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ZY6113 UL910标准水平燃烧试验装置/UL910斯坦纳水平隧道炉

适用于CMP级电线电缆和光缆风道试验。规定在试验装置的水平风道上敷设多条试样, 用86KW 煤气本生灯(300,000BTU/Hr) 燃烧20 分钟。 合格标准判定:燃烧20 分钟观察火焰转播距离,距煤气本生灯火焰前端不能超过5 英尺(1525mm)。光密度的峰值最大为0.5 , 平均密度值最大为0.15。 这种CMP级的电缆通常安装在通风管道或空气处理设备使用的空气回流增压系统中, 被加拿大和美国所认可采用。

应用范围:

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ZY6113 NFPA262斯坦纳水平隧道炉
一、整机建设:
1.1根据客户要求,我公司负责事项:
a、NFPA262-2019斯坦纳水平隧道炉体;
b、炉体盖板起重设备;
c、炉体的控制系统;
d、建设可移动500kg行车两只,位置如图1、图2,行车梁落地或固定于房屋承重梁,以最终实际场地为准;
e、安装于炉体尾端的排烟风机,该排烟风机之后的连接至尾气处理设备的排烟管道不在建设范围内;不包括标准中要求的试验室环境控制建设。
f、整机建设能与客户提供“试验室环境控制及新风系统”对接,我公司整机尾气排放能与客户的“环保尾气处理系统”连接,并在中标后上述两部分我公司与需方共同协商确定共同施工方案;如我方中标,中标后立即安排本项目技术负责总监进行实地考察,以实际场地情况为准。
g、不管是需方提供还是我方提供的,我公司提供整机设备一定能确保整机交付给需方正常使用和符合NFPA262-2019标准。
1.2整套设备中,需方负责,供方不负责部分:
a、燃烧后尾气净化处理;
b、试验室环境控制及新风系统;
c、供方负责安装于炉体尾端的排烟风机,该排烟风机之后的连接至尾气处理设备的排烟管道不在此次招标中;
二、适用范围:
适用于CMP级电线电缆和光缆风道试验。规定在试验装置的水平风道上敷设多条试样, 用86KW 煤气本生灯(300,000BTU/Hr) 燃烧20 分钟。
合格标准判定:燃烧20 分钟观察火焰转播距离,距煤气本生灯火焰前端不能超过5 英尺(1525mm)。光密度的峰值最大为0.5 , 平均密度值最大为0.15。
这种CMP级的电缆通常安装在通风管道或空气处理设备使用的空气回流增压系统中, 被加拿大和美国所认可采用。
三、符合标准:
2.1符合NFPA262-2019《Standard Method of Test for Flame Travel and Smoke
of Wires and Cables for Use in Air-Handling Spaces》标准要求;
2.2热释放系统符合NFPA262-2019第6节和附录B要求的校准程序。
四、主要技术特点:
4.1操作软件:Windows 7操作界面,Labview风格,完善的安全机制,软件可根据需方要求制作。
4.2可设置各个传感器校准模式,包括氧气分析仪、二氧化碳分析仪、一氧化碳分析仪、微压差传感器、烟密度测量系统的单点或双点校准,以获得最佳线性;
4.3状态检查界面,可一目了然的获取仪器的各个传感器部件的工作状态;可记录各个传感器的工作数值,包括微压差传感器、隧道炉温度、氧气分析仪、二氧化碳分析仪、一氧化碳分析仪;报告模板为EXCELL格式,可显示图形及数值模式。
4.4软件操作系统:可收集记录总耗氧量、氧气浓度、二氧化碳浓度、温度、热释放速率(HRR)、热释放总量(THR)、有效燃烧热(EHC)、热电偶、隧道气体流速、试样点燃时间(TTI)、着火时间(温度)、熄灭时间等试验数据的输出,可保存打印; 具有强大的功能,尤其是可以多曲线对比,可以直观比较材料的燃烧特性的差别。
