DE112015006214T5 - Turbine and method of making and using same - Google Patents
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Abstract
Einige Variationen umfassen ein Produkt, das eine Turbine umfasst, die mehrere Turbinenstufen umfasst, die auf einer einzigen Welle befestigt sind, wobei die Turbine dahingehend konstruiert und angeordnet ist, unter Verwendung eines hintereinander in die Turbinenstufen eingeleiteten Fluids Leistung zu erzeugen, und wobei das Fluid eine Wärmeübertragung zwischen mindestens zwei der Turbinenstufen durchläuft.Some variations include a product that includes a turbine that includes a plurality of turbine stages mounted on a single shaft, wherein the turbine is constructed and arranged to generate power using a fluid introduced in series into the turbine stages, and wherein the fluid undergoes heat transfer between at least two of the turbine stages.
Description
Die vorliegende Anmeldung ist eine PCT-Anmeldung. The present application is a PCT application.
TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA
Das Gebiet, auf das sich die Offenbarung allgemein bezieht, umfasst Turbinen und Verfahren zur Herstellung und Verwendung derselben. The field to which the disclosure relates generally includes turbines and methods of making and using the same.
HINTERGRUND BACKGROUND
Gegenwärtig können einige Turbinen dazu verwendet werden, Energie aus einem Fluid zu entnehmen und in Nutzarbeit an einem System umzuwandeln. At present, some turbines can be used to extract energy from a fluid and convert it into useful work on a system.
KURZDARSTELLUNG BEISPIELHAFTER VARIATIONEN BRIEF DESCRIPTION OF EXEMPLARY VARIATIONS
Einige Variationen können ein Produkt umfassen, das eine Turbine umfasst, die mehrere Turbinenstufen umfasst, die auf einer einzigen Welle befestigt sind, wobei die Turbine dahingehend konstruiert und angeordnet sein kann, unter Verwendung eines hintereinander in die Turbinenstufen eingeleiteten Fluids Leistung zu erzeugen, und wobei das Fluid eine Wärmeübertragung zwischen mindestens zwei der Turbinenstufen durchläuft. Some variations may include a product that includes a turbine that includes a plurality of turbine stages mounted on a single shaft, wherein the turbine may be constructed and arranged to produce power using a fluid introduced in series into the turbine stages, and wherein the fluid undergoes heat transfer between at least two of the turbine stages.
Einige Variationen können ein System umfassen, das einen Fluidkreis umfasst, der ein Fluid, einen Wärmetauscher, eine erste Turbinenstufe, eine zweite Turbinenstufe und eine Leistungserzeugungskomponente umfasst, wobei das Fluid Leistung in der ersten Turbinenstufe bereitstellt, eine Wärmeübertragung in dem Wärmetauscher durchläuft und Leistung in der zweiten Turbinenstufe bereitstellt, und wobei die erste und die zweite Turbinenstufe mit einer einzigen Leistungserzeugungskomponente gekoppelt sein können. Some variations may include a system that includes a fluid circuit that includes a fluid, a heat exchanger, a first turbine stage, a second turbine stage, and a power generation component, wherein the fluid provides power in the first turbine stage, undergoes heat transfer in the heat exchanger, and power the second turbine stage, and wherein the first and second turbine stages may be coupled to a single power generation component.
Einige Variationen können ein Verfahren umfassen, das Bereitstellen eines Fluidkreises, der ein Fluid, einen ersten Wärmetauscher, eine erste Turbinenstufe, eine zweite Turbinenstufe und eine Leistungserzeugungskomponente umfasst; Bewegen eines Fluids durch eine erste Turbinenstufe; danach Bewegen eines Fluids durch einen ersten Wärmetauscher; danach Bewegen eines Fluids durch eine zweite Turbinenstufe umfasst, wobei die erste und die zweite Turbinenstufe mit der Leistungserzeugungskomponente gekoppelt sein können. Some variations may include a method of providing a fluid circuit that includes a fluid, a first heat exchanger, a first turbine stage, a second turbine stage, and a power generation component; Moving a fluid through a first turbine stage; thereafter moving a fluid through a first heat exchanger; then moving a fluid through a second turbine stage, wherein the first and second turbine stages may be coupled to the power generation component.
