自动恒压供水系统设计毕业设计(论文).doc

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1、新疆工业高等专科学校毕业设计(论文)自动恒压供水系统设计目 录概 述1第一章 选择供水方案2第二章 统计用户量、计算最大用水量4第三章 确定配水管和主干管的管径、流速、损失及供水压力14第一节 确定管径14第二节 确定损失17第三节 确定给水管网的供水压力23第四章 给水管材及管壁的选择35第五章 水泵、电机的选择37第六章 泵组系统设计40第七章 无塔恒压供水变频调速43第一节 概述43第二节 无塔上水器对拖动系统的要求45第三节 无塔供水变频调速系统48第四节 恒压供水变频调速系统50第八章 无塔恒压供水的控制系统59第一节 主回路控制系统的设计59第二节 确定PLC输入、输出点数及其型号

2、的选择63第三节 PLC控制系统的程序设计65第四节 压力传感器的选型82概 述给水工程的任务是安全卫生和经济合理地供应人们生活与生产活动用水及保安消防用水;消除火灾危害,提高人们健康水平,促进生产发展。因此,给水工程是城市建设的重要组成部分。一、给水工程的主要内容:给水工程是由取水工程,给水管道工程等部分组成。二、给水管道工程任务组成部分管道工程的任务是将符合水制要求的饮用水安全经济的输配到用户,经过使用后,将污水迅速而有组织地排到处理设备中,进行回收利用及排放。在水的输配过程中,保证饮用水的清洁,以防不必要的疾病传染,从而起到保障人民健康,提高生活水平,促进发展等作用。三、给水系统的分类及

3、组成(一)建筑给水系统的分类建筑给水系统包括街坊和建筑物内的给水管网两部分,其任务是供应不同类型建筑物的用水,满足生活、生产和消防上的用水需要。按供水用途可分为三种供水系统:1、 生活给水系统,是供生产设备的用水系统,如工业生产的冷却、洗涤、锅炉及原料等用水。除水量、水压应满足需要外,水质也必须符合国家颁布的生活饮用水水质标准。2、 生产给水系统,是供生产设备的用水系统,如工业生产的冷却、洗涤、锅炉及原料等用水。由于工业种类、生产工艺各异,因而对水量、水压及水质的要求也不尽相同。为了节约水量,在技术经济比较合理时,应设置循环或重复利用给水系统。3、 消防给水系统,是供保安灭火的贡税系统,对水量

4、、水压的要求必须给予保证,国家制订了高层建筑及低层建筑设计防火规范,可供设计是参考使用,但消防用水对水质无特殊要求。四、变频调速恒压供水控制系统的基本控制策略是:采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成控制系统,进行优化控制泵组的调速运行,并自动调整泵组的运行台数,完成供水压力的闭环控制,在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力,系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较,其差值输入CPU运算处理后,发出控制指令,控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速,从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。随着电力电子技术的发展,电力电子器

5、件的理论研究和制造工艺水平的不断提高,电力电子器件在容量、耐压、特性和类型等方面得到了很大的发展。进入90年代电力电子器件向着大容量、高频率、响应快、低损耗的方向发展。作为应用现代电力电子器件与微计算机技术有机结合的交流变频调速装置,随着产品的开发创新和推广应用,使得交流异步电动机调速领域发生一场巨大的技术革命。目前自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用交流变频技术,而系统的控制装置采用PLC控制器,因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制,并可完成系统的数字PID调节功能,可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控,并完成系统运行工况的CRT画面显示、故障报警及打印报表等功能。自动恒压供水

6、系统具有标准的通讯接口,可与城市供水系统的上位机联网,实现城区供水系统的优化控制,为城市供水系统提供了现代化的调度、管理、监控及经济运行的手段。随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高,变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统,广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。然而,由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备(如水泵),在对原有供水系统进行变频改造的实践中,往往会出现一些在理论上意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统,是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中,根据尽量保留原有设备的原则设计的,该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题,既体现了变频控制恒

