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技術 非水槽式耐圧試験方法及びその試験装置

出願人 大同テック株式会社
発明者 池田徹也
出願日 2002年9月27日 (18年2ヶ月経過) 出願番号 2002-283866
公開日 2004年4月15日 (16年8ヶ月経過) 公開番号 2004-117291
状態 特許登録済
技術分野 機械的応力負荷による材料の強さの調査
主要キーワード 角型フレーム 昇圧完了後 転倒角度 耐圧試験用 インターフェース盤 耐圧試験装置 手動切替スイッチ 排圧弁
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2004年4月15日)のものです。
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図面 (14)

課題

シームレス容器耐圧試験水槽を用いずに、正確かつ能率的に行うことのできる具体的試験方法と、その試験装置を提供する。

解決手段

高圧ガス容器に水を注入する注水装置と、満水状態の高圧ガス容器にさらに水を加圧注入するブースターポンプと、該ブースターポンプの移動量を読み取る読み取り装置と、該ブースターの移動量から高圧ガス容器の変形量を算出する演算装置と、測定後の高圧ガス容器から排水する排水装置と、排水後の高圧ガス容器を乾燥する乾燥装置とを具備する耐圧試験装置を用い、試験体である高圧ガス容器に水を充満して耐圧試験を行う。

概要

背景

従来、シームレス容器耐圧試験は、水槽内に入れた容器圧力水注入し、膨張による水槽の水位の変化から当該容器の変形量を測定していた。

概要

シームレス容器の耐圧試験を水槽を用いずに、正確かつ能率的に行うことのできる具体的試験方法と、その試験装置を提供する。高圧ガス容器に水を注入する注水装置と、満水状態の高圧ガス容器にさらに水を加圧注入するブースターポンプと、該ブースターポンプの移動量を読み取る読み取り装置と、該ブースターの移動量から高圧ガス容器の変形量を算出する演算装置と、測定後の高圧ガス容器から排水する排水装置と、排水後の高圧ガス容器を乾燥する乾燥装置とを具備する耐圧試験装置を用い、試験体である高圧ガス容器に水を充満して耐圧試験を行う。    

目的

上記従来の水槽式試験方法では、容器を入れる水槽が必要であり、設備的に大掛かりになるという問題点があった。また、容器を水槽に出し入れするために手間がかかるという問題点もあった。最近、非水槽式試験法規則で認められるようになったので、非水槽式試験を能率的に行うことのできる具体的方法と装置に対する要望が強くなっている。そこで本発明は、シームレス容器の非水槽式試験を正確かつ能率的に行うことのできる具体的試験方法と、その試験装置を提供することを課題としている。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

試験体である高圧ガス容器に水を充満したのち、加圧用ブースターポンプでさらに水を圧入して規定圧力まで加圧し、規定時間保持するとともに、前記ブースターポンプのブースター移動量を読み取って、該移動量から全増加量を算出し、しかるのち、ブースターポンプを初期の圧力ゼロまで復帰させて、その位置を読み取り、この値から恒久増加量を算出することを特徴とする非水槽式耐圧試験方法

請求項2

ブースターポンプによる加圧中に、規定圧力よりも低い所定の圧力で規定時間保持して圧力低下が生じないことを確認したのち、規定圧力まで加圧する請求項1に記載の非水槽式耐圧試験方法。

請求項3

試験体である高圧ガス容器に水を注入する注水装置と、満水状態の高圧ガス容器にさらに水を加圧注入するブースターポンプと、該ブースターポンプの移動量を読み取る読み取り装置と、該ブースターの移動量から高圧ガス容器の変形量を算出する演算装置と、測定後の高圧ガス容器から排水する排水装置と、排水後の高圧ガス容器を乾燥する乾燥装置とを具備することを特徴とする非水槽式耐圧試験装置

請求項4

乾燥装置が、高圧ガス容器を転倒させる転倒手段と、該高圧ガス容器内に水蒸気とエアを吹き込む手段とを備えている請求項3に記載の非水槽式耐圧試験装置。

請求項5

試験体である高圧ガス容器を注水装置、加圧装置、排水装置、乾燥装置の位置に順に移送するコンベアが設けられている請求項3に記載の非水槽式耐圧試験装置。

技術分野

0001

本発明は、継ぎ目のない高圧ガス容器、いわゆるシームレス容器耐圧試験方法及びその試験装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、シームレス容器の耐圧試験は、水槽内に入れた容器圧力水注入し、膨張による水槽の水位の変化から当該容器の変形量を測定していた。

