FR2522897A1 - DYNAMO-ELECTRIC MACHINE PROVIDED WITH A SCREEN FOR THE RADIANT HEAT OF ITS ROTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A SCREEN - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UNE GENERATRICE A SUPRA-CONDUCTION COMPORTANT UN ECRAN POUR LA CHALEUR RAYONNANTE FORME PAR SOUDAGE PAR EXPLOSION D'UN TUBE EXTERIEUR 12 AUTOUR D'UN TUBE INTERIEUR 10 COMPRENANT DES CANAUX DE REFROIDISSEMENT A SA SURFACE CYLINDRIQUE EXTERIEURE. CES CANAUX SONT REMPLIS AVEC UNE SUBSTANCE POUVANT ETRE ELIMINEE AVANT LE SOUDAGE PAR EXPLOSION DES DEUX TUBES ET ELIMINEE ENSUITE.THE INVENTION RELATES TO A SUPRA-CONDUCTION GENERATOR INCLUDING A SCREEN FOR RADIANT HEAT FORMED BY EXPLOSION WELDING OF AN OUTER TUBE 12 AROUND AN INSIDE TUBE 10 INCLUDING COOLING CHANNELS AT ITS OUTER CYLINDRICAL SURFACE. THESE CHANNELS ARE FILLED WITH A SUBSTANCE THAT CAN BE ELIMINATED BEFORE EXPLOSION WELDING OF THE TWO PIPES AND THEN ELIMINATED.
Description
lachine dynamo-électrique munie d'un écran pour la chaleur rayonnante dedynamo-electric machine equipped with a screen for the radiant heat of
son rotor et procédé de fabrication d'un tel écran. la présente invention se rapporte à une machine its rotor and method of manufacturing such a screen. the present invention relates to a machine
dynamo-éLtectrique, en particulier, à un rotor de géné- dynamo-electric, in particular, to a general-purpose rotor
ratrice à supraconduction et concerne plus particulière- superconductive ratrix and concerns more specifically-
ment son écran pour la chaleur rayonnante. its screen for radiant heat.
En général, une génératrice à supraconduction In general, a superconductive generator
comporte un rotor super-refroidi qui comprend un enroule- has a super-cooled rotor that includes a coil
ment inducteur supraconducteur et une structure pour sup- superconductive inducer and a structure for sup-
porter L'enroulement Le rotor est super-refroidi à une température cryogénique par un fluide refrigérant, cordée wear The winding The rotor is super-cooled to a cryogenic temperature by a corded refrigerant
1 O de l'hélium que contient Le rotor Pendant le fonctionne- 1 O of the helium contained in the rotor During operation
ment nonrmal de la génératrice, l'hélium Liquide dans le nonrmal generator, Liquid helium in the
rotor est transformé en vapeur ou en gaz par une ébul ti- rotor is transformed into vapor or gas by a boil
tion relativement lente mais continue. relatively slow but continuous.
La fonction de l'écran pour la chaleur rayonnante est d'intercepter la chaleur rayonnée par l'environnement The function of the screen for radiant heat is to intercept the heat radiated by the environment
du rotor qui se trouve généralement à la température ax- of the rotor which is generally at the temperature ax-
biante, afin d'éviter que cette chaleur rayonnée n'échauf- biante, in order to prevent this radiated heat from heating up
fé la zone froide cryogénique dans le rotor Un écran pouanr the cryogenic cold zone in the rotor A screen can
la chaleur rayonnante consiste généralement en une struc- radiant heat generally consists of a structure
ture tubulaire ou cylindrique disposée radialement à l'ex- tubular or cylindrical structure arranged radially to the ex-
térieur des enroulements supraconducteurs du rotor Cette structure tubulaire est prévue avec plusieurs canaux d'agent de refroidissement avec un dispositif pour que le refrigérant passe radialement dans l'ecran pour La chaleur rayonnante, Le traverse axialementet sorte par un autre inside of the superconductive windings of the rotor This tubular structure is provided with several channels of coolant with a device so that the refrigerant passes radially in the screen for radiant heat, crosses it axially and leaves through another
passage radial vers La partie int Srieure du rotor à supra- radial passage to the inner part of the rotor above
conduction Le Brevet des Etats Unis d'Amérique NO 4 250 118 décrit des réalisations d'écran pour la chaleur rayonnante. Un objet de l'invention est donc de proposer conduction US Patent No. 4,250,118 describes screen designs for radiant heat. An object of the invention is therefore to propose
un écran pour la chaleur rayonnante destiné à une géné- a screen for radiant heat intended for a generation
ratrice à supraconduction, qui est conçu pour être fabri- superconductive ratrix, which is designed to be manufactured
quée de façon sure bien qu'économique. safe but economical.
