CN108799608A - 带有延长的***件的先导操纵阀 - Google Patents

带有延长的***件的先导操纵阀 Download PDF

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肯尼思·A·伯格鲍尔
保罗·查理·伯克利
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Robertshaw Controls Co
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Luo Boxiu Controls
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Abstract

提供了一种先导操纵阀。所述先导操纵阀包括限定了入口、出口和主阀座的阀体。所述先导操纵阀包括具有膜片和***件的阀构件。所述***件限定有先导阀座和***件头。所述阀构件抵靠所述主阀座选择性地密封以将所述入口和所述出口分离开。所述先导操纵阀包括电磁组件，其具有带有衔铁端的衔铁。所述衔铁端和所述先导阀座位于导管内部。所述衔铁端在所述导管内部抵靠所述先导阀座选择性地密封。

Description

带有延长的***件的先导操纵阀
技术领域
本发明总体上涉及先导操纵阀。
背景技术
在美国专利第4,500,067(以下称为“067”)号中总体上描述了先导操纵阀，其全部教导和公开内容通过引用并入本文。'067专利中公开了一种针对诸如以制冰器和增湿器为例的器具采用的电磁铁致动的进水阀。这种先导阀利用具有柔性膜片和刚性***件的阀构件。这种阀的膜片将阀的入口与出口分隔开并将阀室分成上室和下室。刚性***件限定了从上阀室延伸出的先导阀流路以与出口流体连接。该***件包括在其上端处的先导阀座以及在其下杆处的主阀垫。下杆和膜片在阀关闭状态下抵靠主阀座密封。
压缩弹簧促使***件关闭主阀座。然而，穿过膜片和***件的排放通道允许水充满上阀室，同时保持入口和出口之间的密封分离。包含衔铁的导管在其末端处具有阀垫，该阀垫在阀的关闭、断电状态下抵靠在***件先导阀座上。
一旦围绕导管的线圈通电，衔铁阀垫抬起离开先导阀座以打开先导阀流路。然后上室和柔性膜片中的压力下降，直到下室阀压力克服上室压力以便使柔性膜片与***件一起向上弹起以使***件从主阀座提起，从而允许水直接从入口流动到阀室并通过出口流出。
不幸的是，刚刚描述的这种阀的设计提供了一种具有衔铁末端的膜片***件，其中阀垫在导管的狭窄部外部。这允许衔铁过量的侧向间隙，并导致导管磨损以及衔铁末端和先导阀座之间的不对准。因为这样的设计将先导阀座定位在导管外部，因此衔铁必然延长了导管的整体长度，这意味着衔铁比期望的更长和更重，使得长且重的衔铁导致导管以及在其末端抵靠主阀座密封的***件头的过度磨损。
此外，这种设计提供了即使在主阀打开时也延伸穿过主阀座并进入到出口中的***件头。***件头延伸穿过主阀座并进入到出口中，减少了在操作期间通过阀体的水流量，这是由于至出口的流动路径中的进入头引起的限制所导致的。另外，这种***件头变成了阀室和出口之间的障碍物，这增加了在操作期间颗粒被困在进入头和靠近主阀座的出口之间的可能性。
本发明提供了一种新的、改进的先导操纵阀。通过这里提供的本发明的描述，本发明的这些和其它优点以及附加的创造性特征将显而易见。
发明内容
在一个方案中，本发明提供了一种先导操纵阀，其包括限定了入口、出口和主阀座的阀体。所述先导操纵阀包括具有膜片和***件的阀构件。所述***件限定有先导阀座和***件头。所述阀构件与所述主阀座选择性地密封以将所述入口和所述出口分离开。所述先导操纵阀包括电磁组件，其包括具有衔铁端的衔铁。所述衔铁端和所述先导阀座位于导管内部。在所述导管内部所述衔铁端抵靠所述先导阀座选择性地密封。
