JP6130965B1 - Fluid machine, power generator and pressure booster - Google Patents

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Abstract

【課題】効率的で安定的な水力発電に用いることのできる流体機械を提供する。【解決手段】シャフト21と、シャフト21の外周面に固定された螺旋翼22とより構成したロータ2を、シリンダ1内に配置して軸支する。ロータ2のシャフト21は、下方ほど直径が大きくなる螺旋翼取付部分211を有し、螺旋翼22は螺旋翼取付部分211の外周面に固定される。そして、螺旋翼22は下方ほどピッチ(翼間の間隔)が狭くなる形状を備えている。シリンダ1の上端には流体の流入口14が設けられており、シリンダ1の下端は封止されている。シリンダ1の閉じた下端近傍にシリンダ1の内部と外部を連絡する吐出路15が設けられている。【選択図】図1A fluid machine that can be used for efficient and stable hydropower generation is provided. A rotor 2 comprising a shaft 21 and a spiral blade 22 fixed to the outer peripheral surface of the shaft 21 is disposed in a cylinder 1 and is pivotally supported. The shaft 21 of the rotor 2 has a spiral blade attachment portion 211 whose diameter increases toward the lower side, and the spiral blade 22 is fixed to the outer peripheral surface of the spiral blade attachment portion 211. The spiral blade 22 has a shape in which the pitch (interval between the blades) becomes narrower downward. A fluid inlet 14 is provided at the upper end of the cylinder 1, and the lower end of the cylinder 1 is sealed. A discharge path 15 that connects the inside and the outside of the cylinder 1 is provided in the vicinity of the closed lower end of the cylinder 1. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、特に水力発電に好適な流体機械に関するものである。   The present invention relates to a fluid machine particularly suitable for hydroelectric power generation.

水力発電の技術としては、螺旋翼を備えた螺旋水車を河川の水路中に設置し、螺旋水車の回転力を発電機で電力に変換する技術が知られている(たとえば、特許文献1)。   As a technique of hydroelectric power generation, a technique is known in which a spiral turbine equipped with spiral blades is installed in a river channel, and the rotational force of the spiral turbine is converted into electric power by a generator (for example, Patent Document 1).

また、このような螺旋翼を備えた螺旋水車としては、螺旋翼のピッチを、水流の流出側において流入側よりも小さく設定した螺旋水車が知られている(たとえば、特許文献2)。   Further, as a spiral turbine having such spiral blades, a spiral turbine in which the pitch of the spiral blades is set smaller on the outflow side of the water flow than on the inflow side is known (for example, Patent Document 2).

特開2013-174198号公報JP 2013-174198 A 特開2007-154862号公報JP 2007-154862 A

河川において、螺旋水車を水路中に設置し、螺旋水車の回転力を発電機で電力に変換する水力発電を行う場合、水流が螺旋水車の外に逃れやすく、河川の水力を充分に効率よく電力に変換することが難しい。また、河川の水量の増減に応じて発電量が大きく変動してしまうという問題も生じる。   In a river, when a spiral turbine is installed in a water channel and hydroelectric power generation is performed by converting the rotational force of the spiral turbine into electric power using a generator, the water flow easily escapes from the spiral turbine, and the river's hydraulic power is sufficiently efficient. Difficult to convert to. In addition, there arises a problem that the amount of power generation greatly fluctuates according to the increase or decrease in the amount of water in the river.

そこで、本発明は、螺旋翼を備えた流体機械であって、効率的で安定的な水力発電に用いることのできる流体機械を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fluid machine that includes a spiral blade and that can be used for efficient and stable hydroelectric power generation.

前記課題達成のために、本発明は、シリンダと、当該シリンダと同軸状に配置されたロータとを備えた流体機械を提供する。ここで、前記ロータは、シャフトと、当該シャフトの外周面に固定された1枚または複数枚の螺旋翼とを備えている。また、前記シリンダおよびロータの軸と平行な方向のうちの一方の方向を第1方向、当該第1の方向と反対の方向を第2方向として、前記シャフトは、前記第2方向側ほど径が大きくなる部分を螺旋翼取付部分として有する。そして、前記螺旋翼の軸方向の範囲は、前記螺旋翼取付部分の軸方向の範囲と重なっており、前記螺旋翼のピッチは前記第2方向側ほど狭くなっている。また、前記ロータは、少なくとも前記螺旋翼取付部分と前記螺旋翼との部分が前記シリンダ内に収容された形態で、当該シリンダと同軸に回転可能に軸支されており、前記螺旋翼の外周端と前記シリンダの内周面とは近接もしくは当接している。そして、前記シリンダの前記第1方向側の端部には当該シリンダ内に流体を供給するための流入口が設けられており、前記シリンダの前記第2方向側の端部には当該シリンダから流体を吐出するための吐出路が設けられている。   In order to achieve the object, the present invention provides a fluid machine including a cylinder and a rotor arranged coaxially with the cylinder. Here, the rotor includes a shaft and one or a plurality of spiral blades fixed to the outer peripheral surface of the shaft. Further, assuming that one of the directions parallel to the cylinder and rotor axes is a first direction and a direction opposite to the first direction is a second direction, the shaft has a diameter closer to the second direction side. A larger portion is provided as a spiral blade attachment portion. The axial range of the spiral blade overlaps the axial range of the spiral blade mounting portion, and the pitch of the spiral blade is narrower toward the second direction side. In addition, the rotor is supported in such a manner that at least a portion of the spiral blade attachment portion and the spiral blade is accommodated in the cylinder, and is rotatably supported coaxially with the cylinder. And the inner peripheral surface of the cylinder are close to or in contact with each other. An inlet for supplying a fluid into the cylinder is provided at an end of the cylinder in the first direction, and a fluid from the cylinder is provided at an end of the cylinder in the second direction. A discharge path for discharging the liquid is provided.

