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"SYSTEME ET INSTALLATION RELATIVE POUR LE REGLAGE AUTO- MATIQUE DES TOURS DES MOTEURS ET DES PROPULSEURS FLUIDO- DYNAMIQUES,EN PARTICULIER POUR LES MOTEURS A VENT ET LES PROPULSEURS MARINS".
La présente invention a pour objet un système et l'
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:illst-b:liat.ion-;,c.êh'ODdp;:u;r1e réglage automatique des tours des moteurs et propulseurs fluidodynamiques en particulier des moteurs à vent et des propulseurs marins.
Dans des conditions de marche déterminées le nombre de tours atteint par un moteur ou un propulseur fluidodynamique donné;.. est chaque fois déterminé d'une façon univoque par
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1 obltrn d'un équilibre stable entre "couple giss-anf" et "cou- ple résistant".
Dans le cas des moteurs fluidodynamiques et spécialement des turbines hydrauliques et des moteurs à vent (aéromoteurs)
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les: coaditïàns ¯stizartes ge. ,Âfé.:#i:fi'aJ1.:t. :..
Les couples agent et résistant dépendent dans les deux cas des paramètres variables suivants:
1) vitesse du fluide,
2) charge appliquée à la machine utilisant le travail mécanique obtenu. Par exemple,dans le cas d'une dynamo,nom- bre des lampes électriques branchées sur le circuit.
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3) Nombre de tours.
En oatre,dans le cas des aéromoteurs, il faudrait pren- dre en considération la densité du fluide,mais les variations que cette dernière peut subir sont négligeables.
Il en résulte par conséquent que le nonbre des tours dépend de la vitesse du. fluide et de la charge appliquée.
Dans le cas particulier d'une turbine hydraulique action- nant un alternateur,qui doit livrer un courant à fréquence va- riable, on chercher atteindre la constance absolue du nombre des tours. Comme on a vu, cela dépend de la charge. On pour- rait aussi maintenir invariée cette dernière, et par consé- quent le nombre des tours, mais cela. serait evidemment une absurdité vu que le but de l'installation est justement de satisfaire aux variations exigées d'énergie qui se vérifient.
Le paramètre: vitesse du fluide (eau) peut être influencé très simplement en fonction de la charge dans le cas de la turbi- ne hydraulique. On prévoit en effet dans ce cas un dispositif de réglage qui rend la vitesse du fluide dépendante de la charge En augmentant la charge on augmente automatiquement la vitesse du fluide et vice-versa. Dans certaines limites on obtient ainsi la rigoureuse dépendance désirée des tours de la char- ge.
Dans le cas particulier de l'aéromoteur,la vitesse du fluide (vitesse du vent) ne peut être influencée par des mo- yens mécaniques. Elle constitue en effet un paramètre naturel indépendant de la volonté de celui qui règle on exploite l'in- stallation. La vitesse du fluide se transforme par conséquent, dans le/ cas des aéromoteurs,de paramètre "régulateur" en pa- ramètre "perturbateur" dont les effets sur le nombre des tours s'additionnent aux effets exercés sur ce dernier par les va- riations de la charge.
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doit
Si l'aéromoteur/actionner' un alternateur devant livrer un courant à fréquence rigoureusement constante,il en résul- , terait dans ce cas le problème plus complexe,par rapport à la turbine hydraulique,de neutraliser,moyennant un réglage auto- matique des tours, les effets qu'enl'absence de tout réglage exerceraient sur ces derniers les variations arbitraires soit de la charge, soit de la vitesse du vent.
dans
Dans le cas des aéromoteurs et / l'état actuel de leur dé- veloppement le problème principal n'est cependant pas celui d'assurer (entre certaines limites) la constance du nombre des tours,indépendamment de la charge et de la vitesse du vent, à fin de produire par des alternateurs un courant alternatif à fréquence constante,mais celui bien plus simple d'éviter l'aug- mentation excessive du nombre de tours qui peut se vérifier lorsque le vent est fort ou que la charge est faible. Cela peut en effet provoquer aussi bien la destruction mécanique de l'aé- romoteur et de la dynamo que le grillage de celle-ci et des ap- pareils utilisant le courant.
Si on doit limiter les tours au dessous d'une valeur maxima qui ne lait pas être depassée et si, par suite du défaut du réglage ladite valeur maxima vient à être dépassée, à cause soit d'un vent trop fort, soit,d'un vent constant,à charge trop faible il est évident qu'un réglage apte à reali- ser un tel résultat devrait forcément introduire dans le sy- stème de nouveaux paramètres. Ces derniers devraient dépendre aussi bien du vent que,directement ou indirectement, de la charge et exercer leur influence sur le nombre des tours.
Dans la pratique on a par contre appliqué les deux systèmes de réglage suivants:
I. Si la vitesse du vent augmente,on varie (d'est-à-dire on rend moins bonnes),graduellement ou brusquement,les caracté-
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ristiques aérodynamiques de l'aéromoteur. En d'autres termes on diminue le couple qu'il développe à parité de tours et à parité de vitesse du vent. Il en suit qu'à parité de charge le nombre effectif de tours résultant est inférieur à celui que l'on aurait si le réglage en question manquait.
Le nouveau paramètre introduit dans ce cas dépend donc du vent et agit aussi sur les tours mais il est tout à fait indépendant de la charge..Pratiquement le réglage en question est réalisé des deux façons suivantes: a) Moyennant une surface exposée au vent et dont les mou- vements, solidaires da ceux de l'aéromoteur,sont contrariés par un ressort F, on fait varier l'angle entre le vecteur vent et l'axe de l'aéromoteur.par conséquent le couple développé.
En d'autres termes on fait déraper l'aéromoteur toujours plus par rapport au vent au fur et à mesure que la vitesse de ce dernier augmente. b) Au delà d'une certaine valeur critique au vent on ou- vre des intercepteurs (freins) appliqués sur les pales de l'aéromoteur, cachés dans l'épaisseur de ces pales, lorsque la vitesse est au dessous de la valeur critique.Ou encore : au delà d'une certaine valeur critique du vent les pales, con- struites à claire voie s'ouvrent et laissent passer le vent à travers leur pourtour, ce qui diminue le couple.