Weitere beispielhafte Variationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung gehen aus der detaillierten Beschreibung hervor, die im Folgenden bereitgestellt wird. Es versteht sich, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, obgleich Variationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung offenbart werden, lediglich der Veranschaulichung dienen und den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken sollen. Further exemplary variations within the scope of the invention will become apparent from the detailed description provided hereinafter. It should be understood that the detailed description and specific examples, while disclosing variations within the scope of the invention, are intended for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Ausgewählte Beispiele für Variationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung werden durch die detaillierte Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen verständlicher; in den Zeichnungen zeigen: Selected examples of variations within the scope of the invention will become more apparent from the detailed description and the accompanying drawings; in the drawings show:
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER VARIATIONEN DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY VARIATIONS
Die folgende Beschreibung der Variationen ist lediglich beispielhaft und soll den Schutzumfang der Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen keineswegs einschränken. The following description of the variations is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the scope of the invention, its application, or uses.
In
Bei einigen Variationen kann bzw. können das Produkt
Mit Bezug auf
Bei einigen Variationen kann das System
Bei einer Reihe von Variationen gemäß der Darstellung in
Die folgende Beschreibung von Varianten dient lediglich der Veranschaulichung von Komponenten, Elementen, Vorgängen, Produkten und Verfahren, die als im Schutzbereich der Erfindung liegend angesehen werden, und soll keineswegs diesen Schutzbereich durch speziell Offenbartes oder nicht ausdrücklich Angeführtes beschränken. Die Komponenten, Elemente, Vorgänge, Produkte und Verfahren, die hier beschrieben werden, können anders als hier ausdrücklich beschrieben kombiniert und anders angeordnet werden und liegen dennoch im Schutzbereich der Erfindung. The following description of variants is merely illustrative of components, elements, acts, products and methods which are considered to be within the scope of the invention, and is in no way intended to limit this scope by specifically disclosing or not expressly stated. The components, elements, acts, products, and methods described herein may be combined and rearranged differently than as expressly described herein, and still fall within the scope of the invention.
Variation 1 kann ein Produkt umfassen, das eine Turbine umfasst, die mehrere Turbinenstufen umfasst, die auf einer einzigen Welle befestigt sind, wobei die Turbine dahingehend konstruiert und angeordnet ist, unter Verwendung eines hintereinander in die Turbinenstufen eingeleiteten Fluids Leistung zu erzeugen, und wobei das Fluid eine Wärmeübertragung zwischen mindestens zwei der Turbinenstufen durchläuft. Variation 1 may include a product comprising a turbine comprising a plurality of turbine stages mounted on a single shaft, the turbine being constructed and arranged to generate power using a fluid introduced in series into the turbine stages, and wherein the Fluid undergoes heat transfer between at least two of the turbine stages.
Variation 2 kann ein Produkt nach Variation 1 umfassen, wobei das Produkt ferner eine Leistungserzeugungskomponente umfasst, die einen Rotor umfasst, der dahingehend konstruiert und angeordnet ist, durch das Fluid in den Turbinenstufen Leistung zu erzeugen. Variation 2 may include a product according to Variation 1, the product further comprising a power generation component including a rotor constructed and arranged to generate power by the fluid in the turbine stages.
Variation 3 kann ein Produkt nach einer der Variationen 1–2 umfassen, wobei die Welle mit dem Rotor verbunden ist und durch mindestens ein Lager gestützt wird. Variation 3 may include a product according to any of Variations 1-2, wherein the shaft is connected to the rotor and supported by at least one bearing.
