、涡旋式

和往复活塞式压缩机中。

如图所示为双

气缸旋转活塞式变频压缩机的结构图。

  1.轴承2.旋转活塞(上、下)

3.排气缓冲罩(上、下)4.上轴承

5.轴6.电动机定子

7.电动机转子8.接线端子

9.蓄液分液器10..阀(上、下)

11.中间隔板12.气缸(上、下)

(2)变频式压缩机的工作过程和特点

由滑片、气缸内壁、转子外表面及气缸端

面之间形成封闭容积,主轴旋转时使转子

紧贴在气缸内壁上滚动,随着转子的滚动,

容积产生周期性变化,实现吸气、压缩和

排气过程。

  变频压缩的特点:

转速随频率变化,压缩机产生的制冷量或

供热量均与频率成比例地变化。

在较低的转速,较小启动电流下启动。

靠转速变化,使制冷量或供热量发生变化,

以适应负荷。

图表示了一台变频压缩机当频率从30Hz

变化到100Hz时的性能。

在频率变化时,

制冷量和供热量变化范围大。

  5.压缩机的主要性能参数和质量判定

  

(1)主要性能参数

  ①性能系数(能效比或成绩系数)

  ②制冷量

  ③输入功率

  ④气缸容积

  ⑤注油量

  ⑥绝缘电阻

  ⑦噪声

  除以上参数,还有排气量、转速配用电动机功率、气缸数、制冷剂等性能参数。

  

(2)压缩机的质量判定

①安全性能  ②能效比  ③制冷量  ④可靠性  ⑤噪声

⑥电动机性能

第二节热交换器(冷凝器、蒸发器)

一、热交换器的种类、结构特点

  组成:

冷凝器和蒸发器两部分。

  1.冷凝器的种类、结构特点

  

(1)冷凝器的冷却种类

  ①水冷式 

  ②空冷式 

  ③蒸发式和淋激式

  按冷却空气的不同循环方式,分自然对流

冷却和强迫通风对流冷却两种方式。

一般冷藏

容积在300L以上的采用强迫通风对流冷却,

300L以下的采用自然对流冷却。

  空调器的冷凝器有水冷式,用于柜式空调

器和整体式移动空调器。

风冷式,用于窗式空

调器和分体式空调器。

  

(2)冷凝器的结构特点

  ①百叶窗式冷凝器用直径为5mm左右、

壁厚为0.75mm的铜管或复合管弯曲成蛇形

管,紧卡或点焊在厚度为0.5mm、冲有

700~1200个孔的百叶窗形状的散热片上,

靠空气的自然对流散热来形成冷凝条件。

  ②钢丝式冷凝器 在蛇形复合管的两侧

点焊直径为1.6mm的碳素钢丝而构成的。

  优点:

单位尺寸散热面积大、热效率高、

工艺简单、成本低等

  ③内嵌式冷凝器 

  冷凝器盘管安装在箱体外皮内侧与绝热

材料之间,利用箱体外皮散热来达到管内制

冷剂冷凝的目的,见图所示。

  优点:

保证冷凝器有合理的尺寸;对外

壳加热,防止结露;工艺简单,成本较低;

外观严密整洁美观。

    

  缺点:

散热性能不如百叶窗式和钢丝式;

结构特殊而维修不便。

  ④翅片盘管式冷凝器 

  空气强迫对流式冷凝器。

  结构:

翅片盘管式,如图所示。

  优点:

结构紧凑,散热效率高,冷却能

力大。

缺点:

翅片密集,空气自然流动时阻力

大,通过加装的轴流风机或离心风机来

强迫空气的对流。

 

  ⑤套管式水冷凝器   

  套管式水冷凝器是将两根不同直

径的铜管(内管也可若干个)同心地

套在一起盘成椭圆形,如图所示。

  2.蒸发器的种类、结构特点

 

(1)按被冷却物体的性质可分为

三大类:

  ①液体冷却式

  ②空气冷却式

  ③固体冷却式

  

(2)蒸发器的结构特点

  ①铝平板式蒸发器

  有复合板吹胀型和印刷管路型两

种结构,如图所示。

 

  ②管板式蒸发器 

 用紫铜管或铝管绕在黄铜板或铝板

围成的矩形框上焊制或粘接而成。

  特点:

结构牢固可靠,设备简单,

规格变化容易,使用寿命长,不需要高

压吹胀设备等,但传热性能较差,多用

在直冷式双门电冰箱的冷冻室上。

 

  ③蛇形翼片管式蒸发器 蛇形

盘管和约高15~20mm经弯曲成形

的翼片组成的,如图所示。

  特点:

结构简单,除霜方便,一

般不用修理。

缺点是自然对流时空气

流速很慢,因而传热性能较差。

多用

在小型冷库和直冷式双门电冰箱的冷

藏室上。

 

  ④翅片管式蒸发器 由蒸发管

和翅片组成,应用于间冷式双门电冰

箱的冷冻室内和空调器中。

  特点:

具有坚固,可靠性高,体

积小,寿命长,散热率高,如图所示。

 

  ⑤层架盘管式蒸发器 盘管既是

蒸发器,又是抽屉搁架,制造工艺简

单,便于检修,成本较低,而且有利于

箱内温度的均匀,冷却速度快。

应用于

冷冻室下置内抽屉式直冷式冰箱,如图

形所示。

  ⑥角蒸发器

  是海尔冰箱独设的,双面制冷,

全方位速冻,冰箱最下面抽屉也能冷

冻食品,全面节能保鲜。

 

二、热交换器的工作原理及应用

  1.热交换器的工作原理

外界力作功,使制冷剂在制冷系统内外

实现状态的变化,实现热量的转移,达

到制冷的目的。

蒸发器和冷凝器就是够

保证这一过程连续进行的热交换器。

1.压缩机2.冷凝器3.毛细管

4.蒸发器5.干燥过滤器6.气缸

7.活塞8.绝热层9.低压管

10.高压管11.电动机

  

(1)冷凝器 功能:

降低从压缩机排出的高温高压过热制冷剂蒸气的温度,冷却成高压的液态制冷剂。

过程分为三阶段,如图所示。

  第一阶段:

过热蒸气冷却为饱和蒸气;

  第二阶段:

由饱和蒸气冷凝为饱和温度下的液体;

  第三阶段:

进一步冷却为过冷液体。

  冷凝器的其他作用:

  一是将压缩机排气口接到副冷凝器,使浸入化霜水注入蒸发皿中,使之蒸发,以免弄湿地面。

  二是将冷凝管绕箱门四周和箱顶部,防止箱门四周及顶部凝露问题。

  影响冷凝器传热效率的因素:

  ①空气流速

  ②管内残留空气

  ③污垢

  

(2)蒸发器 液体制冷剂在其中蒸发并吸收被冷却物质热量的热交换器,是制冷系统中主要的换热部件。

  功能:

将节流降压后的低温低压制冷剂液体,在压力很小的蒸发器内,迅速蒸发成饱和蒸气,大量吸收被冷却物体的热量使之温度下降,从而达到制冷的目的。

  分类:

按内部制冷剂状态可分为干式蒸发、半满液式蒸发和满液式蒸发。

蒸发器中制冷剂的吸热过程如图所示。

  影响蒸发器传热效率的因素:

  ①空气对流速度对蒸发器传热的影响

  ②制冷剂特性对蒸发器传热的影响

  ③霜层及污垢等对蒸发器传热的影响

  ④传热平均温差对蒸发器传热的影响

  2.热交换器的应用

  冷凝器——制冷系统中的散热器和液化器,其作用就是在系统制冷时进行放热和液化制冷剂。

  蒸发器——在系统制冷时,是吸热设备。

第三节

毛细管与膨胀阀、制冷辅助设备

一、毛细管

  1.制冷系统中的节流装置

节流:

液体(气体和液体)在流道中

流经阀门、孔板或多孔堵塞时,由于

局部阻力而使压力降低的现象。

绝热节流:

在节流过程中流体与外界

无换热,制冷剂流经毛细管或膨胀阀

时的节流过程,为绝热节流。

  2.毛细管的结构形式

是一根直径很细的紫铜管,在制冷系

统中可产生预定的压力降,一般用作

电冰箱、空调器和小型冷库的节流元

件。

  3.毛细管的工作过程

  作用:

(1)节流降压,将高压流态制冷剂降

压为低压液态制冷剂:

(2)控制蒸发器的供液量。

图示为制

冷剂液体在毛细管中的压力及状态变

化。

  4.毛细管的节流特点

  

(1)毛细管由紫铜管拉制而成,结构简单,制造方便,价格低廉。

  

