(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１２）用のステータアッセンブリ（１０）であって、
それぞれ全体として細長い翼（３４）から成る複数のステータベーン（２０）を備え、前記翼（３４）は、前縁（３６）と、後縁（３８）と、正圧側（４０）と、負圧側（４２）と、第１の端部（４４）に連結された内側端壁（１４）と、前記第１の端部（４４）とは反対側の第２の端部（４６）に連結された外側端壁（１６）と、を有し、
前記ステータベーン（２０）の一部の各外側端壁（１６）に連結された第１の半径方向外側のタイバー（２２）を備え、
隣接する内側端壁（１４）を互いに連結するために隣接する内側端壁（１４）の間に延在する少なくとも１つの内側アライメントピン（４８）を備え、
前記内側端壁（１４）に取り付けられた少なくとも１つの前方の内側シールリング（５０）を備え、
前記前方の内側シールリング（５０）の少なくとも１つの半径方向内側面（５４）に連結された少なくとも１つの変形可能なシール（５２）を備え、該少なくとも１つの変形可能なシール（５２）は、上流に面した接触面（１１０）と半径方向内側に面した接触面（１１２）とを有している
ことを特徴とする、ガスタービンエンジン（１２）用のステータアッセンブリ（１０）。
【請求項２】
前記ステータベーン（２０）のうちの少なくとも１つは、前記内側端壁（１４）及び前記外側端壁（１６）と一体に形成されている、請求項１記載のステータアッセンブリ（１０）。
【請求項３】
前記ステータベーン（２０）のそれぞれは、前記内側端壁（１４）及び前記外側端壁（１６）と一体に形成されている、請求項２記載のステータアッセンブリ（１０）。
【請求項４】
前記第１の半径方向外側のタイバー（２２）は、前記外側端壁（１６）の半径方向外側面（５８）に設けられた凹部（５６）内に位置している、請求項１記載のステータアッセンブリ（１０）。
【請求項５】
前記第１の半径方向外側のタイバー（２２）に取り付けられていない残りのステータベーン（２０）の各外側端壁（１６）に連結された第２の半径方向外側のタイバー（２４）をさらに備え、これにより第１のステータベーンセグメント（２６）と第２のステータベーンセグメント（２８）とが形成され、これらステータベーンセグメント（２６，２８）は一緒に、周方向に延在するステータアッセンブリ（１０）を形成する、請求項１記載のステータアッセンブリ（１０）。
【請求項６】
前記第１及び第２のステータベーンセグメント（２６，２８）の間の２つの境界面（７２）のうちの少なくとも一方に位置している少なくとも１つの回転防止スロット（７０）をさらに備える、請求項１記載のステータアッセンブリ（１０）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの内側アライメントピン（４８）は、少なくとも１つの周方向に延在する前方の内側アライメントピン（９０）と、少なくとも１つの周方向に延在する後方の内側アライメントピン（９２）とを有している、請求項１記載のステータアッセンブリ（１０）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの周方向に延在する前方の内側アライメントピン（９０）は、前記全体として細長い翼（３４）の前方に位置しており、前記少なくとも１つの周方向に延在する後方の内側アライメントピン（９２）は、前記全体として細長い翼（３４）の後方に位置している、請求項７記載のステータアッセンブリ（１０）。
【請求項９】
隣接する外側端壁（１６）を互いに連結するために、隣接する外側端壁（１６）の間に延在する少なくとも１つの外側アライメントピン（９４）をさらに備える、請求項１記載のステータアッセンブリ（１０）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの外側アライメントピン（９４）は、少なくとも１つの周方向に延在する前方の外側アライメントピン（９６）と、少なくとも１つの周方向に延在する後方の外側アライメントピン（９８）とを有し、前記少なくとも１つの周方向に延在する前方の外側アライメントピン（９６）は、前記全体として細長い翼（３４）の前方に位置していて、前記少なくとも１つの周方向に延在する後方の外側アライメントピン（９８）は