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大型风电机组设计、制造及安装
- 作者:汪亚洲 蔡新
- 出版社:中国水利水电出版社
- 出版日期:2021年10月
- ISBN:978-7-5226-0188-5
- 页数:320
优惠价:
¥
58.80
定价:
¥
98.00
标签:新能源
图书详情

内容简介
本书是《风电场建设与管理创新研究》丛书之一,详细介绍了风电机组的设计理论、设计方法,简要介绍了风电机组的生产制造及安装过程,主要内容包括:概述、风能与风力发电、风电机组总体设计、风电机组风轮系统设计、风电机组传动系统设计、风电机组支撑系统设计、风电机组辅助系统设计、风电机组控制系统设计、风电机组生产制造、风电机组安装与运维等。
本书可供从事风力发电技术领域科研、设计、施工及运行管理的工程技术人员阅读参考,也可作为高等院校相关专业师生的教学参考书。

目录
- 版权页
- 《风电场建设与管理创新研究》 丛书编委会
- 《风电场建设与管理创新研究》 丛书主要参编单位(排名不分先后)
- 《风电场建设与管理创新研究》丛书编辑人员名单
- 《风电场建设与管理创新研究》丛书出版人员名单
- 本书编委会
- 丛书前言
- 本书前言
- 第1章 概述
- 1.1 风能利用起源与发展
- 1.2 风电机组及其分类
- 1.2.1 垂直轴风电机组
- 1.2.2 水平轴风电机组
- 1.2.2.1 上、下风向风电机组
- 1.2.2.2 多叶片、三叶片、两叶片及单叶片风电机组
- 1.2.2.3 定桨距失速型、变桨型、主动失速型风电机组
- 1.定桨距失速型
- 2.变桨型
- 3.主动失速型
- 1.2.2.4 恒速型、变速型风电机组
- 1.恒速型风电机组
- 2.变速型风电机组
- 1.2.2.5 高速、直驱、半直驱风电机组
- 1.3 水平轴风电机组的结构特征
- 1.3.1 风轮
- 1.3.2 机舱
- 1.3.3 支撑系统
- 1.4 水平轴风电机组设计基本内容
- 1.4.1 设计流程和内容
- 1.4.2 设计标准
- 1.4.3 技术现状和趋势
- 1.4.3.1 风电机组技术
- 1.4.3.2 陆上风电
- 1.4.3.3 海上风电
- 1.4.3.4 风电产业发展现状
- 1.全球风电产业发展概况
- 2.中国风电产业发展概况
- 第2章 风能与风力发电
- 2.1 风能资源
- 2.1.1 风和风的特性
- 2.1.1.1 风的形成和种类
- 1.风形成的原因
- 2.风的种类
- 3.风的特性
- 4.风向
- 2.1.1.2 风的计算
- 1.风能
- 2.风功率
- 3.平均风功率密度
- 4.有效风功率密度
- 2.1.2 风的统计特性
- 2.1.2.1 统计方法
- 2.1.2.2 气象分析方法
- 2.1.2.3 风速的概率分布
- 1.瑞利分布模型
- 2.威布尔分布模型
- 2.1.3 湍流
- 2.1.3.1 湍流特性
- 2.1.3.2 湍流强度
- 2.1.3.3 湍流谱
- 2.1.4 极端风况
- 2.1.5 风能资源分布
- 2.1.5.1 中国风能资源分布
- 1.风能资源丰富区
- 2.风能资源较丰富区
- 3.风能资源可利用区
- 4.风能资源贫乏区
- 2.1.5.2 世界风能资源分布
- 2.1.5.3 风场选址
- 2.2 空气动力学原理及叶片
- 2.2.1 翼型的几何定义
- 2.2.2 叶片空气动力学
- 2.2.2.1 叶片无限长的受力分析
- 2.2.2.2 有限翼展长度的影响
- 2.2.3 致动盘概念
- 2.2.4 叶素动量理论
- 2.2.4.1 叶素理论
- 2.2.4.2 叶素动量(BEM)定理
- 2.2.4.3 叶片梢部损失和根部损失修正