ここで、このような流体機械において、前記シャフトの螺旋翼取付部分の外周面の形状は円錐台または円錐の外周面と等しい形状としてもよい。
また、以上のような流体機械は、前記シリンダの前記第2方向側の端部は封止され、前記シリンダの内部の空間の前記第2方向側の端を成す面と、前記螺旋翼の前記第2方向側の端は近接もしくは当接し、前記吐出路は、前記シリンダの内部の前記螺旋翼の下端の当該螺旋翼の外周端の近傍の位置とシリンダ外部とを連絡するように設けられているものとしてもよい。
Here, in such a fluid machine, the shape of the outer peripheral surface of the helical blade mounting portion of the shaft may be the same as the shape of the truncated cone or the outer peripheral surface of the cone.
Further, in the fluid machine as described above, the end of the cylinder on the second direction side is sealed, the surface forming the end on the second direction side of the space inside the cylinder, and the spiral blade The end on the second direction side is close to or abuts, and the discharge path is provided so as to communicate the position near the outer peripheral end of the spiral blade at the lower end of the spiral blade inside the cylinder and the outside of the cylinder. It is good as it is.

または、この場合には、前記螺旋翼の前記第2方向側の端部は、当該第2方向側に凸、かつ、当該第2方向側から前記第1方向側を見たときの螺旋の巻き方向に凸に湾曲した形状を有するものとしてもよい。   Alternatively, in this case, the end of the spiral wing on the second direction side is convex in the second direction side, and the spiral winding when the first direction side is viewed from the second direction side It is good also as what has the shape curved convexly in the direction.

このような流体機械によれば、流入口から吐出路に向かって、螺旋翼の一巻きあたりのシリンダとロータの間の空間の大きさは下方ほど小さくなるので、流入口からシリンダ内に投入した流体を効率良く増圧して吐出路から吐出することができるようになる。また、シャフトの螺旋翼取付部分の形状と螺旋翼のピッチとの双方によって、螺旋翼の一巻きあたりのシリンダとロータの間の空間の大きさを、吐出路側ほど小さくするようにしているので、螺旋翼の一巻きあたりの螺旋翼取付部分の直径の変化が過剰に大きくなったり、螺旋翼の一巻きあたりの螺旋翼のピッチの変化が過剰に大きくなったり、螺旋翼の巻き数が過剰に大きくなったり、螺旋翼のピッチが過剰に小さくなったり、シャフトの直径が過剰に大きくなったりすることを抑制でき、コンパクトな流体機械において液体の増圧を良好に行うことができるようになる。   According to such a fluid machine, since the size of the space between the cylinder and the rotor per one turn of the spiral blade decreases from the inlet toward the discharge path, the space is reduced from the inlet to the cylinder. The fluid can be efficiently increased in pressure and discharged from the discharge path. In addition, the size of the space between the cylinder and the rotor per turn of the spiral blade is made smaller toward the discharge path side by both the shape of the spiral blade attachment portion of the shaft and the pitch of the spiral blade. Changes in the diameter of the spiral wing mounting part per turn of the spiral wing become excessively large, changes in the pitch of the spiral wing per turn of the spiral wing become excessively large, and excessive turns of the spiral wing It is possible to suppress an increase in size, an excessive decrease in the pitch of the spiral blades, and an excessive increase in the diameter of the shaft, and it is possible to increase the pressure of the liquid in a compact fluid machine.

また、併せて本発明は、以上のような流体機械を備えた発電装置を提供する。ここで、前記流体機械は前記第1方向を上方、前記第2方向を下方として設置されており、当該発電装置は、前記流体機械の前記流入口に水流を上方より供給する導水装置と、前記流体機械の吐出路から吐出された水流で回動される水車と、前記水車の回転エネルギーを電力に変換するダイナモとを備えている。   In addition, the present invention also provides a power generation apparatus including the fluid machine as described above. Here, the fluid machine is installed with the first direction as an upper side and the second direction as a lower side, and the power generation apparatus supplies a water flow to the inlet of the fluid machine from above, and A water wheel that is rotated by a water flow discharged from a discharge path of a fluid machine, and a dynamo that converts the rotational energy of the water wheel into electric power.

ここで、このような発電装置において、前記導水装置として、前記流体機械の前記流入口に水流を供給する、上下方向を軸とする螺旋状の水路を形成するものであってもよい。   Here, in such a power generation device, the water guide device may be configured to form a spiral water channel whose axis is the vertical direction and supplies a water flow to the inflow port of the fluid machine.

このような発電装置によれば、流体機械の螺旋翼の外周端と前記シリンダの内周面とは近接もしくは当接しているので、水力が螺旋翼の外に逃れてしまうことを抑制して、効率的な水力発電を行うことができる。また、流体機械を、螺旋翼やシリンダを縦置きの状態として使用できるので、河川外の小さな設置スペースに支障なく設置することができる。   According to such a power generation device, since the outer peripheral end of the spiral blade of the fluid machine and the inner peripheral surface of the cylinder are close to or in contact with each other, the hydraulic power is prevented from escaping from the spiral blade, Efficient hydropower generation can be performed. In addition, since the fluid machine can be used in a state where the spiral blades and cylinders are installed vertically, it can be installed in a small installation space outside the river without any trouble.

また、本発明は、併せて以上のような流体機械を備えた増圧装置として、前記シャフトを回動する原動機を備えた増圧装置も提供する。
また、本発明は、上述の流体機械を2台備えた増圧装置も提供する。ここで、当該2台の流体機械の一方を第1の流体機械、他方を第2の流体機械として、当該第1の流体機械のシリンダと当該第2の流体機械のシリンダとは、当該第1の流体機械のシリンダの前記第1方向側の端部が当該第2の流体機械のシリンダの前記第1方向側の端部となるように、一体化されており当該第1の流体機械のシャフトと当該第2の流体機械のシャフトとは、当該第1の流体機械のシャフトの前記第1方向側の端部が当該第2の流体機械のシャフトの前記第1方向側の端部となるように、一体化されている。そして、当該増圧装置は、前記一体化された第1の流体機械のシャフトと当該第2の流体機械のシャフトとを回動する原動機を備えている。
In addition, the present invention also provides a pressure-intensifying device including a prime mover that rotates the shaft as a pressure-intensifying device including the fluid machine as described above.
The present invention also provides a pressure booster provided with two of the fluid machines described above. Here, assuming that one of the two fluid machines is a first fluid machine and the other is a second fluid machine, the cylinder of the first fluid machine and the cylinder of the second fluid machine are the first fluid machine. The shaft of the first fluid machine is integrated so that the end portion on the first direction side of the cylinder of the fluid machine is the end portion on the first direction side of the cylinder of the second fluid machine. And the shaft of the second fluid machine is such that the end portion on the first direction side of the shaft of the first fluid machine is the end portion on the first direction side of the shaft of the second fluid machine. Are integrated. The pressure intensifying device includes a prime mover that rotates the shaft of the integrated first fluid machine and the shaft of the second fluid machine.

