CN114151055B - 一种压裂设备液压***、控制方法及压裂设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压裂设备液压***、控制方法及压裂设备,压裂设备液压***包括压裂泵、至少一个发动机以及多个液压子***,液压子***包括油泵、开关控制阀组和马达;油泵的进油口与马达的出液口连通,油泵的出油口通过开关控制阀组与马达的进液口连通;所有液压子***的油泵的进油口相互连通且出油口相互连通,所有液压子***的马达的进液口相互连通且出液口相互连通;且开关控制阀组适于打开或关闭,以连通或阻断油泵的出油口与马达的进液口之间的管路。这样,可以在不减小马达排量的前提下通过关闭部分马达来得到较高的压裂泵转速以满足压裂泵的需求流量,使得马达工作在效率较高的满排量状态下,提升了压裂设备液压***的效率。
Description
技术领域
本发明涉及压裂技术领域,具体而言,涉及一种压裂设备液压***、控制方法及压裂设备。
背景技术
目前,液压式压裂车(以下简称压裂车)主要包括多个发动机、多个油泵、压裂泵以及设置在压裂泵上的多个马达,多个发动机驱动多个油泵以给多个马达供应压力油,使多个马达驱动压裂泵进行压裂作业。当压裂作业需要大流量压裂液时,现有的压裂车通常将全部发动机的转速提高至最高转速、将全部油泵的排量控制在最大排量,通过降低马达的排量来提升压裂泵的转速,以满足压裂泵的大流量需求。
但由于马达在满排量时的容积效率最高,当马达的排量随着压裂泵转速的提高而减小时,马达的容积效率也逐步降低,导致压裂车液压***的效率降低,进而导致整车能耗增加。
发明内容
本发明解决的问题是:对于液压式压裂车,如何在不改变马达排量的情况下提高压裂车液压***的效率。
为解决上述问题,本发明提供一种压裂设备液压***,包括压裂泵、至少一个发动机以及多个液压子***,所述液压子***包括油泵、开关控制阀组和马达,所述发动机适于驱动多个所述液压子***的所述油泵工作,所述马达适于设置在所述压裂泵上;
所述油泵的进油口与所述马达的出液口连通,所述油泵的出油口通过所述开关控制阀组与所述马达的进液口连通;所有所述液压子***的所述油泵的进油口相互连通且出油口相互连通,所有所述液压子***的所述马达的进液口相互连通且出液口相互连通;且所述开关控制阀组适于打开或关闭,以连通或阻断所述油泵的出油口与所述马达的进液口之间的管路。
可选地,所述开关控制阀组包括先导控制阀和逻辑阀,所述油泵的出油口与所述先导控制阀的第一阀口、所述逻辑阀的进口均连通,所述先导控制阀的第二阀口与所述逻辑阀的控制口连通,所述逻辑阀的出口与所述马达的进液口连通;
所述先导控制阀适于在所述压裂泵的压裂需求流量大于预设流量值时得电,且所述先导控制阀的第一阀口与第二阀口在所述先导控制阀得电时导通,所述逻辑阀的进口与出口在所述先导控制阀得电时断开。
可选地,所述压裂设备液压***还包括齿轮泵,所述齿轮泵的进油口适于与油箱连通,所述齿轮泵的出油口与多个所述液压子***的所述马达的进液口均连通,且多个所述液压子***的所述马达的壳体泄油口均适于与所述油箱连通。
可选地,所述压裂设备液压***还包括单向阀,所述单向阀的进口与所述齿轮泵的出油口连通,所述单向阀的出口与多个所述液压子***的所述马达的进液口均连通。
可选地,所述压裂设备液压***还包括压力保护阀,所述压力保护阀的进口和出口分别与所述齿轮泵的出油口和进油口连通。
可选地,所述压力保护阀为溢流阀。
可选地,所述液压子***包括两个所述马达,两个所述马达在所述压裂泵上相对设置,且两个所述马达的进液口通过管路连通,两个所述马达的出液口通过管路与所述油泵的进油口连通。
为解决上述问题,本发明还提供一种压裂设备液压***的控制方法,采用上所述的压裂设备液压***,包括:
获取压裂泵的压裂需求流量;