発明が解決しようとする課題

0003

上記従来の水槽式試験方法では、容器を入れる水槽が必要であり、設備的に大掛かりになるという問題点があった。また、容器を水槽に出し入れするために手間がかかるという問題点もあった。最近、非水槽式試験法規則で認められるようになったので、非水槽式試験能率的に行うことのできる具体的方法と装置に対する要望が強くなっている。そこで本発明は、シームレス容器の非水槽式試験を正確かつ能率的に行うことのできる具体的試験方法と、その試験装置を提供することを課題としている。

0004

上記課題を解決するため、本発明は、次のような構成を採用した。すなわち、本発明にかかる非水槽式耐圧試験方法は、試験体である高圧ガス容器に水を充満したのち、加圧用ブースターポンプでさらに水を圧入して規定圧力まで加圧し、規定時間保持するとともに、前記ブースターポンプのブースター移動量を読み取って、該移動量から全増加量を算出し、しかるのち、ブースターポンプを初期の圧力ゼロまで復帰させて、その位置を読み取り、この値から恒久増加量を算出することを特徴としている。

0005

また、本発明にかかる非水槽式耐圧試験装置は、試験体である高圧ガス容器に水を注入する注水装置と、満水状態の高圧ガス容器にさらに水を加圧注入するブースターポンプと、該ブースターポンプの移動量を読み取る読み取り装置と、該ブースターの移動量から高圧ガス容器の変形量を算出する演算装置と、測定後の高圧ガス容器から排水する排水装置と、排水後の高圧ガス容器を乾燥する乾燥装置とを具備することを特徴としている。

課題を解決するための手段

0006

上記本発明の試験方法によれば、満水状態の高圧ガス容器(以下、「容器」と略す)にブースターポンプで水を圧入して規定圧力まで加圧し、その時のブースターの移動量から変形量を読み取るので、能率よく試験を行うことができる。また、本発明の試験装置は、大掛かりな水槽が不要であり、コンパクトな装置とすることができる。

0007

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。図は本発明の非水槽式耐圧試験装置の1例を表すもので、試験装置1は、容器を順次所定位置移送するコンベア(図示例ではチェーンコンベア)2の搬送順路に沿って、注水装置3、加圧装置4、排水装置5、乾燥装置6が順に設置されている。

0008

上記注水装置3と加圧装置4とは、共通の門型フレーム10に取り付けられている。図はこの門型フレームに取り付けられている注水装置3を表すもので、注水装置3は、門型フレーム10に取り付けられた縦形ガイド12と昇降シリンダ13を備え、昇降シリンダ13のピストン14に上側支持金具15が取り付けられている。門型フレーム10の下部には、容器を所定位置にセットして固定するチャック装置16が設けられている。チャック装置16は、先端部にローラ17,…を取り付けた支持具18を油圧シリンダ19で前進後退させるようになっていて、互いに対向する支持部18,18で容器を挟んで保持する。前記上側支持金具15には口金昇降シリンダ20と先端部にノズル21を備えたノズルパイプ22の上端部が取り付けられている。なお、ノズルパイプの上端部には注水ホースが接続される。上側支持金具15は、前記ガイド12に摺動自在に係合していて、前記昇降シリンダ13によりガイド12に沿って上下に移動する。

0009

口金昇降シリンダ20のピストンロッド20aには下側支持金具25が取り付けられ、該下側支持金具25は前記ガイド12に摺動自在に係合している。下側支持金具25の先端部には、口金30が取り付けられている。口金30は、容器の口部に当接して該容器の口部を押さえ付けるもので、その芯部には前記ノズルパイプ22が挿通されている。ノズルパイプ22は、前記下側支持金具25と口金30に設けられた通孔を通って上下に移動する。なお、口金30と下側支持金具25には、容器の口部から溢れ出る水を外部へ排水するための排水孔が設けられている。

