FR2491608A1 - Mfr. of apertured plate for heat exchanger - involves forming rows of apertures in shape of involute curve in each plate blank - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE ET APPAREIL POUR LA FABRICATION D'UNE PLAQUE
MUNIE D'OUVERTURES, DESTINEE EN PARTICULIER A UN
ECHANGEUR DE CHALEUR
La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil pour la fabrication d'une plaque munie d'ouvertures.METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING A PLATE
PROVIDED WITH OPENINGS, PARTICULARLY FOR A
HEAT EXCHANGER
The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a plate provided with openings.
L'invention vise en particulier la fabrication de plaques destinées à des échangeurs de chaleur en particulier des échangeurs couramment connus sous le nom d'échangeurs "du type à enveloppe et àtubes" dans lesquels une pile de tubes de forme allongée est disposée longitudinalement à l'intérieur d'une enveloppe, ces tubes traversant une série de plaques munies d'ouvertures jouant le rôle d'ailettes et/ou de chicanes ou déflecteurs.The invention relates in particular to the manufacture of plates intended for heat exchangers in particular exchangers commonly known under the name of exchangers "of the shell and tube type" in which a stack of tubes of elongated shape is arranged longitudinally at the 'Inside an envelope, these tubes passing through a series of plates provided with openings acting as fins and / or baffles or deflectors.
On peut fabriquer de façon peu conteuse de telles plaques, si elles sont de petites dimensions, en perçant tous les trous nécessaires dans une plaque par une unique opération faisant appel à une presse de type approprié, mais des difficultés se présentent s'il s'agit de plaques relativement grandes, en raison du fait que le prix de l'outil nécessaire devient prohibitif. One can inexpensively manufacture such plates, if they are small, by drilling all the necessary holes in a plate by a single operation using a press of the appropriate type, but difficulties arise if acts of relatively large plates, due to the fact that the price of the necessary tool becomes prohibitive.
L'invention vise un procédé commode et économique, ainsi que l'appareil correspondant, pour la fabrication d'une plaque à ouvertures, destinée en particulier à un échangeur de chaleur. The invention relates to a convenient and economical process, as well as the corresponding apparatus, for the manufacture of a plate with openings, intended in particular for a heat exchanger.
De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une plaque munie d'ouvertures, ce procédé consistant à former dans cette plaque des rangées, d'ouvertures, chacune dc ces rangées ! considérée comme percée sur un rayon vecteur qui part d'un centre, étant le lieu géométrique d'un point qui s'éloigne radialement d'une DO sition initiale sur ce rayon vecteur en rotation, d'une manière telle que la distance angulaire, à partir de ladite position initiale de ce rayon vecteur, de chacune des ouvertures de chaque rangée varie comme la distance entre cette ouverture et ledit centre, les rangées étant formées dans une ébauche en forme de plaque par des opérations successives de façonnage, au cours de chacune desquelles est percée une série d'ouvertures constituant au moins une partie de l'une desdites rangées. More specifically, the invention relates to a method of manufacturing a plate provided with openings, this method consisting in forming in this plate rows, openings, each of these rows! considered as a breakthrough on a vector ray which starts from a center, being the geometrical place of a point which moves away radially from an initial DO sition on this vector ray in rotation, in such a way that the angular distance, from said initial position of this vector radius, each of the openings in each row varies as the distance between this opening and said center, the rows being formed in a blank in the form of a plate by successive shaping operations, during each of which is pierced with a series of openings constituting at least part of one of said rows.
Si l'on veut obtenir un rendement optimum d'un échangeur de chaleur du type à enveloppe et à tubes, il convient que les tubes enfilés dans les ouvertures pratiquées dans les ailettes et dans les chicanes ou déflecteurs, soient répartis de façon à peu pres régulière. Le procédé selon l'invention permet facilement de satisfaire à cette condition, les opérations successives de formation d'ouvertures donnant chacune soit des rangées individuelles, soit des groupes de rangées simultanément, soit encore des parties ou des groupes de partie de rangées. If it is desired to obtain optimum performance from a heat exchanger of the casing and tube type, the tubes threaded through the openings made in the fins and in the baffles or deflectors should be distributed approximately. regular. The method according to the invention easily makes it possible to satisfy this condition, the successive operations of forming openings each giving either individual rows or groups of rows simultaneously, or even parts or groups of part of rows.
