镶装式硬质合金密封环的压力变形研究
PTA氧化反应器搅拌器机械密封失效分析
PTA氧化反应器搅拌器机械密封失效分析缪建军【摘要】通过对PTA氧化反应器搅拌器机械密封的失效机理进行分析,查找导致机封频繁失效的原因,并制定解决方案.【期刊名称】《化工设计通讯》【年(卷),期】2016(042)003【总页数】3页(P96-98)【关键词】氧化反应器搅拌器;机械密封;有限元分析;失效分析【作者】缪建军【作者单位】仪征化纤有限责任公司PTA生产中心,江苏仪征 211900【正文语种】中文【中图分类】TH136PTA氧化反应器是PTA装置的关键设备。
近年来，连续发生2次机械密封（下称机封）投用3个月后从检漏口外漏密封水，随后泄漏量逐步加剧，为防止密封水进入机封上部的滚动轴承而抱死的事故，继而停车更换机封。
这样的运行状态严重制约装置长周期的运行。
通过对失效机封进行拆解分析，发现失效机封的故障特征相似，因此结合机封的运行工况，从机封的故障特征、有限元分析、部件尺寸检查等方面入手，最终发现机封频繁失效的原因是机封制造过程中短轴套总成与动环座之间的传动销与销孔间隙偏差导致。
1.1 机封的工况条件从PTA氧化反应器机封的工况参数表可以看到：搅拌器的转速为31～64r/min RPM（搅拌器2档转速切换），机封运转线速度较低；工作温度199.6℃，采用连续供密封水（进行冷却冲洗；密封水压力1.8MPa，流量要求600-800L/h。
外加底部循环水冷却夹套进行降温。
而反应器内工作压力为1.6MPa，满足介质侧密封压差0.2～0.5MPa的设计要求。
1.2 机封的结构原理从机封的结构示意图（图1）可以看出：该机封为双端面结构，上/下密封副之间采用了单独弹簧结构，共32件，材质哈氏C-276。
相较于共用弹簧结构，可以避免其中一个密封副出现泄漏，而确保另外一个密封副不受影响。
轴套与搅拌轴之间通过收缩盘进行锁紧，传递扭矩。
2.1 故障特征（1）每次氧化反应器的机封在运行过程中的失效过程大致表现为：一般运行3个月左右，机封检漏口出现密封水滴漏，然后逐步加大，再运行几个月后，检漏口的密封水来不及排放，随之进入机封上部防止搅拌轴摆动的圆锥滚子轴承，最后被迫停车更换。
硬质合金环电解平面磨削加工的试验研究
硬 质合 金材料 具有 耐高 温 、 腐蚀 、 耐 耐磨 损等 性
但 是刚 刚形成 的 阳极薄膜 被高 速旋 转 的磨轮磨 料迅 速磨 掉 ， 由电解 液带走 ， 并 于是 阳极 工件上 又露 出新 的金属 表 面并 继 续 电解 。这 样 ， 电解 作 用 和磨 轮 刮 除 阳极 薄膜 的膜 削 作用 交 替 进 行 ， 工 件 不 断地 被 使 加工 ， 从而 达到 加 工 的 目的。然 而 电解 磨 削平 面 过
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第 ５ ９卷 第 ２期 ２ ０ ０ ７ 年 ５ 月
有 色 金 属
Ｎｏ ｆ ｎ Ｏ Ｓ Ｍ ｅ ａｓ ｎ ｅ ＇Ｕ ｔｌ
Ｖ０ ． ９． Ｎｏ． 】５ ２
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硬质合金环 电解平 面磨 削加工的试验研究
ｌ 电解 ห้องสมุดไป่ตู้ 面磨 削的 原理
电解 平 面磨 削 属 于 电化 学 机械 加 工 的范 畴 ， 由 电解作 用 和机 械 磨 削 作 用 相 结 合 进 行 加工 。磨 削 时， 以高速旋 转带 磨料 的金属 导 电磨轮作 阴极 ， 件 工 作阳极 ， 在工 件与 磨 轮 之 间有 流 动 的 电解 液 的工作 系统 。工 作原 理如 图 １所 示 ， 电砂 轮 １与 直 流 电 导 源的负 极相 连 ， 件 ２接正极 ， 工 加工 区域 送入 电解液 ３ 在电解 和机 械磨 削 的双 重作 用 下 ， ， 密封 环 表 面很 快 就被磨 光 。当接 通 直 流 电 ， 流 由工 件 通 过 电解 电 液流 向磨 轮 ， 成通 路 ， 形 而工件 表 面金属 在 电解 作用
机 械 设 计 及 制造 等方 面 的研 究 。