Dansune génératrice à supraconduction normale, les dimensions de L'écran peuvent dépasser > 300 mm en longueur et 7 i O mm en diamètre et, étant donné que l'écran doit être refroidi par plusieurs canaux d'agent In a normal superconducting generator, the dimensions of the screen can exceed> 300 mm in length and 7 i O mm in diameter and, since the screen must be cooled by several channels of agent
de refroidissement situés à L'intérieur de sa paroi cy- cooling located inside its cy-
lindrique, ces paramètres de conception imposent essen- lindrique, these design parameters impose essential
tie Llement qu'il soit réalisé en deux-coquilles L'assemblage de ces deux coquilles coaxiales doit former tie Llement that it be made in two shells The assembly of these two coaxial shells must form
un réseau de canaux d'agentde refroidissement effective- a network of effective coolant channels-
ment étanches, et ne doit pas déformer l'écran ni affai- waterproof, and should not deform the screen or weaken
blir son intégrité de structure.blir its structural integrity.
Selon l'invention, une machine dynano-électrique comporte un écran pour la chaleur rayonnante constitué par un tube intérieur avec plusieurs rainures axia Les à According to the invention, a dynanoelectric machine comprises a screen for radiant heat constituted by an inner tube with several axia Les grooves to
sa surface cylindrique extérieure, ce tube intérieur com- its outer cylindrical surface, this inner tube
prenant une premiere et une seconde rainure circonféren- taking a first and a second circumferential groove
tielle à sa surface cylindrique extérieure, la première rainure circonférentielle étant en communication pour les fluides avec une extrémité axiale de chacune des rainures axiales, la seconde rainure circonférentielle étant en communication pour les fluides avec l'autre extrémité axiale de chacune des rainures axiales, le tube intérieur comportant au moins un trou radial débouchant dans chaque tial at its outer cylindrical surface, the first circumferential groove being in communication for the fluids with an axial end of each of the axial grooves, the second circumferential groove being in communication for the fluids with the other axial end of each of the axial grooves, the inner tube comprising at least one radial hole opening into each
rainure circonférentielle et établissant une communica- circumferential groove and establishing communication
tion pour le fluide entre les rainures circonférentielles associées et la surface intérieure du tube intérieure un tube extérieur étant disposé autour du tube intérieur, coaxialement ou concentrique avec lui, ce tube extérieur étant soudé par explosion sur le tube intérieur le long tion for the fluid between the associated circumferential grooves and the inner surface of the inner tube an outer tube being disposed around the inner tube, coaxially or concentric with it, this outer tube being exploded on the inner tube along
de leurs surfaces cylindriques adjacentes. of their adjacent cylindrical surfaces.