Par le système de réglage continu d'après le principe a) il serait en théorie possible d'atteindre la constance des tours indépendamment du vent au délà d'une certaine valeur de ce dernier et avec une charge donnée, Mais ceci peut être ob- tenu seulement avec une charge donnée, tandis qu'avec d' autres valeurs de la charge on aurait seulement une augmentation plus lente des tours avec l'augmentation du vent sans jamais at- teindre la constance de ces premiers. Cela est aussi le ré- sultat que l'on peut obtenir avec n'importe quelle charge mo-
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yennant le système b). Le principal défaut''du réglage d'après le système I est.d'être tout à fait indépendant de la charge.
Il en résultera donc que le nombre de tours dritique pour l'installation pourra être atteint,sans que rien ne s'y oppose, en réduisant la charge à parité du vent. D'autre part il ne sera jamais possible d'exploiter l'énergie plus grande contenue dans les vents plus forts en augmentant correspondamment la charge.
En effet le réglage prévu supprime ou diminue les caractéri- stiques aérodynamiques de l'aéromoteur, indépendemment des tours, dès que le vent dépasse une valeur maxima donnée.Evidemment on peut concevoir aussi d'autres réglages du premier type. Ainsi on pourrait varier graduellement ou brusquement l'angle des pa- les par rapport à leur plan de rotation e fonction de la vites- se du vent. Ce système de réglage présenterait, à son tour,les défauts susmentionnés qui caractérisent tout ce groupe.
II. D'après l'augmentation des tours,on varie, graduelle- ment ou brusquement, les caractéristiques aérodynamiques de l'aéromoteur. Autrement dit, la valeur du couple est diminuée les tours ou le vent nesvariant pas :.. Ils'en suit qu'à parité de charge et de vent le nombre effectif de tours qui s'éta- blit est inférieur à celui que l'on aurait sans le réglage en question. Le nouveau paramètre qu'on introduit dans ce cas ne dépend donc ni du vent,ni de la charge,mais seulement du nom- bre des tours,sur lesquels il doit justement agir pour neutra- liser les effets d'un vent trop fort ou d'une.charge trop fai- ble.
Il est evident qu'une telle solution ne peut jamais être parfaite paroeque le nouveau paramètre ne dépend, comme il serait indispensable,des deux paramètres (vent et charge) dont les effets sur le nombre de tours doivent être neutralisés à partir d'un certain nombre de tours. Le résultat que l'on ob- tient dans ce cas'consiste seulement en une augmentation du nom-
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bre de tours parallèle à l'augmentation du vent, mais plus lente par rapport à celle qu'on obtiendrait enl'absence du réglage en question.
De toute façon ce système de réglage doitêtre préféré à celui décrit précédemment parceque dans ce cas on arrive à contrebalancer,du moins en partie,non seulement les effets sur les tours d'une augmentation excessive du vent,mais aussi ceux d'une diminution excessive de la charge. En outre dans ce cas on [j'exclut pas la possibilité d'utiliser, ,par une aug- mentation de 12 charge, la plus grande énergie des vents forts.
En effet en augmentant la charge le nombre des tours reste bas malgré la force du vent et le réglage, qui dépend seulement des tours, n'entre pas en action,par conséquent il n'altère pas les caractéristiques aérodynamiques de l'aéromoteur. Ordinaire- ment les réglages de ce type sont réalisés par des surfaces freinantes, tournant avec l'aéromoteur, qui sous l'effet de la force centrifuge,contrariée par un ressort ,entrent en ac- tion au fur et à mesure que le nombre de tours s'élève.La pos- sibilité d'utiliser le même principe n'est pas à exclure, pour faire varier l'angle des pales avec leur plan de rotation en établis- sant, grâce à l'action de la force centrifuge ou du moment centrifuge des pales, un rapport constant entre le dit angle et le nombre de tours.
Dans le cas des propulseurs aériens on a par contre adop- té des réglages corrigés qui,indépendamment de leur réalisa- tion constructive,se basent tous sur le principa fondamental suivant: l'organe, ou les organes, de réglage agissant par leur position sur la valeur du couple, fluidodynamique sont immobiles seulement lorsque le nombre de tours garde sa valeur nominale. Par contre ils entrent en mouvement dès que ledit nombre de tours augmente ou diminue. De cette façon l'équilibre
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ne peut être atteiht qu'avec le nombre de tours nominal. Le réglage entre en action à la suite de n'importe quelle petite variation des tours et indépendamment dès causes qui provoquent la variation en question..
Les difficultés principales caractérisant ce problème sont: 1.- La transmission du mouvement,commandant le mouvement de la variation du pas des pales, d'un organe au repos (moteur) à un organe tournant (moyeu de l'hélice),dans le cas où le moteur électrique cu les organes moteurs hydrauliques sont pla- cés hors du moyeu.
2. - La trasmission de l'énergie (courant électrique ou huile sous pression) d'un organe au repos à un organe tournant,dans le cas où. le moteur électrique ou les organes moteurs hydrau- liques tournent avec le moyeu.
3.- La nature délicate du régulateur centrifuge et de son ac- couplement électrique avec le moteur,ou bien de l'accouplement mécanique aveo la boite de distribution.
4.- L'exiguïté de l'espace disponible à l'intérieur du moyeu dans lequel on peut placer les dispositifs mécaniques comman- dant le mouvement de variation du pas des pales ainsi que,dans certains oas,les mêmes organes moteurs (moteur électrique ou organes motaues pour la commande hydraulique).
5. - La difficulté de réaliser,surtout dans les cas de régla- ge.- électrique,l'indispensable ,).amortissement du mouvement de variation du pas des pales, Cela dans le but d'éviter des oscillations prolongées des tours de l'hélice à proximité de la valeur nominale chaque fois que le réglage entre en action.
