CN114729619A - 风力涡轮机转子叶片导流装置及风力涡轮机转子叶片 - Google Patents

Abstract

提供了一种风力涡轮机转子叶片导流装置，其包括第一部分和第二部分，第一部分包括用于面向风力涡轮机转子叶片的表面的后表面，第二部分连接到第一部分并且从第一部分沿着长度在第一方向上延伸，第二部分包括相对于第一部分的后表面以90°和180°之间的角度成角度的顶表面。第二部分包括沿长度延伸的多个波纹件。第二部分还包括多个开口，所述多个开口构造成允许流穿过第二部分。还公开了一种风力涡轮机和风力涡轮机转子叶片，它们均都包括风力涡轮机转子叶片导流装置。

Description

风力涡轮机转子叶片导流装置及风力涡轮机转子叶片

技术领域

以下涉及一种风力涡轮机转子叶片导流装置和风力涡轮机转子叶片，并且更具体地涉及一种为风力涡轮机提供有利的空气动力学特性的导流装置。

背景技术

在风力涡轮机转子叶片中，叶片通常包括位于叶片的肩部远侧的翼型件部分。根部部分将叶片附接到转子。在叶片的位于根部和肩部之间的部分处，翼型件通常不能从风中提取功率。这是因为叶片在该区域的形状受到结构和运输的限制。根部和/或过渡区域中的叶片结构更呈柱形，并且在翼弦上受到限制。因此，该区域不会产生与外侧翼型件一样多的升力。附加装置用于补偿在该区域中附接到叶片的升力的这种缺乏。然而，这种附加装置通常增加叶片上的阻力。由于这些附加装置的增加的效率和输出，这种阻力的减小在本领域中通常是可接受的。

发明内容

一个方面涉及一种风力涡轮机转子叶片导流装置，包括：第一部分，其包括用于面向风力涡轮机转子叶片的表面的后表面；以及第二部分，其连接到第一部分并且从第一部分沿着长度在第一方向上延伸，第二部分包括相对于第一部分的后表面以90°和180°之间的角度成角度的顶表面；其中，所述第二部分包括沿着所述长度延伸的多个波纹件，其中，所述第二部分还包括多个开口，所述多个开口被构造成允许流穿过所述第二部分。

在示例性实施例中，第一部分和第二部分由单件制成。此外，过渡部分布置在第一部分和第二部分之间，并且其中多个波纹件延伸到过渡部分中。此外，第二部分的顶表面被布置成相对于第一部分的后表面成110°和160°之间的角度。多个开口可以包括设置在第二部分的宽度上的多个细长狭缝，多个细长狭缝在第一方向上延伸。替代地或附加地，多个开口各自包括垂直于第一方向延伸的多个细长狭缝。多个开口还可以包括多排细长狭缝。替代地或附加地，多个开口包括垂直于第一方向延伸的多个细长狭缝，每个细长狭缝具有倒V形。多个开口还可以包括多排细长狭缝。

另一方面涉及一种风力涡轮机转子叶片，包括：翼展方向；根部部分；肩部；以及风力涡轮机转子叶片导流装置，所述风力涡轮机转子叶片导流装置包括：第一部分，其包括用于面向风力涡轮机转子叶片的表面的后表面；以及第二部分，其连接到第一部分并且从第一部分沿着长度在第一方向上延伸，第二部分包括相对于第一部分的后表面以90°和180°之间的角度成角度的顶表面；其中，所述第二部分包括沿着所述长度延伸的多个波纹件，其中，所述第二部分还包括构造成允许流穿过所述第二部分的多个开口，其中，所述风力涡轮机转子叶片导流装置连接到所述叶片，使得所述第一部分的后表面面向所述叶片的表面，并且其中，所述风力涡轮机转子叶片导流装置在所述翼展方向上在所述根部部分与所述肩部之间连接到所述风力涡轮机转子叶片。