また、本発明は、上述の流体機械を2台備えた増圧装置として、当該2台の流体機械の一方を第1の流体機械、他方を第2の流体機械として、当該第1の流体機械のシリンダと当該第2の流体機械のシリンダとは、当該第1の流体機械のシリンダの前記第2方向側の端部が当該第2の流体機械のシリンダの前記第2方向側の端部となるように、一体化されており当該第1の流体機械のシャフトと当該第2の流体機械のシャフトとは、当該第1の流体機械のシャフトの前記第2方向側の端部が当該第2の流体機械のシャフトの前記第2方向側の端部となるように、一体化されている増圧装置も提供する。ただし、当該増圧装置は、前記一体化された第1の流体機械のシャフトと当該第2の流体機械のシャフトとを回動する原動機を備えている。   Further, the present invention provides a pressure intensifying device including two of the above-described fluid machines, wherein one of the two fluid machines is a first fluid machine and the other is a second fluid machine. And the cylinder of the second fluid machine are such that the end of the cylinder of the first fluid machine is on the second direction side of the cylinder of the second fluid machine. The shaft of the first fluid machine and the shaft of the second fluid machine are integrated so that the end portion on the second direction side of the shaft of the first fluid machine is the second. There is also provided a pressure increasing device integrated so as to be an end portion on the second direction side of the shaft of the fluid machine. However, the pressure increasing device includes a prime mover that rotates the shaft of the integrated first fluid machine and the shaft of the second fluid machine.

以上のように、本発明によれば、螺旋翼を備えた流体機械であって、効率的で安定的な水力発電に用いることのできる流体機械を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a fluid machine including a spiral blade, which can be used for efficient and stable hydroelectric power generation.

本発明の実施形態に係る流体機械の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fluid machine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る流体機械のシャフトの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the shaft of the fluid machine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る流体機械の螺旋翼の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the spiral wing | blade of the fluid machine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る流体機械の下部の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the lower part of the fluid machine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る流体機械を用いた発電装置の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the electric power generating apparatus using the fluid machine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る流体機械の他の適用例を示す図である。It is a figure which shows the other example of application of the fluid machine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る流体機械の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the fluid machine which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係る流体機械について説明する。
図1a1a4に流体機械の構成を示す。
ここで、図1a1は流体機械の上面を表し、図1a2は流体機械の正面を表し、図1a3は流体機械の下面を表し、図1a4は流体機械の内部の構造を表している。
図示するように、流体機械は、中空円筒形状のシリンダ1と、シリンダ1の内部に挿入されたロータ2を備えている。
また、シリンダ1の上端には上部フランジ11が設けられており、シリンダ1の下端には下部フランジ12が設けられている。
そして、ロータ2は、シリンダ1の中心軸を回転軸として、シリンダ1内で回動可能に、上部フランジ11に対して固定された上部ベアリング31と、下部フランジ12に対して固定された下部ベアリング32とによって軸支されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
First, the fluid machine according to the present embodiment will be described.
1a1a4 shows the configuration of the fluid machine.
Here, FIG. 1a1 represents the upper surface of the fluid machine, FIG. 1a2 represents the front surface of the fluid machine, FIG. 1a3 represents the lower surface of the fluid machine, and FIG. 1a4 represents the internal structure of the fluid machine.
As shown in the drawing, the fluid machine includes a hollow cylindrical cylinder 1 and a rotor 2 inserted into the cylinder 1.
An upper flange 11 is provided at the upper end of the cylinder 1, and a lower flange 12 is provided at the lower end of the cylinder 1.
The rotor 2 has an upper bearing 31 fixed to the upper flange 11 and a lower bearing fixed to the lower flange 12 so as to be rotatable in the cylinder 1 with the central axis of the cylinder 1 as a rotation axis. 32.

次に、図1bに示すように、ロータ2は、シャフト21と、シャフト21の外周面に固定された螺旋翼22とを備えている。
そして、この流体機械は、図中に矢印で示す、下方から見た螺旋翼22の巻き方向と同じ方向、すなわち、回転によって螺旋が下降するように見える方向をロータ2の標準の回転方向RDとして使用される。
Next, as shown in FIG. 1 b, the rotor 2 includes a shaft 21 and a spiral blade 22 fixed to the outer peripheral surface of the shaft 21.
In this fluid machine, the direction indicated by the arrow in the drawing, which is the same as the winding direction of the spiral blade 22 as viewed from below, that is, the direction in which the spiral appears to be lowered by rotation, is defined as the standard rotational direction RD of the rotor 2. used.

ここで、図2a1a3にシャフト21の構造を示す。ここで、図2a1はシャフト21の上面を、図2a2はシャフト21の正面を、図2a3はシャフト21の下面を表している。   Here, the structure of the shaft 21 is shown in FIGS. 2a1a3. 2a1 shows the upper surface of the shaft 21, FIG. 2a2 shows the front surface of the shaft 21, and FIG. 2a3 shows the lower surface of the shaft 21.

図示するように、シャフト21は、下方ほど直径が大きくなる螺旋翼取付部分211と、螺旋翼取付部分211の上方の螺旋翼取付部分211と同軸の円柱形状の上部被軸受部分212と、螺旋翼取付部分211の下方の螺旋翼取付部分211と同軸の円柱形状の下部被軸受部分213とよりなる。
ここで、螺旋翼取付部分211の外周面は円錐台の外周面と同じ形状となっている。
As shown in the drawing, the shaft 21 includes a spiral blade attachment portion 211 whose diameter increases toward the bottom, a cylindrical upper supported portion 212 coaxial with the spiral blade attachment portion 211 above the spiral blade attachment portion 211, and a spiral blade. It consists of a spiral blade attachment portion 211 below the attachment portion 211 and a cylindrical lower bearing portion 213 that is coaxial.
Here, the outer peripheral surface of the spiral blade attachment portion 211 has the same shape as the outer peripheral surface of the truncated cone.