滑 ， 而 可获得 高质 量 的平 面 。 从
高温介质离心泵机械密封失效主要原因与对策
对策有 ：
（） ３ 密封环面过度磨损 密封环 而磨损速 率较 大 ， 特征是在短 时间 内， 其 密封环很
快 磨损 ， 密封失效 。
原 因是 ：
① 密封面随温度升高 ， 摩擦 因数增大 ， 磨损加剧 ；
② 对 于硬质碳石墨材料密封环 ， 由于密封 面处 于干摩擦 、
２ １ ０ ０年 １ ２月
广 西 轻 工 业
ＧｕＡＮ ＧｘＩ Ｊ ｕＲＮ ＡＬ Ｆ ＬＩ ｏ ｏ ＧＨ Ｔ ＮＤｕ ｓ ｌ ＴＲＹ
第 １ 期（ ２ 总第 １ ５ ） ４ 期
机械 与 电 气
高温介质离心泵机械密封失效主要原 因与对策
农 琪 秽 ｝
（ 西工 业职 业技 术 学院 ， 西 南 宁 ５ ０ ０ ） 广 广 ３ ０ １
转环 （ 动环 ） 组成的一对密封端面 ； 以弹性元 件为 主的补偿缓 冲 机构 ； 辅助密封机构 ； 使动环和轴一起旋转 的传动机构。
机械密封是靠一对或数对垂直 于轴作相对滑动 的端 面在
流体压力和补偿机构 的弹力 （ 或磁力 ） 作用下保持贴 合并配 以
辅助密封而达到阻止 泄漏 目的。
３高温介质泵用机械密封失效的主要特征【 １ ］
（） １密封失效的定义 被密封的介质通过密封部件并 造成下列情况之一 者 ， 则认
为密封失效 。
座的接合 面， 高温输送重油 、 渣油等 的机械 密封 ， 在镶 嵌环 和环 座的接合面上会有油渍残 留，工作温度 下镶 嵌环和环座松脱
时， 介质从接合 面漏过 ， 停车后在 常温拆 卸检查 时 ， 由于热胀 冷 缩， 两者又恢复过盈联接 ， 由于重 油等介质有一定 的润滑作用 ， 根据故 障工 作时间的长 短 ， 环座接合面一侧磨损的轻重程度也 会有所不 同， 硬质合金环硬度高 ， 一般看不 出擦痕。 对于输送汽 油、 液态烃等的机械密封 ， 由于加热 的挥发作用 ， 在接合 面上 已 看不到油渍残留 ，但可以在环座接合 面一侧有磨损 的擦痕 ， 因 为轻油介质润滑作用较差 ， 磨损 比较明显日 。
石墨密封环端面压力变形的试验研究
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ａｂ ｎ ｓ ａ ｎ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅｏｍ ａｉｎ； ｄ ｙｃ Ｉｅ ｔｄ ｓ ｌｃ ｍｅ ｔｓ ｎ ｏ ｙ ｒ ｓ ｃ ｒ ｏ ｅ ｌｒ ｇ； ｒ ｓｕ ｅｄ ｆｒ ｔ ｉ ｏ ｅ ｄ ｕＴ ｎ ｉｐａ ｅ ｎ ｅ ｓ ｒ
核电站反 应堆 冷却 剂 主循 环泵 （ 以下简 称核 主 泵 ）机械密 封装 置是 用于控 制 核 主泵 内反应 堆 冷却 剂 泄漏 的最关 键部件 。核主泵机械密封的安全性和可 靠 性直接决定 了核 主泵 的安全运行…。 秦 山核电一期 Ｒ Ｒ ０ Ｅ ７ ０型核 主泵所采用 的机械 密 封为三级流体动压式机械密封 。三级密封环配对均采 用镶装式石墨密 封 环 （ 环 ）对 镶装 式 硬质 合金 环 动 （ 静环 ） 的结构 。密 封设 计压 力 为 １．５ Ｍ ａ ７ １ Ｐ ，三 级 密封 的工作 压力采 取 ４ ４ ２方式 分布 ，每 级密 封都 ：：
Ａｂｔａ ｔ Ｔ ｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅｏ ｍａｉｎ ｏ ｎｔｒ ａｂ ｎ ｓａ ｉ ｇ ａ ｄ ｍｏ ｎ ｅ ａｂ ｎ ｓ ａ ｉ ｇ ｗａ ｘ ｅ ｍｅ ｔｌｓｕ ｉｄ ｓｒ ｃ ： ｈ ｒｓｕ ｅ ｄ ｆ ｒ ｔｏ ｆｕ ｉａｙ ｃ ｒ ｏ ｅ ｌｒｎ ｎ ｕ ｔｄ ｃ ｒ ｏ ｅ ｌｒｎ ｓ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｔ ｄｅ ｉ ｕ ｉ ｇａ ｄ ｙ ｃ ｒｅ ｔｄ ｓ ｌｃ ｍｅ ｔｓ ｎ ｏ ． ｈ ｆ ｃｓｏ ｅ ｌｓｒ ｃｕ ｅ ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ａｂ ｎ ｓ ａ ｉ ｇ ｏ ｓｎ ｎ ｅ ｄ ｕ ｒ ｎ ｉｐ ａ ｅ ｎ ｅ ｓ ｒ Ｔ ｅ ｅｆ ｔ ｆｓ ａ ｔ ｔｒ ｎ ｒｃ ｓｉｇ ｔｃ ｎ ｌｇ ｆｃ ｒ ｏ ｅ ｌｒｎ ｎ ｅ ｕ