4.5气体分析仪:采用仕富梅4100型气体分析仪。氧气(O2); T90响应时间≤5S;二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO): T90响应时间≤5S;响应时间非常快确保了采集数据的真实性。
4.6计算机控制界面:采用高档设备和仪器专业开发软件(Labview),界面严谨,自动化程度高,所有的繁琐程序和运算都已集成计算机里,反应速度非常快,操作方便,人性化界面,傻瓜式操作。
4.7燃烧器采用双端口弯头燃烧喷嘴。由质量流量计控制气体流量,测量范围0~200L/min,能够改变燃烧器的热值输出,最大输出能量可达100kw;
4.8采用质量流量控制器,根据升温曲线自动调节燃气流量和压力,并且由计算机记忆和保存自动调节参数,供试验时使用;
4.9隧道炉内的风速控制采用计算机+变频器自动调节和控制;
五、主要性能参数:
5.1仪器组成:进气室(进风室)、进气闸门、燃烧试验室(隧道炉)、气体燃烧器、可拆卸顶盖、排气过渡段、排风管道、排气管道风速测量系统、烟密度测量系统、排气管风速控制、气体分析系统;
5.2炉子主体
5.2.1仪器总长约20米,燃烧腔体及进气部分9.7米,排气段约10米;
5.2.2仪器外框使用厚度为3mm的SUS304不锈钢材质,排气管道为316不锈钢材质,厚度2mm。5.3进气室(进风室):见图4
5.3.1结构:由L型SUS304不锈钢板和不锈钢构件构成,厚度1.5mm;
5.3.2进气口:为高298.5mm±6mm*宽464mm±6mm矩形开口;
5.3.3进气阀门:采用气动方式开启及关闭,自动控制并与排气端连成一个回路控制;提供一个76mm±2mm高,跨越整个进气口宽度的开口,宽度为475mm;
5.4燃烧试验室:见图5
5.4.1燃烧室结构:长为8.92m,开口长7.62m,燃烧室为一体成型,没有作任何法兰进行连接,炉体为686mm×432mm矩形,其中内腔尺寸应为:451mm×305mm。炉体内为耐火砖砌成,外框为5mm厚的SUS304钢板以及钢结构件(SUS304)组成;炉体落地支架采用铁质方管材料,具有足够的支撑;
5.4.2炉体耐火砖围砌方式参见下图6,符合NFPA262-2019附录C标准要求;
图6-3 NFPA262-2019附录C
5.4.3燃烧试验室气流控制系统(微差压力计):安装在隧道宽度的中心线上、距顶盖架下25.4 mm±13mm、距进气口闸门下游381 mm±13mm处。量程0~100Pa,精度±0.5Pa;图7
5.4.4气流控制系统使用计算机控制的闭环系统,整个试验过程中,进口静压力计保持设定值。
5.4.5诱导湍流板:为了给燃烧提供空气湍流,湍流板用耐火砖制成,从燃烧器喷管中心线到耐火砖(湍流板)中心线的距离1.98 米±152 mm处,沿燃烧室内侧放置6块229 mm长×114.5 mm宽×64 mm厚的耐火砖(砖垂直摆放,宽与墙壁平行),设置诱导湍流挡板。分别为1.98米±152mm的距离,3.96米±152 mm和5.79米±152mm,三块设在窗口一侧(不能堵住窗户)和1.37米±152mm,2.90米±152mm,4.88米±152mm,三块设在窗口对面一侧;
5.5观察窗:图9
5.5.1在燃烧室的正面设有一排观察窗;见图9-2
5.5.2安装位置:安装在燃烧室口处,能观察燃烧器和被测试样的长度,从一开始点火燃烧到试验结束,可以从外部观察到整个燃烧试验的情况。
5.5.3观察窗:由6mm厚耐高温石英玻璃(1200℃)+钢化玻璃制成,为密封观察窗;
5.5.4观察窗裸露窗口区域为70mm±6mm*280mm±38mm,窗的内窗格与燃烧室内壁齐平;
5.5.5在观察窗处安装带灯按钮,观察者在观察窗侧观察整个燃烧过程,按钮连接电脑,试验者看到火焰后按下按钮,按钮灯亮,电脑记录火焰位置。
5.5.6在燃烧室外安装带灯按钮,检测燃烧情况,记录蔓延距离,然后通过计算机显示火焰蔓延速率曲线;
5.6燃烧器