0010

門型フレームの前記注水装置3と反対側には加圧装置4が設けられている。加圧装置4の位置には、前記注水装置の場合と同様に、容器を所定位置にセットして固定するチャック装置16が設けられている。加圧装置4は、門型フレーム10に取り付けた縦フレーム40に試験金具昇降シリンダ41が取り付けられ、該試験金具昇降シリンダのピストンロッド41aにノズル付きの試験金具45が取り付けられている。試験金具45は、縦フレーム40に並列に設けた上下方向のガイド47に摺動自在に係合しており、前記シリンダ41の伸縮により当該ガイドに沿って上下に移動する。

0011

ノズル付きの試験金具41は、図4に示すように、3本の軸方向の通孔が穿孔されたピストン部材55の下端部にノズル支持パイプ57が螺着されており、該ノズル支持パイプ57の内部にノズル60が挿通されている。ノズル60の先端部には継手ガイド61が螺着され、その上側に六角ナット62が螺着されている。ノズル60とノズル支持パイプ57の内壁との間には隙間57aが設けられており、この隙間57aが前記継手ガイド61に設けた通孔61aに連通している。

0012

前記ピストン部材55のフランジ部55aは、ダイヤフラム63に固着され、該ダイヤフラム63はキャップ型のシリンダ65に固着されている。シリンダ65はエア室となる凹部65aを備え、該凹部65aが前記ダイヤフラム63で覆蓋されている。シリンダ65の下部にはガイド筒67が固着され、該ガイド筒67に前記ピストン部材55の軸部55bと前記ノズル支持パイプ57が摺動自在に内嵌されている。これら摺動部はOリングによってシールされている。

0013

ガイド筒67の下部には耐圧継手70が嵌め込まれ、ピン71で固定されている。耐圧継手70はテーパネジ部70aを備え、その下側に継手パッキン72とワッシャ73が設けられている。前記シリンダ65内にエアが供給されると、可撓性を有するダイヤフラム63が押し上げられるので、ピストン部材55がノズル支持パイプ57とともに上向きに移動し、前記六角ナット62でワッシャ73パッキン72を耐圧継手70と容器との接合部に押し付ける。このため、パッキンが接合部に食い込み、当該接合部のシールが完全に行われるのである。

0014

前記シリンダ65には前記ダイヤフラム63を挟んで歯車部材75がキャップボルトで固着されている。歯車部材75の外周部には歯列75aが形成され、これが側部に設けたモータ77の駆動歯車と噛合している。したがって、モータ77を駆動すると、歯車部材75、ピストン部材55、シリンダ65、ガイド筒67、耐圧継手70、ノズル支持パイプ57、ノズル60、継手ガイド61等が一体となって回転する。これにより、耐圧継手70が容器の口部にねじ込まれる(又は取り外される)のである。

0015

歯車部材75の上側には蓋部材79が設けられ、該蓋部材の下部に設けたキャップ80と前記ピストン部材55との間に該ピストン部材55を下向きに押圧するスプリング81が設けられている。また、前記ピストン部材55の上部にはロータリージョイント84,85が取り付けられており、これらロータリージョイントを介してエアと水が供給されるようになっている。すなわち、上側のロータリージョイント84の穴84aはピストン部材55に設けた通孔86に連通し、外部からエアを前記シリンダ65のエア室65aに供給又は排気するようになっている。下側のロータリージョイント85の穴85aはピストン部材55の通孔87に連通し、ノズル支持パイプ57とノズル60の隙間57aに連通して、容器内部の水を排出するようになっている。下側のロータリージョイント85には、もう一つの穴85b(図示を省略)が設けられ、これがピストン部材55の通孔88に連通している。この通孔88は、ノズル60内部と連通しており、水をノズルから容器内へ加圧供給できるようになっている。

0016

加圧装置4には、ブースターポンプ90が付設されている。ブースターポンプ90は、図6に示すように、油圧シリンダ91と水シリンダ92を直列に結合した構造となっており、油圧シリンダのピストンロッド91aで水シリンダのピストンを移動させ、該水シリンダ92内の水を加圧するようになっている。このブースターポンプ90で加圧された水は、前記ロータリージョイント85を介してノズル60に導かれ、容器内に注入される。なお、ブースターポンプの油圧シリンダのピストンロッド91aの移動量は、付設のスケール93で読み取られるようになっている。