在示例性实施例中，第一部分和第二部分由单件制成。此外，过渡部分布置在第一部分和第二部分之间，并且其中多个波纹件延伸到过渡部分中。此外，第二部分的顶表面被布置成相对于第一部分的后表面成110°和160°之间的角度。多个开口可以包括设置在第二部分的宽度上的多个细长狭缝，多个细长狭缝在第一方向上延伸。替代地或附加地，多个开口各自包括垂直于第一方向延伸的多个细长狭缝。多个开口还可以包括多排细长狭缝。替代地或附加地，多个开口包括垂直于第一方向延伸的多个细长狭缝，每个细长狭缝具有倒V形。多个开口还可以包括多排细长狭缝。在示例性实施例中，风力涡轮机转子叶片包括附接到风力涡轮机转子叶片导流装置上的背衬结构，并且叶片的表面构造成提供用于风力涡轮机转子叶片导流装置的结构支撑。

另一方面涉及一种风力涡轮机，包括：多个转子叶片，所述多个转子叶片中的每一个包括：翼展方向；根部部分；肩部；以及风力涡轮机转子叶片导流装置，所述风力涡轮机转子叶片导流装置包括：第一部分，其包括用于面向风力涡轮机转子叶片的表面的后表面；以及第二部分，其连接到第一部分并且沿着长度在第一方向上从第一部分延伸，第二部分包括相对于第一部分的后表面以90°和180°之间的角度成角度的顶表面，其中第二部分包括沿着长度延伸的多个波纹件，其中第二部分还包括构造成允许流穿过第二部分的多个开口，其中风力涡轮机转子叶片导流装置连接到叶片，使得第一部分的后表面面向叶片的表面，并且其中风力涡轮机转子叶片导流装置在翼展方向上在根部部分和肩部之间连接到风力涡轮机转子叶片。

从结合附图考虑的以下详细公开，将更容易理解和充分了解前述和其他结构特征和操作。

附图说明

将参考以下附图详细描述一些实施例，其中相似的标号表示相似的构件，其中：

图1描绘了根据本发明的实施例的风力涡轮机的透视图；

图2描绘了根据本发明的实施例的设置有多个导流装置的风力涡轮机转子叶片的透视图；

图3描绘了根据本发明的实施例的图2中所示的风力涡轮机转子叶片的在箭头3-3处截取的截面图；

图4描绘了根据本发明的实施例的图2的导流装置中的一者的透视图；

图5描绘了根据本发明的实施例的另一示例性导流装置；

图6描绘了根据本发明的实施例的另一示例性导流装置；以及

图7描绘了根据本发明的实施例的图2的风力涡轮机转子叶片的过渡区域的透视图。

具体实施方式

参考附图，通过举例而非限制的方式，在本文呈现了所公开的装置和方法的以下描述的实施例的详细描述。尽管详细示出和描述了某些实施例，但是应当理解，在不背离所附权利要求的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。本公开的范围将决不限于构成部件的数量、其材料、其形状、其相对布置等，并且仅作为本公开的实施例的示例公开。

作为详细描述的前序，应当注意，如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另外清楚地规定。

简而言之，本发明提供了一种风力涡轮机转子叶片导流装置，其可附接到风力涡轮机转子叶片，这提高了风力涡轮机转子叶片的空气动力学特性。此外，本发明提供了其上安装有一个或多个导流装置的风力涡轮机和风力涡轮机转子叶片。本发明的导流装置有利地可在叶片的压力侧上附接到风力涡轮机转子叶片的后缘，以便通过改进在附接到设想位置时由叶片产生的升力来改进风力涡轮机及其叶片的能量捕获特性。尽管改进了升力，但本文所设想的本发明的导流装置通过减阻特征而进一步增强。具体而言，本文所构想的导流装置包括开口，所述开口构造成允许流穿过其中，从而激励叶片及其导流装置后面的流的尾流，且从而减小尾流的尺寸并导致阻力的减小。

现在参考附图，图1描绘了根据本发明的实施例的风力涡轮机1的透视图。风力涡轮机1包括塔架2、机舱3和毂4。机舱3位于塔架2的顶部。毂4包括多个风力涡轮机叶片5。毂4可枢转地安装，使得毂4能够绕旋转轴线9旋转。发电机可以位于机舱3内。风力涡轮机1是直接驱动式风力涡轮机。虽然图1可描绘示例性风力涡轮机，但本发明不限于所示的构造，并且本文所述的导流装置可附接到任何风力涡轮机转子叶片。