但し、螺旋翼取付部分211は、下方ほど径もしくは断面が大きくなるものであれば、外周面が円錐台の外周面と同じ形状とならない他の形状としてもよい。
また、上部被軸受部分212と螺旋翼取付部分211とを合わせた部分を円錐形状としたり、上部被軸受部分212は設けずに螺旋翼取付部分211を円錐形状とするなどしてもよい。 そして、図1a4に示すように、このようなシャフト21の上部被軸受部分212が上部ベアリング31によって軸受され、シャフト21の下部被軸受部分213が下部ベアリング32によって軸受される。また、シャフト21の螺旋翼取付部分211の外周面の上下方向の全範囲に渡って、螺旋翼22がシャフト21と同軸状に固定されている。
However, the spiral blade attachment portion 211 may have another shape in which the outer peripheral surface does not have the same shape as the outer peripheral surface of the truncated cone as long as the diameter or the cross-section increases toward the lower side.
Further, the combined portion of the upper supported portion 212 and the spiral blade attachment portion 211 may be conical, or the spiral blade attachment portion 211 may be conical without providing the upper supported portion 212. Then, as shown in FIG. 1 a 4, the upper supported portion 212 of the shaft 21 is supported by the upper bearing 31, and the lower supported portion 213 of the shaft 21 is supported by the lower bearing 32. In addition, the spiral blade 22 is coaxially fixed to the shaft 21 over the entire vertical range of the outer peripheral surface of the spiral blade attachment portion 211 of the shaft 21.

なお、シャフト21は、図2b1b3に示すように中空の部材としてもよい。ここで、図2b中、図2b1はシャフト21の上面を、図2b2はシャフト21の正面を、図2b3はシャフト21の下面を表している。   The shaft 21 may be a hollow member as shown in FIGS. 2b1b3. 2b, FIG. 2b1 shows the upper surface of the shaft 21, FIG. 2b2 shows the front surface of the shaft 21, and FIG. 2b3 shows the lower surface of the shaft 21.

また、この場合には、シャフト21の内部に、フライホイールの役割を果たす錘214を水平方向に関してシャフト21の重心から偏心させた位置に設けるようにしてもよい。
さて、図1に戻り、図1a4、図1bに示すようにロータ2の螺旋翼22は、下方ほどピッチ(翼間の軸方向の間隔)が狭くなる形状を備えている。したがって、螺旋翼22の回転軸に対する角度は上方ほど小さくなる。
In this case, a weight 214 serving as a flywheel may be provided inside the shaft 21 at a position eccentric from the center of gravity of the shaft 21 in the horizontal direction.
Now, returning to FIG. 1, as shown in FIGS. 1 a 4 and 1 b, the spiral blades 22 of the rotor 2 have a shape in which the pitch (the axial interval between the blades) becomes narrower downward. Therefore, the angle of the spiral blade 22 with respect to the rotation axis becomes smaller as it goes upward.

ここで、図3aにロータ2の上部を拡大して示すように、ロータ2は、位相を90度ずつ異ならせて固定した4枚の螺旋翼22を備えており、4枚の螺旋翼22は四重螺旋状にシャフト21の螺旋翼取付部分211の外周面に固定されている。ただし、螺旋翼22の枚数は、流体機械の適用対象に応じて適宜選択するようにしてよく、1枚の螺旋翼22のみを設けたり、図3bに示すように位相を180度異ならせて固定した2枚の螺旋翼22を設けたりするようにしてよい。   Here, as shown in an enlarged view of the upper portion of the rotor 2 in FIG. 3a, the rotor 2 includes four spiral blades 22 fixed in different phases by 90 degrees, and the four spiral blades 22 are It is fixed to the outer peripheral surface of the spiral blade attachment portion 211 of the shaft 21 in a quadruple spiral shape. However, the number of spiral blades 22 may be appropriately selected according to the application target of the fluid machine, and only one spiral blade 22 may be provided, or the phases may be fixed with a phase difference of 180 degrees as shown in FIG. 3b. Two spiral blades 22 may be provided.

次に、螺旋翼22は、水平方向に対して、内周側から外周側に進むにつれて上方に進むように傾けられている。すなわち、たとえば、図3cに、ロータ2の中心軸を含む平面を切断面とするロータ2の断面に示すように、当該断面で見て螺旋翼22のシャフト21の螺旋翼取付部分211の外周面に対する螺旋翼22の角度が90度となるように螺旋翼22は水平方向に対して傾けられている。   Next, the spiral blade 22 is inclined so as to advance upward as it advances from the inner peripheral side to the outer peripheral side with respect to the horizontal direction. That is, for example, as shown in FIG. 3c in a cross section of the rotor 2 having a plane including the central axis of the rotor 2 as a cut surface, the outer peripheral surface of the spiral blade mounting portion 211 of the shaft 21 of the spiral blade 22 as viewed in the cross section. The spiral blade 22 is inclined with respect to the horizontal direction so that the angle of the spiral blade 22 with respect to the angle is 90 degrees.

さて、図1に戻り、ロータ2の螺旋翼22が配置されている上下方向範囲は、シリンダ1内に収容されており、螺旋翼22の外周端とシリンダ1の内周面の間隔は矮小に設定されており、螺旋翼22の外周端とシリンダ1の内周面の間は、ほぼ液体に対して閉ざされている。なお、摩擦の影響を充分に小さくできる場合には、螺旋翼22の外周端とシリンダ1の内周面は当接させるようにしても良い。   Now, returning to FIG. 1, the vertical range in which the spiral blade 22 of the rotor 2 is disposed is accommodated in the cylinder 1, and the distance between the outer peripheral end of the spiral blade 22 and the inner peripheral surface of the cylinder 1 is small. It is set, and the space between the outer peripheral end of the spiral blade 22 and the inner peripheral surface of the cylinder 1 is substantially closed with respect to the liquid. When the influence of friction can be sufficiently reduced, the outer peripheral end of the spiral blade 22 and the inner peripheral surface of the cylinder 1 may be brought into contact with each other.