0017

加圧装置4には、図5に示すように、ゼロ点読み取り装置95が付設されている。この装置は、ゼロ点カップ96とビュレット97とでU字管を構成するもので、ゼロ点カップ96内には、給水管96a及び溢水管96bが設けられている。給水管96aとビュレット97には、容器の内部に連通するパイプ分岐接続される。図5の98は、ロータリーバルブである。ゼロ点カップ96内の水位が上がると、前記溢水管96bを通って水が外部へ排出されるので、ゼロ点カップ内の水位は一定に保たれる。また、ビュレット97のゼロ点Oは、前記溢水管96bの口と同レベルであり、零点センサS0で水位がゼロ点にあることを検出するようになっている。

0018

加圧装置4の下手側には、排水装置5が設けられている。排水装置5は、前記注水装置3と同じ構造であり、図7に示すように、ノズルパイプ22と口金30と下側支持金具25とを備え、コンベア2で移送されてきた容器をチャック装置16で挟圧固定したのち、口金30を容器の口部に当接させて該容器の口部を押さえ付け、ノズルパイプ22を容器内へ挿入できるようになっている。この場合、ノズルパイプ22の先端部を容器底部に位置させ、下側支持金具25の通孔(注水装置の場合は排水孔)を通してエアを容器内に吹き込むと、容器内の水がノズルパイプを通って外部に排出される。

0019

排水装置5の下手側には乾燥装置6が設けられている。乾燥装置6は、図8乃至図10に示すように、角型フレーム101に設けたブラケット102に容器保持装置105が軸106で回転自在に取り付けられている。容器保持装置105には、チャック装置107と注入装置110が設けられている。チャック装置107は、内外方向に回動自在な1対のチャック107a,107aを備え、該チャックの回動により容器を挟圧保持するようになっている。

0020

容器保持装置105の中央部には、縦フレーム111が立設され、これにノズル昇降シリンダ112とスライドガイド114が取り付けられている。ノズル昇降シリンダ112のピストンにはアーム部材115が取り付けられ、該アーム部材の先端部にノズル装置120が取り付けられている。ノズル装置120の芯部にはノズル121が設けられ、該ノズルの基部は通孔122によって外部の水蒸気吹き込み手段とエア吹き込み手段に連通している。また、ノズル121の外周部には下向きに開口する隙間123が設けられ、この隙間が通孔によって外部と連通している。なお、前記ノズル昇降シリンダ112の駆動により、ノズル装置120がスライドガイド114に沿って上下に移動する。

0021

前記容器保持装置105を支持する軸106には回転用歯車130が取り付けられている。一方、角型フレーム101には、上下方向のスライドガイド135が設けられ、これに昇降部材137がローラ138,…によって昇降自在に係合している。昇降部材137の背面側には容器回転用シリンダ140が角型フレーム101に固定して設けられ、この容器回転用シリンダ140のピストンロッド140aが前記昇降部材137に連結されている。昇降部材137の前面部には、前記回転用の歯車130と噛合する上下方向の歯列(図示を省略)が設けられている。前記容器回転用シリンダ140が伸縮すると、昇降部材137が上下移動するので、その歯列に噛合する歯車130が回転し、軸106とともに容器保持装置105を正逆回転させる。これにより容器保持装置105に保持された容器が転倒させられるのである。図示の実施形態では、上記容器回転用シリンダ140等の転倒手段によって容器が150度転倒するようになっているが、この転倒は、容器内部の水や不純物を排出するために行うものであるから、その転倒角度は150度に限らず、例えば180度でもよく、他の適当な角度としてもよい。

0022

なお、図中の150は、油圧ユニット、152はコンベアを駆動するモータである。また、乾燥装置6に設けられているタンク154は水蒸気のタンクであり、タンク155はエアのタンクである。これらタンクには外部から水蒸気と圧縮空気が供給される。