图2描绘了根据本发明的实施例的设置有多个导流装置10的风力涡轮机转子叶片5的透视图。虽然风力涡轮机转子叶片5的特征和尺寸被示出为叶片通常将被构造用于三叶片转子，但是本发明不限于三叶片转子或所示的构造。例如，本发明可以在单叶片或双叶片转子上实现。

转子叶片5被示出为包括从根部13延伸的根部区域17。根部13包括柱形轮廓。过渡区域16从根部区域延伸到肩部14。肩部14被定义为其最大轮廓深度的位置，即叶片5的最大弦长。从肩部14，转子叶片5延伸到末端12。末端12形成叶片5的最外部分。根部部分13的柱形轮廓用于将叶片5固定到转子毂4的轴承。在肩部14和末端之间12，翼型件部分15延伸，其具有空气动力学形状的轮廓。在过渡区域16中，发生从翼型件部分15的空气动力学轮廓到根部部分13的柱形轮廓的过渡。

叶片5的翼展由附图标记11表示。本发明的转子叶片导流装置10在翼展方向可位于转子叶片5处、在根部部分13和肩部14之间。这意味着转子叶片导流装置10与根部13之间在翼展方向上的距离可小于肩部14与根部13之间在翼展方向上的距离。

如图2中所示，多个导流装置10设置在风力涡轮机转子叶片5的过渡区域16上。具体地，导流装置10的后表面可在过渡区域16处附接或以其他方式连接到转子叶片5的外表面。导流装置10的附接可经由粘合剂、螺栓、焊接或任何其他附接形式来提供。虽然多个导流装置10被示出为附接到风力涡轮机5的过渡区域16，但可设想将一个或多个导流装置10附接在根部13与肩部14之间的任何位置。因此可设想将一个或多个导流装置10附接到根部区域17和/或代替过渡区域16。此外，还可设想一个或多个导流装置10可延伸超过根部区域17和/或过渡区域16并延伸到叶片5的翼展11的至少一部分中。

图3描绘了根据本发明的实施例的图2中所示的风力涡轮机转子叶片5的在箭头3-3处截取的截面图。转子叶片5被示出为过渡区域16的截面。图3中所示的空气动力学轮廓包括压力侧20和吸力侧21，以及在前缘22和后缘23之间延伸的弦长24。叶片导流装置10被示出为位于空气动力学轮廓的压力侧20上靠近后缘23。叶片导流装置10可位于空气动力学轮廓的压力侧20上的任何位置。如图所示，叶片导流装置10被示出为靠近后缘23，而没有延伸超过叶片5的空气动力学轮廓的弦长24。叶片导流装置10也可比所示实施例更靠近后缘23，但仍在叶片5的压力侧20的后缘一半上。

图4描绘了根据本发明的实施例的图2的导流装置10中的一者的透视图。导流装置10包括第一部分30，其具有用于面向风力涡轮机转子叶片的表面的后表面31。导流装置10还包括第二部分32，其连接到第一部分30并从第一部分30沿第二部分32的长度34在第一方向33上延伸。第二部分32包括相对于第一部分30的后表面31以角度43成角度的顶表面35。第二部分32包括沿长度34延伸的多个波纹件36。第二部分32还包括多个开口40，所述开口被构造成允许流穿过第二部分32。通过允许流，诸如空气流，穿过多个开口40，导流装置10可被构造成激励叶片及其导流装置后面的流的尾流，并由此减小尾流的尺寸，并导致相对于具有相同结构但没有开口40的导流装置10的阻力减小。开口40可能不会在提高效率的同时产生关于负载的附加成本。过渡部分42布置在第一部分30和第二部分32之间，从而限定第一部分30和第二部分32之间的过渡。过渡部分42可以是导流装置10的弯曲部分。多个波纹件36至少部分地延伸到过渡部分42中。

导流装置10的第二部分32中的多个开口40包括垂直于第一方向33延伸的多个细长狭缝，每个狭缝具有倒V形。此外，多个细长狭缝布置成多排。具体地，第二部分32在每排中包括四个开口40。每个开口对应于一个波纹件36，使得倒V形的顶点位于波纹件36的通道或凹槽内。三排开口40垂直于第一方向33延伸。开口40的顶排被示出为靠近第二部分32的顶表面35。开口40的中间排和下排设置成越来越靠近过渡部分42。然而，每个甚至最下排被示出为比过渡部分42更靠近顶表面35。在所示实施例中，在这些排的每排之间提供相等的间距。