Ces oscillations peuvent ùême acquérir dans certains cas dé- favo ables un caractère permanent,voire une amplitude crois- sante.
6. - La difficulté de réaliser l'indispensable appareil indi-
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cateur de l'angle des pales par rapport à leur plan de ro- tation dans le cas où le moteur électrique,ou les organes moteurs hydrauliques,sont solidaires du moyen puisque dans ce cas on ne dispose d'aucun accouplement mécanique avec l'exté- rieur. Les mêmes difficultés existent aussi dans le cas d'or- ganes moteurs se trouvant en déhors du moyeu parceque dans la plupart des cas il n'y a aucun lien univoque entre la position de tels organes et l'angle des pales par rapport à leur plan de rotation.
Le principe fondamental sur lequel se basent tous les systè- mes de réglage automatique,à tour constante des hélices aé- riennes aurait pu être appliqué aussi dans le cas des aéromo- teurs et des hélices marines tout particulièrement pour ces dernières dans le cas des cargos.
Dans le premier cas (aéromoteurs) un réglage de ce genre aurait pu servir non seulement pour limiter les tours au dessous d'une certaine valeur maxima qui ne doit pas être dépassée, ce qui constitue le seul résultat partique, mais médiccre, obtenu, par les réglages des aéromoteurs actuellement en usage, mais il aurait aussi permis, moyennant des alternateurs, la production désirée du courant alternatif à, fréquence constante.
Dans le second cas un réglage de ce genre aurait pu avantageusement remplacer la variation à la main du pas de l'héli. ce actuellement en usage et pratiquée d'après l'observation du compte tcurs. Ce dernier système est tellement imparfait et in- commode qu'en plusieurs cas il ne justifie point les conipli- cations constructives qu'il exige.
C'est pourquoi dans le cas de la navigation sur mer et sur fleuves, les hélices à pas variable,même si elles sont à commande 3. la main, constituent une exception malgré les avan- elles sont tages evidents qu'elles pourraient fournir,surtout si/appliquées
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aux cargos.
Dans le domaine des aéromoteurs et des hélices marines l'application du système de réglage basé sur le même principe fondamental des réglages automatiques,à tours constants, des hélices aériennes n'a cependant pas lieu, La cause de ca manque d'ap- plication manquée d'un principe général apte à résoudre cor- rectement tous les problèmes insolus dans ces deux domaines, est à rechercher dans la complexité et la fragilité des appa- reils nécessaires. En effet,il serait absolument impossible de les appliquer soit aux aéromoteurs, soit aux cargos.
Les de premiers sont destinés à travailler pendant de nombreux mois exposés aux intempéries,et, siils sont appliqués dans l'agriculture, sans aucune surveillance de la part d'un technicien Les seconds ont à accomplir un rude travail endl'absence d'un dpensonnels spécialisé- et dans des bateaux ou très souvent manque même le courant électrique nécessaire au système de réglage électrique, dont on a parlé plus haut.
La présente invention se rapporte à un système pour le réglage automatique des tours pour moteurs ou propulseurs fluidodynamiques,tout spécialement pour moteurs à vent et pro- pulseurs marins qui est basé sur le même principe fondamental adopté pour les réglages automatique connus,à tours constants, des hélices aériennes.
Le réglage en question, qui au point de vue constructif peut être réaliséseusdifferentss formes et peut agir sur des para- mètres variés,aptes à influencer le nombre des tours,diffère cependant des réglagesautomatiques connus des tours des héli- ces aériennes par le fait que:
1.- Il n'existe pas dans le cas présent un régulateur centrifuge ayant seulement la fonction de rélais,c'est-à-dire un organe qui sert exclusivement à inserer,en déterminant
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la direction, à partir d'un certain nombre de tours,le flux de l'énergie,en fixant sa directio qui dans d'autres organes moteurs (moteurs électriques ou moyens moteurs hydrauliques) faire accomplit le travail mécanique nécessaire à/varier le paramè- tre réalisant le réglage par l'influence qu'il est même d'exer- cer sur la valeur du couple fluidodynamique.
2. - Dans le cas présent l'organe qui, comme le régulateur centrifuge, est influencé par le nombre des tours de façon à entrer en action dès que celui-ci s'écarte de sa valeur nomi- nale soit en défaut soit en excès,est en même temps l'organe moteur,qui, par des moyens purement mécaniques et sans inter- rompre l'accouplement mécanique, actionne l'organe régulateur proprement dit,
3-1 Il n'existe aucun commande spéciale mécanique ou é- lectrique indispensable,par contre, aux dispositifs moteurs adop- tés dans les systèmes connus de réglage automatique à tours con- stants des.hélices d'avion,déterminant le sens de mouvement de l'organe mentionné au µ 2,sans qui,bien entendu,doit é- tre,dans le cas où l'on dépasse la valeur nominale des tours,
contraire de celui s(établissant dans le cas d'un écart en défaut.
4.- L'énergie mécanique necéssaire pour réaliser les variations de position de l'organe régulateur est empruntée, par l'organe dont on a parlé sous les µ 2 et 3,directement sous forme d'énergie mécanique à l'arbre du moteur ou propul- seur fluidodynamique et elle ne doit pas,dans ce but, être préalablement transformée en énergie mécanique d'autre forme (énergie électrique,énergie hydraulique d'huile sous pression) comme c' est le cas dans les systèmes connus employés pour les hélices d'avion.
5.- Dans le cas où le réglage des tours,réalisé ayant
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suivant le système selon la présente invention,est obtenu en agissant sur l'angle des pales par rapport à leur plan de rdtation, à l'inté- rieur du moyeu il n'y a point d'organes mécaniques en mouvement conti- nuel (éléments d'engrenages variés) comme cela seprésente,par contre,à- vec les systèmes connus de réglage des hélioes aériennes qui adoptent, comme celui selon la présente invention,des dispositifs moteurs ne tour nant pas avec le moyeu.Par contre dans le cas des systèmes connus ayant des dispositifs moteurs placés à l'intérieur du moyeu il faudra prévoir des organes aptes à transmettre l'énergie (électrique ou hydraulique) qui les alimente d'un système au repos à un autre en mouvement.