5.6.1燃烧器:由一个三通连接的U型弯管构成,弯管开口内径19mm,与地板平行,燃烧器的中心线到喷口的中心线的距离为102mm,位于炉体开口前沿292mm±6mm,在可拆装顶盖下方191mm±6mm,到电缆试样为51mm,提供火焰向上,横向吞噬整个试样。
5.6.2安装位置:从燃烧器中心线到闸板外侧表面测量,燃烧器应位于进风闸板的下游1320mm±51mm处;
5.6.3点火器:为高压电子点火系统,进行远程计算机点火,确保持续燃烧,持续点火;
5.6.4气路组成:由气体调节阀、空气流量计、燃气流量计、空气和煤气压力表、阻火器、截止阀、手阀、气体稳压器、文丘里;
5.6.5流量控制装置:为质量流量计,直接由计算机程式控制和记录。流量范围:0~200L/min,满足标准要求最大可控流量为2.8L/s,即168L/min,精度1.5%;并能满足NFPA262第6节“测试设备的维护和校准”温度曲线;
5.6.6 有气体压力表,截止阀为进口产品,具有快速的气体切断阀;
5.6.7为了燃气安全,安装了阻火器;
5.6.8燃烧器功率:调节空气流量和燃气流量使燃烧器的功率为86 kW±2kW;
5.6.9燃气:为98%以上的甲烷;
5.6.10燃烧器中心线下游≤25毫米为电缆桥架和支架;
5.6.11燃烧器离试样电线的高度为50mm;
5.6.12采用文丘里混合方式以维持气体均匀流动。
5.7可拆装顶盖 见图11
5.7.1上盖板(顶盖):外侧为6.4mm无机增强水泥板,内侧为51mm±6mm绝缘矿物质棉,并且能够承受持续测试;
5.7.2内侧51mm±6mm金属矿物隔热复合层,最高有效使用温度至少650℃,密度为(335±20)kg/m3,热导系数0.072~0.102W/MK;
5.7.3多块标称厚度6.3mm的增强水泥板覆盖整个炉体长度。增强水泥板应符合ASTM C1186二级规定,密度为1442±160kg/m³,应能通过ASTMEI36标准要求,见图8-2
5.7.4增强水泥板方便更换;
5.7.5顶盖长度和宽度与燃烧室腔室的长度和宽度相等,并彼此吻合、密封性良好;
5.7.6上盖板两侧采用水槽密封,在进行有效水密封后,完全密封整个燃烧试验室;见图10-3
5.8排气过渡段:见图12
5.8.1组成:有排气段和变径段组成;
5.8.2排气段
5.8.2.1结构:双层结构,内外由SUS316不锈钢制成,外面包裹51mm耐高温陶瓷纤维隔热棉(陶瓷纤维保温层),密度130kg/m3;
5.8.2.2规格:长*宽*高分别为902mm±6mm×686mm±6mm×438mm±6mm;
5.8.3变径段
5.8.3.1结构:由SUS316不锈钢制成,外面为51mm耐高温陶瓷纤维隔热棉;
5.8.3.2规格:长为457mm±6mm的方转圆接口,一端连接宽*高为686*438mm矩形的排气段,另一端连接到内径为406mm圆形排风管道,厚度2mm;
5.9排风管道:见图13
5.9.1长度:从内径406mm圆形变径段到烟密度测量系统的中心线长度为5.0米长;
5.9.2材质:双层结构,内外由SUS316不锈钢制成,中间为51mm耐高高温矿物材料隔热,壁厚2mm,内径406mm一直到烟密度测量处的前端;
5.9.3内径406mm的排气管道从排气过渡段的排气口端向下游水平延伸9.0 m。(从烟密度测量装置前端到排风风机的距离为4.0m,为单层SUS304不锈钢管道,直径406mm);
5.10测量段:
5.10.1风速测量:
5.10.1.1距烟密度中心线500mm处,采用双向探头和微差压力计测量风速,双向探头采用便捷更换设计,供货两只,一备一用。探头的轴线安装沿管道中心线上。测量范围:0.25~100Pa;见图14
5.10.1.2双向探头应有一个不锈钢圆筒构成,圆筒标称长度为圆筒外径的两倍,最小长度为25.4mm,最大长度为51mm,中心应设置一个固体隔膜,参见下图,以NFPA262-2019标准要求为准;
5.10.1.3安装双向探头的排烟管上具有方便密封的开孔,可使用手持式风速计深入后测量管道风速,我司提供手持式风速计一只,考虑到开口尺寸,故为热线式风速计。