、前記全体として細長い翼（３４）の後方に位置している、請求項９記載のステータアッセンブリ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にガスタービンエンジン内のステータベーン翼に関し、特にステータベーン翼用の支持システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジンは、通常、シェルから半径方向内方へ延在する固定の圧縮機ステータベーンの複数の列と、ロータを回転させるためのロータアッセンブリに取り付けられた回転可能な圧縮機ブレードの複数の列とを有する。通常のタービンエンジンはしばしば、集合的にステータと呼ばれる、複数の固定翼を備えたセグメントを含む。ステータセグメントは、定常ガス圧力負荷下で上流方向に偏向され、この偏向は、このセグメントがケーシングにどのように固定されているかに応じて周方向で変化する。セグメントの固定されていない端部は、より偏向され、上流のロータディスクに対する軸方向の隙間が小さくなる。このような問題は米国特許第８１２８３５４号明細書で対処されているが、少なくとも１３のカスタムメイドの構成要素と少なくとも２２のステータ組立てステップを要する。従って、ステータを形成するステータベーン翼の偏向及びアライメントをより効率的に制御する必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
ガスタービンエンジンで使用可能なステータアッセンブリであって、偏向を制限し、隣接するブレードロータディスクに対するクリアランス損失を阻止するために、内側端壁及び外側端壁を拘束するように構成されたステータアッセンブリが開示される。ステータアッセンブリは、内側端壁及び外側端壁を備えた複数のステータベーンから成っていてよく、これら複数のステータベーンは、第１の半径方向外側のタイバーによって互いに連結されている。少なくとも１つの実施形態では、第１及び第２の半径方向外側のタイバーは、第１及び第２のステータベーンセグメントを形成してよく、これらのステータベーンセグメントは一緒に、周方向に延在するステータアッセンブリを形成している。内側端壁と外側端壁は、周方向に延在する１つ以上のアライメントピンによって互いに連結されてよく、このアライメントピンは偏向を制限する。ステータアッセンブリは内側端壁から半径方向内側に延在するもう１つの変形可能なシールを備えていてよく、この変形可能なシールは、上流に面した接触面と半径方向内側に面した接触面を有していてよい。
【０００４】
少なくとも１つの実施形態では、ガスタービンエンジン用のステータアッセンブリは、それぞれ全体として細長い（generally elongated）翼から成る複数のステータベーンを備えていてよく、翼は、前縁と、後縁と、正圧側（pressure side）と、負圧側（suction side）と、第１の端部に連結された内側端壁と、第１の端部とは反対側の第２の端部に連結された外側端壁と、を有している。ステータアッセンブリはさらに、ステータベーンの一部の各外側端壁に連結された第１の半径方向外側のタイバーと、隣接する内側端壁を互いに連結するために隣接する内側端壁の間に延在する１つ以上の内側アライメントピンとを備えていてよい。ステータアッセンブリは、内側端壁に取り付けられた１つ以上の前方の内側シールリングと、前方の内側シールリングの少なくとも１つの半径方向内側面に連結される１つ以上の変形可能なシールとを備えていてよい。
【０００５】
少なくとも１つの実施形態では、１つ以上のステータベーンは、内側端壁と外側端壁と一体に形成されていてよい。別の実施形態では、ステータベーンのそれぞれは、内側端壁及び外側端壁と一体に形成されていてよい。第１の半径方向外側のタイバーは、外側端壁の半径方向外側面に設けられた凹部内に位置していてよい。第２の半径方向外側のタイバーが、第１の半径方向外側のタイバーに取り付けられていない残りのステータベーンの各外側端壁に連結されていてよく、これにより第１のステータベーンセグメントと第２のステータベーンセグメントとが形成され、これらステータベーンセグメントは一緒に、周方向に延在するステータアッセンブリを形成する。ステータアッセンブリはさらに、１つ以上の回転防止スロットを備えていてよく、この回転防止スロットは、第１及び第２のステータベーンセグメントの間の２つの境界面のうちの少なくとも一方に位置している。