Aussi cette necessité vient à manquer dans le cas présent.
6.- Dans le cas du système selon la présente invention appliquée à la variation de l'angle des pales avec leur plan de rotation,il y a une interdépendance cinématique entre la position du dispositif moteur et la valeur du dit angle. Cette interdépendance fournit par elle-même Des indications nécassairees concernant la position des pales. Si, au con- traire,comme dans le cas des systèmes connus de réglage des hélices aé- riennes, cette interdépendance manque,il faudra avoir recours à des pro- cédés indirecte, généralement électriques, compliqués et peu sûrs.
7. - Contrairement aux conditions qui se vérifient dans le cas des réglages connus des hélices aériennes,le réglage présent est caracté- risé par la plus grande simplicité pour l'obtention de l'amortissament indispensable des mouvements des organes effectuant le réglage (par exemple la variation de l'angle des pales) ainsi que par la possibilité d'influencer facilement,si necessaire, la valeur dudit amortissement.
Les principales différences de 1 à 7 subsistant entre le réglage automatique selon la présente invention et les réglages connus des hélices aériennes consistent toutes dans la simplification, si re- marquable, qu'elle permet d'introduire, aussi dans le domaine des aéromoteurs et des navires, surtout des cargos, les mêmes justes principes fondamentaux Sur lesquels se base.nt les réglages
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aujourd'hui employés, pour les hélices aériennes.
Ce résultat constitue le but principal de l'invention qui conduit donc à une plus grande diffusion des hélices,dont l'angle des pales par rapport à leur plan de rotation est automatique- ment variable, dans le domaine naval, en particulier pour les car- gos, et à l'abandon,dans le domaine des aéromoteurs,du système de réglage,très primitif,normalement employé qui confère à la plupart des installations éoliennes jusqu'ici réalisées l'aspect extrêmement archaiçue,ne correspondant point à la hauteur de l'état général de la technique qui les caractérisent.
Enfin, toujours dans le domaine des aéromoteurs, le réglage en que- stion rendra possible la production,par des alternateurs,d'un courant alternatif à fréquence constante en supprimant ainsi un des plus grands défauts des installation éoliennes leur em- pêchant de faire une concurrence efficace à celles d'autre gen- re pour la production d'énergie électrique.
L'invention sera ici de suite expliquée en se rapportant aux dessins annexés fournis seulement comme exemples indicatifs et non limitatifs de sa portée.
La fig.l représente une vue schématique en élévation,par- tiellement en coupe,d'un aéromoteur pourvu du réglage selon la présente invention.
La fig.2 est la même 'vue d'en haut.
La fig.3 est une coupe schématique d'un aéromoteur à hélice dont le réglage des tours s'effectue moyennant la va- riation du pas de l'hélice.
La fig.4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la fig.3.
La fi.5 est une coupe selon la ligne V-V de la figure 3, correspondant aussi à. la coupe selon la ligne V'-V' de la m- me figure.
La fig.6 représente un détail de la commande des pales de l'hélice.
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La fig.7,représente schématiquement l'installation pour régler les tours d'un propulseur marin.
-L'installation représentée par les figures 1 et 2 est du type courant,économique et à grande vitesse,sur lequel on monte normalement une dynamo à faible puissance (1 KW ou moins).
Tout ce système peut librement tourner autour de l'axe A-A en formant par rapport au vent un angle j dont la valeur est déterminée par lânécessirté de 1 équilibre stable des moments autour dudit axe. Le gouvernail 1 .. à pour but L".: de garan- tir au système la stabilité autour de l'axe A-A.
En effet sans gouvernail il n'y aurait pas de stabilité vu que l'aéromoteur 2,se trouvant devant l'axe A-A,contribue à l'instanbillité -
La position du gouvernail 1 par rapport au système,dé- par le terminée par l'angle} fait / gouvernail avec l'axe de ro- tàtion de la dynamo 3,peut,selon la présente invention,être variée grâce à un dispositif fonctionnant automatiquement dont la nature sera expliquée plus loin.
A chaque position du gou- -vernail correspond une position d'équilibre stable du système, c'est-à-dire du plan de rotation de l'aéromoteur par rapport au vent,determinée par l'angle 1/ (angle de dérapage) formé par la direction A du vent avec l'axe de la dynamo 3.En variant donc la position du gouvernail 1 on modifie aussi l'angle de dérapage (de l'aéromoteur.Le couple déchargée .par l'air sur l'aéromoteur dépend cependant de la valeur de [gamma].Avec [gamma]= 0 le couple est maximum, avec [gamma] = 90 le couple est nul.De cet- te façon le gouvernail 1 acquiert la caractéristique d'un or- gane dont la position peut influencer,même si indirectement, la valeur du couple fluidodynamique de l'aéromoteur.
Supposons maintenant qu'il existe un dispositif permet- tant au gouvernail 1 de rester immobile par rapport au système seulement tant que le nombre de tours de l'aéromoteur corre- spond à sa valeur nominale dont la constance constitue le but du réglage, et de ne déplacer continuellement dans un sens ou dans l'autre lorsque les tours dépassent ou sont en dessous de
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ladite valeur jusqu'à ce que cette derrière soit de nouveau atteinte.Un tel dispositif accouplé au gouvernail l,dont il constituèrait le moyen moteur,réaliserait donc le même principe correct et général de réglage adopté dans le domaine des hé- lices aériennes.
Selon la présente invention,appliquée au. cas des figures 1 et 2,le dispositif en question est réalisé de la façon suivante: l'arbre 4 de la dynamo 3 est prolongé au delà de cette dernière et est relié aux arbres 5 et 6 par un accouplement glissant ou dérapant 7,c'est-à-dire par n'importe quel organe d'accouple- ment entre deux arbres,qui permet à ceux-ci de tourner avec un donne nombre de tours différent étant/la valeur du couple transmis, pour un nombre donné de tours de l'arbre moteur 4,une fonction univoque du glissement,c'est-à-dire de la différence entre le nombre des tours des deux arbres 4 et 5.