图5描绘了根据本发明的实施例的另一示例性导流装置100。与导流装置10类似，导流装置100包括第一部分130，其具有用于面向风力涡轮机转子叶片的表面的后表面131。导流装置100还包括第二部分132，所述第二部分连接到第一部分130且在第一方向133上沿着第二部分132的长度134从第一部分130延伸。第二部分132包括相对于第一部分130的后表面131以角度143成角度的顶表面135。第二部分132包括沿长度134延伸的多个波纹件136。过渡部分142布置在第一部分130和第二部分132之间，从而限定了第一部分130和第二部分132之间的过渡。过渡部分142可以是导流装置100的弯曲部分。多个波纹件136至少部分地延伸到过渡部分142中。与导流装置10的第二部分32类似，第二部分132还包括构造成允许流穿过第二部分132的多个开口140。通过允许流，诸如空气流，穿过多个开口140，导流装置100可构造成激励叶片及其导流装置后面的流的尾流，且从而减小尾流的尺寸，且导致相对于具有相同结构但不具有开口140的导流装置100的阻力减小。开口140不会在提高效率的同时产生关于负载的附加成本。

导流装置100的第二部分132中的多个开口140包括垂直于第一方向133延伸的多个细长狭缝。与导流装置10的多个开口40不同，多个开口140被示出为没有倒V形的直的垂直狭缝。与导流装置10的多个开口40类似，多个细长狭缝布置成多排。具体地，第二部分132在每排中包括四个开口140。每个开口对应于一个波纹件136。三排开口140垂直于第一方向133延伸。开口140的顶排被示出为靠近第二部分132的顶表面135。中间排和下排的开口140设置成越来越靠近过渡部分142。然而，每个甚至最低的排被示出为比过渡部分142更靠近顶表面135。在所示的实施例中，在每排之间提供相等的间距。

图6描绘了根据本发明的实施例的另一示例性导流装置200。与导流装置10、100类似，导流装置200包括第一部分230，所述第一部分具有用于面向风力涡轮机转子叶片的表面的后表面231。导流装置200还包括第二部分232，所述第二部分连接到第一部分230且在第一方向233上沿着第二部分232的长度234从第一部分230延伸。第二部分232包括相对于第一部分230的后表面231以角度243成角度的顶表面235。第二部分232包括多个沿长度234延伸的波纹件236。过渡部分242布置在第一部分230和第二部分232之间，从而限定第一部分230和第二部分232之间的过渡。过渡部分242可为导流装置210的弯曲部分。多个波纹件236至少部分地延伸到过渡部分242中。与导流装置10、100的第二部分32、132类似，第二部分232还包括多个开口240，所述多个开口240构造成允许流穿过第二部分232。通过允许流，诸如空气流，穿过多个开口240，导流装置200可构造成激励叶片及其导流装置后面的流的尾流，且从而减小尾流的尺寸，且导致相对于具有相同结构但不具有开口240的导流装置200的阻力减小。该开口240可能不会在提高效率的同时产生关于负载的附加成本。

导流装置100的第二部分232中的多个开口240包括设置在第二部分232的宽度上的多个细长狭缝。与导流装置10、100的开口40、140不同，多个开口240在平行于导流装置200的侧边缘的第一方向233上延伸。垂直延伸的开口240对应于波纹件234，其中每个单独的开口240位于每个波纹件234的顶点或脊部处。因此，存在五个开口240，所述开口设置在五个波纹件234中的每一者的脊部上。每个开口240沿着导流装置200的第二部分232延伸相同的距离。

虽然导流装置10、100、200中的每一个示出了开口40、140、240的各种设置，但应理解的是，可构想具有更多开口、更少开口、不同地成形或定尺寸的开口或不同地布置的开口的各种其他实施例。例如，可以设想多于或少于三排垂直设置的开口。可以设想多于或少于五个竖直延伸的开口。在一个实施例中，多个圆形开口可设置在导流装置的第二部分中。无论实施例如何，任何开口布置的目标都可以是通过激励叶片及其导流装置后面的流的尾流来减轻或减少阻力，并且从而减少尾流的尺寸，并且导致相对于具有相同结构但其中不具有开口的导流装置10、100、200的阻力的减少。