当所述压裂需求流量大于预设流量值时,控制发动机的转速提升至发动机额定转速,控制油泵的排量增加至最大排量,并控制多个液压子***中的一部分开关控制阀组关闭,另一部分所述开关控制阀组打开,以提升所述压裂泵的转速。
可选地,所述开关控制阀组包括先导控制阀和逻辑阀;
所述控制多个液压子***中的一部分开关控制阀组关闭,另一部分所述开关控制阀组打开,以提升所述压裂泵的转速包括:
控制多个所述液压子***中的一部分所述先导控制阀的第一阀口与第二阀口导通以断开对应的所述逻辑阀的进口与出口,控制多个所述液压子***中的另一部分所述先导控制阀的第一阀口与第二阀口断开以导通对应的所述逻辑阀的进口与出口,使得多个所述液压子***的部分马达关闭,同时,控制多个所述液压子***的另一部分所述马达以最大排量运行。
为解决上述问题,本发明还提供一种压裂设备,包括如上所述的压裂设备液压***。
与现有技术相比,本发明的压裂设备液压***通过将多个液压子***的油泵的进油口相互连通且出油口相互连通,多个液压子***的马达的进液口相互连通且出液口相互连通,从而在液压子***之间形成并联油路,并在每一个液压子***中设置开关控制阀组,从而可以通过控制开关控制阀组的打开或关闭来单独控制多个液压子***中马达的供油油路的通断,以便于根据实际需要,例如在压裂泵的需求流量大于预设流量值,全部发动机以最高转速运行且全部油泵以最大排量泵油却仍然不能满足压裂泵的转速需求时,可以通过控制部分开关控制阀组关闭以切断部分马达的供油油路,让全部的油液进入到另一部分的马达,从而在液压油液总流量不变的情况下,通过减少马达的开启数量来提升马达的转速,进而提升压裂泵的转速,从而可以在不减小马达排量的前提下得到较高的压裂泵转速以满足压裂泵的需求流量,使得马达工作在效率较高的满排量状态下,提升了压裂设备液压***的效率,也降低了压裂设备的能耗。
附图说明
图1为本发明实施例中压裂设备液压***的原理图;
图2为本发明实施例中压裂设备液压***另一种情况的原理图;
图3为本发明实施例中压裂设备液压***控制方法的流程图。
附图标记说明:
1、发动机;2、油泵;3、开关控制阀组;31、先导控制阀;32、逻辑阀;4、马达;5、压裂泵;6、单向阀;7、压力保护阀;8、补油齿轮泵;9、油箱;
a、逻辑阀的进口;b、逻辑阀的出口;c、逻辑阀的控制口;e、马达的进液口;f、马达的出液口;g、马达的壳体泄油口;m、油泵的进油口;n、油泵的出油口;r、先导控制阀的第一阀口;s、先导控制阀的第二阀口。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
结合图1和图2所示,本发明实施例提供一种压裂设备液压***,包括压裂泵5、至少一个发动机1以及多个液压子***,液压子***包括油泵2、开关控制阀组3和马达4,发动机1适于驱动多个液压子***的油泵2工作,马达4适于设置在压裂泵5上;油泵2的进油口m与马达4的出液口f连通,油泵2的出油口n通过开关控制阀组3与马达4的进液口e连通;所有液压子***的油泵2的进油口m相互连通且出油口n相互连通,所有液压子***的马达4的进液口e相互连通且出液口f相互连通,以使所有液压子***形成并联油路;且开关控制阀组3适于打开或关闭,以连通或阻断油泵2的出油口n与马达4的进液口e之间的管路。