Dans la fig.l on a repré senté un accouplement hydraulique à disques,mais on pourrait obtenir le même résultat avec n'importe quel autre accouplement glissant réversible, hydraulique ou non,satisfaisant les exi- gences indiquées plus haut. Des arbres 5 et 6 sont reliés entre eux moyennant le jointà la cardan 8. L'abre 6 porte à son autre extrémité un autre joint à la cardans par lequel il actionne un système irréversible 10,composé,par exemple,d'une ruue hélicoïdale,solidaire de, l'axe de rotation B-B du gou- vernail l,et d'une vis sans fin reliée à l'arbre 6 par le joint à la. cardan 8.
L'arbre 4 de la dynamo est relié aux disques de l'accouplement hydraulique tandis que la botte de ce dernier, contenant le fluide transmetteur du couple, est reliée à l'ar- bre 5 étant par conséquent reliée,par une chaine cinématique ininterrompue,au gouvernail 1. L'axe de rotation B-B du gou- vernail 1 est déplacé en arrière de telle façon à supprimer les moments aérodynamiques autour de B-B provoqués par l'exi- stence d'une incidence [alpha]= [gamma]- ss du gouvernail par rapport
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au vent.
A cause de 'celà le couple necéssaire à la mise en mouvement de la chaine cinématique 7,5,8,6,9,10,1 est nul abstraction faite des frottements.Four anuler les moments aérodynamiques indépendamment de la valeur de l'incidence [alpha] = [gamma]- ss ,il faudra en outre que les sections du gouvernail 1 aient la forme de profils alaires symétriques puisque une section plane ne peut assurer l'invariabilité de la posi- tion du centre de pression indépendemment de l'incidence et,par conséquent, l'absence permanente des moments aérodynamiques de la charnière. Sur le pourtour cylindrique de la botte de l'ac- couplement hydraulique 7,sont prévues des gorges pour un câble 11 qui s'enroule ou se déroule sur ladite boite selon son sens de rotation.
Au câble 11 sont accrochés des poids 12 mobiles dans un cylindre 13 contenant un fluide;ce dernier sert à amortir les mouvements des poids 12.Dans ce but les poids 12, sont pourvus de trous formant les canaux dans lesquels circule le fluide lorsque les poids se déplacent par rapport au cylin- dre 13. Moyennant le câble 11 les poids 12 exercent un couple de valeur donnée autour de l'axe de rotation de l'accouplement hydraulique 7.Ce couple est indépendante de la position des poids à l'intérieur du cylindre 13 et par conséquent aussi de celle du gouvernail 1 qui au point de vue cinématique conditionne la première.
Pour un nombre donné,de tours de l'arbre 4,le couple transmis par le fluide contenu dans l'accouplement 7 à l'ar- bre 5 atteint son maximum avec le maximum du glissement entre les deux arbres,c'est-à-dire lorsque l'arbre 5,et avec lui la boite du joint aussi bien que les poids 12 et enfin le gouver- nail l,sont immobiles.
Si on construit le joint de telle façon, ou bien si on le remplit avec une telle quantité de liquide,qu'il puisse tran- smettre,sa boite étant immobile et le nombre de tours de l'ar-
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bre 4 correspondant à la valeur nominale,un couple égal à celui exercé par les poids 12, plus le couple eventuel de frottement, il es résultera qu'en dessous du nombre de tours en question les poids se poeerant ur le fond du cy- lindre 13 et que toute la transmission, aussi bien que le gouvernail,seront immobiles.
Une fois atteint le nombre de tours nominal les poids 12 peuvent rester en équilibre à n'im- porte quel point de leur parcours qui a lieu à l'intérieur du cylindre 13 et est limité par le fond et le couvercle de ce dernier qui forment àinsi des arrêts.Cela se vérifie parceque le couple exercé par les poids 12 aussi bien que le couple correspondant aux frottements de toute la transmission sont indépendants de la position des poids et par conséquent;,aussi de celle du gouvernail (angle ).
La position réelle occupée par les poidsl'intérieur du cylindre 13,et par suite la valeur réelle de -)3 ,sont chaque fois déterminées par 1 équilibre entre le couple agissant sur l'aéromoteur et le couple résistant de 1a dynamo,ainsi que ce- lui des moments autour de l'axe de rotation A-A de tout le sy- pas stème. Le nombre de tours restant ne varie égal à, la valeur la le nominale) il doit y avoir égalité entre/couple agissais/et couple resistant. Supposons que ce dernier ait une valeur donnée,de- terminée par la chrg representée,par exemple, par le nombre de lampes électriques branchées sur le circuit de la dynamo.
Le couple agent dépend de l'intensité du vent et de l'angle de glissement .Si l'intensité du vent a une valeur déterminée, l'angle de glissement doit atteindre la valeur,maintenant bien déterminée,assurant l'égalité entre le couple agent et le couple résistant.Par conséquent,le gouvernail se placera dans une position telle- quelle'assurai* équilibre des moments autour de l'axe A-A pour l'angle de glissement µen question.
Grâce à la liaison cinématique existante,à cette position/3 du
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gouvernail correspond une position bien déterminée des poids 12 à l'intérieur du cylindre 13.
Si maintenant,on suppose qu'ilse présentera charge et le couple résistant rie variant pas, une perturbation due, par exem- ple,à l'augmentation de l'intensité du vent, à cette dernière augmentation correspond une augmentation du couple agent, ce qui amène les tours à depasser leur valeur nominale. Avec l'aug- mentation du nombre des tours de l'arbre 4 augmente aussi le couple transmis par les disques grâce au fluide contenu à l'intérieur de l'accouplement hydraulique 7,à la boite de ce dernier.