硬质合金分析检测技术分析
153中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2020.08 （下）分析检测技术不仅为产品的发展提供了质量保障，还为生活质量以及科学研究打下良好的基础。
人们可以通过分析检测技术得到的各项数据信息，对各个行业进行分析了解。
在进行产品质量控制中，以分析检测结果对产品的生产工艺进行适当调整，做好其生产过程的掌控，从而提高产品的质量。
从20世纪初硬质合金生产以来，通过不断的发展，硬质合金的功能得到了有效的开发，其相应的分析检测技术也在不断进步。
市场上越来越多的专业分析检测仪器，以及逐渐成熟的分析检测技术，使得硬质合金的分析检测更加专业、高效，为硬质合金的发展起到了关键作用。
1 分析检测技术概述随着我国对加大资源的开发力度，我国已经成为钨资源最多的国家，这也标志着我国的硬质合金生产位居世界首列。
其发展也受到了各方面人员的关注，更多的专家学者加大了对其分析研究，同时，发表了相关论文。
比如，《中国钨加工的现状与发展趋势》、《中国硬质合金工业的发展与技术进步》以及《我国钨产业发展现状》等。
对我国的硬质合金当前的发展形势进行了分析，同时，对其未来的发展趋势展开探讨。
通过技术的不断革新，硬质合金有着更多、更先进的产品被开发和使用，比如，精密件、超细、涂层、梯度以及超粗等产品，使得分析检测设备在不断更新，分析检测技术也在不断优化和完善。
（1）硬质合金性能检测技术的发展。
我国的相关检测技术起步较晚，在之前，使用比较多的还是传统的通用检测手段，其中不仅有硬质合金显微组织的金相测定、孔隙与非化合碳测定，还包括硬度、冲击韧性、磁饱和、密度、横向断裂强度以及矫顽磁力等检测。
由于近年来，我国加大了工业化的发展，针对硬质合金的相关检测技术也取得了较大的进步，更多的新兴技术得到了开发和应用，比如，硬质合金表面应力测定、矿山工具短杆断裂韧性测定、超粗矿山工具硬质硬质合金分析检测技术分析雒飞飞 （国合通用（青岛）测试评价有限公司，山东 青岛 266000）摘要：本文首先简要探讨分析了检测技术，并针对硬质合金的检测技术的现状进行研究，找出当前存在的问题，根据问题浅析相关发展策略。
环形金属密封总成密封机制及性能分析
环形金属密封总成密封机制及性能分析侯超;秦浩智;肖文生;刘健【摘要】Annular metal seal assembly is an important part of the subsea wellhead system,its quality directly affects the security of subsea wellhead system,and even the reliability of subsea oil and gas system.By discussing the mechanism and working principle of annular metal seal assembly,the sealing performances were analyzed from the deformation of sealing ringin the sealing process and combining with the finite element analysis results.The results show that the seal can be a-chieved at the elastic deformation stage of sealing ring,but there is high demand of surface roughness and quality that the annular seal assembly cannot be guarantee under the working conditions.The sealing ring can achieve good seal because the surface defects of the sealing ring can be filled at the stage of plastic deformation.The deflection of the sealing ring contact surface becomes the only factor affecting sealing performance at plastic deformation stage.