【０００６】
ステータアッセンブリの内側アライメントピンは、１つ以上の周方向に延在する前方の内側アライメントピンと、１つ以上の周方向に延在する後方の内側アライメントピンとから成っていてよい。周方向に延在する前方の内側アライメントピンは、全体として細長い翼の前方に位置していてよく、周方向に延在する後方の内側アライメントピンは、全体として細長い翼の後方に位置していてよい。
【０００７】
ステータアッセンブリはさらに、隣接する外側端壁を互いに連結するために隣接する外側端壁の間に延在する１つ以上の外側アライメントピンを備えていてよい。外側アライメントピンは、１つ以上の周方向に延在する前方の外側アライメントピンと、１つ以上の周方向に延在する後方の外側アライメントピンとから成っていてよい。周方向に延在する前方の外側アライメントピンは、全体として細長い翼の前方に位置していてよく、周方向に延在する後方の外側アライメントピンは、全体として細長い翼の後方に位置していてよい。
【０００８】
ステータアッセンブリはさらに、後方の内側アライメントピンの後方で、内側端壁に取り付けられた１つ以上の後方の内側シールリングを備えていてよい。ステータアッセンブリはさらに、少なくとも１つの後方の内側シールリングの半径方向内側面に連結された１つ以上の変形可能なシールを備えていてよい。
【０００９】
ステータアッセンブリの利点は、このステータアッセンブリが、６つの既製品の構成要素と６つのカスタムメイドの構成要素から形成することができ、製造及び組立てを完了するために約１７のステップしか必要ではないことにある。従って、時間とコストを削減でき、従来のシステムと比較して複雑さが低減されている。
【００１０】
ステータアッセンブリの別の利点は、このステータアッセンブリには溶接、硬質コーティング、又は応力除去の必要がないことにある。
【００１１】
ステータアッセンブリのさらに別の利点は、このステータアッセンブリがアッセンブリ全体の機械加工を必要とせず、これにより持ち上げ時間を減じることができ、大きな機械加工工具が必要ないことにある。
【００１２】
ステータアッセンブリの別の利点は、このステータアッセンブリがアッセンブリ全体のコーティングを必要とせず、これにより持ち上げ時間を減じることができ、準備及び輸送コストの必要性を減じることができることにある。
【００１３】
ステータアッセンブリのさらに別の利点は、このステータアッセンブリにより、切断又は溶接することなくシールリングを取り替えることができることにある。
【００１４】
ステータアッセンブリの別の利点は、このステータアッセンブリにより、切断又は溶接することなく個々の翼を取り替えることができることにある。
【００１５】
ステータアッセンブリのさらに別の利点は、このステータアッセンブリは、エンジン間でカバー半部及びベース半部を混合することを許容し、これにより在庫や取扱費が減じられることにある。
【００１６】
ステータアッセンブリの別の利点は、このステータアッセンブリが、９０°セグメントにより形成することができるフレキシブルな構造を提供し、これにより在庫や取扱費がさらに減じられ、組立てや解体がさらに容易になることにある。
【００１７】
ステータアッセンブリのさらに別の利点は、このステータアッセンブリにより機械的な減衰が提供されることにある。
【００１８】
ステータアッセンブリの別の利点は、外側及び内側シールリングをボルトにより固定することができ、これにより容易な組立て及び取り替えが可能であることにある。
【００１９】
ステータアッセンブリのさらに別の利点は、ステータアッセンブリが、従来のステータアッセンブリにおいてはセグメント化により生じる漏れをなくすことができることにある。
【００２０】
これらの実施形態及びその他の実施形態を、以下でさらに詳細に説明する。
【００２１】
明細書の一部に組み込まれ明細書の一部を形成する添付の図面は、ここに開示される本発明の実施の形態を例示し、詳細な説明と共に本発明の原理を開示する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ガスタービンエンジン内の圧縮機ステータベーンセグメントを示す斜視図である。