7、压供水的技术优势,同时有效的节省了资金。第一章 选择供水方案给水管网是给水工程中的主要组成部分,按投资比例为最高,并负担着整个区域的供水任务,因此管网规划布置的合理与否对管网的运行安全、适用与经济至用重用。供水管网的形式基本上可分为两种:树枝式及环式管网。1. 树枝管网如图2-1所示,管网的干管和配水管的布置形似树枝,干线向供水区延伸,管线的管径随用水量的减少而逐渐缩小,这种管网的管线长度最短,结构简单,供水直接,投资最省。但当某处管线发生故障时,其下游管线将会断水,供水可靠性较差。树枝管线末端水流停滞,可能影响水质。一般在小城市中供水要求又不太严格时,可以采用树枝式管网。或者,在建设初期,可

8、现用树枝管网形式,以后再按发展规划,逐步形成环网。 1 图2-1 树枝式管网 图2-1 环式管网2. 环式管网如图2-2中管线间连接成环网,每条管均可由两个方向来水,如果一个方向发生故障,还可由另一方向供水,因此供水较为安全可靠。一般在较大城市或供水要求较高不能断水的地区,均应采用环式管网。环式管网还有降低水头损失,节约能量、缩小管径以及减少水锤威胁等优点,有利供水安全。但环式管网的管线长,需用较多材料增大建设投资。给水管网必须有充足的输配水能力,工作安全可靠,经济使用。在实际工程中常用树枝式与环式混合布置,根据具体情况,在主要供水区内用环网,而在次要或边区用树枝管网。总之管网的布线,即要保证

9、供水安全又要尽量简短管线。如有分期建设的可能,先按近期规模建设,随着城市的发展,用水量的增加,逐步增建扩展管线形成环网。分期建设可减轻市政府一次投资过大的负担。在管网进行规划和布置管线时,应该符合下列基本原则:1. 给水管线应布满整个供水区,满足用户的用水量、供水压力和水质的要求。2. 管网应供水安全可靠,当去部管线发生故障时,仍能保证不间断供水。3. 管网投资较大,运行费用高,布线力求简短;考虑地形和地质情况,并尽量减少特殊工程,如穿越铁路,河谷和地下构筑物等。这样既可提高供水可靠性,加快建设速度,又可降低造价和运行管理费用。4. 应符合区域规划,考虑供水的分期建设,并留有充分发展的余地。为

10、了作好规划布置工作,要根据地区规划,地形地质和自然情况,人口的增长,并考虑将来发展与运行管理上简便,我们通过调查研究,进行详尽的技术经济比较,选取适宜的方案,合理布置管线。根据学校的实际,没有必须供水的地方,从而选择树枝式管网。针对我们学校的实际情况,我们制定了两套设计方案。一、按理论计算的最大用水量来设计管网;二、在现有管网的基础上进行改造。 具体设计方案如下:方案一:根据当前用水要求计算管径流量、选择合理管径,计算出供水压力选择合适的泵,根据要求设计恒压无塔供水变频调速系统。方案二:在现有管网基本不变的基础上(更换不符合要求的管道),根据当前用水要求计算流量、供水压力选择合适的泵,根据需要

11、设计恒压无塔供水变频调速控制系统。第二章 统计用户量、计算最大用水量计算给水工程时,首先确定所需要供应的总水量,以便决定各种给水构筑物的规模和尺寸,其中包括:用水区配水管网、泵房等等。用水量是给水工程设计的基本数据,必须做好用水量的计算工作。一、 用水量标准用水量标准是给水工程设计的主要依据,其大小涉及的面很多,直接影响工程的投资,供水安全、可靠和运行管理等方面。用水量可分为:生活用水量、生产用水量和消防用水量,根据我们的设计仅考虑生活用水量标准。生活用水量标准:城镇居民、工业企业职工和公共建筑的工作人员每日都需要一定量的生活用水。生活用水量的大小与生活水平、生活习惯、卫生设备情况、水质、水压

12、和气候条件等因素有关。生活水平高、水质好、水压高用水量就较大,南方气候炎热处比北方用水量也多,因此用水量各地不同。用水量标准是以每人每日用水量表示。我过幅员辽阔,南北气候及生活习惯不同,用水量相差很大,为了便于给水工程建设,国家建委制定了全国各地区的用水量标准。如城市给水工程设计规范中载有用水量标准数字,按地区性质把全国分成七个区,其中五个区又按给水设备的不同情况分成五类,由公共水龙头取水的最低标准到室内有集中热水供应的 最高用水标准,其平均日用水量标准为20170升/人,对新疆、青海、西藏等两个地区没有订具体数字,可以参照相类似地区情况确定。用水量标准是设计的基本依据,必须慎重研究,要根据具

