风力发电机液压系统.docx
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风力发电机液压系统
第七章:
液压系统
7.1风力发电机的液压系统风力发电机的液压系统属于风力发电机的一种动力系统，它的主要功能是为变浆控制装置、平安浆距控制装置、偏航驱动和制动装置、停机制动装置提供液压驱动力。
风机液压系统是一个公共效劳系统，它为风力发电机上一切使用液压作为驱动力装置提供动力。
在定桨距风力发电机组中，液压系统的主要任务是驱动风力发电机组的气动刹车和机械刹车；在变桨距风力发电机组中，液压系统主要控制变距机构，实现风力发电机组的转速控制、功率控制，同时也制控机械刹车机构。
一、液压系统常识
〔一〕、液压工作原理液压装置的压力油。
其作用是以满足执行对力、速度和运动方向的要求。
执行执行是系统的液体压驱动外负载做功其作用是储油、保压、滤油、检测等，并把液压系统的各元件按要求连接起来，构成一个完整的液压系统。
5、液压油
〔四〕、液压系统原理图
液压系统原理图是使用国家标准规定的，它是按照液压系统控制流程的逻辑关系画出的图纸，能帮助我们掌握液压系统的工作原理。
一个液压系统是由液压元件和液压回路构成，1、液压系统原理图的绘制原那么如下：
1、液压系统图形符号、标记画法应符合GB/T786.1-1993。
元件的图形符号应符合GB/T4728.2的规定。
计量单位应符合国家法定计量单位的规定。
2、液压执行机构应以示意简图表示，并标注名称。
③、主管路〔如压力管路、
回油管路、泄油管路等〕和连接液压执行元件的管路应标注管路外径和壁厚。
4、压力控制元件应标注压力调定值。
压力充气元件或部件应标注充气压力。
5、温度控制元件应标注温度整定值。
6、电动机和电气触点、电磁线圈应标注代号。
7、每个元件应编上数字件号，相同型号的元件同时应标注排列顺序号。
8、构成独立液压装置的液压回路应采用双点划线划分区域和标注代号。
9、液压系统各组装部件之间的接口应标注代号。
2、液压传动原理图阅读方法：
①、了解液压系统的用途，工作循环，应具有的性
能和对液压系统的各种要求等。
②、根据工作循环，工作性能和要求等，分析需要哪些根本回路，并弄清各种液压元件的类型，性能，相互间的联系和功用。
根据工作循环和工作性能要求分析必须具有
哪些根本回路，并在液压传动原理图上逐一地查找出每个回路
3、按照工作循环表，仔细分析并依次写出完成各个动作的相应油液流经路线。
为
了便于分析，在分析之前最好将液压系统中的每个液压原件和各条油路编上号码。
这样，
对分析复杂油路，动作较多的系统特别重要。
标油液流经路线时要分清主油路和控制油路。
对主油路，应从液压泵开始写，一直写到执行元件，这就构成了进油路线；然后再从执行元件回油泄到油箱〔闭式系统回到液压泵〕。
这样分析目标明确，不易混乱。
在分析各种状态时，要特别注意系统从一种工作状态转换到另一种工作状态，是由哪些元件发出的信号，使哪些控制元件动作，从而改变哪个通路状态，到达何种状态的转换。
在阅读时还要注意，主油路和控制油路是否有矛盾，是否相互干扰等。
在分析各个动作油路的根底上，列出电磁铁和其它转换元件动作顺序表。
3、液压系统图阅读例如
现用图来说明液压传动系统的工作原理：
当电动机带动油泵运转时，油泵
从油箱经滤油器吸油，并从其排油口排油，也就是把经过油泵获得了液压能的油液排人液压系统。
在图示状态，即换向阀手把位于中位时，油泵排出的油液经排油管一节流阀一换向阀
P口一换向阀O口一回油箱
如果把换向阀手把推向左位，那么该阀阀芯把P、A两口沟通，同时，B、O两口也
被沟通，油泵排出的油液经P口一A口一液压缸上腔；同时，液压缸下腔的油液一B口一O口一回油箱，这样液压油缸上腔进油，下腔回油，活塞在上腔油压的作用下带动活塞杆一起向下运动。