また、シリンダ1の下端は下部フランジ12によって封止されており、シリンダ1の上端には開口が流入口14として設けられている。
そして、下部フランジ12のシリンダ1の内部の部分の上面と、螺旋翼22の下端の間の間隔は矮小に設定されている。なお、摩擦の影響を充分に小さくできる場合には、下部フランジ12のシリンダ1の内部の部分の上面と、螺旋翼22の下端は当接させるようにしてもよい。
The lower end of the cylinder 1 is sealed by a lower flange 12, and an opening is provided as an inlet 14 at the upper end of the cylinder 1.
And the space | interval between the upper surface of the part inside the cylinder 1 of the lower flange 12 and the lower end of the spiral blade 22 is set small. When the influence of friction can be sufficiently reduced, the upper surface of the portion inside the cylinder 1 of the lower flange 12 and the lower end of the spiral blade 22 may be brought into contact with each other.

また、シリンダ1の下部フランジ12のシリンダ1の内部の部分の上面に近接した位置には、水平にシリンダ1内部と外部とを連絡する孔である吐出路15が設けられている。
ここで、図4aに流体機械の下部の構造を、図4bに下方よりみた吐出路15の配置を示すように、吐出路15は、4枚の螺旋翼22に対応して90度間隔で4つ設けられている。
なお、吐出路15は必ずしも水平に設ける必要はない。すなわち、たとえば、吐出路15は、下方に水流を吐出するように設けてもよい。
In addition, a discharge passage 15 that is a hole for horizontally connecting the inside and the outside of the cylinder 1 is provided at a position close to the upper surface of the inner portion of the cylinder 1 of the lower flange 12 of the cylinder 1.
Here, as shown in FIG. 4a for the structure of the lower part of the fluid machine and in FIG. 4b for the arrangement of the discharge path 15 as viewed from below, the discharge path 15 corresponds to the four spiral blades 22 at 90 degree intervals. One is provided.
In addition, the discharge path 15 does not necessarily need to be provided horizontally. That is, for example, the discharge path 15 may be provided so as to discharge a water flow downward.

また、図4a、bに示すように、各螺旋翼22の下端の形状は、下方に凸かつロータ2の標準の回転方向RDに凸に湾曲した形状を備えている。各螺旋翼22の下端の形状をこのような形状とすることにより、螺旋翼22の下端、吐出路15の付近でのキャビテーションの発生を抑制することができる。   Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, the shape of the lower end of each spiral blade 22 has a shape that is convex downward and convexly convex in the standard rotational direction RD of the rotor 2. By setting the shape of the lower end of each spiral blade 22 to such a shape, it is possible to suppress the occurrence of cavitation near the lower end of the spiral blade 22 and the discharge path 15.

以上、本実施形態に係る流体機械の構造について説明した。
このような流体機械によれば、シリンダ1に液体を充填した状態で、ロータ2を標準の回転方向RDに回転すると、液体は螺旋翼22によって順次下方に押し出されていく。ここで上述のようにロータ2のシャフト21の螺旋翼22が設けられている螺旋翼取付部分211の直径は下方ほど大きく、螺旋翼22のピッチは下方ほど小さいので、螺旋翼22の一巻きあたりのシリンダ1とロータ2の間の空間の大きさは下方ほど小さくなる。そして、螺旋翼22の外周端とシリンダ1の内周面の間は液体に対してほぼ密閉されている。
The structure of the fluid machine according to the present embodiment has been described above.
According to such a fluid machine, when the rotor 2 is rotated in the standard rotation direction RD while the cylinder 1 is filled with the liquid, the liquid is sequentially pushed downward by the spiral blade 22. Here, as described above, the diameter of the spiral blade attachment portion 211 on which the spiral blade 22 of the shaft 21 of the rotor 2 is provided is larger toward the lower side, and the pitch of the spiral blade 22 is smaller toward the lower side. The size of the space between the cylinder 1 and the rotor 2 becomes smaller as it goes downward. The space between the outer peripheral end of the spiral blade 22 and the inner peripheral surface of the cylinder 1 is almost sealed against the liquid.

よって、液体は順次より狭い空間に押し込まれていくこととなり、下方に進むにつれて液体の圧力が増加する。そして、その結果、シリンダ1の下部に設けられた吐出路15からは増圧された液体が排出されることとなる
ここで、本実施形態に係る流体機械では、以上のように螺旋翼取付部分211の形状と螺旋翼22のピッチとの双方によって、螺旋翼22の一巻きあたりのシリンダ1とロータ2の間の空間の大きさを、下方ほど小さくするようにしているので、螺旋翼22の一巻きあたりの螺旋翼取付部分211の直径の変化が過剰に大きくなったり、螺旋翼22の一巻きあたりの螺旋翼22のピッチの変化が過剰に大きくなったり、螺旋翼22の巻き数が過剰に大きくなったり、螺旋翼22のピッチが過剰に小さくなったり、シャフト21の直径が過剰に大きくなったりすることを抑制できる。よって、コンパクトな流体機械において液体の増圧を良好に行うことができる。
Accordingly, the liquid is sequentially pushed into a narrower space, and the pressure of the liquid increases as it proceeds downward. As a result, the increased liquid is discharged from the discharge passage 15 provided in the lower portion of the cylinder 1. Here, in the fluid machine according to the present embodiment, the spiral blade mounting portion is as described above. Since the size of the space between the cylinder 1 and the rotor 2 per turn of the spiral blade 22 is made smaller by both the shape of 211 and the pitch of the spiral blade 22, the spiral blade 22 The change in the diameter of the spiral blade attachment portion 211 per turn becomes excessively large, the change in the pitch of the spiral blade 22 per turn of the spiral blade 22 becomes excessively large, or the number of turns of the spiral blade 22 is excessive. It is possible to prevent the pitch of the spiral blades 22 from becoming excessively small, or the shaft 21 from excessively increasing in diameter. Therefore, the liquid pressure can be increased satisfactorily in a compact fluid machine.

また、このように下方に進むにつれて液体の圧力が増加するが、螺旋翼22の面積、すなわち、受圧面積も下方にいくほど小さくなるので、螺旋翼22が液体から受ける圧力の大きさはある程度上下でバランスし、当該圧力がロータ2の回転を妨げることは抑制される。   Further, the pressure of the liquid increases as it proceeds downward as described above, but the area of the spiral blade 22, that is, the pressure receiving area also decreases as it goes downward. Therefore, it is possible to prevent the pressure from interfering with the rotation of the rotor 2.

