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HVAC 系统的水力平衡及解决方案

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水力平衡概念中的挑战是什么 ?

缺少有效的手段来衡量好的水力平衡究竟带来了多大的节能效果 .更关注于主机（如冷机）方面的节能，而不关注由水力平衡所带来的

节能 .更关注于在监制系统方面的节能

其实只有在系统的水力平衡时，主机（冷机）和控制系统才能实现高效的节能

但是

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什么是一个水力平衡的系统

TcGQ

标准：

1 、流量平衡 受控系统的流量在任何时候均能够满足实际要求 。

2 、压力平衡 受控系统的压力分布在任何时候均能够满足实际要求 ，并不产生额外的问题（例如噪音等）。

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平衡的分类

1 、静态平衡 所有的调节阀都不动作时，系统平衡。例如定流量系统的水力平衡和变流量系统的调试工况。

2 、动态平衡 部分的调节阀动作时，系统平衡。例如变流量系统的运行工况。

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1 、流量失调的常见现象

☆ 系统冷热不均：

A 、供热（冷）时近热远冷（近冷远热）。

B 、某些支路水量偏大或偏小。

☆ 变流量系统运行失调。

☆ 负荷稳定，但房间调节阀动作频繁，造成房间温度震荡频繁。

☆ 水泵的运行能耗过高。

☆ 系统稳定时间过长。

水力失调（不平衡）的常见现象：

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2 、压力失调的常见现象

☆ 调节阀产生噪音和振动。

☆ 调节阀关闭不上，严重时有烧阀危险。

☆ 调节阀阀权度过小，阀门曲线变形，线性散热受控系统变成上抛性散热受控系统。

水力失调（不平衡）的常见现象：

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阀门的基本概念

1 、定义：阀门两端的压差为 1bar 时，阀门全开时流经阀门的流量，以m3/h 计。

流量 :

压降 :

]/[kQ 3v hmp

]/[Δp

Qk 3

v hm

][k

QΔp

2

v

bar

２、计算：

阀门并联1Vk

2Vk

]/[kkk 3v2v1v0 hm

阀门串联

1Vk 2Vk

2v2

2v1

2v0 k

1

k

1

k

1 ]/[ 3

22

21

22

21

0 hmkk

kkk

vv

vvv

阀门的流通能力 -kv

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阀门的流通能力 -Kv

3 、公式推导：

fK

fK

ldFfK

FQl

dp

vvl

dp

V

V

V

)(

),,,,,(2

)/()(

222

22

（阀门开度）

对于调节阀，当阀

门开度没有发生变化时，

阀门的流通能力不变。

仅当调节阀的开度发生

变化时，阀门的流通能

力才发生变化。

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调节阀曲线与系统稳定时间的关系

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如何实现盘管散热量和阀门开度的线性关系

由于盘管静特性为指数特性，因此为了达到良好的受控效果，通常采用对数型曲线的调节阀。只有保证一定的阀权度，才能保证阀门的实际曲线符合要求。由于盘管静特性与供水水温差有关，因此，小温差对于这个问题更敏感，所以这个问题在夏季空调设计中尤为重要，否则，系统稳定时间过长。