当活塞向下运行到液压油缸下端极限位置时，运行停止，然后可根据具体工作需要或溢流阀保压停止，或使活塞杆返回原位。
如果需要活塞杆向上运动返回原位，那么应把换向阀手把推向右位，这时P口、B
口被阀芯通道沟通，油泵排出的油液经一P口一B口一液压缸下腔；同时液压缸上腔的油液经一A口一O口〔当换向阀沟通P口、B口时，也同时沟通了A口、O口〕一回油箱。
这样，液压缸下腔进油，上腔回油，活塞在下腔油压的作用下，连同活塞杆一起向上运动返回原位，通过操纵换向阀手把的左、中、右位置，可以分别实现液压缸活塞杆的伸、停、缩三种运动状态。
手把不断左右换位，活塞带动活塞杆就不断地作往复直线运动。
系统中的节流阀可用来调节液压缸活塞杆运动速度的快慢；溢流阀用于稳压和限制
系统压力；压力表用来观测系统压力；滤油器用于过滤液压泵吸的油；油箱用于储油和沉淀油液杂质。
〔五〕、单向阀11-4。
该单向阀确保比例阀T-口上总是保持1bar压力，防止比例阀阻尼室内的阻尼“消失〞导到该阀不稳定而产生振动。
比例阀上的红色LED〔发光二极管〕指示LVDT故障，LVDT输出信号是比例阀上滑阀位置的测量值，控制电压和LVDT信号相互间的关系，如图所示。
DCS控制模块
TOH、+10
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-1QV〜*1⑴
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控制罪社制取瓦三」竺力油
图节距控制示意图
变距速度由控制器计算给出，以0。
为参考中心点。
控制电压和变距速率的关系如
所示。
图变距速率、位置反响信号与控制电压的关系
3、液压系统在运转缓停时的工作情况
电磁阀19-1和19-2〔紧急顺桨阀〕通电后，使比例阀上的P口得到来自泵和蓄能
器16—1压力。
节距油缸的左端〔前端〕与比例阀的A口相连。
电磁阀21—1通电后，从而使先导管路〔虚线〕增加压力。
先导止回阀24装在变
距油缸后端靠先导压力翻开以允许活塞双向自由流动。
把比例阀20通电到“直接〞〔P-A，B-T〕〕时，压力油即通过单向阀11-2和电
磁阀19-2传送P-A到缸筒的前端。
活塞向右移动，相应的叶片节距向一5°方向调节，
油从油缸右端〔后端〕通过先导止回阀24和比例阀〔B口至T口〕回流到油箱。
把比例阀通电到“跨接〞〔P-B，A-T〕时，压力油通过止回阀传送P-B进入油缸
后端，活塞向左移动，相应的叶片节距向+88°方向调节，油从油缸左端〔前端〕通
过电磁阀19-2和单向阀11-3回流到压力管路。
由于右端活塞面积大于左端活塞面积，
使活塞右端压力高于左端的压力，从而能使活塞向前移动。
4、液压系统在停机/紧急停机时的工作情况
停机指令发出后，电磁阀19—1和19-2断电，油从蓄能器16-1通过阀19-1和节流阀17—1及阀24传送到油缸后端。
缸筒的前端通过阀19-2和节流阀17-2排放到油箱，叶片变距到+88°机械端点而不受来自比例阀的影响。
电磁阀21-1断电时，先导管路压力油排放到油箱；先导止回阀24不再保持在双向
翻开位置，但仍然保持止回阀的作用，只允许压力油流进缸筒。
从而使来自风的变浆力不能从油缸左端方向移动活塞，防止向一5°的方向调节叶片节距。
在停机状态，液压泵继续自动停/起运转。
顺桨由局部来自蓄能器16-1，局部直接
来自泵5的压力油来完成。
在紧急停机位时，泵很快断开，顺桨只由来自蓄能器16-1的压力油来完成。
为了防止在紧急停机时，蓄能器内油量不够变距油缸一个行程，紧急顺桨将由来自风的自变浆力完成。
油缸右端将由两局部液压油来填补：