13、体情况,参考附近地方标准,远近期结合确定适宜的用水量标准。二、用水量变化上面所说的用水量标准是个平均数字,实际上用水量是逐日逐时在变化着,管网的供水量应满足最高用水量的要求,因此必须研究用水量的变化情况。生活用水量是随着人的生活活动和季节的不同而变化,比如,节假日与平日,炎热干旱季节与寒冷季节等均不相同,在一日之内早晚用水量最多。在一年之内,用水最高一天的水量称最高日用水量。在最高日内其中用水量最大的一小时用水量称为最高时用水量。最高日用水量与平均日用水量的比值,称为日变化系数,其值在1.32.0之间。在最高日一天之内最高时用水量与其平均时用水量的比值,称为时变化系数,其值在1.32.5之间。

14、这些数值是根据多方面长时间的调查研究统计分析而得到的。计算可按以下公式:公式见参考书目2第16页公式(3-1)公式(3-2)式中 =平均日用水量(升/人日);最高日用水量(升/人日);=最高时用水量(升/人日);,及分别为日、时、及总变化系数。三、用水量的计算用水量是设计给水管网的基本数据。设计用水量的确定,除参照国家规定的用水量标准,还应根据实际调查资料,结合具体情况以及工程设计期限并留有适当的余地。设计期应根据用水区的发展规划,远近期结合,一次规划分期施工建设。用水量的计算包括生活、生产及消防用水量三部分。根据我校情况,设计仅考虑生活用水。生活用水量的计算应参照有关规范并结合当地情况确定用

15、水量标准,然后根据计划人口来计算生活用水量。 (升/时) (升/秒)公式见参考书目2第19页公式(3-3) 式中 最高日用水量 最高时用水量 最高日用水量标准 计划人口数1. 用户统计:我们一组的四个同学兵分两路,用了一天的时间,详细的调查了我们学校的整个供水系统,统计学校的所有用水单元,包括学校外的所有商店、理发店、饭店,以及一些其它方面的用水单元。经过详细的调查统计,得出校园用水情况。详情见表2-1:图2-1 校园平面示意图表2-1用户统计建筑名称层数(层)总间数(间)人/间总人数(人)总计(人)卫生间数(间)水房数(间) 备注宿舍1#725282016524014143# 6144710

16、08664# 714081120775# 6908720106综合楼宿舍7478376教室12办公室71家属楼1# 672321613082#67232163# 63631084# 5253755# 64831446# 65431627# 75431628# 5303909# 5453135行政楼310822166实验楼5607图书馆510幼儿园1191305教学楼610824洗浴中心3招待所414民汉餐厅23000调剂餐厅22000学子餐厅2校外饭店123建筑名称层数(层)总间数(间)人/间总人数(人)总计(人)卫生间数(间)水房数(间) 备注印刷厂2101实习工厂铆焊车间1813锻工车间1

17、金工车间152.确定用水定额(1)住宅生活用水定额住宅生活用水定额根据卫生器具完善程度和地区条件,根据参考书目1第5页表1.1-2规定。选用时应注意以下几点:、住宅生活用水定额只是住宅自身用水量,不包括其它建筑。包括正常漏水量和生活用热水用水量和饮水量。、住宅生活用水定额为最高日生活用水定额。、卫生器具完善程度是影响住宅生活用水定额的首要因素,卫生器具类型、器具负荷人数、地区、气温、气象、居民生活习惯、职业经济状况和水费收付办法等均属影响生活用水定额的因素,在选用时应予考虑。、无分户水表、或不按分户水表计量收费时可参考选用表1.1-2括号内数值。、厨房只设污水盆时,可按洗涤盆考虑。(2)集体宿