5.10.1.4隔膜两侧的测压孔支撑探头,探头轴沿着管道中心线延伸;
5.10.1.5对于管道流量的逐步变化响应时间不超过5秒就可达到最终值的90%;
5.10.2温度测量:
5.10.2.1 排出气体的温度使用具有Inconel护套的28AWG K型热电偶在距探头152mm处测量,并在管道中心线处测量。
5.10.2.2测量范围:0~1000°C,分辨率:1.0℃;
5.10.2.3测量响应时间:T90时间≤5s。
5.11烟密度测量:见图15
5.11.1安装位置:安装在距离排气过渡段的排气端5.0米直线圆管的前面;
5.11.2由发射部分和接收部分组成,光源与接收器之间距离为914mm±51mm见图11
5.11.3发射部分(光源):使用GE4405型光源;标准功率:100w;标准电压:直流12v;标准光通量:2000lm-3000lm;灯泡由电压12v供电,电压的稳定在±0.01v,灯泡安装在一个罩子里面并由透镜组成的镜头来调节光束。
5.11.4光路应采用上下安装,光路开孔直径76mm±3mm,光源安装于下方,光束沿排气管道的垂直轴向上照射;
5.11.5接受端(接受器):接收端连接到记录装置上,能指示出经过的烟雾中因颗粒物质和其他流出物导致的入射光衰减。采用日本硅光电池,其光谱响应与国际照明委员会(CIE)测光仪相匹配;
5.11.6接受端和发射端的安装部件暴露试验室的环境中;
5.11.7烟密度测量系统校准:采用10个中性密度滤波器(滤光片)进行校准,其值分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1.0。
5.11.8数据获取:光电管的输出信号经信号放大,被微机处理成连续的烟雾遮蔽量记录,直接可读取光学密度和透光率,能指示出经过的烟雾中因颗粒物质和其他流出物导致的入射光衰减。操作为WINDOWS 7界面,LABVIEW风格,测试期间实时显示测量结果并动态地绘出完美曲线。数据可永久保存、调阅和打印输出,可直接打印报表。
5.12排风管道阀门:
5.12.1在烟雾测量系统下游1.68 m±0.15 m处排风管道中,安装一个内径为406mm的电动排风阀门;
5.12.2控制整个测试过程中的气流,阀门与燃烧室进气口的气压形成一个闭环反馈系统控制系统,通过控制阀门的开启,从而控制燃烧室进气口的气压;
5.13排风风机:
5.13.1排气风机安装于排风管道阀门下游1.85m处,风量为10000m³/h,风压200pa,采用不锈钢内胆,耐温300°C。
5.13.2风机功率:AC380V,50Hz,7.5Kw;
5.13.3排气风机在样品放置到位后,开启排风管道阀门,由计算机通过变频器调节风机风量和风压,从而维持燃烧室进气口空气闸板在76mm±1.5mm位置处的气压为37Pa;
5.13.4连接排风风机的管道内径为406mm,风机中心线与排风管道阀门中心线的距离为1.85m;5.13.5在排气管道阀门与排风风机之间设有密封膨胀段,可以减少风机运行中产生的震动;
5.14燃烧试验室气流控制系统测量
5.14.1通过烟道顶部宽度中心插入一个指示静态压力的风压计,在天花板以下25.4mm±13mm处,安装在进气闸门下游381mm±13mm处;
5.14.2气流控制系统应使用计算机控制的闭环系统,整个试验过程中,进口静压力计可保持设定值。
5.15燃烧室内温度测量:
5.15.1燃烧室地面温度测试:
5.15.1.1采用19AWG K型热电偶,外罩外径为9.5mm耐热不锈钢套管,中间填装耐热材料,其热端伸出套管为30mm;
5.15.1.2热电偶位置:安装在燃烧室的地板上,热电偶端部距燃烧室顶部表面25.4 mm±3mm处,距燃烧器中心线7.01 m±13mm,位于燃烧室宽度中心;
5.15.2燃烧室地板温度测量:采用19AWG K型热电偶,植入燃烧室地面以下3.2 mm±1.5 mm处,分别距燃烧器中心线3.96 m±13mm和7.09 m±13mm处,在燃烧室中心线的位置安装两个19AWG热电偶;图1