- 2.2.4.4 塔影效应
- 2.2.4.5 涡流理论
- 2.2.5 叶片设计
- 2.2.5.1 叶片设计理论
- 2.2.5.2 叶片外形设计
- 2.2.5.3 叶片结构构成
- 2.2.5.4 风轮设计参数
- 1.叶片数
- 2.叶片扭角
- 3.叶片厚度
- 4.叶尖速比
- 2.2.5.5 叶片截面形式
- 2.2.5.6 叶片材料
- 2.2.6 叶片复合铺层设计
- 2.2.6.1 叶片铺层设计一般原则
- 1.层压板中各铺层铺设角的设计原则
- 2.层压板中各铺层铺设顺序的设计原则
- 2.2.6.2 层压板设计方法
- 2.2.7 叶片根部连接设计
- 2.3 载荷计算
- 2.3.1 载荷类型
- 2.3.1.1 空气动力载荷
- 2.3.1.2 离心力载荷
- 2.3.1.3 重力载荷
- 2.3.2 设计工况和载荷状态
- 2.3.2.1 设计工况
- 2.3.2.2 载荷状态
- 1.发电
- 2.发电兼有故障
- 3.启动
- 4.正常停机
- 5.紧急停机
- 6.停机(静止或空转)
- 7.停机兼有故障
- 8.运输、安装、维护和修理
- 2.3.3 载荷计算
- 1.一般影响
- 2.运行影响
- 2.3.4 载荷安全系数
- 2.3.5 疲劳强度分析
- 2.3.5.1 疲劳强度设计基本方法
- 2.3.5.2 疲劳强度设计需考虑的问题
- 2.3.5.3 风电机组气动部件的简化载荷谱
- 2.3.5.4 疲劳失效评估方法
- 第3章 风电机组总体设计
- 3.1 基本运行参数设计
- 3.1.1 设计等级
- 3.1.1.1 国内风资源情况
- 3.1.1.2 风电机组设计等级
- 3.1.2 额定风速、切入切出风速
- 3.1.2.1 额定风速
- 3.1.2.2 切入切出风速
- 3.1.3 风轮几何参数
- 3.1.3.1 风轮直径
- 3.1.3.2 CP—λ曲线
- 3.1.3.3 风轮锥角、倾角及悬伸量
- 3.1.3.4 轮毂中心高度
- 3.1.4 风轮运行参数
- 3.1.4.1 额定转速
- 3.1.4.2 最高运行转速、过速停机转速、设计最大转速
- 3.1.5 功率曲线
- 3.1.6 塔架的固有频率
- 3.2 总体结构概念设计
- 3.2.1 传动系统方案设计
- 3.2.1.1 设计原则
- 3.2.1.2 技术路线
- 3.2.1.3 经济性
- 3.2.1.4 可靠性
- 1.固有可靠性
- 2.可维护性
- 3.2.1.5 工艺性
- 3.2.1.6 其他原则
- 3.2.2 主轴系概念设计
- 3.2.2.1 主轴系支撑方式选择
- 1.单轴承方式
- 2.多轴承方式
- 3.2.2.2 支撑方式的可行性分析
- 3.2.2.3 轴承间距的选择
- 3.2.3 轴承座与底座概念设计
- 3.2.3.1 分离与集成方案
- 3.2.3.2 重量、刚度和成本对比
- 3.2.3.3 装配工艺性对比
- 3.2.3.4 运输和吊装工艺性对比
- 3.2.4 齿轮箱概念设计
- 3.2.4.1 滑动轴承
- 3.2.4.2 多行星轮及柔性销技术
- 3.2.4.3 差动行星
- 3.2.4.4 齿轮和结构件优化
- 3.2.4.5 齿轮箱的其他配置设计
- 1.冷却方式
- 2.旁路精滤
- 3.油箱
- 3.2.5 偏航系统概念设计
- 3.2.5.1 偏航系统功能定义
- 3.2.5.2 偏航电机启动方式
- 3.2.5.3 偏航结构
- 1.主动偏航
- 2.被动偏航
- 3.2.5.4 发展趋势
- 第4章 风电机组风轮系统设计
- 4.1 风轮的组成
- 4.2 变桨距控制系统设计
- 4.2.1 变桨距控制系统的作用
- 4.2.2 变桨距系统型式
- 4.2.3 变桨距系统设计
- 4.2.3.1 液压变桨距系统设计