在上文描述的导流装置10、100、200的实施例中的每一个中，第一部分30、130、230和第二部分32、132、232可由单件制成或以其他方式一体地形成。例如，导流装置10、100、200可各自为由一体金属或复合材料制成的波纹和弯曲结构。多个波纹件34、134、234可在方向33、133、233上平行于导流装置10的侧边缘延伸。虽然第一部分30、130、230的后表面31、131、231在导流装置10、100、200中的每一个中可呈现为直的，但后表面31、130、230可包括对应于导流装置10、100、200构造成附接到其上的风力涡轮机转子叶片表面的曲率。

虽然可设想其中第二部分32、132、232和第一部分30、130、230相对于彼此以90°和180°之间的任何角度43、143、243成角度的导流装置10、100、200的实施例，但较窄的范围可为期望的。例如，第二部分32、132、232的顶表面35、135、235可以相对于第一部分30、130、230的后表面31、131、231以110°和160°之间的角度布置。

图7描绘了根据本发明的实施例的图2的风力涡轮机转子叶片5的过渡区域16的透视图。过渡区域16被示出为在叶片5的根部区域17和翼型件部分15之间。过渡区域16被示出为包括十六个导流装置200，所述导流装置跨过区域16附接到叶片5的表面50。背衬结构300附接到风力涡轮机转子叶片导流装置200，并且叶片5的表面50构造成提供用于风力涡轮机转子叶片导流装置200的结构支撑。与十六个导流装置200一样，可存在十六个单独的背衬结构300。在所示的实施例中，背衬结构300和导流装置200两者均可粘附到叶片5的表面50。背衬结构300可足够短，以便不与开口240所处的导流装置200的第二部分242重叠。替代地，开口240可延伸穿过导流装置200和背衬结构300中的每一个。虽然该实施例示出了定位成横跨过渡区域16的整个翼展的单一类型的导流装置200，但其他实施例可包括具有沿过渡区域16的翼展附接在不同位置处的不同导流装置200。例如，可期望包括在过渡区域的一端处具有一种类型的开口的导流装置，但在过渡区域的相对端处包括另一类型的开口的导流装置。因此，设想在同一转子叶片上包括具有不同开口结构的不同导流装置。

虽然设想导流装置具有如导流装置10、100、200中所示的机加工开口，但设想的其他实施例包括将多孔材料用于第二部分32、132、232中的至少一些。多孔材料可以允许一些流从其中通过，以实现与机加工开口类似的减阻效果。

虽然已经结合上面概述的具体实施例描述了本公开，但是显然，许多替代方案、修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，如上所阐述的本公开的优选实施例旨在是说明性的，而非限制性的。在不背离如所附权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。权利要求提供了本发明的覆盖范围，并且不应限于本文提供的具体示例。

Claims (20)

1. 一种风力涡轮机转子叶片导流装置，包括：

第一部分，其包括用于面向风力涡轮机转子叶片的表面的后表面；以及

第二部分，所述第二部分连接到所述第一部分并且从所述第一部分沿着长度在第一方向上延伸，所述第二部分包括相对于所述第一部分的所述后表面以90°和180°之间的角度成角度的顶表面；