【図２】図１の２−２線に沿ったガスタービンエンジン内の圧縮機ステータベーンセグメントを示す断面図である。
【図３】図２の３−３線で示したガスタービンエンジン内のステータアッセンブリの詳細を示す斜視図である。
【図４】図３の４−４線に沿ったステータアッセンブリの１つの翼の断面図である。
【図５】図４の５−５線に沿って切り取ったステータアッセンブリの内側端壁を詳細に示した図である。
【図６】図４に示したステータアッセンブリの内側端壁を詳細に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１〜図６に示すように、ガスタービンエンジン１２で使用可能なステータアッセンブリ１０であって、偏向を制限し、隣接するブレードロータディスク１８に対するクリアランス損失を阻止するために、内側端壁１４及び外側端壁１６を拘束するように構成されたステータアッセンブリ１０が開示されている。ステータアッセンブリ１０は、内側端壁１４及び外側端壁１６を備えた複数のステータベーン２０から成っていてよく、これら複数のステータベーン２０は、第１の半径方向外側のタイバー２２によって互いに連結されている。少なくとも１つの実施形態では、図３に示すように、第１及び第２の半径方向外側のタイバー２２，２４は、第１及び第２のステータベーンセグメント２６，２８を形成してよく、これらのステータベーンセグメント２６，２８は一緒に、周方向に延在するステータアッセンブリ１０を形成している。内側端壁１４と外側端壁１６は、周方向に延在する１つ以上のアライメントピン３０によって互いに連結されてよく、このアライメントピン３０は偏向を制限する。ステータアッセンブリ１０は内側端壁１４から半径方向内側に延在するもう１つの変形可能なシール５２を有していてよい。
【００２４】
少なくとも１つの実施形態では、ガスタービンエンジン１２用のステータアッセンブリ１０は、図３に示すように複数のステータベーン２０から成っていてよい。各ステータベーン２０は全体として細長い翼３４から成っていて、この翼３４は、前縁３６と、後縁３８と、正圧側４０と、正圧側４０とは翼３４の反対側にある負圧側４２と、第１の端部４４に連結された内側端壁１４と、第１の端部４４とは反対側の第２の端部４６に連結された外側端壁１６と、を有している。少なくとも１つの実施形態では、１つ以上のステータベーン２０が、図４に示すように内側端壁１４及び外側端壁１６と一体に形成されていてよい。別の実施形態では、各ステータベーン２０が、内側端壁１４及び外側端壁１６と一体に形成されていてよい。全体として細長い翼３４は、溶接されておらず、取り外すことができ、かつ置き換えることができる。
【００２５】
ステータアッセンブリ１０は第１の半径方向外側のタイバー２２を有していてよく、このタイバー２２は、ステータベーン２０の少なくとも一部の外側端壁１６に連結されていてよい。第１の半径方向外側のタイバー２２は、外側端壁１６の半径方向外側面５８に設けられた凹部５６内に位置していてよい。第１の半径方向外側のタイバー２２は、１つ以上のコネクタ６０を介して外側端壁１６に取り付けられていてよい。少なくとも１つの実施形態では、図３に示すように、１つ以上のコネクタ６０が、外側端壁１６における第１の周方向端部６２に隣接して位置していてよく、１つ以上のコネクタ６０が、第１の周方向端部６２とは外側端壁１６の反対側の端部にある外側端壁１６の第２の周方向端部６４に隣接して位置していてよい。少なくとも１つの実施形態では、少なくとも１つのコネクタ６０は、１つ以上のボルト、ねじ、リベット、及び既存の又はさらに構想されるその他のコネクタから形成されてよいが、これに限定されるものではない。少なくとも１つの実施形態では、コネクタ６０は、外側端壁１６上の第１の周方向端部６２に隣接する３つのコネクタ６０及び、外側端壁１６の第２の周方向端部６４に隣接する３つのコネクタ６０のような複数のコネクタ６０によって形成されてよいが、これに限定されるものではない。少なくとも１つの実施形態では、第１の半径方向外側のタイバー２２は、外側端壁１６上の第１の周方向端部６２に隣接する１つ以上のボルト６６を介して外側端壁１６に取り付けられてよい。
【００２６】