- 1.电液比例控制技术
- 2.液压变桨距系统选型
- 3.蓄能器
- 4.2.3.2 电动变桨距系统设计
- 1.电动变桨距系统
- 2.电动变桨距系统选型
- 4.2.4 变桨距系统的对比分析
- 4.2.4.1 经济性
- 4.2.4.2 传动效率
- 4.2.4.3 外部配套需求
- 4.2.4.4 安全可靠性
- 4.2.4.5 服务和维护保养
- 4.3 变桨轴承设计
- 4.3.1 变桨轴承的结构型式
- 4.3.2 变桨轴承的技术要求
- 4.3.2.1 材料
- 4.3.2.2 润滑
- 4.3.2.3 公差
- 4.3.2.4 热处理
- 4.3.2.5 无损探伤
- 4.3.2.6 试验
- 4.3.2.7 防腐
- 4.3.3 变桨轴承的检验规则
- 4.4 轮毂设计
- 4.4.1 风电机组轮毂的结构型式
- 4.4.2 风电机组轮毂的材料
- 4.4.2.1 常用材料
- 4.4.2.2 检验项目和方法
- 1.材料检测
- 2.表面质量检测
- 3.表面粗糙度检测
- 4.无损检测
- 5.机械加工后检测
- 4.4.3 风电机组轮毂的受力分析
- 4.4.4 风电机组轮毂的强度校核
- 4.4.4.1 静强度分析
- 1.几何模型的建立
- 2.物理模型的建立
- 3.静强度计算结果
- 4.4.4.2 疲劳强度分析
- 1.材料的疲劳曲线
- 2.疲劳载荷谱
- 3.疲劳分析结果
- 第5章 风电机组传动系统设计
- 5.1 传动系统设计概述
- 5.2 传动系统主要部件
- 5.2.1 增速装置
- 5.2.1.1 齿轮箱
- 5.2.1.2 液压变扭器
- 5.2.2 发电机
- 5.2.2.1 感应发电机
- 5.2.2.2 永磁、电励磁同步发电机
- 5.2.2.3 超导发电机
- 5.2.3 变流器
- 5.3 传动系统类型及发展趋势
- 5.3.1 常见风电机组传动系统类型
- 5.3.2 风电机组传动系统技术发展趋势
- 5.4 运行对比与设计案例
- 5.4.1 发电能力对比
- 5.4.2 故障统计
- 5.4.3 风电机组设计案例
- 第6章 风电机组支撑系统设计
- 6.1 底座设计
- 6.1.1 底座结构型式
- 6.1.2 底座功能要求
- 6.1.3 底座设计的一般要求
- 6.1.4 底座设计的步骤
- 6.1.5 底座的强度校核
- 6.1.5.1 静强度分析
- 1.几何模型的建立
- 2.物理模型的建立
- 3.静强度计算结果
- 6.1.5.2 疲劳强度分析
- 1.材料的S—N曲线
- 2.疲劳载荷谱
- 3.疲劳分析结果
- 6.2 偏航回转支撑系统设计
- 6.2.1 偏航轴承设计
- 6.2.2 偏航减速器设计
- 6.2.2.1 偏航减速器速比
- 6.2.2.2 偏航减速器额定输出扭矩、最大静态扭矩
- 1.偏航减速器额定输出扭矩
- 2.偏航塔顶中心MZ载荷
- 3.偏航残余制动力矩
- 4.偏航轴承阻尼力矩
- 5.偏航合阻尼力矩
- 6.减速器最大静态扭矩
- 6.2.2.3 偏航减速器外形
- 6.2.2.4 偏航减速器寿命
- 6.2.2.5 偏航减速器密封设计
- 6.2.2.6 偏航电机选择
- 6.2.2.7 偏航系统传动链效率
- 6.3 塔架设计
- 6.3.1 塔架功能要求
- 6.3.2 塔架类型
- 6.3.3 塔架结构发展趋势
- 6.3.4 塔架主体设计
- 6.3.4.1 塔架设计流程
- 6.3.4.2 材料属性
- 6.3.4.3 载荷插值
- 6.3.4.4 静强度校核
- 6.3.4.5 屈曲强度分析
- 6.3.4.6 塔架疲劳强度分析
- 6.3.4.7 塔架模态分析
- 6.3.4.8 门洞静强度分析
- 6.3.4.9 门洞屈曲强度分析