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阀门理想流量特性

☆ 1 ：直线型：单位行程变化引起的流量变化相等。

☆ 2 ：抛物线型：流量特性为一条二次抛物线，介于直线与等百分比特性之间。

☆ 3 ：等百分比型：同样行程在小开度时流量变化小，大开度时流量变化大。

☆ 4 ：快开型：行程较小时，流量 就 比 较 大 ， 阀 的 有 效 行 程 ＜d/4 ，多用于关断阀。

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阀门理想流量特性的实现：阀芯形状

（ 1 ）直线特性阀芯

（ 2 ）等百分比特性阀芯

（ 3 ）快开特性阀芯

（ 4 ）抛物线特性阀芯

（ 5 ）等百分比特性阀芯（开口形）

（ 6 ）直线特性阀芯（开口形）

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阀权度的定义：

max

100

0

100

s

v

v

v

p

p

p

pa

Δpv100: 阀门全开时阀上的压降

Δpv0: 阀门全关时阀上的压降

Δpsmax ：系统的总压降

阀权度

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实现水力平衡的手段1 、静态平衡

☆ 水力计算、合理配管。☆ 同程式。☆ 静态平衡阀。☆ 动态压差平衡阀或动态流量平衡阀。

2 、动态平衡 ☆ 动态压差平衡阀是解决动态失调的唯一途径。

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平衡阀的分类1 、静态类平衡阀

☆ 手动平衡阀：又称静态平衡阀，平衡阀，通过手动调节阀门开度改变阀门的 KV 值，消耗多余的压差，测量通过该阀的流量和压降。

2 、动态类平衡阀 ☆ 动态流量平衡阀：又称动态平衡阀，自力式流量控制阀，在一定的压差范围内维持流量动态恒定（在一个区间内）。

☆ 动态压差平衡阀：又称压差控制器，维持压差在一定的范围内动态恒定（在一个区间内）。

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1 、 MSV-C 口径： DN15 －DN50 ， 内螺纹连接。

手动平衡阀

2 、 MSV-F2 口径： DN50 －DN400 ， 法兰连接。

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原理：

通过旋转手柄调节阀芯的上下运动，以改变阀门的 Kv 值，通过专用仪表连接阀门两端的测压点可以测量阀门的压降和通过流量，并可以锁定阀门的开度。

功能：

☆ 调节阀功能，精确调节 KV 值。

☆ 具有关断和测量阀门的压降和流量功能。

作用：

消耗富余压差，使管路流量和压降与设计值一致，测量流量。

手动平衡阀

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☆ 定流量系统的管路，逐级安装，从末端支路到水泵出口的各个支路。

☆ 变流量系统的大分支处（仅当安装动态压差平衡阀的支路上的压差大于动态压差平衡阀的控制压差时才安装），末端安装动态压差平衡阀。

☆ 供水管或回水管安装均可，差别在于安装在供水管时，手动平衡阀的工作压力要大于回水管安装的情况，但是末端设备和电动调节阀的工作压力情况刚好相反。

安装位置

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选型：

按照 Kv 值选型，所选阀门的 Kv 值要大于设计值。

最小开度大于全行程的 20%

阀门最小压降大于 3KPa

使用注意事项：

A 、不能采用蝶阀、闸阀、截止阀、球阀等关断类阀门代替手动调节阀。关断类的阀门曲线为上抛型曲线，调节灵敏性很差；而手动平衡阀的特性曲线接近直线特性，调节灵敏度较高。

B 、不应串联安装，即同一环路不应供回水管同时安装手动平衡阀。

C 、系统调试工作比较复杂，往往需要专业调试公司进行调试。

选型和注意事项

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手动平衡阀的调试步骤1 、首先对干管、立管、支管、末端的手动平衡阀编号

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2 、计算各立管的流量比 λ，找出有最大流量比的立管，如图 λ1

1=170/150 = 1.13

BV 1.0 BV 2.0 BV 3.0 BV 0

设计流量 :

立管 1 BV 1.0 - 150 l/h

立管 2 BV 2.0 - 200 l/h

立管 3 BV 3.0 - 180 l/h

测量流量 :

立管 1 BV 1.0 - 170 l/h

立管 2 BV 2.0 - 210 l/h

立管 3 BV 3.0 - 160 l/h

2=1.05

3=0.88

λ= 测量流量 / 设计流量

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3 、计算各支管的流量比 λ，找出有最大流量比的支管，如图 λ1