Le couple dépasse donc maintenant le couple des poids 12 ainsi que celui du frottement qui n.'ont pas' varias.'..Par conséquent la boite commencera à tourner dans le même sens que l'arbre 4 en déplaçant vers le haut les poids 12 et en aug- mentant l'angle ss du gouvernail. Le mouvement rotatoire du gouvernail 1 vers des valeurs de plus élevées provoque cepen- dant une rotation de tout le système autour de l'axe A-A vers des angles de glissement y plus amples. Avec une augmentation de 0 diminue cependant le couple agissant qui sera bientôt infé- rieur au couple résistant. A partir de ce moment le nombre de tours commencera à baisser tandis qu'il provoque le déplace- ment du gouvernail vers de plus grandes valeurs de et de tout le système vers des angles de glissement plus amples.
A les tours de cause de cela/l'aéromoteur baisserttoujours plus rapidement de tours jusqu'à atteindre de nouveau leur valeur nominale. A cet instant,grâce au liquide amortisseur circulant à l'inté- rieur du cylindre 13,le mouvement du gouvernail s'arrête presque d'un seul coup. L'angle [gamma]qui de cette façon s'établit comporte un couple agissant inférieur au couple resistant; par conséquent le nombre de tours continuera à diminuer au dessous de sa valeur nominale. Le couple transmis par les disques, moyennant le fluide contenu à l'intérieur de l'accouplement hydraulique 7, à la botte de ce dernier devient maintenant in-
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ferieur au couple des poids 12.
Par conséquent ces derniers, étant donnée la réversibilité de l'accouplement hydraulique 7, commencent à descendre vers le fond du cylindre 13 en dépla- çan.t ainsi le gouvernail 1 dans le sens inveres.Ce mouvement provoquera,à son tour,une rotation de tout le système autour de l'axe A-A vers des valeurs plus petites de l'angle de glis- sement \/ .Après quelques oscillations amorties on atteindra de la sorte une nouvelle position d'équilibre caractérisée par de nouvelles valeurs de [gamma] et ss sans que le nombre de tours ait subi des variations permanentes.
L'amortissement des o- scillations en question est provoqué par la dispersion de l'enér gie qui à lieu à l'intérieur du cylindre 13 et de l'accouple- ment hydraulique 7.
Les mêmes phénomènes ont lieu aussi lorsque la perturba- tion est provoquée non pas par une variation éu vent mais par une variation de la charge.
Le déplacement du gouvernail et ses dimensions sont choi- sies de façon telle à permettre des variations de [gamma]com- prises entre 6 =O et [gamma] = 90 et assurer la stabilité de tous les états d'équilibre possibles dans cet intervalle . le
Comme on/voit dans les figures 1 et 2, le gouvernail est disposé en déhors du plan vertical formé par l'axe A-A et l'axe de rotation de l'aéromoteur. Cette disposition est indispensa- ble pour assurer la stabilité et l'amortissement aérodynamique du système autour de l'axe A-A à toutes les positions d'équi- libre comprises entre # = 0 et # = 80 ,en particulier pour celles voisines de # = 90 .
Lorsque la vitesse du vent devient très faible,ou, le devenant vent ne. variant pas, la charge,,très forte, il ne peut pas y avoir d'équilibre, pour le nombre nominal des tours,entre cou- ple agissant et couple resistant;cela vaut aussi lorsque l'angle de
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glissement est nul. Dans ce cas le réglage en quesien, comme d'ailleur tout autre système de réglage, atteint les limites de ses possibilités et le nombre de tours devient inférieur au nombre nominal. Dans ces conditions les poids 12.appuient sur le fond du cylindre 13 et le gouvernail se place dans la position correspondant à l'angle de glissement nul.
A l'arrêt supérieur (couvercle du cylindre 13) correspond la position du gouvernail garantissant un angle de glissement = 90 . Dans la pratique cette position n'est jamais atteinte étant donné qu'elle correspondrait à une intensité duvent infinement grande,ou bien à l'absence de tout couple resistant de la dynamo (charge nulle, frottements nuls).
L'obtention d'un nombre de tours rigoureusement indépen- dant de la charge et de l'intensité du vent présuppose une parfaite indépendance du couple appliqué à la botte de l'accou- plement hydraulique par la position du gouvernail et, en outre, une valeur identique dudit couple aussi bien dans le cas du mouvement de la boite dirigé vers le sens de rotation de l'ar- bre 4 que dans le cas du mouvement inverse.
Le couple total appliqué sur la boite de l'accouplement hydraulique correspond à la somme du couple des poids 12 et celui causé par les résistances de frottement de toute le chaine cinématique con- stituée par les organes 12,11,7,5,8,6,9,la,1, Le couple cor- respondant au moment aérodynamique autour de l'axe B-B du gouvernail est supprimé en plaçant cet axe en arrière et en employant des sections alaires symétriques.
La solution selon les figures 1 et 2 prévoyant l'emploi des poids 12 a été justement choisie pour assurer la constance du couple appliqué à la boite de l'accouplement hydraulique 7.
Cette solution ne limite pourtant pas la portée de l'invention qui s'étend aussi à n'importe quel autre dispositif apte à
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appliquer sur la boite de l'accouplement hydraulique un couple rigoureaaement constant. Un dispositif de ce genre doit pourtant être reversible,comme celui agissant par des poids illustré dans les figures 1 et 2.En d'autres termes :
le dispositif doit aussi fonctionner comme un accumulateur d'énergie se chargeant pendant le mouvement de la boite dans c'est le sens de rotation de l'arbre °,car/seulement par cette ma- qu' c'est
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nière/il pourra, s necéssaire, provoquer un mouvement de la botte dans le sens inverse,mouvement qui est alimenté par l'énergie accumulée pendant la phase précedente (dans le cas du dispositif selon les figures en question, énergie poten- tielle des poids 12).
En ce qui concerne l'influence des frottements, il faut noter ce qui suit: lorsque l'arbre tourne dans le même sense que l'arbre 4,le couple alimentant le mouvement est le couple hydraulique transmis par le fluide à la boite même,tandis que les couples contrariant ce mouvement sont ceux des poids 12 et des frictions du système cinématique.