以下、このような流体機械を用いた発電装置について説明する。
図5aに発電装置の構造を示す。
図示するように、発電装置は、以上で説明した流体機械50と、導水装置51と、ペルトン水車などの水車52と、ダイナモ53を備えている。
流体機械50は、流入口14を上方としてロータ2の回転軸が垂直となるように設置されており、導水装置51は流体機械50の上部に連結される。
導水装置51はタンク内に固定螺旋翼を備えた構造を有し、上下方向を軸とする螺旋状の水路を構成している。そして、導水装置51のタンクには、上方から河川などの水源からの水が供給され、タンクに供給された水は、導水装置51の螺旋状の水路を通って、流体機械50の流入口14からシリンダ1内に射出される。
Hereinafter, a power generation apparatus using such a fluid machine will be described.
FIG. 5a shows the structure of the power generator.
As shown in the figure, the power generation device includes the fluid machine 50 described above, a water guide device 51, a turbine 52 such as a Pelton turbine, and a dynamo 53.
The fluid machine 50 is installed so that the rotation axis of the rotor 2 is vertical with the inlet 14 facing upward, and the water guide device 51 is connected to the upper part of the fluid machine 50.
The water guide device 51 has a structure including a fixed spiral blade in the tank, and forms a spiral water channel with the vertical direction as an axis. Then, water from a water source such as a river is supplied to the tank of the water guide device 51 from above, and the water supplied to the tank passes through the spiral water channel of the water guide device 51 and enters the inlet 14 of the fluid machine 50. Is injected into the cylinder 1.

シリンダ1内に射出された水流はシリンダ1内を水で充填すると共に、水圧と自重によって流体機械50の螺旋翼22を回転させ、これによって上述のように増圧した水流が吐出路15から吐出される。   The water flow injected into the cylinder 1 fills the cylinder 1 with water and rotates the spiral blade 22 of the fluid machine 50 by the water pressure and its own weight, so that the water flow increased in pressure as described above is discharged from the discharge passage 15. Is done.

そして、流体機械50によって増圧され流体機械50の吐出路15から排出された水流によって水車52は回動され、水車52に連結されたダイナモ53によって発電が行われる。   Then, the water turbine 52 is rotated by the water flow increased in pressure by the fluid machine 50 and discharged from the discharge passage 15 of the fluid machine 50, and power is generated by the dynamo 53 connected to the water wheel 52.

さて、ここで、導水装置51の螺旋状の水路は、流体機械50の上部の螺旋翼22に水流の力を効率的に伝えるために設けられている。
なお、以上の発電装置において、導水装置51は、図5bに示すように、螺旋状の管により螺旋状の水路を形成するものとしてもよい。
または、導水装置51としては、螺旋状の水路を形成せずに、蓄積した水を流体機械50の流入口14に排水する通常のタンクを用いるようにすることもできる。
また、水車52を図5a、bのように流体機械50と一体に設けずに、水車52を流体機械50の外部に設けると共に、吐出路15から排出された水流を水車52まで導いて水車52を回動させるようにしてもよい。
このような発電装置によれば、流体機械50において、水力が螺旋翼22の外に逃れてしまうことを抑制して、効率的な水力発電を行うことができる。また、シリンダ1に水が充填された後は、流体機械50に流入する水量は一定となると共に、流体機械50から吐出される水流の水量や圧力も安定する。よって、比較的安定的な発電を行うことができるようになる。また、流体機械50の長手方向となる、螺旋翼22やシリンダ1の軸方向を垂直方向として使用するので、河川外の小さな設置スペースに支障なく設置することができる。
Here, the spiral water channel of the water guiding device 51 is provided in order to efficiently transmit the force of the water flow to the spiral blade 22 on the upper part of the fluid machine 50.
In the above power generation device, the water guide device 51 may form a spiral water channel with a spiral tube, as shown in FIG. 5b.
Alternatively, as the water guiding device 51, a normal tank that drains the accumulated water to the inlet 14 of the fluid machine 50 without using a spiral water channel may be used.
In addition, the water turbine 52 is not provided integrally with the fluid machine 50 as shown in FIGS. 5A and 5B, but the water wheel 52 is provided outside the fluid machine 50, and the water flow discharged from the discharge passage 15 is guided to the water wheel 52. You may make it rotate.
According to such a power generation device, in the fluid machine 50, it is possible to suppress the hydraulic power from escaping outside the spiral blade 22 and perform efficient hydroelectric power generation. Further, after the cylinder 1 is filled with water, the amount of water flowing into the fluid machine 50 becomes constant, and the amount and pressure of the water flow discharged from the fluid machine 50 are also stabilized. Therefore, relatively stable power generation can be performed. Moreover, since the axial direction of the spiral blade 22 or the cylinder 1 which becomes the longitudinal direction of the fluid machine 50 is used as a vertical direction, it can be installed without any trouble in a small installation space outside the river.

次に、流体機械50の発電装置以外への適用例について示す。
図6a、bに、流体の増圧装置に流体機械50を適用した例を示す。
まず、図6aに示した増圧装置は、流体機械50のシャフト21に連結したモータ60でロータ2を回転することにより、タンク61から流体機械50内に供給した流体を加圧して吐出するものである。
Next, an application example of the fluid machine 50 other than the power generator will be described.
6a and 6b show an example in which the fluid machine 50 is applied to a fluid pressure intensifier.
First, the pressure intensifying device shown in FIG. 6a is configured to pressurize and discharge the fluid supplied from the tank 61 into the fluid machine 50 by rotating the rotor 2 by the motor 60 connected to the shaft 21 of the fluid machine 50. It is.

次に、図6bに示した増圧装置は、ホース62の先端に流体機械50を連結し、ホース62から流体機械50に供給した加圧した流体の圧力によって螺旋翼22を回転すると共に、当該流体を加圧して吐出するものである。   Next, the pressure booster shown in FIG. 6b connects the fluid machine 50 to the tip of the hose 62, rotates the spiral blade 22 by the pressure of the pressurized fluid supplied from the hose 62 to the fluid machine 50, and The fluid is pressurized and discharged.