Il convient qu'un écran pour la chaleur rayon- A screen for the heat ray-
née, réalisé selon l'invention, comporte un tube cylindri- born, produced according to the invention, comprises a cylindrical tube
que intérieur et un tube cylindrique extérieur, associés that inside and an outside cylindrical tube, associated
coaxialement ou concentriquement Le tube intérieur com- coaxially or concentrically The inner tube
porte deux rainures circonférentielles formées à sa sur- has two circumferential grooves formed at its top
face cylindrique extérieure Ces deux rainures circonfé- outer cylindrical face These two circumferential grooves
rentielles sont formées sur le tube intérieur, à une dis- are formed on the inner tube at a distance
tance axiale prédéterminée l'une de l'autre Plusieurs rainures disposées axialement sont formées à la surface predetermined axial tension from each other Several axially arranged grooves are formed on the surface
cylindrique extérieure du tube intérieur, chaque rai- cylindrical outer of the inner tube, each rai-
nure axiale rencontrant et reliant les deux rainures axial groove meeting and connecting the two grooves
circonférentie Lles précitées Chaque rainure circonfé- circumference The above mentioned Each circumferential groove
rentielle comporte également au moins un trou radial qui y débouche et qui établit une communication pour le fluide entre lui et la partie intérieure du tube also has at least one radial hole which opens into it and which establishes a communication for the fluid between it and the inner part of the tube
intérieur Un cylindre extérieur est disposé radia Le- inside An outside cylinder is arranged radia Le-
ment à l'extérieur du tube intérieur et il est soudé métallurgiquement sur le tube intérieur pour former lies outside the inner tube and is metallurgically welded to the inner tube to form
une structure unitaire d'écran pour la chaleur rayon- a unitary screen structure for the radiant heat
née Le tube extérieur enferme la partie extérieure radialement de chacune des rainures précitées et forme The outer tube encloses the outer part radially of each of the above-mentioned grooves and forms
donc un réseau fermé de canaux d'agent de refroidisse- therefore a closed network of coolant channels
ment qui, en son tour, établit une communication pour les fluides entre le trou radial qui rencontre l'une des rainures circonférentielles et le trou radial qui which in turn establishes communication for fluids between the radial hole which meets one of the circumferential grooves and the radial hole which
rencontre l'autre rainure circonférentie L Le. meets the other circumferential groove L Le.
De préférence, selon l'inventions, le tube in- Preferably, according to the invention, the tube
térieur et le tube extérieur sont soudés ensemble par explosion Dans le but d'éviter l'affaissement potentiel du tube extérieur dans les rainures du tube intérieur inner tube and outer tube are welded together by explosion In order to avoid potential sagging of the outer tube in the grooves of the inner tube
pendant l'opération de soudage par explosion, Les rainu- during the explosion welding operation, the grooves
res peuvent être remplies avec une substance pouvant être éliminée avant l'opération de soudage par explosion afin d'assurer un support local du tube extérieur pendant le soudage En fonction des épaisseurs relatives du tube intérieur et du tube extérieur, l'utilisation de cette substance peut ne pas être nécessaire Mais pour assurer qu'aucun affaissement ne se produit dans la région des rainures précitées, un écran pour la chaleur rayonnante réalisée se Lon l'invention comporte, dans son cadre, res can be filled with a substance which can be removed before the explosion welding operation in order to provide local support for the outer tube during welding. Depending on the relative thicknesses of the inner tube and the outer tube, the use of this substance May not be necessary But to ensure that no subsidence occurs in the region of the aforementioned grooves, a screen for the radiant heat produced according to the invention comprises, within its framework,
une matière solide qui peut être disposée dans Les rai- a solid material which can be placed in the rai-
nures et qui peut en être éliminée après La fin du sou- which can be eliminated after the end of the sou-
dage par explosion Cette substance peut être fusible, comme un méta L à bas point, de fusion ou du soufre, ou combustible comme du polystyrène Des expériences ont été faites en utilisant un alliage à bas point de fusion, Cerrotru, qui peut être fondu et élimiiné des canaux de refroidissement après Les opérations de soudage par explosion De même, des pièces encastrées d'acier exploding This substance can be fusible, like a low-melting meta L, or sulfur, or combustible like polystyrene Experiments have been done using a low melting alloy, Cerrotru, which can be melted and eliminated from cooling channels after Explosion welding operations Similarly, embedded steel parts
au carbone ont été utilisées pour assurer un support lo- have been used to provide lo-
cal dans la région des canaux de refroidissement et ont été ensu te éliminées par attaque avec un acide Bien entendu, i L est évident que cette technique d'attaque par un acide n'est possible que si les tubes constituant cal in the region of the cooling channels and were subsequently eliminated by attack with an acid Of course, i L is obvious that this technique of attack by an acid is only possible if the tubes constituting
L'écran à la chaleur de rayonnement résistent à. The screen to radiation heat resist.
l'acide comme c'est le cas Lorsque Inconel 706 ou Inoonel 718 est utilisé pour la fabrication Après avoir assuré le support Localisé mentionné cidessus, la substance fusible, attaquable ou combustible est éliminée par les acid as is the case When Inconel 706 or Inoonel 718 is used for manufacturing After having provided the Localized support mentioned above, the fusible, attackable or combustible substance is eliminated by the
trous radiaux précités.the aforementioned radial holes.