5.16电缆试样安装用梯形桥架:见图17
5.16.1 桥架采用冷轧钢制成,提供两套;
5.16.2用于支撑单根成束电缆或槽内电缆(母线槽)试样的梯形电缆桥架。
5.16.3梯形横杆采用托盘式,材质为冷轧钢板制造;
5.16.4两边支杆为实心棒材,尺寸38mm±3mm×95 mm±3mm;
5.16.5中间梯级横杆为c形槽钢,规格为13mm±3mm×25.4 mm±3mm×3mm±1.5 mm;
5.16.5.1每个横档长286mm±3mm;
5.16.5.2两个横杆之间的距离为229mm±3mm;见图15-1
5.16.6梯形桥架总组装长度为7.32 m±51 mm;
5.16.7梯形电缆桥架由16块支架板支撑,支撑底板为宽102mm±10mm*长102mm±10mm*厚为6.4mm±2mm的钢板;见图15-2
5.16.8梯形桥架支撑点高度为165mm;
5.16.9电缆试样安装:采用18AWG的裸铜丝捆扎,将试样电缆捆扎在进气端附近的第一个横档和排气端附近的最后一个横档上。
5.17分析仪器:
5.17.1采用仕富梅4100型分析仪,可进行氧气、二氧化碳、一氧化碳分析;
5.17.2氧气测量:采用顺磁式测量。可精确检验燃烧时通气管道中氧的百分含量随时间的变化,进而由即时氧浓度和氧耗量测定出材料的燃烧放热情况
5.17.2.1 浓度范围:0~25%;
5.17.2.2测量精度:±0.01%
5.17.2.3响应时间:T90:≤3.5S。
5.17.2.4信号输出:4-20mA;
5.17.2.5分辨率100×10-6
5.17.2.6线性度:<±0.1% O2;呈线性响应;
5.17.2.7零点漂移:0.05% O2(一周);
5.17.2.8内部信号处理时间小于1S;
5.17.2.9重复性:<±0.02% ;
5.17.2.10分辨率100×10-6
5.17.2.11环境温度:0-45℃
5.17.2.12相对湿度:<90%(无凝结)
5.17.3二氧化碳CO2分析仪:采用NDIR无弥散红外线分析仪进行连续测量。
5.17.3.1测量范围:0~10%;
5.17.3.2 测量精度:±0.1%;
5.17.3.3响应时间:<3.5S;
5.17.3.4重复性:<±1%
5.17.3.5零点漂移:≤2%/周
5.17.3.6量程漂移: ≤2%/周
5.17.3.7线性偏差: <±1%
5.17.4一氧化碳CO分析仪:采用无弥散红外分析仪进行连续测量。
5.17.4.1 测量范围:0~1%;
5.17.4.2 测量精度:±0.1%;
5.17.4.3响应时间:<3.5S
5.17.4.4重复性:<±1%
5.17.4.5零点漂移:≤2%/周
5.17.4.6量程漂移: ≤2%/周
5.17.4.7线性偏差: <±1%
5.18数据采集设备:
5.18.1气体取样装置:包括不锈钢气体取样管、取样泵、烟尘颗粒过滤器、除湿系统、排空的
旁路系统、水分过滤器等组成,安装在距风速测量点350mm处;
5.18.2采用研华公司数字采集模块,收集和记录光衰减、温度、火焰蔓延和速度测量;
5.18.3数据采集频率:2次/s
5.18.4温度精度:±0.5°C;
5.18.5其它仪器精度:为满量程±0.01%;
5.19控制系统:见图19
5.19.1采用PLC编程、人机界面、计算机控制,带64位高精度采集卡、带RS-232通讯接口选择。软件采用仪器设备专用开发软件LabeView及数据采集控制卡;控制试验过程中可以实时查看试验数据,可实现自动数据采集和处理、数据保存和输出测定结果;电脑控制系统,(测试时间、试验次数、延燃时间等均可在电脑中设定和记录。具有高智能、引导式菜单操作,简便直观的特点,使试验结果更加准确。
5.19.2采集系统可收集记录氧气浓度、温度、热释放速率、热电偶、热烟道气体流速、试样点燃时间和熄灭时间、总耗氧量、热释放总量、二氧化碳生成量及一氧化碳生成量曲线,所有过程量的曲线和实时数据。可保存打印。