在另一方案中，本发明提供了一种先导操纵阀，其包括限定了入口、出口和主阀座的阀体。主流动通道通过所述入口、经过所述主阀座至所述出口而由所述阀体限定。所述先导操纵阀包括具有膜片和***件的阀构件。所述***件限定有先导阀座和***件头。所述阀构件抵靠所述主阀座选择性地密封以关闭所述主流动通道。所述先导操纵阀包括电磁组件，其包括具有位于导管内部的衔铁端的衔铁。所述衔铁端在所述导管内部抵靠所述先导阀座选择性地密封。在先导阀的完全打开位置中，当所述***件头从所述主阀座脱离以打开所述主流动通道时，所述***件头位于所述主阀座上方和所述出口外侧。
在实施例中，所述阀构件包括***件，所述***件包括中央盘部和延伸的中心柱。所述延伸的中心柱从所述中央盘部轴向地远离所述出口延伸。所述延伸的中心柱限定了位于所述导管内部的所述先导阀座。
在另一实施例中，所述延伸的中心柱包括***件肋，在所述***件肋之间限定有***件通道。所述***件通道从所述中央盘部向所述先导阀座沿着所述延伸的中心柱轴向地延伸。
在另一实施例中，所述阀构件限定有将所述入口流体连接至所述导管的内部的排放通道。
在又一实施例中，衔铁端包括抵靠所述先导阀座选择性地密封的先导阀垫。
在又一实施例中，所述***件限定有轴向居中的先导阀通路，其在所述先导阀垫从所述先导阀座脱离时将所述入口流体连接到所述出口。
在实施例中，在所述先导阀的完全打开位置中，所述***件头在所述出口外侧与所述主阀座脱离。
在实施例中，中心柱限定有从所述中央盘部向所述先导阀座延伸的***件通道。
在另一实施例中，所述阀体内的阀室围绕着所述阀构件。所述阀构件将所述阀室划分成上阀室和下阀室。
在又一实施例中，所述上阀室包括位于所述导管内部的中空圆柱形区域。
在另一实施例中，所述衔铁的长度小于或等于所述导管的长度的百分之八十。
在另一实施例中，所述***件通道位于所述导管的最内周表面的径向内侧，从而允许流体在所述***件通道和所述导管的最内周表面之间流动。
在又一方案中，本发明提供了一种用于操作先导操纵阀的方法。所述方法包括步骤：抵靠阀构件选择性地密封主阀座以将阀体的入口与出口分离开并将上阀室与下阀室分开。所述方法进一步包括步骤：通过由所述阀构件限定的排放通道将所述下阀室与所述上阀室流体连接。所述方法包括步骤：在电磁组件的导管内部使衔铁的先导阀垫与先导阀座脱离来将所述上阀室与所述出口流体连接。所述方法包括步骤：使上阀室中的压力降低来使所述阀构件与所述主阀座脱离以打开从所述入口经过所述主阀座至所述出口的主流动通道。
在实施例中，所述方法进一步包括步骤：通过所述阀构件的延伸的中心柱内部的先导流路来将所述上阀室与所述出口流体连接。
在所述方法的另一实施例中，使所述阀构件与所述主阀座脱离的步骤进一步包括：将所述阀构件定位在所述主阀座上方和所述出口外侧以打开所述主流动通道。
在又一实施例中，所述方法进一步包括步骤：将所述先导阀座定位在所述阀构件的延伸的中心柱的一端上和所述导管内部。
在又一实施例中，所述方法包括步骤：将所述先导阀垫定位在所述导管内部的所述衔铁的一端上。
在所述方法的另一实施例中，使所述电磁组件通电来使所述导管内部的所述先导阀座脱离。
当结合附图时，通过下面的详细描述，本发明的其他方案、目标和优点将变得更为明显。
附图说明
包含在说明书中并形成说明书的一部分的附图，示出了本发明的若干方案并且与描述一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是本发明的处于完全打开位置和通电状态的阀的实施例的剖视图；
图2是图1的阀的刚性***件的放大立体图；
图3是本发明的处于完全关闭和断电状态的阀的实施例的剖视图；
图4是本发明的处于部分打开和通电状态的阀的实施例的剖视图；
图5是本发明的处于部分关闭和断电状态的阀的实施例的剖视图。
尽管将结合某些优选实施例描述本发明，但并不意图将其限制于那些实施例。相反，目的是覆盖如由所附权利要求限定的包括在本发明的精神和范围内的所有替代、修改和等同。
具体实施方式
图1图示出了新的、改进的先导操纵阀10的实施例。阀10包括阀体12，其具有与围绕阀构件18的阀室16流体连通的入口14。阀构件18将阀室16分成上阀室20和下阀室22。阀体12进一步包括同样与阀室16连通的出口通道24。