Variation 4 kann ein Produkt nach einer der Variationen 1–3 umfassen, wobei die Leistungserzeugungskomponente ferner einen elektrischen Stator umfasst. Variation 4 may include a product according to any of Variations 1-3, wherein the power generation component further comprises an electrical stator.
Variation 5 kann ein Produkt nach einer der Variationen 1–4 umfassen, wobei das Produkt ferner einen Fluidkreis umfasst, wobei das Fluid aus einer ersten Turbinenstufe austritt und danach die Wärmeübertragung in einem Wärmetauscher durchläuft. Variation 5 may include a product according to any one of Variations 1-4, the product further comprising a fluid circuit wherein the fluid exits a first turbine stage and thereafter undergoes heat transfer in a heat exchanger.
Variation 6 kann ein Produkt nach einer der Variationen 1–5 umfassen, wobei mindestens eine Turbinenstufe zumindest teilweise durch ein Gehäuse eingekapselt wird, das dahingehend konstruiert und angeordnet ist, mindestens ein Fluid aufzunehmen. Variation 6 may include a product according to any of variations 1-5, wherein at least one turbine stage is at least partially encapsulated by a housing constructed and arranged to receive at least one fluid.
Variation 7 kann ein Produkt nach einer der Variationen 1–6 umfassen, wobei die mehreren Turbinenstufen auf derselben axialen Seite der Welle hervorragen. Variation 7 may include a product according to any of Variations 1-6, wherein the plurality of turbine stages protrude on the same axial side of the shaft.
Variation 8 kann ein System umfassen, das einen Fluidkreis umfasst, der ein Fluid, einen Wärmetauscher, eine erste Turbinenstufe, eine zweite Turbinenstufe und eine Leistungserzeugungskomponente umfasst, wobei das Fluid Leistung in der ersten Turbinenstufe bereitstellt, danach eine Wärmeübertragung in dem Wärmetauscher durchläuft und Leistung in der zweiten Turbinenstufe bereitstellt, und wobei die erste und die zweite Turbinenstufe mit einer einzigen Leistungserzeugungskomponente gekoppelt sind. Variation 8 may include a system that includes a fluid circuit that includes a fluid, a heat exchanger, a first turbine stage, a second turbine stage, and a power generation component, wherein the fluid provides power in the first turbine stage, thereafter undergoes heat transfer in the heat exchanger, and power in the second turbine stage, and wherein the first and second turbine stages are coupled to a single power generation component.
Variation 9 kann ein System nach einer von Variation 8 umfassen, wobei der Fluidkreis ein Organic-Rankine-Cycle-System (ORC-System) ist. Variation 9 may include a system according to any one of variation 8, wherein the fluid circuit is an Organic Rankine Cycle (ORC) system.
Variation 10 kann ein System nach einer der Variationen 8–9 umfassen, wobei der Fluidkreis ferner eine Pumpe umfasst.
Variation 11 kann ein System nach einer der Variationen 8–10 umfassen, wobei der Fluidkreis ferner einen Kondensator umfasst. Variation 11 may include a system according to any of variations 8-10, wherein the fluid circuit further comprises a capacitor.
Variation 12 kann ein System nach einer der Variationen 8–11 umfassen, wobei die Leistungserzeugungskomponente ein elektrischer Generator ist.
Variation 13 kann ein System nach einer der Variationen 8–12 umfassen, wobei die Leistungserzeugungskomponente eine Untersetzung ist, die mit einem Fahrzeugantriebsstrang mechanisch gekoppelt ist. Variation 13 may include a system according to any of variations 8-12, wherein the power generation component is a reduction that is mechanically coupled to a vehicle driveline.
Variation 14 kann ein Verfahren umfassen, das Bereitstellen eines Fluidkreises, der ein Fluid, einen Wärmetauscher, eine erste Turbinenstufe, eine zweite Turbinenstufe und eine Leistungserzeugungskomponente umfasst; Bewegen eines Fluids durch eine erste Turbinenstufe; nachfolgendes Bewegen eines Fluids durch einen Wärmetauscher; nachfolgendes Bewegen eines Fluids durch eine zweite Turbinenstufe, wobei die erste und die zweite Turbinenstufe mit der Leistungserzeugungskomponente gekoppelt sind, umfasst.