Suivant une forme préférée de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les rangées d'ouvertures sont formées le long de développantes de cercle correspondantes, engendrées à partird'unlrleme cercle de base, les points de départ respectifs de ces courbes étant décalés de quantités étales sur le pourtour de ce cercle de base, et le déplacement en rotationdu rayon vecteur s'effectuant par rapport au centre de qénération desdites courbes, par échelons. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the rows of openings are formed along corresponding involutes of a circle, generated from a first base circle, the respective starting points of these curves being offset by etal quantities on the periphery of this base circle, and the rotational movement of the vector radius taking place with respect to the generation center of said curves, in steps.
Ce décalage des points de départ des diverses courbes s'effectue de préférence par quantités égales. This offset of the starting points of the various curves is preferably carried out in equal quantities.
Les rangées d'ouverture peuvent être disposées suivant une série de zones concentriques annulaires distinctes à la surface de la plaque. The opening rows can be arranged in a series of distinct annular concentric zones on the surface of the plate.
L'invention a également pour objet un appareil pour la fabrication d'une plaque munie d'ouvertures, cet appareil comprenant des moyens destinés à supporter une ébauche, ou flan, en forme de plaque, des moyens servant à former des rangées d'ouvertures dans cette ébauche, lesdits moyens de formation d'ouvertures comportant des paires d'éléments disposés de maniere telle que chacune desdites rangées d'ouvertures, si on la considère comme commençant sur un rayon vecteur qui part d'un centre, soit le lieu géométrique d' un point qui s'éloigne radialement d'une position initiale sur ce rayon vecteur, en rotation, de telle facon crue la distante S laire, comptée à partir de ladite position initiale sur le rayon vecteur, de chacune des ouvertures de chaque rangée varie comme la distance entre cette ouverture et le centre, et des moyens servant à assurer un déplacement angulaire par échelons desdits moyens de formation d'ouvertures par rapport à l'ébauche entre les opérations successives de formation, opérations au cours de chacune desquelles on obtient une série desdites ouvertures constituant au moins une partie de l'une desdites rangées. The invention also relates to an apparatus for manufacturing a plate provided with openings, this apparatus comprising means intended to support a blank, or blank, in the form of a plate, means serving to form rows of openings in this blank, said means for forming openings comprising pairs of elements arranged in such a way that each of said rows of openings, if it is considered to start on a vector radius which starts from a center, namely the geometrical place from a point which moves radially away from an initial position on this vector radius, in rotation, in such a crude manner the distance S laire, counted from said initial position on the vector radius, from each of the openings in each row varies as the distance between this opening and the center, and means serving to ensure an angular displacement by steps of said means for forming openings relative to the blank between the successive operations of f ormation, operations during each of which a series of said openings is obtained constituting at least part of one of said rows.
L'invention aoncerne une plaque fabriquée par mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, ainsi qu'un échangeur de chaleur comportant une ou plusieurs de telles plaques, par exemple sous la forme d'ailettes ou de chicanes ou déflecteurs. The invention relates to a plate manufactured by implementing the method described above, as well as a heat exchanger comprising one or more of such plates, for example in the form of fins or baffles or deflectors.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme de réalisation. Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows, given with reference to the appended drawings and giving, by way of explanation but in no way limiting, an embodiment.
Sur ces dessins,
La figure 1 est une vue partielle, en perspective, d'un échangeur de chaleur du type à enveloppe et à tubes, comportant des plaques fabriquées conformément à l'invention.In these drawings,
Figure 1 is a partial perspective view of a shell and tube type heat exchanger, comprising plates manufactured in accordance with the invention.