阀体12限定了主阀座26。主阀座26定位在出口通道24与阀室16的交叉处。主阀座26定位在出口通道24的第一端处。主阀座26限定了进入到出口通道24中的进入口28。
阀构件18包括具有加厚的中央阀部32的弹性膜片30。阀构件18还包括刚性***件34。刚性***件34的***件头36穿过由加厚的中央阀部32限定的孔38，以便于刚性***件34和弹性膜片30之间的连接。
弹性和刚性被理解为相对于膜片和***件的比较特性。也就是说，对于刚性，其意味着在阀10的正常操作期间达到的流体压力作用在刚性***件34上而不会引起刚性***件34的任何明显变形。弹性被理解为意味着在阀10的正常操作期间达到的流体压力可起作用来发生变形，即，弹性膜片30的至少一部分轴向移动，而弹性膜片30的其余部分保持固定，由此允许弹性膜片“弹起”打开或关闭。
刚性***件34包括中央盘部40，其具有围绕中央盘部40的径向最外表面周向延伸的凹槽42(图2)。凹槽42接纳弹性膜片30的匹配舌形件44以将刚性***件34固定到弹性膜片30。
刚性***件34具有从中央盘部40向上延伸的延伸中心柱46。向上延伸，意味着远离出口通道24延伸的轴向方向。刚性***件34还包括***件头36。***件头36从中央盘部40向下延伸。向下，被理解为意味着朝向出口通道24延伸的轴向方向。
刚性***件34限定了先导流路50，其在刚性***件34内轴向居中并且从刚性***件34的最上表面处的末端52轴向延伸至***件头36。末端52限定了先导阀座54。因此，刚性***件34具有限定了先导阀座54的第一端，即***件末端52，并且刚性***件34具有第二端，即***件头36。
弹性膜片30的外周被接纳在阀体12中，在于阀体12中形成的环形凹槽56中，并且通过衔铁引导构件58保持在环形凹槽56中。
衔铁引导构件58具有中空的导管60。导管60具有第一端68和第二端70。导管60具有限定在第一端68和第二端70之间的长度。衔铁引导构件58的凸缘部48从第二端70径向地延伸以与阀体12密封并将弹性膜片30保持在环形凹槽56中。
衔铁62可滑动地被接纳在相对于凸缘部48减小了直径的导管60中。衔铁具有上端72和下端74，其全长限定在上端72和下端74之间。衔铁62的下端74包括先导阀垫64。
压缩弹簧66被接纳在导管60中并且抵接导管60的第一端68。在导管60内部，压缩弹簧66沿轴向向下的方向朝向出口24推动衔铁62以引起先导阀垫64接触先导阀座54。内部，其意味着在导管60的第一端68和第二端70之间的中空部中。阀垫64或先导阀座54没有位于导管60外侧的部分。在实施例中，衔铁62的全长可以小于导管60的全长。在优选实施例中，衔铁62的全长可小于导管60的全长的百分之八十。在更优选的实施例中，衔铁62的全长可小于导管60的全长的百分之七十。在又一更优选实施例中，衔铁62的全长可小于导管60的全长的百分之六十。
压力平衡排放通道76设置成在加厚的中央阀部32的径向向外部分处穿过该阀部32并且穿过刚性***件34，如此允许下阀室22与包括布置在弹性膜片30上方的衔铁导管60的中空区域的上阀室20有限连续连通。
在操作中，在流体穿过排放通道76时，通过形成在***件肋80(图2)之间的***件通道78(图2)，促进了流体流动到上阀室20中的***件末端52。***件肋80从延伸的中心柱46径向向外突出。***件通道78和***件肋80围绕延伸的中心柱46沿周向且均等地间隔开(图2)。***件通道78从刚性***件34的中央盘部40轴向延伸到***件末端52(图2)。
有利地，***件通道78用作在上阀室20中从中央盘部40延伸到先导阀座54的外部***件流动路径。外部，其意味着不同于在刚性***件34内部的先导流路50，***件通道由刚性***件34的外表面限定。延伸的中心柱46有利地允许中心柱46定位在衔铁导管60内，使得先导阀座54和在衔铁62的下端74处的先导阀垫64都位于导管60内部。