Variation 15 kann ein Verfahren nach Variation 14 umfassen, wobei der Fluidkreis ein Organic-Rankine-Cycle-System (ORC-System) ist. Variation 15 may include a method of
Variation 16 kann ein Verfahren nach einer der Variationen 14–15 umfassen, wobei der Fluidkreis ferner eine Pumpe umfasst.
Variation 17 kann ein Verfahren nach einer der Variationen 14–16 umfassen, wobei der Fluidkreis ferner einen Kondensator umfasst. Variation 17 may include a method according to any of variations 14-16, wherein the fluid circuit further comprises a capacitor.
Variation 18 kann ein Verfahren nach einer der Variationen 14–17 umfassen, wobei die Leistungserzeugungskomponente ein elektrischer Generator ist.
Variation 19 kann ein Verfahren nach einer der Variationen 14–18 umfassen, wobei die Leistungserzeugungskomponente eine Untersetzungsvorrichtung ist, die mit einem Fahrzeugantriebsstrang mechanisch gekoppelt ist.
Variation 20 kann ein Verfahren nach einer der Variationen 14–19 umfassen, wobei die Turbinenstufen in einem gemeinsamen Gehäuse eingekapselt sind.
Variation 21 kann ein Produkt nach einer der Variationen 1–20 umfassen, wobei die Turbine eine Dampfturbine und/oder eine Gasturbine und/oder eine transsonische Turbine und/oder eine Gegenlaufturbine und/oder eine Axialturbine und/oder eine Radialturbine und/oder eine statorlose Turbine und/oder eine ummantelte Turbine und/oder eine Keramikturbine und/oder eine mantellose Turbine und/oder eine schaufellose Turbine und/oder eine Wasserturbine (darunter Pelton, Francis, Kaplan, Turgo oder Durchströmturbine) und/oder eine Rateau-Turbine und/oder eine Impuls- und/oder Reaktionsturbine ist. Variation 21 may include a product according to any of variations 1-20, wherein the turbine is a steam turbine and / or a gas turbine and / or a transonic turbine and / or a mating turbine and / or an axial turbine and / or a radial turbine and / or a statorless Turbine and / or a jacketed turbine and / or a ceramic turbine and / or a shellless turbine and / or a turbine blade and / or a water turbine (including Pelton, Francis, Kaplan, Turgo or Durchströmturbine) and / or a Rateau turbine and / or or a pulse and / or reaction turbine.
Variation 22 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–21 umfassen, wobei die Turbine mindestens ein Turbinenrad umfasst, das die mindestens eine Turbinenstufe umfasst. Variation 22 may include a product, system, or method according to any of Variations 1-21, wherein the turbine includes at least one turbine wheel that includes the at least one turbine stage.
Variation 23 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–22 umfassen, wobei der Wärmetauscher eine Wärmetauscherart ist, die unter anderem einen Elektrowärmetauscher, einen Doppelrohrwärmetauscher, einen Rohrbündelwärmetauscher, einen Plattenwärmetauscher, einen PSHE (Plate and Shell Heat Exchanger), einen Wärmetauscher mit adiabatischem System, einen Rippenplattenwärmetauscher, einen PPHE (Pillow Plate Heat Exchanger) oder einen Fluidwärmetauscher einschließt.