一局部来油缸左端通过电磁阀19—2、节流阀17-2、单向阀11-5和24的重复循环油；另一局部油来自油箱通过吸油管路及单向阀11-5和24。
紧急顺桨的速度由二个节流阀17-1和17-2控制并限制到约9°/s。
5、制动机构
制动系统由泵系统通过减压阀22供给压力源。
蓄能器16-2是确保能在蓄能器16-1或泵没有压力的情况下也能工作。
可调节流阀18-2用于抑制蓄能器16-2的预充压力或在维修制动系统时，用于来自释放的油。
压力开关23-1是常闭的，当蓄能器16-2上的压力降低于15bar时翻开报警。
压力开关23-2用于检查制动压力上升，包括在制动器动作时。
溢流阀13-2防止制动系统在减压阀22误动作或在蓄能器16-2受外部加热时，压力过高〔23bar〕。
过高的压力即过高的制动转矩，会造成对传动系统的严重损坏。
液压系统在制动器一侧装有球阀，以便螺杆活塞泵在液压系统不能加压时，用于制动风力发电机组。
翻开球阀、旋上活塞泵，制动卡钳将被加压，单向阀17-7阻止回流油向蓄能器16-2方向流动。
要防止在电磁阀21-2通电时加压，这时制动系统的压力油经电磁阀排回油箱，加不上来自螺杆活塞泵的压力。
在任何一次使用螺杆泵以后，球阀必须关闭。
1、运行/暂停/停机
开机指令发出后，电磁阀21-2通电，制动卡钳排油到油箱，刹车因此而被释放。
暂停期间保持运行时的状态。
停机指令发出后，电磁阀21-2失电，来自蓄能器16-2的和减压阀22压力油可通过电磁阀21-2的3口进入制动器油缸，实现停机时的制动。
2、紧急停机
电磁阀21-2失电，蓄能器16-2将压力油通过电磁阀21-2进入制动卡钳油缸。
制动油缸的速度由节流阀17-4控制。
8.2风力发电机对液压系统及零部件的要求
一、风力发电机对液压系统的根本要求
风力发电机液压系统的设计应满足一些根本要求：
工作原理简单、易行、完善，节能、高效，本钱低廉；工作平安可靠；运行正常，维护方便；噪声小、无渗漏，满足设计寿命大于20年的要求。
〔一〕、液压系统的设计条件液压行业是机械工业中十分成熟的行业，具有专业化生产的优势，所以风力发电机的液压系统都是由风力发电机总装厂进行设计，委托液压件厂生产制造零部件，在风机总装时进行液压系统的安装。
在与液压件厂的技术协议或设计任务书中必须明确以下内容：
1、风力发电机组的额定功率；
2、风力发电机组的结构形式及工作方式系统工作的环境温度等级〔高温：
—
25C〜
50C;常温：
一20C〜40C;低温：
一30C〜40C〕、湿度及其变化范围；
3、对于高温和易燃环境、外界扰动〔如冲击、振动等〕、高海拔〔1000米以上〕、严寒地区以及高精度、高可靠性等特殊情况下的系统设计、制造及使用要求;
4、液压执行元件、液压泵站、液压阀台及其它液压装置的安装位置;
5、液压执行机构的性能、运动参数、安装方式和有关特殊要求〔如保压、泄压、同步精度及动态特性等〕;
6、操作系统的自动化程度和连锁要求;
7、系统使用工作油的种类;
8、明确用户电网参数。
〔二〕、液压系统的设计原那么液压系统的设计和结构应满足有关标准的要求，并应考虑以下因素：
1、元件〔泵、管路、阀门、液压缸〕的尺寸应适当，以保证其所需的反响时间、动作速度、作用力;运行期间，液压组件中的压力波动可能导致的疲劳破坏;
2、控制功能与平安系统应能完全别离;液压系统应设计在无压力或液压失效情况下，系统仍能处于平安状态;
3、液压缸〔如：
风轮制动机构、叶片变浆距机构、偏航制动机构等〕仅在具有压力时才能实现其平安功能，液压系统应设计成在动力供给失效后能使机组保持在平安状态的时间不少于5天；
4、机组设计应满足运行气候条件〔油/液体粘度、可能的冷却、加热等〕；
5、泄露不应对其功能产生有害影响。
如出现泄露应能进行监控，并对风力发电机组