0023

つぎに、この非水槽式耐圧試験装置1を用いてシームレス容器の耐圧試験を行う場合の手順について説明する。図11は、この試験装置の配管図であり、この図及び図1に沿って説明すると、まず、被験体である容器Bがコンベア2によって注水装置3の位置まで搬送される。すると、チャック装置16により、容器の位置決めと固定が行われ、同時に注水用ノズルパイプ22と口金30が下降して容器に装着される。引き続き、ノズルパイプ22を通して容器内に上水が注入される。この場合、注水装置3のノズルパイプ22の先端部のノズル21が容器Bの底部まで挿入され、ノズルパイプの上端部に接続したホースから上水を注入する。容器内の空気と満水になって溢れた水は、下部支持金具25の通孔を通して排出される。

0024

容器内Bに水が充満すると、満水検知器S2によって満水であることが検知され、容器内への水の注入が停止される。注水用ノズルパイプ22が自動的に上昇し、同時に容器の固定が解放され、満水の容器がコンベアで加圧試験準備位置まで自動的に移送される。

0025

耐圧試験用加圧装置4の位置に来た容器は、位置決めと固定が行われ、そのネックリングに耐圧継手70がネジ込まれ、かつシリンダ65へのエア供給によって自動的にシールが行われる。すると、容器の固定が解放され、容器内の気泡除去のため再度注水が行われる。この注水が終了したら、排圧弁V1を閉じ、ブースターポンプ90による加圧を開始する。この時の圧力は、圧力センサS1により検出される。加圧に際しては、まず予備加圧として10Mpa(設定圧を入力)にて一時的に加圧を止め、圧力の降下がないか監視(設定時間自動停止)する。このとき異状がなければ規定圧力まで加圧する。

0026

規定圧力に達すると、規定時間(30秒)保持し、圧力降下がなければ加圧用ブースターの移動量を付設のリニアスケールで読み取り、全増加量として換算する。その後、インターフェース盤経由でホストコンピュータにデータを送信する。全増加量の測定が終わると、加圧用ブースターが初期の圧力ゼロまで戻った位置を読み取り、恒久増加量を換算する。この場合、ブースターを設定位置まで後退減圧)させて排圧弁V1を開くと、加圧装置に付設のビュレット97に水が侵入し、該ビュレットの水位が上昇する。ブースターを引き続き後退させてビュレットの水位が初期状態になった時に、当該ブースターの位置を読み取るのである。このデータもホストコンピュータに送信する。同時に恒久増加率演算も行う。

0027

恒久増加率が規定値10%以下の容器を合格とする。なお、耐圧試験が終了すると、容器を固定保持し、そのネックリングからシール及び耐圧継手70が取り外され、しかるのち、容器の固定保持が解放され、次工程の排水装置5の位置まで容器が送られる。

0028

排水装置の位置に来た容器は、クランプされ位置決めされる。すると、排水ノズル(ノズルパイプ22)が下降してきて、ノズル21が容器の底部まで挿入される。同時に口金30が容器の上端部に押し付けられる。口金30の通孔を通してエアが吹き込まれ、容器内の水がノズルパイプ22を通って外部へ排出される。この時、容器の底部は、図12に示すように、中央部が隆起した形状となっているので、その周囲の低い部分に若干の水W(錆等の不純物を含んでいる)が残留するが、このまま次の乾燥工程へ送られる。

0029

乾燥装置6の位置へ送られて来た容器は、容器保持装置105のチャック装置107により挟圧保持され、乾燥用のノズル装置120が下降して来て容器の口部に固定される。この状態で軸106が回転して、容器はノズル装置120とともに150度転倒させられる。この状態では、容器内に残留する若干の水が殆ど排出される。

0030

この状態で、ノズル121から高温の水蒸気(0.6Mp以上)を容器内に注入する。これにより容器は十分に加熱される。所定時間水蒸気を注入したら、次に水蒸気の代わりにエアを吹き込む。これにより、容器の肩部に残っていた僅かな水と水蒸気がノズル121の外周部の隙間123から通孔124を通って外部へ排出される。容器内に溜っていた水には、錆等の異物が含まれているが、これらも一緒に排出される。

0031

上記エアの吹き込みにより容器内部の水分等が除去されるとともに、容器自体低温化する。引き続きこの容器は軸106の回転により起立させられ、ノズル装置120が外されるとともに、容器の保持が解放され、コンベアによって排出される。以上により、容器の耐圧試験が完了する。