其中，所述第二部分包括沿着所述长度延伸的多个波纹件，其中，所述第二部分还包括多个开口，所述多个开口被构造成允许流穿过所述第二部分。

2.如权利要求1所述的风力涡轮机转子叶片导流装置，其中，所述第一部分和所述第二部分由单件制成。

3.如权利要求2所述的风力涡轮机转子叶片导流装置，其中，过渡部分布置在所述第一部分和所述第二部分之间，并且其中，所述多个波纹件延伸到所述过渡部分中。

4.如权利要求1所述的风力涡轮机转子叶片导流装置，其中，所述第二部分的顶表面相对于所述第一部分的后表面以110°和160°之间的角度布置。

5.如权利要求1所述的风力涡轮机转子叶片导流装置，其中，所述多个开口包括设置在所述第二部分的宽度上的多个细长狭缝，所述多个细长狭缝在所述第一方向上延伸。

6.如权利要求1所述的风力涡轮机转子叶片导流装置，其中，所述多个开口各自包括垂直于所述第一方向延伸的多个细长狭缝。

7.如权利要求6所述的风力涡轮机转子叶片导流装置，其中，所述多个开口包括多排所述细长狭缝。

8.如权利要求1所述的风力涡轮机转子叶片导流装置，其中，所述多个开口包括垂直于所述第一方向延伸的多个细长狭缝，每个细长狭缝具有倒V形。

9.如权利要求8所述的风力涡轮机转子叶片导流装置，其中，所述多个开口包括多排所述细长狭缝。

10.一种风力涡轮机转子叶片，包括：

翼展方向；

根部部分；

肩部；以及

风力涡轮机转子叶片导流装置，其包括：

第一部分，其包括用于面向风力涡轮机转子叶片的表面的后表面；以及

第二部分，所述第二部分连接到所述第一部分并且从所述第一部分沿着长度在第一方向上延伸，所述第二部分包括相对于所述第一部分的所述后表面以90°和180°之间的角度成角度的顶表面；

其中所述第二部分包括沿着所述长度延伸的多个波纹件，其中所述第二部分还包括被构造成允许流穿过所述第二部分的多个开口，

其中，所述风力涡轮机转子叶片导流装置连接到所述叶片，使得所述第一部分的后表面面向所述叶片的表面，以及

其中，所述风力涡轮机转子叶片导流装置在所述翼展方向上在所述根部部分与所述肩部之间连接到所述风力涡轮机转子叶片。

11.如权利要求10所述的风力涡轮机转子叶片，其中，所述风力涡轮机转子叶片导流装置的所述第一部分和所述第二部分由单件制成。

12.如权利要求11所述的风力涡轮机转子叶片，其中，过渡部分布置在所述风力涡轮机转子叶片导流装置的第一部分和第二部分之间，并且所述多个波纹件延伸到所述过渡部分中。

13.如权利要求10所述的风力涡轮机转子叶片，其中，所述风力涡轮机转子叶片导流装置的第二部分的顶表面相对于所述第一部分的后表面以110°和160°之间的角度布置。

14.如权利要求10所述的风力涡轮机转子叶片，其中，所述风力涡轮机转子叶片导流装置的所述多个开口包括设置在所述第二部分的宽度上的多个细长狭缝，所述多个细长狭缝沿所述第一方向延伸。

15.如权利要求10所述的风力涡轮机转子叶片，其中，所述风力涡轮机转子叶片导流装置的所述多个开口各自包括垂直于所述第一方向延伸的多个细长狭缝。

16.如权利要求15所述的风力涡轮机转子叶片，其中，所述多个开口包括多排细长狭缝。

17.如权利要求10所述的风力涡轮机转子叶片，其中，所述风力涡轮机转子叶片导流装置的所述多个开口包括垂直于所述第一方向延伸的多个细长狭缝，每个细长狭缝具有倒V形。

18.如权利要求17所述的风力涡轮机转子叶片，其中，所述多个开口包括多排所述细长狭缝。

19.如权利要求10所述的风力涡轮机转子叶片，还包括背衬结构，所述背衬结构附接到所述风力涡轮机转子叶片导流装置，并且所述叶片的表面构造成提供用于所述风力涡轮机转子叶片导流装置的结构支撑。

20.一种风力涡轮机，包括：

多个转子叶片，所述多个转子叶片中的每一个包括：

翼展方向；

根部部分；

肩部；以及

风力涡轮机转子叶片导流装置，包括：

第一部分，其包括用于面向风力涡轮机转子叶片的表面的后表面；以及

第二部分，所述第二部分连接到所述第一部分并且从所述第一部分沿着长度在第一方向上延伸，所述第二部分包括相对于所述第一部分的所述后表面以90°和180°之间的角度成角度的顶表面，

其中，所述第二部分包括沿着所述长度延伸的多个波纹件，其中，所述第二部分还包括构造成允许流穿过所述第二部分的多个开口，

其中，所述风力涡轮机转子叶片导流装置连接到所述叶片，使得所述第一部分的后表面面向所述叶片的表面，并且

其中，所述风力涡轮机转子叶片导流装置在所述翼展方向上在所述根部部分与所述肩部之间连接到所述风力涡轮机转子叶片。

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