- 6.3.5 塔架辅助系统设计
- 6.3.5.1 电梯设计
- 6.3.5.2 爬梯设计
- 6.3.5.3 维护平台设计
- 6.3.5.4 入门梯设计
- 6.3.5.5 散热器支架设计
- 6.4 基础设计
- 6.4.1 一般规定
- 6.4.2 扩展基础地基及结构计算
- 1.扩展基础结构计算
- 2.坡形顶面的扩展基础
- 3.台阶形顶面的扩展基础
- 4.圆形、环形基础底板强度
- 6.4.3 构造规定
- 6.4.4 基础施工
- 6.4.5 钢筋工程
- 6.4.6 模板工程
- 6.4.7 混凝土工程
- 第7章 风电机组辅助系统设计
- 7.1 设计概述
- 7.2 冷却系统设计
- 7.2.1 散热源
- 1.齿轮箱
- 2.发电机
- 3.变流器
- 7.2.2 热交换原理
- 1.传热原理
- 2.热平衡原理
- 7.2.3 常见的冷却系统
- 1.空—空冷却系统
- 2.液—空冷却系统
- 3.空—液—空冷却系统
- 4.液—液—空冷却系统
- 7.2.4 冷却方式
- 7.3 机舱罩、导流罩设计
- 7.3.1 概述
- 7.3.1.1 机舱罩功能及作用
- 1.内部功能及作用
- 2.外部功能及作用
- 7.3.1.2 导流罩功能及作用
- 1.内部功能及作用
- 2.外部功能及作用
- 7.3.2 材料性能、分类及特点
- 7.3.2.1 机舱罩、导流罩特点
- 1.机舱罩
- 2.导流罩
- 7.3.2.2 复合材料
- 1.概念
- 2.分类
- 7.3.2.3 复合材料分类与特点
- 1.分类
- 2.特点
- 7.3.2.4 复合材料的性能与特点
- 7.3.2.5 玻璃钢的性能与特点
- 7.3.3 机舱罩设计
- 1.结构设计
- 2.夹层结构
- 3.复合材料加强筋的设计
- 7.3.4 导流罩设计
- 1.保持完整叶根圆延伸段方案(120°均分)
- 2.均分叶根圆延伸段方案(120°均分)
- 7.3.5 分片连接方式
- 1.内搭接式连接
- 2.内翻边式连接
- 7.3.6 制作工艺
- 7.3.6.1 手糊成型工艺
- 1.优势
- 2.缺点
- 7.3.6.2 真空袋压成型工艺
- 1.干法真空袋压成型工艺
- 2.湿法真空袋压成型工艺
- 7.3.7 生产制造流程
- 1.模具设计制造
- 2.零部件成型
- 3.总装和产品的检验
- 4.存在的问题
- 7.3.8 标志、包装、运输、储存
- 1.标志
- 2.包装
- 3.运输
- 4.储存
- 7.4 防雷系统设计
- 7.4.1 雷电对风电机组的危害
- 1.雷击热效应
- 2.雷电产生的机械效应
- 3.雷电的静电感应与电磁感应
- 4.雷电导致的暂态电位升高
- 5.雷电引起的电涌过电压
- 7.4.2 综合防雷接地保护
- 1.防雷分区
- 2.设计原则
- 7.4.3 外部防雷系统设计
- 7.4.3.1 叶片防雷
- 7.4.3.2 叶片到轮毂
- 7.4.3.3 轮毂防雷
- 7.4.3.4 轮毂到机舱防雷
- 7.4.3.5 机舱顶部防雷
- 7.4.3.6 机舱到塔筒防雷
- 7.4.3.7 塔筒防雷
- 7.4.3.8 塔筒到塔基防雷
- 7.4.4 内部防雷系统设计
- 7.4.4.1 法拉第笼连接
- 7.4.4.2 机舱内部等电位保护接地
- 7.4.4.3 屏蔽措施
- 7.4.4.4 电气系统的电涌保护
- 7.4.4.5 保护布线
- 7.4.4.6 保护布线过电压保护
- 第8章 风电机组控制系统设计
- 8.1 控制对象和策略
- 8.1.1 能量转换问题
- 1.贝兹理论
- 2.风能利用系数CP
- 3.叶尖速比λ
- 8.1.2 功率调节
- 1.定桨距失速控制
- 2.变桨距控制
- 8.1.3 变速恒频风力发电技术
- 1.恒速恒频风力发电技术