进行相应的控制；
6、如液压缸在液压动作下沿两个方向移动，应设计成“液压加载〞式；
7、布置管路时，应考虑组件间的相互运动和由此产生的作用于管子上的动应力。
〔三〕、液压系统的节能平安要求
1、设计液压系统时，应考虑系统效率〔应选用节能元件、节能回路等〕，使系统的发热减至最小程度。
2、系统设计应考虑各种可能发生的事故。
系统的功能设置，元件的选择、应用、配置和调节等，应首先考虑人员的平安和事故发生时设备损坏最小；系统应有过压保护装置。
3、液压系统设计与调整，应使冲击力最小。
冲击力不致影响设备正常工作和引起危险。
4、液压元件的使用应符合相应的实用特性、技术参数和性能的要求。
5、液压元件的安装位置应能平安方便的进行操作和调整，液压元件的操作和调整应符合制造厂的规定。
6、液压系统设计应符合GB/T5083有关平安、卫生的规定。
二、风力发电机液压系统的主要组成局部风力发电机液压系统由液压件厂根据风力发电机总装厂的订货要求设计生产。
其供货组件有液压泵站〔包括油箱、油泵、变浆控制块、平安浆距控制块、一些标准液压控制阀〕、蓄能器、油缸、控制箱等。
这些液压零部件在风力发电机总装厂进行总装时，安装在各自规定的位置，然后进行配管作业，用液压管路把它们连接起来组成系统。
变浆控制块和平安浆距控制块是液压件厂根据风力发电机组液压系统的的特点，专门为风力发电机液压系统设计制造的液压控制器件。
变浆控制块和平安浆距控制块上集成了多个不同种类的液压控制阀和联通管路，油路联通是采用油路块实现的，各种液
压阀安装在油路块上；因此具有体积小、占地面积小、可靠性高、对外连接管路少、现场安装工作量少的优点。
目前专用机械设备的液压系统普遍采用控制模块集成的方式。
风力发电机组液压系统的液压泵站是以一个部件来供货的，液压控制模块一般安装
在液压泵站的顶部，由液压管路将受控的油流输送到执行部件变浆距液压缸、钳盘式制动器的柱塞等。
三、风力发电机组液压系统的技术要求
〔一〕、工作温度
1、液压系统的工作油温度范围应满足元件及油液的使用要求。
2、为保证正常的工作温度，应根据使用条件设置热交换装置或提高油箱自身热交换能力。
将其温度控制在规定要求范围内。
一般情况下，液压泵的吸入口油温不得超过60C,在规定的最低温度时，系统应能正常工作。
〔二〕、管路流速与噪声
系统金属管路的油液流速推荐值见表
表系统金属管路的油液流速推荐值
管路类型
吸管路
压油管路
回油管路
泄油管路
管路代号
S
P
O
L
压力MPa
2.5
2.5〜6.3
6.3〜16
16〜31.5
允许流速m/s
0.5〜2
2.5〜3
3〜4
4〜5
5〜6
1.5〜3
1
设计系统时应考虑采取降低噪声的措施，系统噪声应符合有关标准的规定。
〔三〕、用于液压系统的材料应考虑以下要求：
1、传递功率的液压元件所用材料应能承受预期的动载荷。
2、导管应采用无缝钢管或纵向焊接钢管，并应符合GB/T8162和GB/T3091的要求软管应采用符合有关规定的高压软管，亦可用作柔性管路连接件。
3、允许采用经试验证明能保证密封并能承受产生的动载荷的管螺纹连接件。
〔四〕铸件、锻件、焊接件和管件的质量
1、金属材料牌号应符合图纸规定。
金属材料的化学成分、力学性能应符合相应材料标准的规定。
2、铸件应符合GB/T6414的要求；锻件应符合GB/T12362的要求；焊接件应符合GB/T985的要求。
3、焊接件毛坯、管件应符合以下要求：
①、焊接件坯料〔板材、型材等〕的金属
B级，液压用管件的
外表锈蚀程度不得低于金属外表锈蚀程度不得低于A级
②、焊接坯料及管件应除锈，除锈后应及时焊接并焊后进行防腐处理。
③、焊接坯
料的成型形状公差应符合相应标准的规定。
4、焊接坯料下料的断面外表粗糙度应不大于25微米。