Lorsque la boite tourne en sens inverse le couple provoquant son mouvement est celui des poids,tandis que les couples couples s'y opposant sont les/ hydrauliques transmis par le fluide , la dite boite ainsi que le couple dû au frottement du système cinématique, Etant donné que aussi bien dans le premier cas que dans le second il doit y avoir égalité entre les deux types de couple et vu que dans le second cas le cou- ple provoquant le mouvement est inférieur à celui du premier couple cas puisque le couple dû au poids et le / hydraulique (ce dernier àégalité. de tours de l'arbre 4) n' ont pas'variés , ,
il en résultera que le mouvement de la boite du joint dans le sens inverse à celui de l'arbre 4 pourra commencer seulement lorsque le nombre de tours de l'arbre 4 aura baissé d'une va- leur donnée et définie,dépendant de l'intensité du cou-
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ple de frottement,au-dessous du nombre de tours nominal.
Cette "zone d'insensibilité" du réglage est d'autant plus exiguë que les frottements sont moindres. Cependant elle ne pourra jamais être entièrement éliminée ni dans le cas pré- sent,ni dans celui de n'importe quelle réglage fondé sur le même principe général.
Il faut aussi ajouter que les fluides contenus dans le joint hydraulique 7 et dans le cylindre 13 doivent posseder un point de congélation bas (huiles ou mélanges antigel) afin de permettre la marche de l'installation aussi dans les périodes les plus froides de l'hiver.
L'installation représentée par les figures 3 à 6 appar- tient au type de puissance moyenne (environ 50 KW) et de con- struction moderne caractérisée par l'absence de surface stabi- lisante,genre gouvernail l,comme dans le cas de l'aéromoteur représenté par les figures 1 et 2. L'aéromoteur 2a de la fig.3, étant en effet placé derrière l'axe vertical de rotation A-A de tout le système,il exerce un effet de stabilisation suffisant à assurer la stabilité du système autour du dit axe même en l' absence de surfaces stabilisantes appropriées. Le système peut atteindre une seule position d'équilibre stable autour de l'axe A-A,c'est-à-dire celle caractérisée par l'absence de tout glissement [gamma]= O .
La rotation autour de l'axe A-A se vérifie donc seulement lorsque varie' la direction X-X du vent, le systè- me devant se , placer toujours dans le sens du vent,c'est-à-dire avec l'axe de rotation de l'aéromoteur parallèle au vecteur de la vitesse.
La variabilité de l'angle de glissement [gamma] ,sur lequelle se basait le réglage dans le cas de l'installation selon la figure 1,vient donc à manquer complètement dans le cas présent où le paramètre oapable d'influencer la valeur du couple fluido dynamique est représenté par l'angle / des pales par rapport
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à leur plan de rotation (figure 4).
Le principe fondamental du réglage est pourtant même dans ce cas identique à celui de l'installation selon la figure l,avec la seule différence que les variations du paramètre régulateur (angle /)agissent ici pas directement sur la valeur du couple fluidodynamique et nen pas mo- yennant un autre paramètre intermédiaire (angle de glissement ),comme dans le cas de l'installation selon la figure 1.
Les pales sont montées de façon à permettre à chacune d'elles de tourner autour de son axe,Les rotations en question ont lieu pour tous les nombres de tours différent du sombre nominal,indépendamment de la charge et de l'intensité du vent.
Selon la variante présente céla est réalisé grâce à un dispositif tout à fait analogue à celui prévu pour l'instal- lation représentée par la figure 1.
Dans la figure 3 la dynamo 3a est actionnéé par l'aéromoteur 2a dont le moyeu 14a est solidaire de l'arbre creux 15a de la dynamo. Les pales montées sur le moyeu par des systèmes connus (paliers de butée axiale,et paliers à roulement transversaux) ne peuvent tourner librement autour de leur axe Z par des bielles 16 réliant un point de chaque pale, en déhors de l'axe respectif de rotation Z,et un point d'un levier rigide 17 qui possède autant de bras qu'il y a de pales.
Le levier 17 est solidaire de l'arbre 4a lequel dans la coupe V-V de la fig.3 est supporté par le moyeu 14 et dans la coupe V'-V' par l'ar- bre creux 15 de la dynamo 3a. L'arbre 4a se trouve donc à l'intérieur de l'arbre creux 15 aussi bien que du moyeu 14 avec lesquels il est obligé de tourner par exemple grâce aux rainures 18 des coupes V-V et V'-V' empêchant toute transla- tion angulaire de l'arbre 4a par rapport à l'arbre creux 15 et au moyeu 14.
Lesdites rainures 18 n'empêchent pourtant pas la translation axiale de l'arbre 4a par rapport à l'arbre creux
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15 et au moyeu 14. L'arbre 4a est solidaire des disques de l'accouplement hydraulique à disques 7a qui,même dans ce cas, a été choisi seulement comme exemple, car il pourrait être rem- placé par n'importe quel autre type de joint glissant,hydrau- lique ou non,capable de satisfaire à la condition de reversi- bilité et assurant l'existence d'une liaison univoque pour un nombre de tours de l'arbre 4a égal su nombre nominal,entre le couple transmis et le glissement des deux arbres 4a et 5a qui sont réliés par l'accouplement 7a.
Une des extrémités de l'ar- bre 5a est solidairement fixée à la botte de l'accouplement hydraulique 7a,1'autre constitue une vis qui s'engage dans le filetage du manchon irreversible 10a relié, par . la goupille 19,à un point faisant partie du châssis rigide qui sou tient tous les éléments tournant autour de l'axe A-A de l'in- stallation. La liaison realisée par la goupille 19 est telle qu' alle interditau manchon 10a aussi bien le mouvement de transla- tion axiale que ceux de rotation. Les poids 12a qui sont mo- biles dans le cylindre 13a contenant le fluide amortisseur sont suspendus au câble lla lequel se déroule ou s'enroule en se plaçant dans les gorges prévues sur la surface de la par- tie cylindrique de la boite de l'accouplement hydraulique 7a.