- 2.变速恒频风力发电技术
- 8.1.4 控制目标
- 8.1.5 不同控制区域的基本控制策略
- 8.2 控制器的设计
- 8.2.1 控制系统构成
- 8.2.2 控制系统经典设计方法
- 8.2.3 经典控制器的扩展
- 1.观测器
- 2.状态估算器
- 3.最优化反馈
- 8.2.4 控制系统设计流程
- 8.2.5 工具软件
- 1.Bladed软件
- 2.Matlab软件
- 3.Microsoft Visual Studio软件
- 8.2.6 计算最优桨距角
- 8.2.7 转矩控制系统
- 8.2.8 变桨距控制系统
- 8.2.9 滤波器设计
- 8.2.9.1 滤波器基本原理
- 8.2.9.2 滤波器分类
- 1.低通滤波器(LPF)
- 2.高通滤波器(HPF)
- 3.带通滤波器(BPF)
- 4.带阻滤波器(BEF)
- 8.2.9.3 滤波器基本形式及频域特性
- 8.2.9.4 FDATool工具箱设计滤波器
- 8.2.9.5 滤波器的仿真验证
- 8.2.10 动力学分析
- 8.3 控制问题与系统改进
- 8.3.1 控制问题
- 8.3.2 系统改进
- 8.3.2.1 变桨距控制系统的改进
- 8.3.2.2 控制算法程序代码的改进
- 8.4 控制系统发展趋势
- 8.4.1 激光雷达辅助预测控制方法
- 8.4.2 独立变桨距控制算法
- 第9章 风电机组生产制造
- 9.1 制造工艺及质量控制
- 9.1.1 叶片
- 1.制造工艺
- 2.质量控制
- 9.1.2 轮毂
- 1.材料
- 2.加工工艺
- 3.质量控制
- 9.1.3 主轴
- 1.材料
- 2.加工工艺
- 3.质量控制
- 9.1.4 齿轮箱
- 1.齿轮箱的材料
- 2.箱体加工工艺
- 3.齿轮加工工艺
- 4.齿轮箱质量控制
- 9.1.5 底座
- 1.底座材料
- 2.底座加工工艺
- 3.底座加工的质量控制
- 9.1.6 机舱罩与导流罩
- 9.1.6.1 材料选择
- 9.1.6.2 加工工艺
- 1.手糊法
- 2.真空灌注成型法
- 9.1.6.3 质量控制
- 9.1.7 塔架
- 9.1.7.1 塔架的材料
- 9.1.7.2 塔架的加工
- 1.塔筒的加工方法
- 2.法兰的加工方法
- 9.1.7.3 塔架的质量控制
- 9.1.8 电缆
- 9.1.8.1 电缆材料
- 9.1.8.2 电缆加工
- 1.铜导体加工方法
- 2.铝合金导体加工方法
- 9.1.8.3 电缆制作
- 9.1.8.4 电缆性能检测
- 9.1.9 控制系统
- 9.1.9.1 控制柜的生产
- 1.技术文件的编制
- 2.绘制安装布线图
- 9.1.9.2 控制柜的制造工艺
- 1.控制柜的分类
- 2.控制柜柜体材料
- 3.控制柜柜体结构要求
- 4.控制柜接地钣金加工要求
- 9.1.9.3 电子控制部分的生产技术
- 1.电子器件的筛选
- 2.弱电元器件的安装
- 3.电子控制部分的抗干扰措施
- 9.1.9.4 电器元件的安装与接线
- 1.电器元件的安装
- 2.控制柜柜内接线要求
- 3.典型接线工艺
- 4.套标号管与接头处理
- 5.接线的具体要求
- 6.走线与绑扎线束
- 7.接地要求
- 8.绝缘要求
- 9.1.9.5 控制柜的测试
- 1.装配质量检查
- 2.接线质量检查
- 3.通电试验
- 4.调试安全守则
- 9.1.10 变流器
- 9.1.10.1 变流器的生产
- 9.1.10.2 母线的要求
- 1.母线接头防腐蚀要求
- 2.母线的选取
- 3.母线的加工
- 9.1.10.3 变流器的试验条件
- 9.1.10.4 变流器的试验内容和试验方法
- 1.输出电压、频率和输出波形的测定
- 2.效率的测定