L'invention concerne donc un écran pour la cha- The invention therefore relates to a screen for the cha-
leur rayonnante avec un bon contact entre les surfaces their radiant with good contact between surfaces
adjacentes du tube intérieur et du tube extérieur, assu- adjacent to the inner tube and the outer tube, assu-
rant une excellente conductivité thermique entre elles et évitant les fuites d'agent de refroidissement entre rant excellent thermal conductivity between them and avoiding leakage of coolant between
des rainures axiales voisines ou entre le réseau des ca- adjacent axial grooves or between the network of ca-
naux de refroidissement et son environnement, qui est gé- cooling environment and its environment, which is
néralement sous vide.usually under vacuum.
Avant l'assemblages le tube intérieur et le tube extérieur peuvent a tre initialement surdimensionné S afin Before assembling the inner tube and the outer tube can be initially oversized S so
qu'ils puissent être usinés exactement à la dimension vou- that they can be machined exactly to the dimension you want
lue après les opérations de soudage par explosion De mime, les trous radiaux peuvent tre usinés à nouveau read after the explosion welding operations Mime, the radial holes can be machined again
après le soudage par explosion afin de corriger des dé- after explosion welding to correct defects
formations mineures apparaissant pendant l'opération de minor formations appearing during the operation of
soudage métallurgique.metallurgical welding.
D'autres caractéristiques et avantages de l'in- Other features and advantages of the
vention apparattront au cours de la description qui va vention will appear during the description which goes
suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel La Figure 1 représente une coupe partiel Le d'un écran pour la chaleur rayonnante, et la Figure 2 est une coupe transversale de 1 ' follow from an exemplary embodiment and with reference to the appended drawing in which FIG. 1 represents a partial section Le of a screen for radiant heat, and FIG. 2 is a cross section of 1 '
écran de la Fig 1.screen of Fig 1.
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La présente invention se rapporte de façon gé- The present invention relates generally
néra Le aux rotors à supraconduction et plus particuliè- nera Le with superconducting rotors and more particularly
rement, à la fabrication d'un écran pour la chaleur rement, to the manufacture of a screen for heat
rayonnante, utilisé avec un tel rotor. radiant, used with such a rotor.
La Figure 1 représente donc un écran pour la chaleur rayonnante Il comporte un tube intérieur 10 et FIG. 1 therefore represents a screen for radiant heat It has an inner tube 10 and
un tube extérieur 12, disposés coaxialement et concen- an outer tube 12, arranged coaxially and concentrated
triquement Le tube cylindrique intérieur 10 comporte The inner cylindrical tube 10 has
une première rainure circonférentielle 14 et une secon- a first circumferential groove 14 and a second
de rainure circonférentielle 16 formées à sa surface cylindrique extérieure Plusieurs rainures axiales of circumferential groove 16 formed on its outer cylindrical surface Several axial grooves
18 rencontrent ces rainures circonférentielles et éta- 18 meet these circumferential grooves and
blissent entre elles une communication pour les fluides. communicate between them for fluids.
La rainure circonférentielle 14 comporte un trou radial 20 qui y débouche et qui établit une communication pour les fluides entre elle et la partie inférieure du tube intérieur 10 La seconde rainure circonférentielle 16 comporte un trou radial 22 qui y débouche et qui établit The circumferential groove 14 has a radial hole 20 which opens therein and which establishes a communication for the fluids between it and the lower part of the inner tube 10 The second circumferential groove 16 has a radial hole 22 which opens therein and which establishes
une communication pour les fluides entre elle et la par- communication for fluids between it and the
tie intérieure du tube intérieur 10 La combinaison de la première et dela seconde rainure circonférentielle 14 et 16 avec les rainures axiales 18 et les trous radiaux 20 et 22 établit une communication pour les fluides entre la partie intérieure du tube intérieur 10 voisine du trou radial 20 et la partie intérieure du tube intérieur 10 inner tie of the inner tube 10 The combination of the first and second circumferential grooves 14 and 16 with the axial grooves 18 and the radial holes 20 and 22 establishes communication for the fluids between the inner part of the inner tube 10 adjacent to the radial hole 20 and the inner part of the inner tube 10
voisine du trou radial 22 Le tube intérieur 10 et le tu- adjacent to the radial hole 22 The inner tube 10 and the tu-
be extérieur 12 sont faits d'une matière de grande rigi- be exterior 12 are made of a material of great rigi-
dité, comme l'une de celles appeléesdes superalliages qui ont une limite élastique suffisante pour l'utilisation en supraconduction Ces matières comprennent, à titre non limitatif, celles connues par leur nom de marque comme Inconel 706 et Inconel 718 fa matière utilisée doit avoir une limite élastique égale ou supérieure à 90 da N/mm 2 et conserver sa rigidité à des températures cryogéniques dity, as one of those called superalloys which have an elastic limit sufficient for the use in superconduction These materials include, without limitation, those known by their brand name as Inconel 706 and Inconel 718 fa material used must have a elastic limit equal to or greater than 90 da N / mm 2 and maintain its rigidity at cryogenic temperatures
d'environ 4 K.about 4 K.