La figure 2 représente, en élévation, l'une des faces d' une plaque conforme à l'invention, jouant le rôle d'une ailette dans l'échangeur de chaleur de la figure 1;
La figure 3 est une coupe faite suivant la ligne A-A de la figure 2;
La figure 4 est une coupe faite suivant la ligne B-B de la figure 2; et
La figure 5 représente une forme de réalisation de l'appareil mettant en oeuvre le procédé selon 1'- invention.2 shows, in elevation, one of the faces of a plate according to the invention, playing the role of a fin in the heat exchanger of Figure 1;
Figure 3 is a section taken on the line AA in Figure 2;
Figure 4 is a section taken on the line BB in Figure 2; and
FIG. 5 shows an embodiment of the apparatus implementing the method according to the invention.
L'échangeur de chaleur du type à enveloppe et à tubes, tel que représenté sur la figure 1, comprend un carter 1, ayant en gros la forme d'un cylindre, muni de distributeurs 2 et 3 qui constituent respectivement l'entrée 4 dans ce carter et la sortie 5 de 1' un des fluides soumis à l'échange de chaleur; en pratique, ce fluide est de l'eau de refroidissement. Ce carter 1 contient un empilement de tubes formé, de façon classique, d'une grandé quantité de tubes parallèles 6 portés par un empilement de plaques qui se présentent sous la forme d'ailettes 7 et de chicanes, ou déflecteurs 8 et 8a; ces plaques sont percées de trous 9 pour le passage des tubes et ceux-ci sont soudés aux plaques ou sont montés à ajustage serré dans ces plaques, de manière à être en échange de cha leur avec ces dernières.Les plaques extrêmes 10 de l'empilement sont appliquées de façon hermétique contre les distributeurs respectifs 2 et 3 de manière à constituer une chambre d'entrée 11 et une chambre de sortie 12, entre lesquelles l'eau de refroidissement circule dans les tubes 6 entre l'entrée 4 et la sortie 5. The shell and tube type heat exchanger, as shown in FIG. 1, comprises a casing 1, roughly in the form of a cylinder, provided with distributors 2 and 3 which respectively constitute the inlet 4 into this casing and the outlet 5 of one of the fluids subjected to the heat exchange; in practice, this fluid is cooling water. This casing 1 contains a stack of tubes formed, conventionally, of a large quantity of parallel tubes 6 carried by a stack of plates which are in the form of fins 7 and baffles, or deflectors 8 and 8a; these plates are pierced with holes 9 for the passage of the tubes and these are welded to the plates or are fitted with a press fit in these plates, so as to be in exchange for heat with the latter. The end plates 10 of the stack are applied hermetically against the respective distributors 2 and 3 so as to constitute an inlet chamber 11 and an outlet chamber 12, between which the cooling water circulates in the tubes 6 between the inlet 4 and the outlet 5.
Les plaques 7, 8 et # a sont situées à une certaine distance les unes des autres dans la direction longitudinale. The plates 7, 8 and # a are located at a certain distance from each other in the longitudinal direction.
Les plaques 7 et 8 sont espacées radialement de la paroi du carter 1. Chacune des plaques 7 et 8a présente en son centre un trou. Une telle disposition permet à un second fluide d'échange de chaleur (par exemple de l'huile) de circuler radialement entre l'entrée secondaire 13 et la sortie secondaire 14 entre les plaques, de manière à tirer parti de la grande surface d'échange de chaleur ainsi assurée.The plates 7 and 8 are spaced radially from the wall of the casing 1. Each of the plates 7 and 8a has a hole in its center. Such an arrangement allows a second heat exchange fluid (for example oil) to flow radially between the secondary inlet 13 and the secondary outlet 14 between the plates, so as to take advantage of the large surface area of heat exchange thus ensured.