- 3.温升试验
- 4.保护性能试验
- 5.负载等级试验
- 6.振动和自由跌落试验
- 7.绝缘电阻与介电强度试验
- 8.噪声的测量
- 9.温度试验
- 10.首次故障前平均运行时间的测定
- 9.2 关键部位装配工艺及质量控制
- 9.2.1 主轴轴承装配
- 9.2.2 主轴与齿轮箱装配
- 9.2.3 变桨、偏航轴承装配
- 9.2.4 偏航制动器装配
- 9.2.5 偏航、变桨驱动装配
- 9.2.6 齿轮箱弹性支撑装配
- 9.2.7 机舱罩、导流罩装配
- 9.3 出厂调试
- 9.3.1 安全操作注意事项
- 9.3.2 总装厂调试
- 9.3.3 总装厂调试的方法和步骤
- 9.3.3.1 接线检查及设备送电
- 9.3.3.2 各系统静态测试
- 1.安全链静态测试
- 2.偏航系统静态测试
- 3.变桨距系统调试
- 9.3.3.3 空运转试验
- 9.3.3.4 主传动链拖动试验
- 9.3.3.5 并网运行试验
- 第10章 风电机组安装与运维
- 10.1 运输
- 10.1.1 运输主要设备
- 10.1.2 风电设备运输道路的要求
- 1.定义
- 2.影响运输道路的因素
- 3.风电设备运输道路基本要求
- 10.1.3 运输、装卸车过程中的注意事项
- 10.1.4 卸货
- 10.1.4.1 塔筒
- 1.卸货
- 2.检查
- 3.工具
- 4.吊具
- 5.卸货
- 10.1.4.2 叶片
- 1.卸货
- 2.检查
- 3.吊具
- 4.卸货
- 10.1.4.3 机舱
- 1.卸货条件
- 2.检查
- 3.吊具
- 4.卸货
- 10.1.4.4 轮毂
- 1.卸货条件
- 2.检查
- 3.吊具
- 4.卸货
- 10.2 吊装
- 10.2.1 吊装条件
- 10.2.2 安装前准备工作
- 10.2.3 塔基平台及平台上设备安装
- 1.塔基平台安装
- 2.塔基平台柜体设备准备
- 3.变流器安装
- 4.电梯(如有)以及附件
- 10.2.4 塔筒安装前准备工作
- 1.塔筒吊装工作
- 2.第Ⅰ段塔筒吊装
- 3.后续塔筒安装
- 10.2.5 机舱吊装
- 1.机舱总成地面安装工作
- 2.机舱总成吊装前准备
- 3.机舱总成吊装
- 4.机舱总成吊装注意事项
- 10.2.6 叶轮总成吊装
- 1.叶轮准备工作
- 2.叶轮吊装
- 3.叶轮总成吊装注意事项
- 4.螺栓防腐防松
- 10.3 现场电气安装
- 10.3.1 接线前的准备
- 10.3.2 工艺通用要求
- 1.防腐要求
- 2.绑扎带使用要求
- 3.电缆安装排布要求
- 4.螺栓力矩要求
- 5.电缆接头及接线端头制作要求
- 6.电缆铜接线端子制作要求
- 7.中间接头接线要求
- 8.接地系统安装通用要求
- 9.通缆放线要求
- 10.光缆布置要求
- 11.电缆校线方法
- 10.4 调试
- 10.4.1 调试条件
- 10.4.2 机组调试注意事项
- 10.4.3 上电前检查
- 10.4.4 机组调试
- 10.5 运维
- 10.5.1 安全措施
- 10.5.2 人员要求
- 10.5.3 风电机组维护分类
- 10.5.4 一般要求
- 10.5.5 风电机组日常维护
- 1.耗品和备件
- 2.缺陷处理
- 3.故障处理
- 4.紧急状况停机
- 10.5.6 重要零部件的维护
- 10.5.6.1 叶片
- 10.5.6.2 齿轮箱
- 10.5.6.3 发电机
- 10.5.6.4 塔筒
- 1.常见问题
- 2.处理方法
- 10.5.6.5 变流器
- 1.定期巡视
- 2.半年期维护
- 3.一年期维护
- 参考文献
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