BV 1.0 BV 0

BV 1.1.0

BV 1.2.0

BV 1.3.0 BV 1.1.0 1=70/50 = 1.40

BV 1.2.0 2=60/50 = 1.20

BV 1.3.0 3=40/50 = 0.80

Date

BV 1.1.0

BV

1.1

.1

BV

1.1

.2

BV

1.1

.3

BV

1.1

.4

BV

1.1

.5

12345

4 、计算各末端管路的流量比 λ，找出有最小流量比的末端，如图 λ1, ，

锁定该阀

BV 1.1.2 2=7/10 = 0.70 BV 1.1.1 1=4/10 = 0.40

BV 1.1.3 3=11/10 = 1.10 BV 1.1.4 4=13/10 = 1.30 BV 1.1.5 5=15/10 = 1.50

Date

BV

1.1

.1

BV

1.1

.2

BV

1.1

.3

BV

1.1

.4

BV

1.1

.5

12345

BV 1.1.0

5 、依次调整各阀的流量比和最小的末端流量比后锁定该阀

BV 1.1.1 1 = 0.4

BV 1.1.2 2 = 0.4

BV 1.1.3 3 = 0.4

6 、依次调整干管和支管的手动平衡阀，方法相同，直至完成

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☆ 测量形式为固定节流孔板，测量误差小。

☆ DANFOSS 采用针式测量接头，具有自密封功能，直接插入测量头即可取压。

☆ 阀体上有开度显示，手轮位置不随开度的变化而升高或降低，手柄有一定长度，管道的保温不能影响开度刻度的读取。

丹佛斯手动平衡阀的特点

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动态流量平衡阀 -AQ

口径： DN15 － DN50 ，内螺纹连接。

口径： DN50 － DN800 ，对夹连接。

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功能：该款动态流量平衡阀在压降 31-600KPa 之间保持流量恒定。

作用：保持通过该阀的流量恒定。

动态流量平衡阀

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动态流量平衡阀

原理：

当来流压力 P1增大时，阀胆的套筒向下运动，压缩阀胆内的弹簧，同时减少阀胆底部阀孔的过流面积，即减少阀胆的 Kv 值。这样虽然阀胆两端的压差 ΔP增大了，但是 Kv 值减小了，在弹簧的作用下两者的乘积即流量 Q 基本上保持不变。

p vkQ

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☆ 定流量系统的管路，末端安装，不需逐级。

☆ 一次泵系统冷冻水泵、冷却水泵处，防止台数变化时水泵过流。

☆ 冷却塔等需要恒定流量的场所。

☆ 供水管或回水管安装均可。

安装位置

水泵曲线

管路特性曲线

台数变化后水泵曲线

限流后管路特性曲线

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选型和注意事项

选型：

仅按照流量选型。

使用注意事项：

A 、阀门压力工作范围，要大于最小启动压差。

B 、不能和比例积分的电动调节阀串联安装。

p vkQ

对于电动调节阀：

结果：会使电动调节阀两端的压差△ P 增大，调节阀产生噪音和振动，调节阀关闭不上，严重时有烧阀危险。

✗

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丹佛斯动态流量平衡阀的特点☆ 第三代阀胆技术

☆ 滚动密封，确保将误差降到最低。

☆ 工 作 压 差 范 围宽， 工 作 压 力至350Kpa(10,11,20,30,40 阀 胆）及600KPa （ 50,60 阀胆）

☆ 阀胆材质为黄铜（ 40 以下阀胆）或不锈钢（ 50 以上阀胆）

☆ 大开口式设计，具有自清功能，能够有效地防堵。

滚动密封

大开口式设计

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定流量系统水力平衡方案：

手动平衡阀方案 动态流量平衡阀方案

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动态压差平衡阀

口径： DN15 － DN40

螺纹连接。

3 、 AFP/VFG 口径： DN50 －DN250 法兰连接

1 、 ASV-PV 口径： DN15 －DN100 螺纹连接

2 、 AVP 口径： DN15 －DN50 螺纹 /法兰连接

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动态压差平衡阀原理： 电动调节阀上游的高压通过导压管引导至控制膜盒下侧；电动调节阀下游的压力通过外部导压管或内部导压孔引导至控制膜盒上侧。 当高压侧的压力升高时，膜盒向上运动，带动阀杆、阀锥也向上运动，造成中压侧压力升高，从而动态的保持中压侧和高压侧之间的压力差与弹簧的预设力平衡，从而保证了电动调节阀两端压差的动态恒定。 当高压侧的压力降低时，膜盒向下运动，情况类似。 调节弹簧的预紧力 , 即可调节压差设定值。低压侧 中压侧 高压侧