Le tube extérieur 12 est soudé par explosion sur le tube intérieur l O pour former un joint extérieur The outer tube 12 is welded by explosion to the inner tube l O to form an outer seal
radiaiewent pour les rainures précitées nirconférentiel- radiaiewent for the above-mentioned nirconferential grooves-
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6- Les 14 et 16 et axiales 18 -Cette disposition forme un 6- The 14 and 16 and axial 18 -This arrangement forms a
réseau de canaux de refroidissement conduisant un réfri- network of cooling channels leading to a
férant liquide ou gazeux entre des éléments qui sont dis- liquid or gaseous fermenting between elements which are dis-
posés à L'intérieur du tube intérieur 10 à proximité du trou radial 20 et d'autres éléments disposée dans le placed inside the inner tube 10 near the radial hole 20 and other elements arranged in the
tube intérieur 10, à proximité du trou radial 22. inner tube 10, near the radial hole 22.
Avant que le tube extérieur 12 soit soudé par Before the outer tube 12 is welded by
explosion sur le tube intérieur 10, les rainures circon- explosion on the inner tube 10, the circumferential grooves
férentielles 14 et lb et les rainures axiales L 8 peuvent être remplies avec une substance pour éviter que le tube extérieur 12 ne s'affaisse localement dans les rainures and 14 and lb and the axial grooves L 8 can be filled with a substance to prevent the outer tube 12 from collapsing locally in the grooves
à la surface extérieure du tube intérieur O 10 Bien enten- on the outer surface of the inner tube O 10 Well understood
du, cette substance doit pouvoir Etre éliminée aprbs l'opération de soudage par explosion Un écran pour la of, this substance must be able to be eliminated after the explosion welding operation A screen for
chaleur rayonnante réalisé selon 1 'invention peut uti- radiant heat produced according to the invention can use
liser une substance fusible comme un métal à bas point read a fuse like low point metal
de fusion ou du soufre, ou une substance combustible- or sulfur, or a combustible substance-
comme du polystyrène I 1 s'est avéré qu'un alliage à faib Le point de fusion comme le Cerrotru convient De like polystyrene I 1 has been found to be a weak alloy The melting point like Cerrotru
même, de l'acier au carbone a été utilisé expérimentale- even carbon steel was used experimentally-
ment pour assurer le support local et il a été 6 élimin 6 ment for local support and it has been 6 eliminate 6
ensuite par un acide L'attaque par un acide n'est pos- then by an acid The attack by an acid is not pos-
sible que si le cylindre intérieur l Oet le cylindre ex- only if the inner cylinder l O and the cylinder ex-
térieur 12 sont faits d'une matière qui résiste à l Pacide 12 are made of a material that resists Pacide
comme Inconel 706 ou lnconel 718 Ces substances spéci- such as Inconel 706 or lnconel 718 These specific substances
fiques ou d'autres pouvant être éliminées assurent un- fiques or others that can be eliminated assure a-
support local pour le cylindre extérieur 12 dans la ré- local support for the outer cylinder 12 in the re-
gion des rainures à La surface cylindrique extérieure du grooves at the outer cylindrical surface of the
tube intérieur 10 pendant l'opération de soudage par ex- inner tube 10 during the welding operation e.g.
plosion, et sont ensuite éliminé par les trous radiaux plosion, and are then eliminated by the radial holes
ou 22 après cette opération.or 22 after this operation.