ステータアッセンブリ１０はさらに、第２の半径方向外側のタイバー２４を備えていてよい。この第２の半径方向外側のタイバー２４は、第１の半径方向外側のタイバー２２に取り付けられていない残りのステータベーン２０の各外側端壁に連結されていて、第２のステータベーンセグメント２８を形成する。同様に、第１の半径方向外側のタイバー２２は、複数のステータベーン２０を互いに連結して第１のステータベーンセグメント２６を形成してよい。第１及び第２の半径方向外側のタイバー２２，２４は、第１及び第２のステータベーンセグメント２６，２８を形成して、これらのステータベーンセグメント２６，２８は一緒に、周方向に延在するステータアッセンブリ１０を形成する。少なくとも１つの実施形態では、第１及び第２のステータベーンセグメント２６，２８は、それぞれステータアッセンブリ１０の１／２を形成してよく、水平方向の中間点６８で互いに連結されていてよい。第１及び第２のステータベーンセグメント２６，２８は、別の実施形態では別の構造を有していてよい。
【００２７】
ステータアッセンブリ１０はさらに、図３に示すように、１つ以上の回転防止スロット７０を有していてよい。回転防止スロット７０は、第１及び第２のステータベーンセグメント２６，２８の間の２つの境界面のうちの少なくとも一方に位置している。ステータアッセンブリ１０は、ステータアッセンブリ１０の第１の側７８で第１及び第２のステータベーンセグメント２６，２８の間の第１の境界面７６に位置する第１の回転防止スロット７４と、ステータアッセンブリ１０の、第１の側７８のほぼ反対側に位置する第２の側８４で第１及び第２のステータベーンセグメント２６，２８の間の第２の境界面８２に位置する第２の回転防止スロット８０とを備えていてよい。回転防止スロット７０は、第１及び第２のステータベーンセグメント２６，２８の両方の中に少なくとも部分的に延在していてよい。回転防止スロット７０は、外側端壁１６の上流側の縁部８６へと、又は外側端壁１６の下流側の縁部８８へと延在していなくてよい。
【００２８】
ステータアッセンブリ１０はさらに、図４〜図６に示すように、隣接する内側端壁１４を互いに連結するために隣接する内側端壁１４の間に延在する１つ以上の内側アライメントピン４８を有していてよい。少なくとも１つの実施形態では、内側アライメントピン４８は、１つ以上の周方向に延在する前方の内側アライメントピン９０と、１つ以上の周方向に延在する後方の内側アライメントピン９２とから成っていてよい。周方向に延在する前方の内側アライメントピン９０は、全体として細長い翼３４の前方に位置していてよく、周方向に延在する後方の内側アライメントピン９２は、全体として細長い翼３４の後方に位置していてよい。
【００２９】
ステータアッセンブリ１０はさらに、隣接する外側端壁１６を互いに連結するために隣接する外側端壁１６の間に延在する１つ以上の外側アライメントピン９４を有していてよい。少なくとも１つの実施形態では、外側アライメントピン９４は、１つ以上の周方向に延在する前方の外側アライメントピン９６と、１つ以上の周方向に延在する後方の外側アライメントピン９８とから成っていてよい。周方向に延在する前方の外側アライメントピン９６は、全体として細長い翼３４の前方に位置していてよく、周方向に延在する後方の外側アライメントピン９８は、全体として細長い翼３４の後方に位置していてよい。
【００３０】
ステータアッセンブリ１０は、図５及び図６に示すように、内側端壁１４に取り付けられる１つ以上の前方の内側シールリング５０と、前方の内側シールリング５０の１つ以上の半径方向内側面５４に連結される１つ以上の変形可能なシール５２とを備えていてよい。少なくとも１つの実施形態では、前方の内側シールリング５０は、取り外し可能であってよい。前方の内側シールリング５０は、前方の軸方向ボルト１０８のような１つ以上のコネクタ６０によって取り付けられてよいが、コネクタ６０は軸方向ボルト１０８に限定されるものではない。従って、少なくとも１つの実施形態では、前方の内側シールリング５０は、溶接を介して取り付けられておらず、従って、著しく迅速かつ低コストで交換可能になっている。変形可能なシール５２は、図６に示すように、上流に面した接触面１１０と半径方向内側に面した接触面１１２とを有していてよい。上流に面した接触面１１０は、上流のロータディスク１８に接触していてよく、どの構成要素に対しても機械的疲労又は熱的損傷の危険を有していない。