发动机1输出的动能通过多个液压子***传递给压裂泵5,以驱动压裂泵5进行压裂作业,使得压裂设备液压***充当传递发动机1动能的作用,故压裂设备液压***的效率也是液压***的传动效率。具体地,发动机1通过带动油泵2进行液压油供给,并通过高、低压管路将油液分别输送至马达4的进液口e和出液口f,使马达4转动,马达4带动压裂泵5为压裂作业提供压裂液。一个发动机1可以驱动一个液压子***的油泵2工作,也可以同时驱动两个及两个以上的液压子***的油泵2工作,例如,图1和图2中给出了一个发动机1同时驱动两个液压子***的油泵2工作的示例,实际过程中可以根据需要进行选择设定。开关控制阀组3具有打开和关闭两种状态,当开关控制阀组3打开时,油泵2的出油口n与马达4的进液口e连通,反之,当开关控制阀组3关闭时,油泵2的出油口n与马达4的进液口e断开(即不连通)。多个液压子***的油泵2的进油口m和出油口n通过管路连通,多个液压子***的马达4的进液口e和出液口f通过管路连通,使得多个液压子***之间形成并联油路,便于通过控制开关控制阀组3的打开或关闭来单独控制多个液压子***中马达4的供油油路的通断。
这样,本实施例中的压裂设备液压***通过将多个液压子***的油泵2的进油口m相互连通且出油口n相互连通,多个液压子***的马达4的进液口e相互连通且出液口f相互连通,从而在液压子***之间形成并联油路,并在每一个液压子***中设置开关控制阀组3,从而可以通过控制开关控制阀组3的打开或关闭来单独控制多个液压子***中马达4的供油油路的通断,以便于根据实际需要,例如在压裂泵5的需求流量大于预设流量值,全部发动机1以最高转速运行且全部油泵2以最大排量泵油却仍然不能满足压裂泵5的转速需求时,可以通过控制部分开关控制阀组3关闭以切断部分马达4的供油油路,让全部的油液进入到另一部分的马达4,从而在液压油液总流量不变的情况下,通过减少马达4的开启数量来提升马达4的转速,进而提升压裂泵5的转速,从而可以在不减小马达4排量的前提下得到较高的压裂泵5转速以满足压裂泵5的需求流量,使得马达4工作在效率较高的满排量状态下,提升了压裂设备液压***的效率,也降低了压裂设备的能耗。
其中,预设流量值是设计人员根据实际情况(即根据压裂需求流量,而压裂需求流量可从压裂作业的工艺文件中获取)和经验设定的预设值,比如可以将预设流量值设置为全部发动机1以额定转速(即最高转速)运行且全部油泵2以最大排量泵油时,液压***所获得的最大流量值。
可选地,结合图1和图2所示,开关控制阀组3包括先导控制阀31和逻辑阀32,油泵2的出油口n与先导控制阀31的第一阀口r、逻辑阀32的进口a均连通,先导控制阀31的第二阀口s与逻辑阀32的控制口c连通,逻辑阀32的出口b与马达4的进液口e连通;先导控制阀31适于在压裂泵5的需求流量大于预设流量值时得电,且先导控制阀31的第一阀口r与第二阀口s在先导控制阀31得电时导通,逻辑阀32的进口a与出口b在先导控制阀31得电时断开。
开关控制阀组3是指具有导通和断开功能的控制阀,以实现油泵2的出油口n与马达4的进液口e之间管路的通断。比如,开关控制阀组3可以是二位二通电磁阀,利用二位二通电磁阀得电时导通,以将油泵2的出油口n与马达4的进液口e连通,反之,二位二通电磁阀断电时不导通,以将油泵2的出油口n与马达4的进液口e断开。本实施例中,开关控制阀组3为逻辑阀组,其包括先导控制阀31和逻辑阀32;先导控制阀31得电时,先导控制阀31的第一阀口r与第二阀口s导通,使得逻辑阀32的进口a与控制口c连通、逻辑阀32的进口a与出口b断开,此时,油泵2泵出的高压油液不再进入马达4中,从而关闭马达4,以使油液进入未被关闭的马达4;先导控制阀31断电时,先导控制阀31的第一阀口r与第二阀口s断开,使得逻辑阀32的进口a与控制口c断开、逻辑阀32的进口a与出口b连通,此时,液压油可以从油泵2流入马达4中。
如此,通过将开关控制阀组3设置为逻辑阀组,利用先导控制阀31和逻辑阀32的相互配合来控制油泵2的出油口n与马达4的进液口e之间管路的通断,从而实现马达4的开启和关闭,以便于当压裂设备需要大流量时,根据压裂流量的需求可选择性地切断一个或几个液压子***中的马达4;而且,将开关控制阀组3设置为逻辑阀组,以便于通过将逻辑阀组设置在歧管中,从而更好地应对压裂设备液压管路中的高压,提高了开关控制阀组3的使用寿命;同时,可以减少管路连接数量和漏点,从而减少液压油在管路中的损耗,进一步提升了压裂设备液压***的效率。