ところで、以上の実施形態で示した流体機械50は、これを連結して用いることもできる。
すなわち、たとえば、流体機械50を増圧装置に適用した場合について図7aに示したように、図1bに示したロータ2から上部被軸受部分212を除いたものを二つ、螺旋翼取付部分211の上端同士を同軸に連結させた形状を有するロータ700と、ロータ700を収容したシリンダ701と、モータ702とから増圧装置を構成し、ロータ700をモータ702で回転させて、中央に設けた流入口703からシリンダ701内に供給した流体を加圧して、シリンダ1の両端に設けた吐出口704から吐出させるようにしてもよい。
By the way, the fluid machine 50 shown by the above embodiment can also be connected and used.
That is, for example, when the fluid machine 50 is applied to a pressure booster, as shown in FIG. 7A, two rotor blades 2 except the upper supported portion 212 shown in FIG. The pressure increasing device is composed of a rotor 700 having a shape in which the upper ends of the same are connected coaxially, a cylinder 701 containing the rotor 700, and a motor 702. The rotor 700 is rotated by the motor 702 and provided in the center. The fluid supplied from the inflow port 703 into the cylinder 701 may be pressurized and discharged from the discharge ports 704 provided at both ends of the cylinder 1.

または、図7bに示すように、図1bに示したロータ2から下部被軸受部分213を除いたものを二つ、螺旋翼取付部分211の下端同士を同軸に連結させた形状を有するロータ710と、ロータ710を収容したシリンダ711と、モータ712とから増圧装置を構成し、ロータ710をモータ712で回転させて、シリンダ1の両端に設けた流入口713からシリンダ711内に供給した流体を加圧して、シリンダ1の中央に設けた吐出口714から吐出させるようにしてもよい。   Alternatively, as shown in FIG. 7b, two rotors 710 shown in FIG. 1b excluding the lower supported portion 213, and a rotor 710 having a shape in which the lower ends of the spiral blade attachment portions 211 are coaxially connected to each other. The cylinder 711 containing the rotor 710 and the motor 712 constitute a pressure increasing device. The rotor 710 is rotated by the motor 712, and the fluid supplied into the cylinder 711 from the inlets 713 provided at both ends of the cylinder 1 is supplied. You may make it discharge from the discharge port 714 provided in the center of the cylinder 1 under pressure.

以上、本発明の実施形態について説明した。   The embodiment of the present invention has been described above.

1…シリンダ、2…ロータ、11…上部フランジ、12…下部フランジ、14…流入口、15…吐出路、21…シャフト、22…螺旋翼、31…上部ベアリング、32…下部ベアリング、50…流体機械、51…導水装置、52…水車、53…ダイナモ、60…モータ、62…ホース、211…螺旋翼取付部分、212…上部被軸受部分、213…下部被軸受部分、214…錘、700…ロータ、701…シリンダと、702…モータ、703…流入口、704…吐出口、710…ロータと、711…シリンダ、712…モータ、713…流入口、714…吐出口。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder, 2 ... Rotor, 11 ... Upper flange, 12 ... Lower flange, 14 ... Inlet, 15 ... Discharge path, 21 ... Shaft, 22 ... Spiral blade, 31 ... Upper bearing, 32 ... Lower bearing, 50 ... Fluid Machine 51 ... Water guide device 52 ... Water wheel 53 ... Dynamo 60 ... Motor 62 ... Hose 211 ... Spiral blade mounting part 212 ... Upper bearing part 213 ... Lower bearing part 214 ... Weight 700 ... Rotor, 701 ... Cylinder, 702 ... Motor, 703 ... Inlet, 704 ... Discharge port, 710 ... Rotor, 711 ... Cylinder, 712 ... Motor, 713 ... Inlet, 714 ... Discharge port.

Claims (8)