Le soudage par explosion du tube intérieur 10 et du tube extérieur 12 ensemble forme un joint sàr pour les fluides dans les régions extérieures axialemeet L JO The explosion welding of the inner tube 10 and the outer tube 12 together forms a safe seal for fluids in the outer axial and L JO regions.
et 32 qui se trouvent entre les rainures circonférentiel- and 32 which lie between the circumferential grooves-
les 14 et 16, et l'environnement, et forment également un joint asr pour les fluides dans les régions 40 entre 14 and 16, and the environment, and also form an asr seal for fluids in regions 40 between
les canaux axiaux 18 voisins.the adjacent axial channels 18.
La Figure 2 est une coupe de l'écran de La Figure 2 is a section of the screen of La
Figure 1 montrant le tube intérieur 10 et le tulle ex- Figure 1 showing the inner tube 10 and the tulle ex-
térieur 12 E Lle montre également les positions radiales 12 E It also shows the radial positions
relatives des rainures axiales 18 et de la rainure cir- relative of the axial grooves 18 and of the circular groove
conférentielle 14 Il apparait que le trou radial 20 débouche dans la rainure circonférentielle 14 et établit une communication pour Les fluides entre cette dernière et la partie intérieure du tube intérieur 10 La fig 2, conjointement avec la Fig 1 montre comment un agent 14 It appears that the radial hole 20 opens into the circumferential groove 14 and establishes a communication for the fluids between the latter and the inner part of the inner tube 10 Fig 2, together with Fig 1 shows how an agent
de refroidissement neut circuler radialement vers l'ex- cooling can circulate radially towards the ex-
térieur par le trou radial 20, circonférentiellement au- térieur by the radial hole 20, circumferentially au-
tour du tube intérieur dans les rainures circonférentiel- inner tube turn in the circumferential grooves-
les 14, axialement entre Le tube intérieur 10 et le tube extérieur 12 dans les canaux 18, circonférentiellement autour du canal circonférentiel L 6 et radialement vers the 14, axially between the inner tube 10 and the outer tube 12 in the channels 18, circumferentially around the circumferential channel L 6 and radially towards
l'intérieur par le trou radial 22, formant ainsi un ré- the interior through the radial hole 22, thus forming a
seau pour l'agent de refroidissement qui y circule, pour bucket for the coolant circulating in it, for
réduire la température de l'écran pour la chaleur rayon- reduce the screen temperature for the heat ray-
nante.nante.
Pour en revenir à la Fig 1, il est bien en- Coming back to Fig 1, it is well-
tendu qu'une soudure étanche pourrait être aussi prévue à la surface de contact du tube intérieur 10 et du tube tight that a tight weld could also be provided on the contact surface of the inner tube 10 and the tube
extérieur 12, à leurs extrémités axiales 50 afin de pré- outside 12, at their axial ends 50 in order to pre-
voir une mesure supplémentaire de sécurité pour l'étan- see additional safety measure for water
chéité aux fluides entre le réseau du canaux de refroi- fluidity between the cooling channel network
dissement et l'environnement de l'écran qui est généra- display and the environment of the screen which is generally
lement le vide fais il est bien entendu que dans la plupart des applications, la soudure par explosion des It is understood that in most applications, the explosion welding of
tube intérieur 10 et du tube extérieur 12 assure une étan- inner tube 10 and outer tube 12 provides tightness
chéité suffisante aux fluides dans les régions 30 et 32 entre les rainures circonférentielles et l'environnement de l'écran, de sorte que la soudure étanche précitée sufficient fluidity in the regions 30 and 32 between the circumferential grooves and the environment of the screen, so that the aforementioned sealed weld
n'est généralement pas nécessaire. is generally not necessary.
Il apparait ainsi que l'invention concerne un écran pour la chaleur rayonnante destiné à un rotor à It thus appears that the invention relates to a screen for radiant heat intended for a rotor with
supraconduction, qui est rigide mécaniquement et qui con- superconduction, which is mechanically rigid and which con-
tient un réseau de refroidissement. maintains a cooling network.
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