La figure 2 représente l'une des plaques 7 de ltechan- geur de chaleur de la figure 1. On voit que les trous 9 sont disposés suivant une série de rangées dont chacune, dans le cas considéré, se trouve. sur une développante de cercle 15 engendrée par un cercle de base 16. Cette plaque 7 comporte en outre d#s pattes 17 formées par emboutissage, destinées à jouer le roule de pièces d'écartement entre plaques voisines lorsque les diverses plaques sont empilées a l'intérieur d'un échangeur de chaleur. La figure 3 représente une patte en forme de trapèze; cette forme est préférée mais on pourrait adopter toute autre forme convenable. On peut en outre former, à la presse, de petits alvéoles 18 dans la plaque afin de provoquer de la turbulance dans le fluide qui s'écoule par dessus les plaques, pour renforcer l'échange de chaleur. FIG. 2 represents one of the plates 7 of the heat exchanger of FIG. 1. It can be seen that the holes 9 are arranged in a series of rows each of which, in the case under consideration, is located. on an involute of a circle 15 generated by a base circle 16. This plate 7 further comprises legs 17 formed by stamping, intended to play the roll of spacers between neighboring plates when the various plates are stacked on the inside a heat exchanger. Figure 3 shows a trapezoid-shaped tab; this form is preferred, but any other suitable form could be adopted. It is further possible to form, with the press, small cells 18 in the plate in order to cause turbulance in the fluid which flows over the plates, to reinforce the heat exchange.
Ces alvéoles sont représentées clairement sur la figure 4.These cells are clearly shown in Figure 4.
Les plaques 8 et 8a comportent des ouvertures 9 disposées de la même manière, mais les pattes 17 et les alvéoles 18 ne sont pas représentées. The plates 8 and 8a have openings 9 arranged in the same way, but the legs 17 and the cells 18 are not shown.
Suivant une forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on réalise les plaques 7, 8 et 8a en formant plusieurs rangées successives ou plusieurs groupes de rangées de trous 9 à l'aide de couples de poinçons et de matrices disposées suivant une ou plusieurs -rangées qui suivent la ou les courbes le long desquelles on désire que soient percés les trous 9. Dans le cas de la figure 2, chacune des rangées de trous 9 se trouve sur une développante de cercle engendrée à partir du cercle de base 16. According to an embodiment of the method according to the invention, the plates 7, 8 and 8a are produced by forming several successive rows or several groups of rows of holes 9 using pairs of punches and dies arranged in a or several rows which follow the curve or curves along which it is desired to have the holes 9 drilled. In the case of FIG. 2, each of the rows of holes 9 is on an involute of circle generated from the base circle 16.
La figure 5 représente une forme possible de réalisation de l'appareil servant à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. FIG. 5 represents a possible embodiment of the apparatus used to implement the method according to the invention.
Dans cet appareil, une plaque circulaire 20 est fixée, de façon concentrique, à une base 19. Une pièce 21 en forme d'anneau peut tourner librement par rapport à cette plaque 20 et elle repose à la surface supérieure de la base 19. Entre cette base, la plaque 20 et la pièce 21 en forme d'anneau, on peut intercaler des paliers ou des roulements destinés à faciliter la rotation de l'anneau 21. Sur la face supérieure de cet anneau 21 est montée une plaque de support 22, assujettie à l'anneau 21 par tous moyens appropriés. Une ébauche 24, destinée à former une plaque munie d'ouvertures est fixée à la plaque de support 22 au moyen de blocs 25 de mise en place, et à l'aide de tous autres moyens complémentaires de serrage ou dispositifs analogues éventuellement nécessaires (non représentés).Selon la dimension de la plaque que l'on veut fabriquer, on utilise une plaque de support 22 faisant partie d'une série de plaques de support interchangeables comportant chacune des blocs de mise en place 25. Un mécanisme 26 coopère avec des trous de repérage 27 de la plaque 22, pour faire tourner par échelons la bague 21 et la plaque porteuse 22 sur laquelle repose 1' ébauche 24. In this device, a circular plate 20 is fixed, concentrically, to a base 19. A ring-shaped part 21 can rotate freely relative to this plate 20 and it rests on the upper surface of the base 19. Between this base, the plate 20 and the part 21 in the form of a ring, it is possible to interpose bearings or bearings intended to facilitate the rotation of the ring 21. On the upper face of this ring 21 is mounted a support plate 22 , subject to the ring 21 by any appropriate means. A blank 24, intended to form a plate provided with openings, is fixed to the support plate 22 by means of positioning blocks 25, and by means of any other complementary tightening means or similar devices that may be necessary (not Depending on the size of the plate that we want to manufacture, we use a support plate 22 which is part of a series of interchangeable support plates each comprising positioning blocks 25. A mechanism 26 cooperates with locating holes 27 of the plate 22, to rotate the ring 21 and the carrier plate 22 on which the blank 24 rests.