电动调节阀

导压管

膜盒

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动态压差平衡阀功能：

动态保持受控点之间的压差恒定在设定值。

作用：

☆ 保证受控系统的动态水力平衡，防止系统出现动态失调。

☆ 防止电动调节阀调节阀产生噪音和振动。

☆ 系统中的调节阀门可选用驱动力较小的驱动器，避免烧阀危险。

☆ 为

调节阀提供良好的阀权度，确保线性散热受控系统的实现，保证系统的迅速稳定。

☆ 调试工作量非常小，加速安装周期，系统改、扩建时可以免调试。

☆ 方便的修正实际和设计工况之间的差异。

☆ 最大流量限制功能。

p vkQ

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☆ 定、变流量系统的管路，末端安装，不需逐级。

☆ 变流量系统的管路，支管或立管安装，不需逐级。

☆ 单导压管的阀必须回水安装，双导压管的阀供水或回水管安装均可。

安装位置

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丹佛斯动态压差平衡阀的特点和选型特点：

☆ 口径范围大， DN15-DN250 。

☆ 压差控制范围大且选择灵活，有 0.15-1.5bar 、 0.1-0.7bar 、

0.05-0.35 bar 、 1-6bar 、 0.5-3bar 等多个规格可供选择。

选型：

阀体按照 Kv 值选型，所选阀门的 Kv 值要大于设计值，计算阀门 Kv 值时所用的是阀门压降，并非控制压差。用控制压差选驱动器。

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阀门型号

 

kv值

经过阀门的流量（ m3/h ）

压差控制范围 压降 压降 压降 压降 压降 压降 压降 压降 压降

bar0.1 bar 0.15 bar 0.2 bar 0.25 bar 0.3 bar 0.35 bar 0.4 bar 0.45 bar 0.5 bar

ASV-PV DN15   1.6 0.51 0.62 0.72 0.80 0.88 0.95 1.01 1.07 1.13

ASV-PV DN20 0.05-0.25 2.5 0.79 0.97 1.12 1.25 1.37 1.48 1.58 1.68 1.77

ASV-PV DN25 0.2-0.4 4 1.26 1.55 1.79 2.00 2.19 2.37 2.53 2.68 2.83

ASV-PV DN32   6.3 1.99 2.44 2.82 3.15 3.45 3.73 3.98 4.23 4.45

ASV-PV DN40   10 3.16 3.87 4.47 5.00 5.48 5.92 6.32 6.71 7.07

AVP DN40 0.25-1.0 16 5.06 6.20 7.16 8.00 8.76 9.47 10.12 10.73 11.31

AVP DN50 0.3-2.0 20 6.32 7.75 8.94 10.00 10.95 11.83 12.65 13.42 14.14

AFP/VFG DN65   50 15.81 19.36 22.36 25.00 27.39 29.58 31.62 33.54 35.36

AFP/VFG DN80 0.1-0.7 80 25.30 30.98 35.78 40.00 43.82 47.33 50.60 53.67 56.57

AFP/VFG DN100 0.15-1.5 125 39.53 48.41 55.90 62.50 68.47 73.95 79.06 83.85 88.39

AFP/VFG DN125 0.5-3.0 160 50.60 61.97 71.55 80.00 87.64 94.66 101.19 107.33 113.14

AFP/VFG DN150   280 88.54 108.44 125.22 140.00 153.36 165.65 177.09 187.83 197.99

丹佛斯压差控制器选型表

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动态压差平衡型电动调节阀

DN15 － DN50 ， 螺纹连接DN32 － DN125 ，法兰连接

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动态压差平衡型电动调节阀原理： 实质就是一个动态压差平衡阀和一个电动调节阀合二为一，该阀为双阀锥结构，上阀锥为电动调节阀的阀锥，下阀锥为动态压差平衡阀的阀锥，动态压差平衡阀为电动阀阀锥（上阀锥）前后提供恒定的压差（ 0.2Bar或 0.5Bar ），系统的压力波动都被动态压差平衡阀吸收，当电动阀阀锥（上阀锥）没有动作时，阀门流通能力 kv 不变，压差 ΔP 不变，因此阀门的流量 Q 不变；只有当电动阀阀锥（上阀锥）的动作时，通过阀门的流量才会发生变化，从而实现了动态平衡和调节功能的完美统一。

低压侧

中压侧

高压侧

驱动器

导压管

膜盒

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P1 P2 P3P1 P2 P3

动态压差平衡型电动调节阀过程： 膜片的上下两端与内部弹簧的力量形成一个平衡，即 P1=P2+P弹簧。 当系统压力发生波动， P1增加时，此平衡被破坏，膜片下方的力大于上方，因此膜片会向上移动，关小压差控制阀阀芯，使得 P2增加，重新达到平衡，如图所示。 反之压差控制阀开大，使得调节阀阀芯的压差在整个开关的工作过程中始终保持恒定，这样经过该阀门的流量的变化仅与调节阀的开度一一对应。