0032

この耐圧試験方法によれば、水槽を用いなくても高圧ガス容器の耐圧試験を簡単かつ能率的に行うことができる。また、この耐圧試験装置は、水槽がないので、全体的にコンパクトであり、取扱も簡単である。上記一連試験手順手動操作で行うことができることは勿論であるが、その殆どを自動運転で行うことができる。

0033

図13は、この耐圧試験装置の操作パネルを表すもので、図のLは表示ランプを表わす。このうち、L1は電源ランプで、制御盤内ブレーカを入れると点灯する。L2は原点ランプで、機械動作部が原点位置であれば点灯し、自動運転中は点滅する。L3は自動表示ランプであり、これが点灯すると、操作パネルの自動運転が可能となる。点灯しない場合は、各工程(注水、耐圧試験、排水、乾燥)の動作条件が揃っていないことを表す。図中のTPタッチパネルであり、これに各工程や異常内容が表示される。

0034

図13のPBは押しボタンスイッチを表す。PB1はランプ付きの運転準備ボタンスイッチで、制御盤のブレーカを入れた状態でこれを押すと、ランプが点灯し、手動又は自動運転が可能となる。PB2は運転停止ボタンスイッチで、作業終了時にこれを押す。このボタンスイッチを押すと運転はできなくなる。PB3は異常リセットボタンスイッチで、トラブルが発生した場合に押す。異常が発生した場合は、タッチパネルTPの表示内容を確認し、異常を取り除く。

0035

図13のSはセレクトスイッチを表す。S1は進入禁止スイッチであり、これをオンにすると、注水前の容器の進入を防ぐことができる。またこれをオフにすると、通常運転を行うことができる。S2はCPU連動スイッチであり、これをオンにするとCPUとデータ通信が行え、オフにした場合は、この試験装置本体のみの動作で容器データを入力して使用する。S3は耐圧連動スイッチで、オンにすると各種機械動作と耐圧試験が連動して行え、オフにすると耐圧試験のみの動作で、排圧は耐圧試験操作パネルの排圧押しボタンで操作することになる。S4は測定連動スイッチで、オンにすると耐圧試験工程のみ1サイクル自動で作動し、オフにすると昇圧完了後待機、排圧完了待機となる。S5はシール自動スイッチで、オンにすると容器のネックリングと耐圧継手が自動シールされる。反対側の「1サイクル」は、シールテープを装着するときに使用するもので、装置は1サイクルで動作する。

0036

P1は耐圧試験操作パネルである。このうちS6は自動−手動切替スイッチで、耐圧試験工程の自動又は手動の切替を行うことができる。B1は始動ボタンで、自動モードで耐圧試験が作動する。B2は排圧ボタンで、耐圧連動(切)で操作する押しボタンである。B3は完了ボタンで、耐圧試験工程を完了させるボタンである。R1は非常停止ボタンで、耐圧試験工程の中止、又は異常発生時に押す。

発明を実施するための最良の形態

0037

P2は機械操作パネルで、このうち、S7は自動−手動切替スイッチで、機械動作側の自動又は手動の切替を行うものである。B4は始動ボタンで、これをオンにすると自動ランプが点灯し、機械動作が自動で行われる。R2は非常停止ボタンであり、機械動作の異常が発生した時、又は停止させたい時に押す。

図面の簡単な説明

0038

以上に説明したように、本発明によれば、高圧ガス容器の耐圧試験を水槽を用いずに正確かつ能率的に行うことが可能となった。この試験装置は、水槽が不要であるので、全体的にコンパクトなものとすることができ、メインテナンスも容易である。

図1
本発明の耐圧試験装置の概要を表す平面図である。
図2
注水装置の側面図である。
図3
加圧装置の側面図である。
図4
加圧ノズルの断面図である。
図5
注水装置と加圧装置の正面図である。
図6
加圧装置の背面図である。
図7
排水装置の側面図である。
図8
乾燥装置の側面図である。
図9
その平面図である。
図10
その正面図である。
図11
配管系統図である。
図12
容器の説明図である。
図13
操作パネルの正面図である。
【符号の説明】
1   耐圧試験装置
2   コンベア
3   注水装置
4   加圧装置
5   排水装置
6   乾燥装置

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