如前所述，现有的膜片***件在导管外侧的衔铁末端处相遇，并且在它们导管的、相对于直径减小的、直径增加的其凸缘部中。不幸的是，这样的结构允许衔铁过量的侧向间隙，并导致导管磨损以及衔铁末端和***件上的配合末端之间的不对准。
因此，本文描述的实施例有利地将***件末端52和先导阀座54轴向向上地延伸到导管60中。这个优点在延伸的中心柱46比***件头36的长度更长的实施例中在某种程度上是有利的。在优选实施例中，延伸的中心柱46是***件头36的长度的一倍半，并且在更优选的实施例中，延伸的中心柱46至少是***件头36的长度的两倍。因此，在衔铁导管60的内部进行先导阀垫64和先导阀座54之间的接触以关闭先导流路50。这样做意味着能够使衔铁62相对于几乎在它们导管的整个长度延伸的那些衔铁更短，因此需要更少的材料并降低了成本。
除了上述内容之外，如前所述，现有的膜片***件包括突出到主阀座中的、始终轴向进入到出口中以防止未对准的出口杆(exit stem)。这种阀杆因此位于出口通道内。然而，在这里描述的实施例中，延伸的中心柱46允许由衔铁导管60来提供***引导。这样做意味着***件头36的大部分可以免除向下穿到主阀座26内部并进入到出口24中。因此，***件头36在从主阀座26完全脱离时位于出口通道20的外侧并且在主阀座26上方。
***件头36免除通过进入口28穿到主阀座26下方并进入出口24，提供了如下优点：在主阀座26和出口24没有***件头36和实际上全部刚性***件34的情况下，在操作期间可以增加通过阀体12的流体量。
此外，***件头36免除其穿到出口24内侧的情况有利地减小了在下面描述的操作期间颗粒被困在***件头36与主阀座26之间的可能性。
此外，由于延伸的中心柱46轴向地向上延伸到衔铁导管60中，因此衔铁62可以相对于在先前的先导操纵压差阀中通常是已知的、在导管的几乎整个轴向长度上延伸的衔铁，在尺寸和重量方面有利地减小。衔铁的这种减小的尺寸和重量有利地降低了成本。此外，由于尺寸和重量的减小，减少了对导管60、先导阀垫64和先导阀座54的磨损。
现在转向描述阀10的操作，电磁线圈组件84包括衔铁62并且具有对阀10进行通电和断电的封装线圈(未图示出)。导管60在其上已经接纳了铁磁材料的极片管(未图示出)。封装的电线圈被接纳在极片管上。
在操作中，当线圈通电时，产生的磁通势使衔铁62克服压缩弹簧66的偏置并向上移动，即轴向地远离出口24，由此向上移动先导阀垫64以从先导阀座54脱离来打开先导流路50，如图1中图示出的。
打开先导流路50允许上阀室20中的流体以比水能够通过排放通道76流入到上阀室20更大的速率流向出口24。这导致上阀室20中的压力损失，这产生跨越弹性膜片30的压差。压缩弹簧66与弹性膜片30一起被预先选择，以便允许在跨越弹性膜片30的预选压差下“弹起”，即，使其中央阀部32沿远离出口24延伸的方向轴向向上移动，从而使***件头36从主阀座26脱离以打开从入口14延伸到阀室16并经过主阀座26进入出口24而离开阀体12的主流动通道82。
因此，当先导阀垫64从先导阀座54脱离并且***件头36从主阀座26完全脱离时，如图1中图示出的阀10完全打开。如图1中图示出的，当***件头36从主阀座26脱离时，其位于主阀座26上方并且刚性***件34位于出口24外侧。因此，当先导阀10完全打开时，刚性***件34并不充当出口24内部的障碍物以流过出口24。
当线圈断电时，压缩弹簧66将衔铁62的先导阀垫64向下偏置以抵靠在导管60内侧的先导阀座54上来停止流体流过先导流路50。于是上阀室20内的流体压力升高并且将刚性***件34朝向主阀座26偏置，如此关闭流体从入口14流向出口24的路径。
因此，阀10可以被认为具有四个状态。在第一状态下，如图3中图示出的，阀10被断电并且处于完全关闭条件。即，先导阀垫64抵靠在先导阀座54上并且***件头36和膜片30抵靠在主阀座26上，使得在入口14和出口24之间无任何流体流动。