Date

动态压差平衡型电动调节阀 -ABQM

动态维持 P2 和 P3之间的压差恒定

最大流量设定功能 电动调节功能

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一体阀精确的流量控制功能

Date

负荷变化时一体阀精确的流量控制功能 I

由于一体阀有 100% 的阀权度，因此系统稳定时间很短。

Date

温度

装有动态压差平衡型电调阀的风机盘管的出风温度

装有普通电调阀的风机盘管的出风温度

装有动态压差平衡型电调阀的房间温度

装有普通电调阀的房间温度

控制信号

(V)

动态压差平衡型电调阀接收到的控制信号

时间

负荷变化时一体阀精确的流量控制功能 II

Date

开度设定变化时一体阀精确的流量控制功能

由于一体阀有 100% 的阀权度，因此系统稳定时间很短。

Date

☆ 变流量系统的管路，末端安装，不需逐级。

安装位置

Date

一体阀的优、缺点主要优点：

1 、占用的空间少，系统的自动平衡性好。

2 、每组阀少了一个泄漏点。

3 、安装、维修方便。

缺点：

1 、不如分体方案（动态压差平衡阀 + 电动调节阀）灵活，分体方案的压差可以现场调节。

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丹佛斯一体阀的特点和选型特点：☆ 流通能力强（同口径的情况下丹佛斯阀门 KV 值较大）。☆ 关闭压差大。☆ 采用膜盒外置结构，能够更有力的保证阀锥前后压力的恒定，并

不易堵塞。 ☆ 机械方式进行开度设定，调试方便。☆ 先进的驱动器设计：具有自检阀门行程的功能以减少调试时间，

并具有手动操作功能；驱动器带有过载保护和故障报警，具有阀位极限位置力敏开关，为阀锥提供过载保护； 驱动器具有增强保护功能，在连接时不慎将电源线等接反时，不会将电路板烧毁；驱动器行程为 256 个步进，使得定位更准；驱动器能接受 0-10V 、 2-10V 、 0-20mA 、 4-20 mA四种控制信号，并带回馈信号。

选型： 按照流量选型。

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型号 流量范围 m3/h启动压差

bar 最大工作压差 bar

ABQM DN10L+TWA-Z 0.03-0.15 0.16 4.0

ABQM DN15L+TWA-Z 0.055-0.275 0.16 4.0

ABQM DN15+TWA-Z 0.09-0.45 0.16 4.0

ABQM DN20+TWA-Z 0.18-0.9 0.16 4.0

ABQM DN25+TWA-Z 0.24-1.19 0.2 4.0

ABQM DN32+TWA-Z 0.45-2.24 0.2 4.0

丹佛斯一体阀选型表风机盘管

空调机组

型号 连接方式 流量范围 m3/h最大工作压差

bar

ABQM DN10+AME01

螺纹连接      

0.055-0.275 4.0

ABQM DN15+AME01 0.09-0.45 4.0

ABQM DN20+AME01 0.18-0.9 4.0

ABQM DN25+AME01 0.34-1.7 4.0

ABQM DN32+AME01 0.64-3.2 4.0

AVQM DN25+AME20 0.9-4.5 10

AVQM DN32+AME20 1.6-8 10

AVQM DN40+AME20

  

法兰连接    

2.0-10 10

AVQM DN50+AME20 2.4-12 10

AFQM DN65+AME55 5.8-29 10

AFQM DN80+AME55 8.0-40 10

AFQM DN100+AME55 13-65 10

AFQM DN125+AME55 16-80 10

AFQM DN125 Plus+AME55 24-120 10

Date

变流量系统水力平衡方案

动态压差平衡阀方案 一体阀方案

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☆ 系统冷热不均；水泵的运行能耗过高水力计算、合理配管；同程式；静态平衡阀；动态压差平衡阀或动态流量平衡阀、一体阀。

☆ 变流量系统运行失调；负荷稳定，但房间调节阀动作频繁，造成房间温度震荡频繁；系统稳定时间过长动态压差平衡阀或一体阀。

☆ 调节阀产生噪音和振动；调节阀关闭不上，严重时有烧阀危险；调节阀阀权度过小，阀门曲线变形，线性散热受控系统变成上抛性散热受控系统。动态压差平衡阀或一体阀。

水力失调常见现象的解决办法：

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谢 谢 大 家