%环形金属密封总成是水下井口头系统重要组成部分，其性能直接影响到水下井口头系统的安全性，甚至整个水下油气系统的可靠性。
高压法兰内开孔金属O形环密封性能及变形失效分析
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 S1 期高压法兰内开孔金属O 形环密封性能及变形失效分析戚志程，马润梅，李双喜，刘丽静，闫欣欣（北京化工大学机电工程学院，北京 100029）摘要：针对某压力容器法兰内开孔金属O 形环在高压工况下，因法兰结构设计不合理导致O 形环过度变形而引起的密封失效问题，建立了三维周期非线性弹塑性模型，分析了法兰侧壁间隙和压缩率对O 形环接触应力周向分布和环体变形的影响。
试验测试了工作压力下的O 形环在不同法兰侧壁间隙和压缩率时的泄漏率，分析了O 形环的变形特征，探讨了O 形环在高压大侧壁间隙下的变形失效原因。
结果表明：建立的有限元模型能准确地模拟O 形环的力学行为和变形，计算曲线与试验曲线吻合程度良好；O 形环的接触应力对法兰侧壁间隙更敏感，减小法兰侧壁间隙和增加压缩率都能提高O 形环密封的可靠性；O 形环在高压工况下容易产生颈缩变形，造成接触应力在周向不连续导致泄漏，控制O 形环的预紧间隙并发挥法兰侧壁的约束作用能够改善此类变形。
研究结果可为高压内开孔金属O 形环密封的法兰结构设计提供参考。
关键词：法兰；内开孔金属O 形环；高压；侧壁间隙；压缩率；变形失效中图分类号：TH49 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）S1-0166-09Sealing performance and deformation failure analysis of high pressureflange metal O-ring with open holesQI Zhicheng ，MA Runmei ，LI Shuangxi ，LIU Lijing ，YAN Xinxin(College of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China)Abstract: Aiming at the problem of seal failure of the metal O-ring with internal holes of a pressure vessel flange under high pressure conditions, which was caused by excessive deformation of the O-ring due to unreasonable design of the flange structure, a three-dimensional cyclic nonlinear elastoplastic model was established to analyze the effects of flange side wall gap and compression ratio on the circumferential distribution of contact stress and O-ring deformation. The leakage rate of O-ring under different flange side wall gap and compression ratio was tested, the deformation characteristics