在第二状态下，如图4中图示出的，阀10被通电并且处于部分打开条件。如上所述，当线圈被通电时，先导阀垫64从导管60内的先导阀座54脱离以打开先导流路50来允许流体从上阀室20流向出口24。上阀室20中的压力减小。***件头36和膜片30保持抵靠在主阀座26上。
在第三状态下，如图1中图示出的，阀10被通电并且处于完全打开条件。在第三状态下，上阀室20中的压力已经降低，使得跨越弹性膜片30存在压差。在预选的压差下，弹性膜片如前所述地向上“弹起”，以使***件头36从主阀座26脱离。在这种完全打开状态下，先导阀垫64在导管60内保持与先导阀座54脱离，然而，***件头36和膜片30从主阀座26脱离以打开主流动通道82，以便允许流体从入口14流动到阀室16，然后经过主阀座26，穿过进入口28并进入出口24从而穿过出口24离开阀体12。
在第四状态下，如图5中图示出的，阀10被断电并且处于部分关闭条件。如上所述，压缩弹簧66将衔铁62的先导阀垫64向下偏置以抵靠在导管60内侧的先导阀座54上来停止流体流过先导流路50。于是上阀室20内的流体压力上升。
一旦上阀室20内的流体压力上升并且超过下阀室22的压力，则阀10返回到第一状态。一旦上阀室20已经达到预选的上阀室20压力，则上阀室20压力和压缩弹簧66的弹簧力合并以使膜片30连同***件头36一起轴向向下“弹起”，使得***件头36和膜片30抵靠在主阀座26上，如此关闭流体流经主阀座26的路径。
本文引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)通过引用并入本文，其程度如同每篇参考文献被单独地且具体地指明为通过引用并入并且在本文中全部阐述。
在描述本发明的上下文中(特别是下面的权利要求书的上下文中)使用术语“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”以及类似的指代物将被解释为涵盖单数和复数，除非本文另有指明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则术语“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(including)”和“含有(containing)”应理解为开放式术语(即，意指“包括但不限于”)。本文中数值范围的叙述仅仅意在作为单独指代落入该范围内的每个单独数值的简写方法，除非本文另外指出，并且每个单独数值被合并到说明书中，就好像它在本文单独列举一样。本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行，除非本文另有指出或者另外因上下文明显矛盾。除非另外声明，否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本发明，并且不限制本发明的范围。说明书中的任何语言都不应被解释为将任何未要求保护的元素指示为实施本发明所必需的。
这里描述了本发明的优选实施例，包括用于实施本发明的发明人已知的最佳模式。在阅读前面的描述时，那些优选实施例的变型对于本领域的普通技术人员来说可以变得显而易见。发明人期望技术人员适当地采用这样的变型，并且发明人希望本发明以不同于本文具体描述的方式来实施。因此，本发明包括如适用法律所允许的所附权利要求书中记载的主题的所有修改和等同。此外，除非本文另有指出或者另外因上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述要素在其所有可能变型中的任何组合。

Claims (20)

1.一种先导操纵阀，包括：
阀体，其限定入口、出口和主阀座；
阀构件，其具有膜片和***件，所述***件限定先导阀座和***件头，所述阀构件抵靠所述主阀座选择性地密封以将所述入口和所述出口分离开；
电磁组件，其包括具有衔铁端的衔铁；
其中，所述衔铁端和所述先导阀座位于导管内部并且其中在所述导管内部所述衔铁端抵靠所述先导阀座选择性地密封。
2.根据权利要求1所述的先导操纵阀，其中，所述***件包括中央盘部和延伸的中心柱，所述延伸的中心柱从所述中央盘部轴向地远离所述出口延伸，所述延伸的中心柱限定有位于所述导管内部的所述先导阀座。