18、舍、旅馆和公共建筑生活用水定额集体宿舍、旅馆和公共建筑生活用水定额应根据卫生器具完善程度和地区条件由参考书目1第6页表1.1-3规定。选用时应注意以下几点:、生活用水定额应根据建筑物卫生器具完善程度,地区等影响用水定额的因素确定。、表1.1-3所规定的用水定额为生活用水,包括生活用水量和饮水量,也包括正常漏水量和间接用水,如清洁用水在内。单不包括空调、采暖、水景绿化、场地和道路浇洒等用水。、生活用水定额包括主要用水对象(旅馆旅客、医院病人、学小学生、剧 院观众、食堂顾客)用水外,还包括工作人员(旅馆服务人员、理发室理发师、食堂炊事人员、要儿园保育员、学校教职员)用水。工作人员用水折算在按用水对

19、象为单位的用水定额内。、表1.1-3中末列入的建筑物的用水定额可参照类似建筑物采用,如银行、邮电局、设计楼、计算机楼可参照办公楼、展览楼、俱乐部、音乐厅、杂技场可参照电影院和剧院,洗染店可参照洗衣房,饮食店、酒吧、咖啡厅可参照营业食堂等。、集体宿舍、旅馆和公共建筑用水的日变化很小可认为日变化系数=1。、影响公用和公共建筑生活用水定额的主要因素有:卫生器具的完善程度、地区、使用要求对象等。(3)浇洒道路和绿化用水定额浇洒道路和绿化用水定额根据路面、绿化、气候、和土壤等条件参照参考书目1第9页表1.1-7规定。根据以上用水定额标准,结合我们学校实际情况,计算用水量如下表:表2-2 最高日用水量统计

20、建筑名称用水定额总人数(人)总用水量(L)备注生活用水L/人卫生间(L/时)绿化(2L/m2次)高水箱小便槽宿舍1#100168180绿地面积2016679538781 m23# 10016818010082027524# 100168180600 m211203510885# 100168180720241920综合楼宿舍100168180376283596教室168180办公室168180家属楼1# 250216540002#250375 m2216547503# 250108270004# 2507519950包括公厕建筑名称用水定额总人数(人)总用水量(L)备注生活用水L/人卫生间(L

21、/时)绿化(2L/m2次)高水箱小便槽家属楼5# 250442 m2144368846# 250180 m2162408607# 250162405008# 25090225009# 250963 m213535926含金工车间行政楼50168180293 m2316115838实验楼150L/h168180690 m2141324图书馆150 L/h168180172920幼儿园50L/天168180300 m213092060包括后勤公司教学楼150168180623 m2418054洗浴中心150455 m226782按100人/天计算,含开水房、洗衣房招待所普通10024床位6600按

22、床位天计算标准30014床位民汉餐厅87000按学生人数分流计算,其中民汉餐厅60%,调剂餐厅40%调剂餐厅5400学子餐厅10000定量饭店15L/人34500按每天100人计算印刷厂50202260实习工厂508说明:在确定最高日用水量时注意了以下几点:(1) 综合建筑物如高层为住宅、下层为商店住楼;会场、办公和宴会厅等组合在一起的大会堂等,分别按不同建筑的用水定额计算各自的最高日生活用水量,然后将同时用水项目叠加,以用水量最大一组作为整个建筑的最高生活用水量。(2) 一幢建筑有多种卫生器具设置标准时,如住宅部分有热水供应;集体宿舍、旅馆部分设公共厕所,分别按不同标准的用水定额和服务人数,

23、计算个部分的最高日生活用水量,然后将同时用水项目叠加求得整个建筑的最高日生活用水量。(3) 一幢建筑兼有多种功能时,按用水量最大的计算。(4) 建筑物实际用水项目超过或少于原定范围时,其用水量应作相应增减,如旅馆、医院设有洗衣房时,增加洗衣房用水量;办公楼、中学校设有食堂时应增加食堂用水量。(5) 当单位用水定额按班、场、次计,而需计算最高日生活用水量时,考虑每日的班次、场次、次数。(6) 设计单位数由建筑单位或建筑专业提供,当无法统计服务人数时,如教学楼等,按卫生器具一小时用水量和每日工作时数确定最高日用水量。门诊部和诊病人数按式 式中 - 每天门诊病人数;- 门诊部、诊病所服务人数;- 每