可选地,结合图1所示,压裂设备液压***还包括齿轮泵8,齿轮泵8的进油口适于与油箱9连通,齿轮泵8的出油口与多个液压子***的马达4的进液口e均连通,且多个液压子***的马达4的壳体泄油口g均适于与油箱9连通。
当油泵2向马达4供应高压油的油路被开关控制阀组3切断时,由于马达4会随压裂泵5一起运转,切断高压油源的马达4会出现吸空和干磨。因此,本实施例通过设置齿轮泵8,并将齿轮泵8的进油口与油箱9连通,从而利用齿轮泵8来专门给切断高压油源的马达4供应低压油,以防止切断高压油源的马达4因缺少液压油而吸空干磨,此时,由于被切断高压油的马达4的排量调节为零,因此需要补充的油量极少,只需满足马达4的泄露量即可;同时,可以使切断高压油源的马达4在低压油液的作用下间隙性工作,增加了马达4的寿命;同时,将多个液压子***的马达4的壳体泄油口g均与油箱9连通,以便于使进入马达4壳体缝隙中的液压油从马达4的壳体泄油口g回流到油箱9中,以保证液压***的油路循环工作。
可选地,结合图1所示,压裂设备液压***还包括单向阀6,单向阀6的进口与齿轮泵8的出油口连通,单向阀6的出口与多个液压子***的马达4的进液口e均连通。
本实施例中,在向被切断高压油源的马达4供应低压油液时,由于单向阀6的单向导通性能,低压油液只能从油箱9经齿轮泵8和单向阀6进入该马达4,而从油泵2供应给未被切断高压油源的马达4的高压油不会经单向阀6回流到油箱9中,如此,以保证液压裂设备压***的正常工作。
可选地,结合图1所示,压裂设备液压***还包括压力保护阀7,压力保护阀7的进口和出口分别与齿轮泵8的出油口和进油口连通。
在实际使用时,可以根据压裂设备液压***的实际运行情况设定压力保护阀7的开启压力,比如,需要让压裂设备液压***在预设低压值下工作时,则可以将压力保护阀7的开启压力设定为该预设低压值。当压力保护阀7的进口压力(即液压***内的压力)小于压力保护阀7的设定压力时,压力保护阀7保持关闭状态,齿轮泵8正常向马达4补油,反之则压力保护阀7打开,使得从齿轮泵8泵出的高压液压油一部分经压力保护阀7回流到油箱9内。
这样,本实施例通过设置压力保护阀7,以在压力保护阀7的进口压力高于压力保护阀7的设定压力时,压力保护阀7开启,使得从齿轮泵8泵出的高压液压油一部分经压力保护阀7回流到油箱9内,以降低进入马达4的油液的压力,保证液压***内的压力稳定在设定范围内,从而保证液压***在合理的低压下工作;而且,使得进入马达4的油液压力低,大大减小了马达4的功率损失。
可选地,压力保护阀7为溢流阀。由于溢流阀容易从市面上获取,且价格低,故本实施例采用溢流阀作为压力保护阀7来调节压裂设备液压***的压力,以降低采购成本。
可选地,结合图1所示,液压子***包括两个马达4,两个马达4在压裂泵5上相对设置,且两个马达4的进液口e通过管路连通,两个马达4的出液口f通过管路与油泵2的进油口m连通。
本实施例中,每个液压子***中设有两个马达4,使得多个液压子***的多个马达4在压裂泵5上成对设置,以便于布置多个马达4和马达4与油泵2之间的连接管路。
以压裂设备液压***包括三个发动机1、一个压裂泵5和六个液压子***,且每个液压子***包括一个油泵2、两个马达4、一个先导控制阀31和逻辑阀32为例详细说明压裂设备液压***的工作原理:
当压裂作业需要大流量压裂液时,首先将三台发动机1全部启动并升至额定转速,逐步增加油泵2的排量以使液压***的流量增加,当油泵2升至满排量时,液压***获得最大的流量Qmax,当先导控制阀31处于失电状态时,逻辑阀32处于导通状态,油液可以进入12个马达4。开始时,马达4工作在最大排量Vmax状态,此时可得压裂泵5的临界转速N1=Qmax/12/Vmax,压裂流量Qdb1=N1*Vdb。现有技术中,当所需压裂流量大于Qdb1时,需要降低马达4的排量V,以提升压裂泵5的转速N,但随着马达4的排量降低,马达4的效率也降低。但本发明在所需压裂流量大于Qdb1时,控制先导控制阀31得电,使得逻辑阀32处于关闭状态,则可切断液压油进入此油路上的一对马达4,根据需要可关闭1对或多对马达4,从而可以在不减小马达4的排量的前提下得到较高的压裂泵转速,满足压裂流量的同时,使马达4工作在效率较高的满排量状态下,从而达到提升压裂设备液压***效率的目的。
结合图3所示,本发明另一实施例提供一种压裂设备液压***控制方法,采用如上所述的压裂设备液压***,包括以下步骤:
步骤S100、获取压裂泵5的压裂需求流量;
步骤S200、当压裂需求流量大于预设流量值时,控制发动机1的转速提升至额定转速,控制油泵2的排量增加至最大排量,并控制多个液压子***中的一部分开关控制阀组3关闭,另一部分开关控制阀组3打开,以提升压裂泵5的转速。
具体地,步骤S100中,压裂泵5的压裂需求流量可根据压裂作业的实际需求从压裂作业的工艺文件中获取,步骤S200中,在控制发动机1的转速提升至发动机额定转速,控制油泵2的排量增加至最大排量时,若发动机1已经在额定转速下运行,油泵2已经在最大排量下运行,则控制发动机1和油泵2保持当前状态即可。
本实施例中,通过步骤S100和步骤S200,以在不减小马达4排量的前提下得到较高的压裂泵5转速以满足压裂泵5的需求流量,使得马达4工作在效率较高的满排量状态下,从而提升了压裂设备液压***的效率,也降低了压裂设备的能耗。
可选地,开关控制阀组3包括先导控制阀31和逻辑阀32;
所述控制多个液压子***中的一部分开关控制阀组3关闭,另一部分开关控制阀组3打开,以提升压裂泵5的转速具体包括:
控制多个液压子***中的一部分先导控制阀31的第一阀口r与第二阀口s导通以断开对应的逻辑阀32的进口a与出口b,控制多个液压子***中的另一部分先导控制阀31的第一阀口r与第二阀口s断开以导通对应的逻辑阀32的进口a与出口b,使得多个液压子***的部分马达4关闭,同时,控制多个液压子***的另一部分马达4以最大排量运行。
这样,在压裂设备需要大流量时,可以根据压裂流量的需求选择性地切断一个或几个液压子***中油泵2与马达4之间的供油油路,以实现关闭部分马达4的目的,逻辑简单,容易控制。
本发明还一实施例提供一种压裂设备,包括如上所述的压裂设备液压***。
本实施例中的压裂设备相对于现有技术的有益效果与压裂设备液压***相对现有技术的有益效果相同,此处不再赘述。
虽然本公开披露如上,但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下,可进行各种变更与修改,这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种压裂设备液压***,其特征在于,包括压裂泵(5)、至少一个发动机(1)以及多个液压子***,所述液压子***包括油泵(2)、开关控制阀组(3)和马达(4),所述发动机(1)适于驱动多个所述液压子***的所述油泵(2)工作,所述马达(4)适于设置在所述压裂泵(5)上;
所述油泵(2)的进油口(m)与所述马达(4)的出液口(f)连通,所述油泵(2)的出油口(n)通过所述开关控制阀组(3)与所述马达(4)的进液口(e)连通;所有所述液压子***的所述油泵(2)的进油口(m)相互连通且出油口(n)相互连通,所有所述液压子***的所述马达(4)的进液口(e)相互连通且出液口(f)相互连通,以使所有所述液压子***形成并联油路;且所述开关控制阀组(3)适于打开或关闭,以连通或阻断所述油泵(2)的出油口(n)与所述马达(4)的进液口(e)之间的管路;