Sur la plaque circulaire 20 est montée de façon fixe une partie 28, (dans le cas considéré, la partie comportant des matrices) d'une poinçonneuse, cette partie 28 comportant une série de matrices 28a. Une plaque supérieure 29 est montée au-dessus de la plaque de base 19 à l'aide de tous moyens de support appropriés, par exemple des colonnes (non représentées) et cette plaque supérieure porte la partie 30 de la poinçonneuse assurant le poinçonnage proprement dit, cette partie 30 comportant une série de poinçons 30a disposés respectivement en regard de chacune des matrices 28a de la partie 28. On the circular plate 20 is fixedly mounted a part 28 ((in this case, the part comprising dies) of a punching machine, this part 28 comprising a series of dies 28a. An upper plate 29 is mounted above the base plate 19 using any suitable support means, for example columns (not shown) and this upper plate carries the part 30 of the punching machine ensuring the actual punching. , this part 30 comprising a series of punches 30a disposed respectively opposite each of the dies 28a of the part 28.
On peut faire agir cette poinçonneuse en la disposant tout entière sous une presse. Suivant une variante, un dispositif peut être placé au-dessus de la plaque supérieure 29 pour entraîner les divers poinçons 30a.This punching machine can be made to act by placing it entirely under a press. According to a variant, a device can be placed above the upper plate 29 to drive the various punches 30a.
Les deux parties de la poinçonneuse, à savoir la partie comportant les poinçons et la partie comportant les matrices, sont conçues et disposées de manière telle que, chaque fois qu'on les met en mouvement, elles confectionnent une rangée d'ouvertures situées sur une développante de cercle, comme représenté sur la figure 2. The two parts of the punching machine, namely the part comprising the punches and the part comprising the dies, are designed and arranged in such a way that, each time they are set in motion, they make a row of openings situated on a involute of circle, as represented on figure 2.
Les opérations successives de mise en action de la poinçonneuse, séparées par des rotations par échelons de l'anneau 21, assurent la formation de rangées successives d'ouvertures dans l'ébauche. En raison du fait que les trous risquent d'être très rapprochés les uns des autres le long de chaque développante de cercle, il peut être bon de disposer de deux poinçonneuses, l'une pour percer les trous de deux en deux et l'autre pour percer les trous intermédiaires, de manière à laisser une place suffisante et à donner une force suffisante aux matrices et aux poinçons. The successive operations of activating the punching machine, separated by steps of the ring 21, ensure the formation of successive rows of openings in the blank. Due to the fact that the holes may be very close to each other along each involute of a circle, it may be good to have two punching machines, one for drilling the holes in half and the other to drill the intermediate holes, so as to leave sufficient space and to give sufficient force to the dies and the punches.
Sur la figure 2 on a représenté, à titre d'exemple, huit développantes de cercle. Cela nécessite huit échelons de rotation pour la confection de l'ensemble des ouvertures d'une plaque. Si l'on fait appel à deux ou plusieurs poinçonneuses, le nombre des rotations par échelons peut être diminué en conséquence. In Figure 2 there is shown, by way of example, eight involutes of a circle. This requires eight stages of rotation for making all the openings of a plate. If two or more punching machines are used, the number of step rotations can be reduced accordingly.
Des poinçonneuses complémentaires 31 et 32 sont prévues, dans cette forme de réalisation, pour la formation des pattes ou des alvéoles représentés sur les figures 3 et4. Etant donne que, ainsi qu'on peut le voir d" après la figure 2, certaines des pattes ou certains alvéoles se trouvent sur des lignes radiales partant du centre de la plaque et se répétant par rotation, on peut utiliser une poinçonneuse ayant une forme rectangulaire et non pas la forme en développante de cercle des poinçonneuses 28 et 30. Ces dernières poinçonneuses peuvent avoir n'importe quelle forme compatible avec la fabrication d'ouvertures disposées conformément au procédé de l'invention. Complementary punching machines 31 and 32 are provided, in this embodiment, for the formation of the tabs or of the cells represented in FIGS. 3 and 4. Since, as can be seen from FIG. 2, some of the legs or certain cells are on radial lines starting from the center of the plate and repeating by rotation, a punching machine with a shape can be used rectangular and not the developing shape of a circle of the punching machines 28 and 30. The latter punching machines can have any shape compatible with the manufacture of openings arranged in accordance with the method of the invention.