A l'intérieur de cette botte l'arbre 4a est supporté par deux paliers à billes et deux paliers de butée à billes, ces derniers assurant le passage des forces axiales de l'arbre 5a à travers la boite 7a. Cette transmission des forces axiales a lieu par des moyens exclusivement mécaniques et n'engage nullement le liquide contenu à l'intérieur de l'accouplement hydraulique 7a. La liaison mécanique entre les arbres 4a et 5a est donc interrompue et remplacée par une liaison hydraulique seulement aux effets des moments agissant autour des axes des dits arbres tandis qu'à tous les autres effets, et en parti- culier aux effets de la transmission., de forces dirigées selon
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tère
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lesdits axes,l,a liaison ;,râr son carac-=;ure:ae:;t m.c..uni3uo.
Lorsque la boite de .L'accouplement hydraulique 7"" tourne danù un sens ou daii-. 1-' al:tre, ét¯o.t actionnée p-ir 1> fluide contenu dans son intérieur ou bien à la main; l'extraite
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munie ae pas de ric da l'arbre 5a. bolic-aire de la boite 7w se vLs,7,e ou se dévisse dans le manchon l",". Et,n.t rà'üila;. '-1'. l'ac- tJ'G:yi,Gi:.ttlû hydraulique 7a n.'empêche point 1d a3s ïW.Cà.111(Lle de forces aj-1 ae l'arbre 5=1 à l'arbre 4 ,t ét¯,.. v ,lonn:, aassi lu. brchage (ou d-*LEpo,iti-.L',,z, SC.',.blc"be:y .;,i,jliqL:6s 0J'. tre les ;.;:.J"or6s 4g at 15 :'e;.p2ch..nt l'a:::.; le# 5=Jn.vé-ieiJts de tru..'1.,laticn du premier par rapport au second, et c#1 J1,oyou 14, ce moavement aura effectivement lieu.
Au mouvement de transla- tion axiale en question prendront part aussi l'accouplement hydraulique 7a,les poids 1280, le cylinare 13a et en particu- lier le levier 17 solidaire de l'arbre4a.Aux différents bras du levier 17 sont fixés les bielles 16 dont les autres extré- mités sont reliées aux pales 2a en un de leurs points placés en déhors de l'axe de rotation respectif Z. Etant donné que les pales 2a ne peuvent se déplacer axialement par rapport au moyeu 14 le mouvement translatoire de l'arbre 4a aura comme consé- .quence une rotation de toutes les pales autour des axes re- spectifs et par conséquent une variation de leur angle # par rapport au plan de rotation.
Cet angle détermine la valeur du couple fluidodynamique exercé par l'air sur l'aéromoteur.
Les conditions pour le bon fonctionnement du réglage sont identiques à celles exigées pour le cas de l'installation selon les figures 1 et 2. Ces conditions peuvent être résumées com- me suit: Le couple de frottement produit par la partie de la chaine cinématique comprise entre la boite de l'accouplement hydraulique et les pales de l'hélice (couple de l'arbre 5a) doit être aussi petit que possible et surtout sa valeur ne pas doit/varier avec l'angle formé par les pales avec leur plan
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de rotation. En effet ce dernier inconvénient pourrait compro- mettre le réglage "à tours constants" étant donne qu'il ferait entrer en action le réglage à un nombre de tours dépendan't, et non indépendant comme il serait au contraire nécessaire, dudit angle des pales.
En ce qui concerne la valeur moyenne du cou- ple de frottement de laquelle dépend l'extension moyenne de la zone d'insensibilité,il faut remarquer qu'elle pourra être réduite au minimum en supprimant l'énergie nécessaire pour ef- fectuer le mouvement de variation du pas. Dans ces conditions tout le système cinématique travaille à vide et par consé- quent les frottements sont minimes. L'énergie nécessaire pour effectuer la variation du pas sert à supprimer les moments agis- sant autour des axes de chaque pale. Ces moments sont: a) moments dûs aux forces aérodynamiques; b) moments dûs aux actions de masse (moment oentrifuge des pales).
Les moments indiqués sous b) sont assez remarquables et ils présentent en outre la particularité assez indésirable de varier fortement avec l'angle des pales par rapport à leur plan de rotation. Ces moments en effet sont nuls avec des an- gles # moyens de¯0 et 90 tandis qu'ils sont les plus forts avec = 45 . Pour les raisons exposées la suppression de ces moments dans tous l'intervalle compris entre # = 0 et # = 90 est,par conséquent, très importante. Cette suppression peut être réalisée par des moyens variés,par exemple en appliquant les contrepoids habituelle employés pour les hélices aériennes et en les plaçant d'une façon telle que l'on obtienne pour chaque angle un moment centrifuge nul.
Les moments indiqués sous a) peuvent aussi être supprimés en faisant coïncider l'axe de rotation T des pales avec le lieu géométrique (ligne droite) des centres de pression des profils et en employant des profils à centre de pression constant.
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La fig.7 représente l'application du système de réglage selon la presente invention aux hélices marines.
Dans ce cas et avec une exécution selon la fig.7, l'axe de l'arbre 4b commandant le mouvement de variation du pas ne peut évidemment coïncider avec l'axe du vilebrequin du moteur M.Pour cette raison l'installation représentée dans la fig.7 exige la de vitesse présence d'un réducteur/22/composé d' un ou plusieurs engrena- ges cylindriques.Dans la plupart des cas ce réducteur est néces- saire même si on n'applique pas la présente invention,parceque le nombre de tours des moteurs modernes est trop élevé et en général ne peut s'accorder avec les exigences hydrodynamiques de plus l'hélice. Après l'exposition faite la fig.l n'exige/d'autres explication.
On doit finament remarquer que si l'on prévoit un dispo- sitif de blocage,non représenté dans la fig.7,des poids, mobiles dans le cylindre 13b,en un point quelconque de leur parcours, la variation du pas des pales 2b pourra être effectuée aussi à la main indépendamment des tours en faisant toutner la boite de l'accouplement hydraulique 7b.
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