当压裂需求流量大于预设流量值时,通过控制多个所述液压子***中的一部分所述开关控制阀组(3)关闭以切断一部分所述马达(4)的供油油路,并控制另一部分所述开关控制阀组(3)打开以导通另一部分所述马达(4)的供油油路,使得多个所述液压子***中所有所述油泵(2)泵出的油液全部进入到另一部分所述马达(4),以满足所述压裂泵(5)的需求流量。
2.根据权利要求1所述的压裂设备液压***,其特征在于,所述开关控制阀组(3)包括先导控制阀(31)和逻辑阀(32),所述油泵(2)的出油口(n)与所述先导控制阀(31)的第一阀口(r)、所述逻辑阀(32)的进口(a)均连通,所述先导控制阀(31)的第二阀口(s)与所述逻辑阀(32)的控制口(c)连通,所述逻辑阀(32)的出口(b)与所述马达(4)的进液口(e)连通;
所述先导控制阀(31)适于在所述压裂泵(5)的压裂需求流量大于预设流量值时得电,且所述先导控制阀(31)的第一阀口(r)与第二阀口(s)在所述先导控制阀(31)得电时导通,所述逻辑阀(32)的进口(a)与出口(b)在所述先导控制阀(31)得电时断开。
3.根据权利要求1所述的压裂设备液压***,其特征在于,还包括齿轮泵(8),所述齿轮泵(8)的进油口适于与油箱(9)连通,所述齿轮泵(8)的出油口与多个所述液压子***的所述马达(4)的进液口(e)均连通,且多个所述液压子***的所述马达(4)的壳体泄油口(g)均适于与所述油箱(9)连通。
4.根据权利要求3所述的压裂设备液压***,其特征在于,还包括单向阀(6),所述单向阀(6)的进口与所述齿轮泵(8)的出油口连通,所述单向阀(6)的出口与多个所述液压子***的所述马达(4)的进液口(e)均连通。
5.根据权利要求3所述的压裂设备液压***,其特征在于,还包括压力保护阀(7),所述压力保护阀(7)的进口和出口分别与所述齿轮泵(8)的出油口和进油口连通。
6.根据权利要求5所述的压裂设备液压***,其特征在于,所述压力保护阀(7)为溢流阀。
7.根据权利要求1所述的压裂设备液压***,其特征在于,所述液压子***包括两个所述马达(4),两个所述马达(4)相对设置在所述压裂泵(5)上,且两个所述马达(4)的进液口(e)通过管路连通,两个所述马达(4)的出液口(f)通过管路与所述油泵(2)的进油口(m)连通。
8.一种压裂设备液压***控制方法,采用如权利要求1-7中任一项所述的压裂设备液压***,其特征在于,包括:
获取压裂泵(5)的压裂需求流量;
当所述压裂需求流量大于预设流量值时,控制发动机(1)的转速提升至发动机额定转速,控制油泵(2)的排量增加至最大排量,并控制多个液压子***中的一部分开关控制阀组(3)关闭,另一部分所述开关控制阀组(3)打开,以提升所述压裂泵(5)的转速。
9.根据权利要求8所述的压裂设备液压***控制方法,其特征在于,所述开关控制阀组(3)包括先导控制阀(31)和逻辑阀(32);
所述控制多个液压子***中的一部分开关控制阀组(3)关闭,另一部分所述开关控制阀组(3)打开,以提升所述压裂泵(5)的转速包括:
控制多个所述液压子***中的一部分所述先导控制阀(31)的第一阀口(r)与第二阀口(s)导通以断开对应的所述逻辑阀(32)的进口(a)与出口(b),控制多个所述液压子***中的另一部分所述先导控制阀(31)的第一阀口(r)与第二阀口(s)断开以导通对应的所述逻辑阀(32)的进口(a)与出口(b),使得多个所述液压子***的部分马达(4)关闭,同时,控制多个所述液压子***的另一部分所述马达(4)以最大排量运行。
10.一种压裂设备,其特征在于,包括如权利要求1-7中任一项所述的压裂设备液压***。
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