5、焊接坯料端面不得有挤起形状，端面应平齐，与管子轴线的垂直度公差为管子外径的1％。
6、焊接坯料及管件的焊接坡口应机加工，且符合GB/T985的规定。
7、对不影响使用和外观的铸件、锻件缺陷，在保证使用质量的条件下，允许按有关标准和规定进行焊补。
〔五〕、液压油
1、液压油的根本要求
对于所选用的液压油，设计系统时应考虑系统中规定使用液压油的品种、特性参数与以下物质的相适应性。
①、系统中与液压油相接触的金属材料、密封件和非金属材料；②、保护性涂层材
料以及其它会与系统发生关系的液体等，如油漆、处理液、防锈漆以及维修油液；
3、与溢出或泄漏的液压油相接触的材料，如电缆、电线等。
2、油液使用过程中的考前须知
系统中液压油的使用应符合GB/T7631.2的规定和有关油品专业厂家的规定，且考虑温度，压力使用范围及其特殊性。
①、在系统规定的油液温度范围内，所选用的油液的粘度范围应符合元件的使用条件。
②、不同类型液压油不应互相调和，不同制造商的相同牌号液压油，也不能混合
使用。
假设要混合使用时，应进行小样混合试验，检查是否有物理变化和化学变化。
必要时与油品制造厂协商认定。
3、在使用过程中，应对液压油理化性能指标〔如粘度、酸值、水分等〕和清洁度进行定期检验，确定液压油是否可继续使用。
如不符合质量要求时，应全部更换。
一般三个月检查一次，最长不能超过六个月。
4、液压油的供给商应向使用者提供使用液压油时的人员劳动卫生要求、使用及操作说明、失火时产生的毒气和窒息的危险及废液处理问题等方面的资料。
〔六〕、液压设备标志设置要求液压装置上的标志应醒目、清楚、持久、规整。
标志的打印、喷涂、粘贴及装订位置不得因更换元件后而失去标志。
1、压力管路、回油管路、泄油管路的主管路应分别以“P〞、“O〞、“L〞字样标志。
连接液压执行元件的管路应标示管路代号。
2、液压系统中元件接口应按元件厂家规定的标示代号
3、液压操作装置〔如手动、脚踏、电控阀及组件等〕、压力表等部件应标示作用功能标志。
4、液压装置主管路〔如压力管路、回油管路、泄油管路等〕的出口连接处，涂覆
100
mm宽的色环面漆，用以表示不同类别功能的管路。
色泽应符合设计要求规定。
非液压装置上的主管路外外表涂漆，色泽与色环色泽对应、相同。
5、液压装置上接线盒接线应标示线号。
6、液压装置应标示产品铭牌，外购件应附带铭牌。
7、液压泵应标示泵轴旋转方向标志。
〔七〕、涂装
1、液压系统的涂装应符合以下要求：
涂装材料应适应于工作油液及环境。
涂装材料的质量应符合化工行业或所选产品的产品标准规定。
涂装方法和步骤应符合有关标准和工艺标准规定。
涂装厚度、附着力等参数应符合有关标准规定。
2、涂装着色要求油箱内壁宜使用奶油色等浅颜色。
整个液压装置之外外表涂色应一致〔包括液压装置上的管路〕，且色泽符合用户提供的色板要求。
液压装置上的主管路及非液压装置上的主管路的涂漆色泽要求，应符合液压设备标志设置要求第四款规定。
四、对液压执行元件的要求液压执行元件的安装底座应具有足够的刚性，以保证执行机构正常工作。
〔一〕、液压缸
1、设计或选用液压缸时，应对其行程、负载和装配条件加以充分考虑，以防活塞杆在外伸情况时产生不正常的弯曲。
2、液压缸的安装应符合设计图样号制造商的规定。
3、安装液压缸时，如果结构允许，进出油口的位置应在最上面。
应装成使其能自动放气或装有方便的放气阀。
〔二〕、液压马达
1、液压马达与被驱动装置之间的联轴器形式及安装应符合制造商的规定
2、外露的旋转轴和联轴器应有防护罩。
3、在使用液压马达时，应考虑它的启动力矩、失速力矩、负载变化以及低速特性等因素的影响。
五、液压泵装置要求
1、液压泵与原动机之间的联轴器的形式及安装应符合制造商的规定。