24、人一年平均就诊数;300- 一年工作日数。(7) 绿地面积划入到附近的建筑物的用水中,按建筑物内部供水处理。后勤公司(有26人)、金工车间(有5人)按办公室处理,划入到各自附近建筑物的用水。民汉餐厅与学子餐厅人员的分配及饭店就餐人数是调查的结果。 表2-4 最高日用水量逐时变化时段用水量占全日总用水量百分数(%)时段用水量占全日总用水量百分数(%)012.6812134.00122.6813142.83232.6814159.12342.6815167.9452.6816173.19562.6817183.08672.6818194.16785.7119205.14899.9520213.52

25、9102.7421222.7010112.9522232.8611122.83232410.18图2-2最高时用水量在2324时占全日用水量的10.18%,平均时用水量为4.17%则时变化系数为 由最高日用水量变化图,可以明显地看出,我校的用水情况,一天之内早、中、晚时段是用水高峰,其他时段变化是较为平缓的,没有特殊的高峰,这和学校学生的作息时间有关,学校用水变化较大,每天出现几个高峰,变化系数较大,这是由于生活集体化,用水集中所致。第三章 确定配水管和主干管的管径、流速、损失及供水压力给水厂的净化在第二泵站加压后,由管网输配到各用水户。管网的工作情况是否合理,不但影响日常供水工作,也关系到供

26、水的经济效益,因此在给水管网的规划、设计及运行管理中都必须充分了解管网工作的原理和情况,才能根据具体的条件把供水工作做好。第一节 确定管径确定管网中管段的直径是设计管网的主要任务之一,管段的直径应根据通过此管段的流量来计算,由水力学公式知: 公式见参考书目2第63页公式(6-24)式中:管段内通过的流量() 管段断面面积() 管段内水的流速(米/秒)。一般用圆形水管,管子断面代入式得: 式中管段直径(米)。由上式可知,管径的尺寸不仅与通过的计算流量有关,而且还与所采用的流速有关,只有一个流量是不能确定直径的。因此,在管网的计算中,流速的选择是管网设计的最重要的问题之一。为了防止在管网中产生水锤

27、所引起的破坏作用,而限定了流速的极限值,在技术上限制最高流速在2.53.0米/秒之内;为了避免在管道内沉积杂质,最小流速不小于0.5米/秒,从技术观点来说流速的变化范围很大,因此,应从经济观点出发来确定设计流速。设计时根据计算流量Q和对流速的要求查参考书目2第960页表16.1-6确定的;为了有利于维修及安装方便把管径进行了归整,具体如下:表3-1.1 管径和流速(方案一)建筑名称最大小时用水量(L/h)流量(Q)(L/s)流速()(m/s)1000管径(mm)归 整管径(mm)流速(m/s)1000宿舍1#9055225.22.0869.01251252.0869.03#43651.312.

28、11.4140.11001001.4140.14#5508715.31.7864.21001001.7864.25#3588010.01.1526.91001001.1526.9综合楼342849.51.1024.51001001.1024.5家属楼1#162004.50.9124.680800.9124.62#164254.60.9325.780800.9325.73#81002.31.0859.650501.0859.64#59851.70.834.050500.834.05#11065.23.10.8829.170800.6212.46#112583.10.8829.170800.621

29、2.47#121503.40.9634.570800.6814.78#67501.90.8941.850500.8941.89#10777.83.00.8527.470800.611.7行政楼7025.22.00.9446.050500.9446.0实验楼94322.60.7421.070800.529.03图书馆76802.10.9950.350500.9950.3幼儿园65701.80.8537.850500.8537.8教学楼22627.36.31.2746.480801.2746.4洗浴中心8034.62.21.0454.950501.0454.9招待所58001.610.7832.2

30、50500.7832.2餐厅民汉餐厅217506.01.2142.180801.2142.1调剂餐厅135003.81.0842.570800.7618.0实习工厂11300.450.3210.732500.213.12饭店120753.40.9634.570800.6814.7主干管A325828.390.51.8221.42502501.8221.4主干管B7708121.41.6239.91251251.6239.9主干管C14014838.91.6628.81751751.6628.8主干管D13474837.42.2163.21501502.2163.2主干管E4072511.30.