of O-ring were analyzed, and the deformation failure mechanism of O-ring under high pressure and big side wall gap was discussed. The research results showed that the established finite element model can accurately simulate the mechanical behavior and deformation of O-ring, and the calculated curve had a good agreement with the experimental curve. The contact stress of O-ring was more sensitive to the flange side wall gap, reducing the flange side wall gap and increasing the compression ratio can improve the reliability of O-ring seal. O-ring was prone to necking deformation under high pressure conditions, resulting in circumferential discontinuity of contact stress and leakage. Controlling the preload clearance研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1259收稿日期：2023-07-21；修改稿日期：2023-08-28。
硬质合金压缩试验中抗压强度不确定度的评定
等标准之要求） 的电子材料试验机。本例采用上海
新 三思 材料试 验 机有 限 公 司生 产 的 型号 ：Ｈ ４ ０ ， Ｓ Ｔ６ ５ 精 度 ：． ０５级 ， 大 载 荷 ：０ Ｋ 的微 机控 制 电液 伺 最 ６０ Ｎ
服 万 能试验 机 。
多样性 ， 却难于做到对开展 的每个检测项 目均作 出 测量 不确 定度 的评 定 ， 以分 析 检 测 实验 室 对 特 定 所
７ １～７ ２ ． ． １． ２ ７～１ ． ２９
密度 （／ ｍ ） ｇ ｃ
１．４ ４ ７
孔隙度 Ａ类 Ｂ类 非化合碳
ＡＯ ２ Ｂ０ ０ Ｃ０ ０
相分布
ｌ
相
Ｂ０ ｏ
一
ｌ 一 ７
１ ５ 测量过 程 ．
结果 见表 ２ 。实验 标准 偏差 按 贝塞尔 公式 计算 ：
表征 。它表明了测量结果的信用程度 ， 是对测量结 果质 量 的定量 表征 。 在 分析 检 测 技术 的发 展历 程 中 ， 直 沿用 的误 一 差概念正在逐步被测量不确定度 的概念所替代 ， 测 量不 确定 度理 论 日益 趋 于 成 熟 ， 多 发 达 国家 和 发 许
展 中国家 已经 普遍 在分 析检测 领 域 中采 用 ， ： 给 即 在 出完 整分 析检 测结 果 的同时 附有测 量 不确 定度 的说
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镶装式硬质合金密封环 的压 力变形研 究
张 杰 李 鲲 吴 兆 山 丁 思云 李 香 郑 国运
（ 肥通 用机 械研究 院 合
摘
压缩 机技 术 国家重点 实验 室 ， 徽合 肥 安
Ｏ 引言
硬 质合 金 由于硬 度高 、 热 系数 低 ， 为 良好 的摩 导 作
基金项 目： 国家 十二五科技 支撑计￣ （０ １ Ａ ０ Ｂ ５ ； Ｊ １ Ｂ Ｆ ９ ０ ） 国家 重点基础研 ２ 究专项经费资助（７ ９ ３计 划，０ ０ Ｂ ３０ ６ 。 ２ １Ｃ ７ ６０ ）
收 稿 日期 ：０ １ １— ８ ２ １－ ０ １
Ｚ ＨＡＮＧ Ｊｅ ｚ Ｌ Ｋｕ Ｉ ｎ Ｚ ａ－ｈｎ ｈｏ ｓａ ＤＩ ＮＧ Ｓ－ ｕ ｉｙ ｎ Ｌ Ｘｉｎ Ｉ ａｇ Ｚ ＨＥＮＧ Ｇ ｏ ｙ ｎ ｕ － ｕ