前方及び後方の内側シールリング５０，１００へのベーンによるガス負荷及び圧力の結果、矢印１１４の方向で力が加えられると、接触が生じ得る。変形可能なシール５２はハニカム状シールであってよいが、これに限定されるものではない。少なくとも１つの実施形態では、前方の内側シールリング５０は前方の内側アライメントピン９０の前方で、内側端壁１４に取り付けられてよい。変形可能なシール５２が摩耗した場合に、シールを復元するために、１つ以上のコーティング１１６が、変形可能なシール５２に塗布されてよく、例えば上流に面した接触面１１０に、又は半径方向内側に面した接触面１１２に、又はその両方に、塗布することができるが、これに限定されるものではない。
【００３１】
別の実施形態では、前方の内側シールリング５０は、形状記憶合金のような材料から形成されてよいが、これに限定されるものではない。このような材料は、摩擦接触により加熱されると、前方の内側シールリング５０を、上流のロータディスク１８との接触から逸れることができるようにする。例えば精密鋳造により形状記憶合金から形成された前方の内側シールリング５０は、従来のシステムよりも高い費用対効果を得ることができる。
【００３２】
ステータアッセンブリ１０は、後方の内側アライメントピン９２の後方で、内側端壁１４に取り付けられた１つ以上の後方の内側シールリング１００を備えていてよい。１つ以上の変形可能なシール１０２が、後方の内側シールリング１００の半径方向内側面１０４に連結されてよい。後方の内側シールリング１００に連結された変形可能なシール１０２は、ハニカム状シール又はその他のシールであってよい。後方の内側シールリング１００は、後方の軸方向ボルト１０６のような１つ以上のコネクタ６０によって内側端壁１４に連結されてよいが、コネクタ６０は軸方向ボルト１０６に限定されるものではない。
【００３３】
少なくとも１つの実施形態では、ステータアッセンブリ１０は、６つのカスタムメイドの構成要素と、６つの既製品の構成要素とから形成されてよい。既製品の構成要素はボルトやピンのようなものであって、これら全ては前述の通りである。ステータアッセンブリ１０は、全体として細長い翼３４と、第１の半径方向外側のタイバー２２と、前方の内側シールリング５０と、後方の内側シールリング１００と、前方の変形可能なシール５２と、後方の変形可能なシール１０２と、外側の半径方向ボルト６０と、外側の半径方向ピンと、外側アライメントピン９４と、内側アライメントピン４８と、後方の軸方向ボルト１０６と、前方の軸方向ボルト１０８とを備えていてよい。
【００３４】
ステータアッセンブリ１０の製造法は、従来のシステムよりも少ないステップを含んでいてよい。少なくとも１つの実施形態では、ステータアッセンブリ１０は、約１７のステップから形成することができる。即ち、鍛造品又は鋳物である翼３４をフライス加工する；翼流路面をコーティングする；圧延されたリングから外側リングを旋削加工する；圧延されたリングから前方の内側シールリング５０を旋削加工する；圧延されたリングから後方の内側シールリング１００を旋削加工する；外側リングに穿孔する；前方の内側シールリング５０に穿孔する；後方の内側シールリング１００に穿孔する；前方の内側シールリング５０に前方の変形可能なシール５２をろう接する；後方の内側シールリング１００に後方の変形可能なシール１０２をろう接する；前方の変形可能なシール５２の内径を旋削加工又は研削加工する；後方の変形可能なシール１０２の径を旋削加工又は研削加工する；外側リングを半分に切断する；前方の内側シールリング５０を半分に切断する；後方の内側シールリング１００を半分に切断する；ボルト６０、ピン４８，９０，９２，９６，９８、ラインドリル及びリーマで穿孔された半径方向ピン穴、支持棒ファスナによって、翼３４とリング５０，１０２を互いに組み立てる；選択的に流路コーティングを仕上げする。
【００３５】
上記説明は、本発明を例示、説明及び記述するという目的で提供されている。これらの実施の形態に対する変更及び適応は、当業者に明らかになるであろうし、本発明の範囲又は思想から逸脱することなく成し得るものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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