Variation 24 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–23 umfassen, wobei das Produkt oder das System ferner ein Arbeitsfluid
Variation 25 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–24 umfassen, wobei die mindestens eine Pumpe eine Umlaufverdrängerpumpe, eine Hubverdrängerpumpe, eine Zahnradpumpe, eine Schraubenpumpe, eine Exzenterschneckenpumpe, eine Rootspumpe, eine Peristaltikpumpe, eine Kolbenpumpe, eine Seilpumpe, eine Impellerpumpe, eine Hydraulikzylinderpumpe, eine Radialpumpe, eine Axialpumpe, eine Diagonalpumpe, eine Saugstrahlpumpe, eine Dampfpumpe, eine Schwerkraftpumpe oder eine ventillose Pumpe ist. Variation 25 may include a product, system, or method of any of Variations 1-24, wherein the at least one pump is a recirculating displacement pump, a reciprocating pump, a gear pump, a screw pump, an eccentric screw pump, a root pump, a peristaltic pump, a piston pump Rope pump, an impeller pump, a hydraulic cylinder pump, a radial pump, an axial pump, a diagonal pump, a suction jet pump, a steam pump, a gravity pump or a valveless pump.
Variation 26 kann ein Produkt, ein Systemen oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–25 umfassen, wobei das Fluid gleichzeitig in mehrere Turbinenstufen
Variation 27 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–26 umfassen, wobei die Turbine ferner mindestens einen Turbinenstufenrotor und mindestens einen Turbinenstufenstator umfasst. Variation 27 may include a product, system or method according to any of Variations 1-26, wherein the turbine further comprises at least one turbine stage rotor and at least one turbine stage stator.
Variation 28 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–27 umfassen, wobei das Produkt, das System oder das Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus einem Fahrzeug verwendet wird.
Variation 29 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach Variation 28 umfassen, wobei das Fahrzeug ein Kraftfahrzeug und/oder ein Raumfahrzeug und/oder ein Wasserfahrzeug und/oder ein Luftfahrzeug und/oder einen Zug umfasst. Variation 29 may comprise a product, system or method according to
Variation 30 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–29 umfassen, wobei das Produkt, das System oder das Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus einem chemischen Prozess, wie z. B. unter anderem einem Prozess zur Erzeugung geothermischer Energie, einem Prozess zur Erzeugung von Solarenergie oder einem Prozess zur Erzeugung von Windenergie, verwendet wird.
Variation 31 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–30 umfassen, wobei die Turbine kompakt ist, um verbessertes Packaging in einem Fahrzeugauslasssystem oder -kühler zu gestatten. Variation 31 may include a product, system, or method according to any of variations 1-30, wherein the turbine is compact to allow for improved packaging in a vehicle exhaust system or radiator.
Variation 32 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–31 umfassen, wobei die Leistungserzeugungskomponente einen Anker umfasst, der elektrischen Strom erzeugt, der von einer elektrischen Aufnahmekomponente aufgenommen wird. Variation 32 may include a product, system, or method according to any of Variations 1-31, wherein the power generation component includes an armature that generates electrical current received by an electrical receiving component.
Variation 33 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–32 umfassen, wobei das mindestens eine Ventil ein Kugelventil und/oder ein Klappenventil und/oder ein Keramikscheibenventil und/oder ein Rückschlagventil und/oder ein Drosselventil und/oder ein Membranventil und/oder ein Plattenschieberventil und/oder ein Hubventil und/oder ein Messerventil und/oder ein Nadelventil und/oder ein Quetschventil und/oder ein Kolbenventil und/oder ein Kegelventil und/oder ein Tellerventil und/oder ein Schieberventil und/oder ein Wärmeausdehnungsventil und/oder ein Druckreduzierungsventil und/oder ein Probeentnahmeventil und/oder ein Sicherheitsventil ist. Variation 33 may include a product, system or method according to any of Variations 1-32, wherein the at least one valve is a ball valve and / or a flapper valve and / or a ceramic disc valve and / or a check valve and / or a throttle valve and / or a diaphragm valve and / or a plate slide valve and / or a lift valve and / or a metering valve and / or a needle valve and / or a pinch valve and / or a piston valve and / or a cone valve and / or a poppet valve and / or a slide valve and / or a thermal expansion valve and / or a pressure reducing valve and / or a sampling valve and / or a safety valve is.