3.根据权利要求2所述的先导操纵阀，其中，所述延伸的中心柱包括***件肋，在所述***件肋之间限定有***件通道，所述***件通道从所述中央盘部向所述先导阀座沿着所述延伸的中心柱轴向地延伸。
4.根据权利要求3所述的先导操纵阀，其中，所述阀构件限定有将所述入口流体连接至所述导管的内部的排放通道。
5.根据权利要求2所述的先导操纵阀，其中，衔铁端包括抵靠所述先导阀座选择性地密封的先导阀垫。
6.根据权利要求5所述的先导操纵阀，其中，所述***件限定有轴向居中的先导阀通路，其在所述先导阀垫从所述先导阀座脱离时将所述入口流体连接到所述出口。
7.根据权利要求2所述的先导操纵阀，其中，在先导阀的完全打开位置中，所述***件头在所述出口外侧与所述主阀座脱离。
8.一种先导操纵阀，包括：
阀体，其限定入口、出口和主阀座；
主流动通道，其通过所述入口、经过所述主阀座至所述出口而由所述阀体限定；
阀构件，其具有膜片和***件，所述***件限定有先导阀座和***件头，所述阀构件抵靠所述主阀座选择性地密封以关闭所述主流动通道；
电磁组件，其包括具有位于导管内部的衔铁端的衔铁，所述衔铁端在所述导管内部抵靠所述先导阀座选择性地密封；
其中，在先导阀的完全打开位置中，当所述***件头从所述主阀座脱离以打开所述主流动通道时，所述***件头位于所述主阀座上方和所述出口外侧。
9.根据权利要求8所述的先导操纵阀，其中，所述阀构件包括具有中央盘部和延伸的中心柱的***件，所述延伸的中心柱从所述中央盘部轴向地远离所述出口延伸并且限定有位于所述导管内部的所述先导阀座。
10.根据权利要求9所述的先导操纵阀，其中，中心柱限定有从所述中央盘部向所述先导阀座延伸的***件通道。
11.根据权利要求8所述的先导操纵阀，其中，所述阀体内的阀室围绕着所述阀构件，所述阀构件将所述阀室划分成上阀室和下阀室。
12.根据权利要求11所述的先导操纵阀，其中，所述上阀室包括位于所述导管内部的中空圆柱形区域。
13.根据权利要求8所述的先导操纵阀，其中，所述衔铁的长度小于或等于所述导管的长度的百分之八十。
14.根据权利要求10所述的先导操纵阀，其中，所述***件通道位于所述导管的最内周表面的径向内侧，如此允许流体在所述***件通道和所述导管的最内周表面之间流动。
15.一种操作先导控制阀的方法，所述方法包括步骤：
抵靠阀构件选择性地密封主阀座以将阀体的入口与出口分离开并将上阀室与下阀室分开；
通过由所述阀构件限定的排放通道将所述下阀室与所述上阀室流体连接；
在电磁组件的导管内部使衔铁的先导阀垫与先导阀座脱离来将所述上阀室与所述出口流体连接；
使上阀室中的压力降低来使所述阀构件与所述主阀座脱离以打开从所述入口经过所述主阀座至所述出口的主流动通道。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括步骤：通过所述阀构件的延伸的中心柱内部的先导流路来将所述上阀室与所述出口流体连接。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，使所述阀构件与所述主阀座脱离的步骤进一步包括：将所述阀构件定位在所述主阀座上方和所述出口外侧以完全打开所述主流动通道。
18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括步骤：将所述先导阀座定位在所述阀构件的延伸的中心柱的一端上和所述导管内部。
19.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：将所述先导阀垫定位在所述导管内部的所述衔铁的一端上。
20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括步骤：使所述电磁组件通电来使所述导管内部的所述先导阀座脱离。
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