シリンダと、
当該シリンダと同軸状に配置されたロータとを有し、
前記ロータは、シャフトと、当該シャフトの外周面に固定された1枚または複数枚の螺旋翼とを備え、
前記シリンダおよびロータの軸と平行な方向のうちの一方の方向を第1方向、当該第1の方向と反対の方向を第2方向として、前記シャフトは、前記第2方向側ほど径が大きくなる部分を螺旋翼取付部分として有し、
前記螺旋翼の軸方向の範囲は、前記螺旋翼取付部分の軸方向の範囲と重なっており、
前記螺旋翼のピッチは前記第2方向側ほど狭くなっており、
前記ロータは、少なくとも前記螺旋翼取付部分と前記螺旋翼との部分が前記シリンダ内に収容された形態で、当該シリンダと同軸に回転可能に軸支されており、
前記螺旋翼の外周端と前記シリンダの内周面とは近接もしくは当接しており、
前記シリンダの前記第1方向側の端部には当該シリンダ内に流体を供給するための流入口が設けられており、前記シリンダの前記第2方向側の端部には当該シリンダから流体を吐出するための吐出路が設けられており、
前記シリンダの前記第2方向側の端部は封止されており、
前記シリンダの内部の空間の前記第2方向側の端を成す面と、前記螺旋翼の前記第2方向側の端は近接もしくは当接しており、
前記吐出路は、前記シリンダの内部の前記螺旋翼の下端の当該螺旋翼の外周端の近傍の位置とシリンダの外部とを連絡するように設けられており、
前記螺旋翼の前記第2方向側の端部は、当該第2方向側に凸、かつ、当該第2方向側から前記第1方向側を見たときの螺旋の巻き方向に凸に湾曲した形状を有していることを特徴とする流体機械。
A cylinder,
A rotor arranged coaxially with the cylinder;
The rotor includes a shaft and one or a plurality of spiral blades fixed to the outer peripheral surface of the shaft,
One of the directions parallel to the cylinder and rotor axes is defined as the first direction, and the direction opposite to the first direction is defined as the second direction. The shaft has a larger diameter toward the second direction. The part as a spiral wing mounting part,
The axial range of the spiral wing overlaps the axial range of the spiral wing mounting portion,
The pitch of the spiral blade is narrower toward the second direction side,
The rotor is pivotally supported so as to be rotatable coaxially with the cylinder in a form in which at least a portion of the spiral blade attachment portion and the spiral blade are accommodated in the cylinder.
The outer peripheral end of the spiral blade and the inner peripheral surface of the cylinder are close to or in contact with each other,
An inlet for supplying fluid into the cylinder is provided at the end of the cylinder in the first direction, and fluid is discharged from the cylinder at the end of the cylinder in the second direction. discharge passage is provided for,
The end of the cylinder on the second direction side is sealed,
The surface forming the end in the second direction of the space inside the cylinder and the end in the second direction of the spiral blade are close to or in contact with each other,
The discharge path is provided so as to communicate a position near the outer peripheral end of the spiral blade at the lower end of the spiral blade inside the cylinder and the outside of the cylinder,
The end of the spiral wing on the second direction side is convex in the second direction side and is curved in a convex shape in the spiral winding direction when the first direction side is viewed from the second direction side. A fluid machine characterized by comprising:
請求項1記載の流体機械であって、
前記シャフトの螺旋翼取付部分の外周面の形状は円錐台または円錐の外周面と等しい形状であることを特徴とする流体機械。
The fluid machine according to claim 1,
The fluid machine according to claim 1, wherein the shape of the outer peripheral surface of the helical blade mounting portion of the shaft is the same as that of the truncated cone or the outer peripheral surface of the cone.
流体機械を備えた発電装置であって、A power generation device including a fluid machine,
前記流体機械は、The fluid machine is:
シリンダと、A cylinder,
当該シリンダと同軸状に配置されたロータとを有し、A rotor arranged coaxially with the cylinder;
前記ロータは、シャフトと、当該シャフトの外周面に固定された1枚または複数枚の螺旋翼とを備え、The rotor includes a shaft and one or a plurality of spiral blades fixed to the outer peripheral surface of the shaft,
前記シリンダおよびロータの軸と平行な方向のうちの一方の方向を第1方向、当該第1の方向と反対の方向を第2方向として、前記シャフトは、前記第2方向側ほど径が大きくなる部分を螺旋翼取付部分として有し、One of the directions parallel to the cylinder and rotor axes is defined as the first direction, and the direction opposite to the first direction is defined as the second direction. The shaft has a larger diameter toward the second direction. The part as a spiral wing mounting part,
前記螺旋翼の軸方向の範囲は、前記螺旋翼取付部分の軸方向の範囲と重なっており、The axial range of the spiral wing overlaps the axial range of the spiral wing mounting portion,
前記螺旋翼のピッチは前記第2方向側ほど狭くなっており、The pitch of the spiral blade is narrower toward the second direction side,
前記ロータは、少なくとも前記螺旋翼取付部分と前記螺旋翼との部分が前記シリンダ内に収容された形態で、当該シリンダと同軸に回転可能に軸支されており、The rotor is pivotally supported so as to be rotatable coaxially with the cylinder in a form in which at least a portion of the spiral blade attachment portion and the spiral blade are accommodated in the cylinder.
前記螺旋翼の外周端と前記シリンダの内周面とは近接もしくは当接しており、The outer peripheral end of the spiral blade and the inner peripheral surface of the cylinder are close to or in contact with each other,
前記シリンダの前記第1方向側の端部には当該シリンダ内に流体を供給するための流入口が設けられており、前記シリンダの前記第2方向側の端部には当該シリンダから流体を吐出するための吐出路が設けられており、かつ、An inlet for supplying fluid into the cylinder is provided at the end of the cylinder in the first direction, and fluid is discharged from the cylinder at the end of the cylinder in the second direction. A discharge path is provided, and
前記流体機械は前記第1方向を上方、前記第2方向を下方として設置されており、The fluid machine is installed with the first direction as an upper side and the second direction as a lower side,
当該発電装置は、The power generator
前記流体機械の前記流入口に水流を上方より供給する導水装置と、A water guide device for supplying a water flow from above to the inlet of the fluid machine;
前記流体機械の吐出路から吐出された水流で回動される水車と、A water wheel rotated by a water flow discharged from a discharge path of the fluid machine;
前記水車の回転エネルギーを電力に変換するダイナモとを有することを特徴とする発電装置。A dynamo for converting rotational energy of the water turbine into electric power.
請求項3記載の発電装置であって、The power generator according to claim 3,
前記シャフトの螺旋翼取付部分の外周面の形状は円錐台または円錐の外周面と等しい形状であることを特徴とする発電装置。The shape of the outer peripheral surface of the helical blade mounting portion of the shaft is the same as that of the truncated cone or the outer peripheral surface of the cone.
請求項3または4記載の発電装置であって、The power generator according to claim 3 or 4,
前記シリンダの前記第2方向側の端部は封止されており、The end of the cylinder on the second direction side is sealed,
前記シリンダの内部の空間の前記第2方向側の端を成す面と、前記螺旋翼の前記第2方向側の端は近接もしくは当接しており、The surface forming the end in the second direction of the space inside the cylinder and the end in the second direction of the spiral blade are close to or in contact with each other,
前記吐出路は、前記シリンダの内部の前記螺旋翼の下端の当該螺旋翼の外周端の近傍の位置とシリンダの外部とを連絡するように設けられていることを特徴とする発電装置。The power generation apparatus according to claim 1, wherein the discharge path is provided so as to communicate a position near the outer peripheral end of the spiral blade at a lower end of the spiral blade inside the cylinder and the outside of the cylinder.
請求項5記載の発電装置であって、The power generation device according to claim 5,
前記螺旋翼の前記第2方向側の端部は、当該第2方向側に凸、かつ、当該第2方向側から前記第1方向側を見たときの螺旋の巻き方向に凸に湾曲した形状を有していることを特徴とする発電装置。The end of the spiral wing on the second direction side is convex in the second direction side and is curved in a convex shape in the spiral winding direction when the first direction side is viewed from the second direction side. A power generator characterized by comprising:
請求項3、4、5または6記載の発電装置であって、The power generation device according to claim 3, 4, 5, or 6,
前記導水装置は、前記流体機械の前記流入口に水流を供給する、上下方向を軸とする螺旋状の水路を形成していることを特徴とする発電装置。The said water guide apparatus forms the spiral water channel which makes a vertical direction an axis | shaft which supplies a water flow to the said inflow port of the said fluid machine.
請求項1または2記載の流体機械を備えた増圧装置であって、A pressure intensifying device comprising the fluid machine according to claim 1 or 2,
前記シャフトを回動する原動機を備えたことを特徴とする増圧装置。A pressure intensifying device comprising a prime mover for rotating the shaft.
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