Variation 34 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–33 umfassen, wobei das Lager ein Gleitlager, ein Rollkörperlager, ein Körnerlager, ein Fluidlager, ein magnetisches Lager oder ein Biegelager einschließt. Variation 34 may include a product, system, or method according to any of Variations 1-33, wherein the bearing includes a plain bearing, a rolling bearing, a grain bearing, a fluid bearing, a magnetic bearing, or a flexure bearing.
Variation 35 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–34 umfassen, wobei der mindestens eine Wärmetauscher eine Wärmetauscherart umfasst, die unter anderem einen Elektrowärmetauscher, einen Doppelrohrwärmetauscher, einen Rohrbündelwärmetauscher, einen Plattenwärmetauscher, einen PSHE (Plate and Shell Heat Exchanger), einen Wärmetauscher mit adiabatischem System, einen Rippenplattenwärmetauscher, einen PPHE (Pillow Plate Heat Exchanger) oder einen Fluidwärmetauscher einschließt. Variation 35 may include a product, system, or method according to any of Variations 1-34, wherein the at least one heat exchanger comprises a heat exchanger type including, but not limited to, an electric heat exchanger, a double tube heat exchanger, a shell and tube heat exchanger, a plate heat exchanger, a PSHE (Plate and Shell Heat Exchanger), an adiabatic heat exchanger, a fin plate heat exchanger, a PPHE (Pillow Plate Heat Exchanger) or a fluid heat exchanger.
Variation 36 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–35 umfassen, wobei der Fluidkreis ferner Wärmetauschkomponenten für das Fluid umfasst, die einen Kühler und/oder einen Achsölwärmetauscher und/oder einen Motorölwärmetauscher und/oder eine Fahrgastraumheizung einschließen. Variation 36 may include a product, system, or method of any of variations 1-35, wherein the fluid circuit further includes heat exchange components for the fluid, including a radiator and / or axle oil heat exchanger and / or an engine oil heat exchanger and / or passenger compartment heater.
Variation 37 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–36 umfassen, wobei der Kondensator einen Elektrowärmetauscher und/oder einen Doppelrohrwärmetauscher und/oder einen Rohrbündelwärmetauscher und/oder einen Plattenwärmetauscher und/oder einen PSHE (Plate and Shell Heat Exchanger) und/oder einen Wärmetauscher mit adiabatischem System und/oder einen Rippenplattenwärmetauscher und/oder einen PPHE (Pillow Plate Heat Exchanger) und/oder einen Fluidwärmetauscher umfasst. Variation 37 may include a product, system or method according to any one of Variations 1-36, wherein the condenser comprises an electric heat exchanger and / or a double-tube heat exchanger and / or a tube-bundle heat exchanger and / or a plate heat exchanger and / or a PSHE (Plate and Shell Heat Exchanger) and / or a heat exchanger with adiabatic system and / or a fin plate heat exchanger and / or a PPHE (Pillow Plate Heat Exchanger) and / or a fluid heat exchanger.
Variation 38 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–37 umfassen, wobei die Leistungserzeugungskomponente einen Gleichstromgenerator oder einen Drehstromgenerator umfasst. Variation 38 may include a product, system, or method according to any of variations 1-37, wherein the power generation component comprises a DC generator or an AC generator.
Variation 39 kann ein Produkt, ein System oder ein Verfahren nach einer der Variationen 1–37 umfassen, wobei der Fluidkreis
Die obige Beschreibung ausgewählter Variationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung ist lediglich veranschaulichend und somit sollen Variationen oder Varianten davon nicht als Abweichung von dem Gedanken und Schutzumfang der Erfindung betrachtet werden. The above description of selected variations within the scope of the invention is merely illustrative, and thus variations or variants thereof are not to be regarded as a departure from the spirit and scope of the invention.
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Legal Events
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