(2)没有运动部件,本身不易产生故障和泄漏。

  (3)毛细管的自动补偿性,以适应制冷负荷变化对制冷流量的要求。

这种补偿能力有限,适合在采用全封闭式压缩机的电冰箱、小型空调器、空气降温机以及某些低温设备中使用。

  (4)增加制冷剂的过冷度,使制冷量增加,提高制冷效果。

  (5)毛细管本身是常通结构。

二、膨胀阀

膨胀阀属于节流降压器件,使用在大、小

型空调器中。

作用:

把来自冷凝器的高温、高压液态制冷

剂降温、降压后,供给蒸发器并自动调节制冷剂

的循环量,控制蒸发器出口制冷剂蒸气的过热度,

以适应系统制冷量变化的需要。

  1.手动膨胀阀

  

(1)结构形式

  手动膨胀阀是最简单的节流阀,如图所示。

  

(2)工作过程

适用于制冷系统手动控制的场合。

它是一种

带有细牙螺纹调节的针阀,可手动调节阀的

开启度。

  2.自动膨胀阀

  

(1)结构形式,如图所示。

  

(2)工作过程

阀开启,制冷剂液体进入蒸发器,蒸发引

力升高,导致膨胀阀的关小。

当压缩机抽

吸蒸发器中的蒸气时,压力降低,促使膨

胀阀开大,这样它自动调节阀的开启度。

当压缩机开动时,针阀立即开大;当压缩

机停止时,蒸发器中的压力可使膨胀阀全

关。

  3.热力膨胀阀

  

(1)结构形式图示。

组成:

感温机构、执行机构和调节

机构三大部分。

1.毛细管2.密封盖

3.波纹薄膜4.转动盘

5.传动杆6.阀体

7.阀孔座8.阀针座

9.阀针10.弹簧

11.弹簧座12.调节座

13.垫圈14.填料

15.压紧螺母16.调节杆

17.帽罩18.过滤网

19.进口接头20.氟利昂充剂

21.感温包

  

(2)工作过程

  热力膨胀阀的工作原理如图所示。

①在平衡状态下因P=P0+PD,阀的开

度一定,供液量一定。

②负荷增加,蒸发器出口的制冷剂温度上

升(过热度增加),感温包吸热后压力上升。

P>P0+PD,阀头开启,制冷剂流量增加,

节流后制冷剂压力P0增加。

蒸发温度上升,

压缩机的排气量增加,此时,膨胀阀进入新

的平衡状态。

  1.热力膨胀阀2.毛细管3.感温包4.蒸发器

③负荷减小时,蒸发器出口的制冷剂气体温度下降(过热度减小),感温包内的压力下降,P

  膨胀阀就是利用开阀作用力P的变化来改变阀针的开启度,从而改变制冷剂的流量,使蒸发器出口带有3~8℃的过热度,实现对阀自动调节。

  4.电子膨胀阀

  优点:

流量控制范围大、动作迅速、调节精细,制冷剂可以往、返流动。

采用微电脑程序进行流量控制调节。

  按驱动形式划分,有电磁式和电动式两类,电动式又分直动型和减速型两种。

  图为脉冲电动机驱动的电子膨胀阀的总体结构图。

 图示阀针在阀孔内上下移动的情形。

图示电子膨胀阀全开、

全闭时的限位机构。

1.薄片2.调整螺栓

3.套管4.调整螺母

5.转子6.套筒

7.轴8.阀针

9.定子

三、常用辅助设备的结构及功用

  1.感温包

  

(1)感温包结构

  一根较毛细管直径大数倍的管子加工制成。

管子的一端与毛细管相连接,另一端有两种结构形式:

一种是端口封死的;另一种是在顶端加一段与感温包相通的小口径管子。

这两种感温包的外形如图所示。

(a)的结构由于一端端口封死,维修不方便;图(b)的结构由于在端部增加了一段管子,方便维修。

  

(2)感温包的功用 

  安装在蒸发器的出口附近,功用有两个:

  一是向热力膨胀阀发出控制信号,控制阀门的开启度,从而对制冷剂流量进行调节;

  二是为感温波纹管式温度控制器提供温度变化信号,从而控制压缩机的电动机是否开启。

  2.吸气管

  也称回气管,内径为4~5mm、外径约6mm、长约1.5m的

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