31、9414.51251250.9414.5说明:最大小时生活用水量应根据最高日(或最大班)生活用水量,使用时间和时变化系数按式 式中 最大小时生活用水量(); 最高日(或最大班)生活用水量(); 每日(或最大班)使用时间(); 时变化系数。表3-1.2 管径和流速(方案二)建筑名称最大小时用水量(L/h)流量(Q)(L/s)流速()(m/s)实际管径(mm)宿舍1#9055225.23.21020.031003#43651.312.14.920.03564#5508715.36.220.03565#3588010.01.110.03107综合楼342849.51.210.03100家属楼1#16

32、2004.51.820.03562#164254.61.870.03563#81002.30.930.03564#59851.70.690.03565#11065.23.11.260.03566#112583.11.260.03567#121503.41.380.03568#67501.90.770.03569#10777.83.01.220.0356行政楼7025.22.01.260.0345实验楼94322.61.640.0345图书馆76802.11.320.0345幼儿园65701.81.130.0345教学楼22627.36.33.960.0345洗浴中心8034.62.21.120

33、.0350招待所58001.610.820.0350餐厅民汉餐厅217506.01.190.0380调剂餐厅135003.81.540.0356实习工厂11300.450.640.0330饭店120753.42.140.0345主干管A325828.390.50.460.03159主干管B7708121.42.380.0387主干管C14014838.92.80.03133主干管D13474837.44.10.03159主干管E4072511.31.960.0356说明:由实际管径计算流速计算公式: 第二节 确定损失确定管网中管段的水头损失也是设计管网的主要任务,知道了管段的设计流量和经济管径

34、,便可以计算水头损失。在室外的给水管网中其管道多半属于长管类型,一般只计算沿程损失,局部阻力损失不计,但遇短管,如水泵站站内的管道等则须计算局部阻力损失。总损失包括两部分:沿程损失、局部损失;局部损失主要是水头损失。水头损失计算公式为 公式见参考书目2第77页公式(6-55)式中 - 管段的水头损失;- 局部阻力系数;- 经济流速(米/秒); - 管段长度(米); - 管段的计算直径(米); - 阻力系数,一管材而定; - 重力加速度。沿程损失计算公式 公式见参考书目2第77页公式(6-55)式中 管道长度(米); 水力坡降(可以查出)。表3-2.1 计算损失(方案一)管 段计算沿程损失计算局

35、部损失(米水柱)L (m)1000沿程损失(米水柱)1#宿舍231369.0 0.8970.28733#宿舍21040.10.4010.13134#宿舍31064.20.6420.20935#宿舍7726.90.18830.08762综合楼221024.50.2450.080211#家属楼1910.624.60.260760.054862#家属楼181025.70.2570.57333#家属楼20000.07724#家属楼2210340.340.042385#家属楼11000.025486#家属楼141212.40.14880.025487#家属楼13414.70.05880.030688#家

36、属楼148841.83.67840.052529#家属楼95011.40.5850.02379行政楼110460.460.0207实验楼2439.030.027090.03627图书馆41050.30.5030.065幼儿园81637.80.60480.04784教学楼15646.40.27840.10686洗浴中心7000.07163招待所13232.20.06440.1703民汉餐厅10000.09698调剂餐厅1630180.540.014994管 段计算沿程损失计算局部损失(米水柱)L (m)1000沿程损失(米水柱)实习工厂-2021.53.120.067080.00293饭店244

37、114.70.60270.0306812142139.90.83790.174212-1358.539.92.334150.174211121239.90.47880.174210114239.91.67580.17429102039.90.7980.174289639.90.23940.1742681439.90.55860.20167839.90.31920.201562539.90.99750.174223248163.25.11920.323722232363.21.45360.323721225363.23.34960.32371721663.20.37920.323719205914.50.85550.05851819214.50.0290.058517187114.51.02950.05851617103.528.82.98080.058515162528.80.720.058551518.728.80.538560.0585453824.10.81320.2197345021.41.070.2197235921.41.26260.2197123021.40.6420.2535

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