Lorsque l'on veut traiter des plaques de dimensions diverses, les poinçonneuses qui ne conviennent pas peuvent être retirées ou rendues inactives, comme par exemple lorsque l'on veut confectionner une plaque comportant des zones annulaires distinctes munies d'ouvertures. On peut installer ensemble les matrices 28 et 31, 32; on peut également installer d' abord par-exemple les matrices 28 et 30 et effectuer une première opération de percement de trous, puis retirer cette poinçonneuse et la remplacer par la poinçonneuse 31, 32, pour achever la formation des trous dans la plaque. When one wishes to treat plates of various dimensions, the punching machines which are not suitable can be removed or made inactive, as for example when one wants to make a plate comprising separate annular zones provided with openings. The dies 28 and 31, 32 can be installed together; one can also first install for example the dies 28 and 30 and perform a first hole-drilling operation, then remove this punching machine and replace it with the punching machine 31, 32, to complete the formation of holes in the plate.
Lorsque l'on veut former les pattes ou les alvéoles par emboutissage, ou même pour percer les ouvertures, il peut être nécessaire d'ajouter un mécanisme approprié, par exemple des cames, dans le mécanisme 26 de rotation par échelons, afin de soulever l'ensemble constitué par la pièce 21 en forme d'anneau et la plaaue de silnnnrt 97, pour que les pattes, les alvéoles ou les ouvertures évitent les matrices pendant la rotation. When it is desired to form the legs or the cells by stamping, or even for piercing the openings, it may be necessary to add an appropriate mechanism, for example cams, in the mechanism 26 of rotation by steps, in order to raise the 'assembly consisting of the part 21 in the form of a ring and the silnnnrt plate 97, so that the legs, the cells or the openings avoid the dies during rotation.
Dans le cas particulier de la plaque correspondant aux figures, chaque rangée de trous est située sur une développante de cercle, mais il est bien entendu que l'invention couvre d'autres formes de courbes, par exemple des spirales. In the particular case of the plate corresponding to the figures, each row of holes is located on an involute of a circle, but it is understood that the invention covers other forms of curves, for example spirals.
Il est bien entendu que les poinçonneuses peuvent être disposées de toute manière appropriée, de manière que l'exé- cution du nombre voulu d'échelons et d'opérations de Dercace assure la formation complète du motif #'ou"ertures dosirt. It is understood that the punching machines can be arranged in any suitable manner, so that the execution of the desired number of steps and Dercace operations ensures the complete formation of the pattern # 'or "dosirt ertures.
Claims (8)
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FR8021420A FR2491608A1 (en) | 1980-10-07 | 1980-10-07 | Mfr. of apertured plate for heat exchanger - involves forming rows of apertures in shape of involute curve in each plate blank |
Applications Claiming Priority (1)
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FR8021420A FR2491608A1 (en) | 1980-10-07 | 1980-10-07 | Mfr. of apertured plate for heat exchanger - involves forming rows of apertures in shape of involute curve in each plate blank |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2125613A1 (en) * | 1971-02-19 | 1972-09-29 | Amada Ltd Us | Pneumatic control system - for hydraulically operated punch press |
GB1417753A (en) * | 1972-05-23 | 1975-12-17 | New Kon Ind Co Ltd | Perforating device |
FR2371979A1 (en) * | 1976-11-29 | 1978-06-23 | Spoorwegmaterieel Metaalconstr | Multi-punch machine tool - has lower matrix with bored holes and upper matrix with punching rods |
-
1980
- 1980-10-07 FR FR8021420A patent/FR2491608A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
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