2、外露的旋转轴和联轴器应有防护罩。
3、液压泵与原动机的安装底座应具有足够的刚性，以保证运转时始终同轴。
4、液压泵的进油管路应短而直，防止拐弯增多、端面突变。
在规定的油液粘度范围内，应使泵的进油压力和其它条件符合泵制造厂的规定。
5、液压泵进油管路密封应可靠，不得吸入空气。
6、高压、大流量的液压泵制造宜采用：
泵的进油口设置橡胶弹性补偿接管；泵的出油口连接高压软管；泵装置底座设置弹性减震垫。
六、油箱装置要求油箱材料一般应采用碳素钢板加工，重要的特殊油箱可采用不锈钢板加工。
〔一〕、油箱的设计应符合以下要求：
1、油箱的公称容量应符合JB/T7938的规定；
2、在系统正常工作下，特别是系统没有安装冷却器时，应能充分散发液压油中的热量；
3、具有较慢的循环速度应便于析出混入油液中的空气和沉淀油液中较重的杂质；
4、油箱的回油口与泵的进油口应远离，可用挡流板或其它措施进行隔离，但不能妨碍油箱的清洗；
5、在正常情况下，应能容纳从系统中流来的液压油。
〔二〕、油箱结构应符合以下要求
1、油箱应有足够的强度、刚度，以免装上各类组件和灌油后发生较大变形；
2、油箱应高于安装面150mm以上，以便搬运、放油和散热；油箱应有足够的支撑
面积，以便在装配和安装时使用垫片和楔块等进行调整
3、油箱内应保持平整，少装结构件，以便清理内部污垢，油箱底部的形状应能将液压油放净，并在底部设置放油口；
4、为清洗油箱应配置一个或一个以上的手孔或人孔；油箱盖、侧壁上的手孔、人孔以及安装其他组件的孔口或基板位置应焊装凸台法兰。
5、可拆卸的盖板，其结构应能阻止杂质进入油箱；
6、穿过油箱壁板的管子均应有效密封。
〔三〕、油箱附件的要求
1、重要油箱应设置油液扩散器和消泡装置。
2、开式油箱顶部应设置空气滤清器以及注油器。
空气滤清器的过滤精度应与系统精度要求相符合。
空气滤清器的最大压力损失应不影响液压系统的正常工作。
3、油箱应设置液位计，其位置应设置在液压泵的入口附近用以显示液面位置。
重要油箱应加设液位开关，用以油箱上下限液位的监测与警示。
4、油箱应设置油液温度计及油量检测元件，以便目视监测油液温度。
5、压力式隔离型油箱应装低压报警器，压力式充气型油箱应设置气油平安阀和压力表及压力警示器。
七、其它辅件的要求
〔一〕、热交换器系统应根据使用要求设置加热器和冷却器，且应符合以下根本要求：
1、加热器的外表耗散功率不得超过1.7W/Cm2o
2、安装在油箱上的加热器的位置应低于油箱低极限液面位置。
3、使用热交换器时，应有液压油和冷却〔或加热〕介质的测温点。
4、使用热交换器时，可采用自动控温装置，以保持液压油的温度在正常温度范围内
5、用户应使用制造商规定的冷却介质或水。
如水源很不卫生、水质有腐蚀性、水量缺乏，应向制造商提出。
6、采用空气冷却器时，以防止进排气通路被遮蔽或堵塞。
〔二〕、滤油器
1、为了消除液压油中的有害杂质，系统应装有滤油器，滤油器的过滤精度应符合元件及系统的使用要求。
2、在滤油器需要清洗和更换滤芯时，系统应有明确指示。
3、在用户特别提出系统不停车而能更换滤芯时，应满足用户要求。
4、液压泵的进油口根据使用要求可设置吸油滤油器，宜使用网式旁通型。
吸油滤油器的容量选择与安装泵进口压力应符合泵制造厂的规定
5、如使用磁性滤油器，在维护和使用中应防止吸附着的杂质掉落在油液中
6、使用滤油器时，其额定流量不得小于实际的过滤油液的流量。
7、对连续工作的大型液压泵站，宜采用独立的冷却循环过滤系统。
〔三〕、蓄能器
1、蓄能器的回路中应设置释放及切断蓄能器的液体元件，供充气、检修或长时间停机使用。
2、蓄能器做液
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