5.19.3点火系统:带有安全切断装置的高压火花发生器(快速气体切断阀),有气体压力表,高压自动点火、自动定位。样品在燃烧平台上由点火器点燃,点燃速度迅速,能保证试验结果的准确性。

六、设备的校准:
6.1校准程序符合NFPA262-2019第6节和附录B标准要求;
6.2温度校准
6.2.1预热和冷却
6.2.1.1将规格610 mm±3mm*356 mm±3mm*12 mm±1mm的钢板放置在燃烧室内进风端顶盖支撑架上,以及燃烧器上方;
6.2.1.2在燃烧室的顶部放置3块2.44 m±13mm*610 mm±13mm*6mm±3mm纤维增强水泥板,填充燃烧室内剩余长度;
6.2.1.3进入空气需满足以下的要求:
a、外部进入空气的温度,保持在18.3°C - 26.7°C;
b、外部进入空气的湿度,相对湿度应保持在40~60%;
6.2.2调节空气流量和压力使燃烧器的功率为86 kW±2kW,将燃烧室进气口的阀门打开为76mm±1.5mm;
6.2.3开始预热,直到7.09 m处的热电偶温度达到66℃±3℃;
6.2.4然后将燃烧室冷却到3.96米处的地面热电偶温度为41°C±3°C;
6.3升温曲线记录:见图19
6.3.1将规格610 mm±3mm*356 mm±3mm81.5 mm±1mm的钢板放置在燃烧室内进风端顶盖支撑架上,以及燃烧器上方;
6.3.2在燃烧室的顶部放置3块2.44 m±13mm*610 mm±13mm*6mm±3mm纤维增强水泥板,填充燃烧室内剩余长度;
6.3.3将测试室的可拆卸顶盖吊装放置到位
6.3.4将燃烧室进气口的阀门打开为76mm±1.5mm;
6.3.5点着燃烧器,按照图21升温曲线升温。
6.3.6按1次/s频率记录燃烧室内空气中7.01米处热电偶的温度。持续燃烧10min;

图21、升温曲线
6.3.6采用计算机、质量流量计跟踪、调整、记录、记忆此温度曲线,并在随后的所有测试中始终保持在±2%内,最高温度为267℃为±5.5℃;
6.4炉子密封性验证(补充漏风试验):
6.4.1炉子进口压力维持37pa调节:
6.4.1.1把燃烧室顶部的纤维增强水泥板和可吊装的顶盖安装到位;
6.4.1.2打开进气口端阀门为76mm±2mm;
6.4.1.3打开排风段的手阀,调节排风扇的变频器频率,使燃烧室进气端的压力保持37Pa;
6.4.2关闭进气端阀门并使整个燃烧室保持密封;
6.4.3次时进气端压力要增加到93 Pa以上,即判定为不存在过量的漏气现象;
6.4.4记录此时的进气端压力数值。
6.5烟雾密封性试验:
6.5.1关闭燃烧室的进气口阀门,使排气管道密封好,此时在燃烧室内启动烟雾弹,进行补充漏气试验;
6.5.2在点烟雾弹的同时将燃烧室内的压力调到6.2 Pa;
6.5.3检查燃烧室是否有漏烟现象,如有烟雾泄漏点重新密封漏烟处;
6.6管道流速测试:
6.6.1通过调节排气阀以及排风扇,来维持测试过程中燃烧室进口的压力;
6.6.2空气流速测试:见图15
6.6.2.1采用7个点测量空气在燃烧室内的流速,每个点位置距燃烧器中心线7 m±25 mm,距顶盖支撑架平面下152毫米±6毫米处测得流速。
6.6.2.2在测量时,将扰流块去除,在距燃烧器中心线4.88 m处安装一个整流叶片为610 mm±3mm×305 mm±3mm;
6.6.2.3整流叶片将燃烧室截面分成9个均匀的垂直截面;图22
6.6.3.4采用双向探头测定平均速度为1.22 m/sec±0.025 m;
6.7烟密度测量系统校准:采用10个中性密度滤波器(滤光片)进行校准,其值分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1.0。


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