（ ｅｅ ｅ ｅａ Ｍ ｃ ｉｅｙ Ｒ ｓａｃ ｎｔｕｅ Ｈ ｆ ２ ０ ３ ， Ｃ ｉａ Ｈ ｆｉ ｎｒｌ ａ ｈｎ ｒ ｅｅｒｈ Ｉｓｔｔ， ｅｅ ３ ０ Ｇ ｉ ｉ １ ｈｎ ）
２０ ３ ） ３ ０ １
要 ： 用 有 限 元 分 析研 究 了镶 装 式 硬 质 合 金 密 封环 的密 封 压 力 变 形 情况 。 究 结 果 表 明 ， 装 结 构 使 密封 环 产 生 了 较 大 的力 变 形 ， 应 研 镶
密 封 压 力 使 密 封端 面产 生 了较 小 的 负 锥 度 变形 。镶 装 式 结 构 能 显著 减 小 密 封 端 面 的 密封 压 力 变 形 ， 高 机 械 密封 的可 靠 性 。 提 关 键 词 ： 械 密 封 ； 装 式 硬 质 合 金 环 ； 力 变 形 ， 限 元 分 析 机 镶 压 有
中图 分 类 号 ：Ｂ ２ Ｔ ４ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ：０ ８ ０ １ （０ ２０ — ０ ９ ０ １０ — ８ ３２ １ ）２ ０ ２ — ５
Ｓ ｕｄ ｏ ｅ ｓ ｒ Ｄｅ ｏ ｍ ａｉ ｎ ｆ Ｍ ｏ ｎｔ ｄ ｔ ｙ ｎ Ｐｒ ｓｕ ｅ ｆ ｒ ｔｏ ｏ ｕ ｅ Ｈａ ｄ Ａｌ ｙ ｅ ｌ ｒ ｌ Ｓ ａ Ｒｉ ｏ ｎｇ
擦 副材 料 被广 泛用 于制造 各 种 型式各 种 工况 下 的密 封
环 ， 被用 作 密封 硬环 Ｉ 常 ｌ １ 由 于硬质 合 金脆 性大 且 价 。但 格 高 。 了节 约成 本 和保证 密 封环 的机械 强度 ， 为 常采 用 镶 装式 硬 质合 金环 代 替整 体 硬质 合金 环 。镶 装式 硬 质 合 金环 的硬质 合金 与镶装 环 座采 用过 盈 联接 。过 盈 联
＋ －＋ 一 ＋ － ＋
一 ，
１
＼Ｉ ｌ Ｉ ＼
５０ ０ ０ ３ ００ ０ ｌ０ ５ ０
、Ｌ Ｉ
Ｊ
Ｉ
极 大 的影 响 ， 因此 在产 品设 计 时 ， 务必 要 根据 其使 用 环 境 、工 作介 质 及工 作 寿选择 适 当 的 Ｏ形 圈规格 ， 以期达 到最 为理 想 的
＼１ ｒ ｌ 、 ～ 、 、 １
’ ～
＼
Ｏ形 豳挤 出 — — 无 挡 圈 ＝二
接 的过 盈 量选 取 直接 关 系到 密封 性能 好 坏 ，如果 过盈
作 者 简 介 ： 杰 （９２ ） 男 ， 士 后 ， 张 １８一 ， 博 工程 师 ， 主 要 从 事 流 体 机 械 与 机 现 械 密 封 的 研 发 工作 。
・
量 太小 。 导致 密 封环 和 环座 的相 对转 动 和脱 离 。 会 以及
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅｐ ｅ ｓ ｒ ｅｏ ｍａ ｉｎ ｏ ｕ ｔｄ ｈ ｒ ｌ ｙ ｓ ａ ｎ ｓ ｓ ｄ ｅ ｓｎ ｎ ｔ ｌ ｍｅ ｔａ ａ ｙ ｉ． Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔａ ａ ｇ ｓｒ ｃ ： ｈ ｒ ｓ ｕ ｅ ｄ ｆｒ ｔ ｆｍｏ ｎ ｅ ａｄ ａ ｌ ｅ ｌ ｇ ｗａ ｔ ｉｄ ｕ ｉ ｇ ｆ ｉ ｅｅ ｎ ｎ ｌ ｓｓ ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｈ ｔａ ｌｒ ｅ ｏ ｏ ｉ ｒ ｕ ｉ ｅ ｓ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｅｏ ａ ｉｎ ｉ ｃ ｕ ｅ ｙ ｍｏ ｎｅ ｔ ｃ ｕ ａ ｌｍｅ ｔ ａ ｄ ａ ｎ ｇｅ ｔｂ ｅ ｄ ｖ ｒ ｅ ｔ ｓ ａｉ ｇ ｇ ｐ ｏ ｅ ｌ ｇ ｆ ｃ ｉ ｃ ｕ ｅ ｙ ｃ ａ ｉａ ｄ ｆ ｒ ｔ ｓ ａ ｓ ｄ ｂ ｕ ｔｄ ｓｒ ｔ ｒ ｌ ｅｅ ｎ ， ｎ ｅ ｌ ｃａ ｌ ｉ ｅｇ ｎ ｅ ｌ ａ ｎ ｓ ａｉ ａ ｅ ｓ ａ ｓ ｄ ｂ ｌ ｍ ｏ ｕ ｎ ｎ
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