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TC 131
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2513412A1
Family ID 1992957
Probable Assignee Autoipari Kutato Fejlesztoe
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE D'INDICATION ANTICIPEE DE LA DETERIORATION D'UN
SYSTEME TRIBOLOGIQUE
Abstract
_________________________________________________________________
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE CONTROLE DE L'ETAT
D'USURE D'UN SYSTEME TRIBOLOGIQUE.
SELON CE PROCEDE, ON DETERMINE LES VALEURS NORMALES D'USURE SUR LA
BASE D'ANALYSES D'ECHANTILLONS DE LUBRIFIANT PRELEVES SUR LE CIRCUIT
DE LUBRIFICATION DU SYSTEME PAR LA METHODE DE GAMMA-SPECTROMETRIE
APRES ACTIVATION NEUTRONIQUE DES PARTICULES D'USURE ET D'EVENTUELLES
MATIERES ETRANGERES PROVENANT DE L'EXTERIEUR ET L'ON DETERMINE LA
QUANTITE DES PARTICULES A L'AIDE D'UN TRIEUR-COMPTEUR AUTOMATIQUE; ON
DETERMINE ENSUITE SI LES VALEURS CORRESPONDANTES, MESUREES A DES
INTERVALLES DE TEMPS CONVENABLES, SONT CONFORMES OU NON AUX VALEURS
ADMISSIBLES PRECEDEMMENT DETERMINEES.
CE PROCEDE S'APPLIQUE NOTAMMENT AU CONTROLE DE L'USURE DE MACHINES
TELLES QUE TURBO-REACTEURS D'AVION, MACHINES HYDRAULIQUES, LAMINOIRS
ET ANALOGUES.
Description
_________________________________________________________________
25134 1 2
PROCEDE D'INDICATION ANTICIPEE DE LA DETERIORATION
D'UN SYSTEME TRIBOLOGIQUE
La presente invention concerne un procede de controle et de
qualification de systemes tribologiques en vue d'une indication
antici- pee de defectuosites Suivant ce procede, les echantillons sont
preleves periodiquement dans le lubrifiant des dispositifs mecaniques
maintenus en marche et, en fonctiondu resultat de la rapide analyse de
controle et de comparaison de ces echantillons, on effectue des essais
appropries pour etablir le debut de la defectuosite et, en fonction de
ces essais, on definit la qualite du systeme tribologique.
L'indication anticipee de la deteriorationde systemes tribologiques
est interessante pour des raisons techniques de securite ou bien des
raisons economiques Dans le cas de groupes propulseurs d'avion et de
systeme hydrauliques, les raisons de securite techniques sont
essentielles alors que, dans un autre domaine, par exemple, dans le
cas de laminoirs de turbines de centrales, etc, les pertes de
rentabilite sont reduites par l'indication anticipee des defauts.
Dans des centrales atomiques, le rendement de la centraleestame- liore
par l'indication anticipee de defectuosites des unites elementaires,
en vue d'une meilleure synchronisation des arrets du fait des
reparations necessai res.
Pour des grosses machines tournantes utilisees dans des centrales, des
laminoirs, etc, on utilise des appareils de signalisation de con-
dition d'oscillation et des instruments de detection de temperature en
vue d'un controle des paliers Ces instruments detectent et indiquent
des phenomenes se produisant par suite de la defectuosite car
l'augmenta- tion d'oscillation de l'axe en rotation, ou bien
l'augmentation de tempe- rature du pallier, constituent un phenomene
resultant de la defectuosite et l'indication du defaut' sert a eviter
de plus gros dommages, notamment une destruction totale du ir er
Cependant, on ne peut pas considerer que ces methodes sont appropriees
pour une indication antici Dee d'une
134 1 2 defectuosite, car elles n'indiquent pas la phase initiale de
la deterioration
L'indication anticipee des defectuosites des systemes tribologi- ques
n'est possible que par une connaissance de la resistance a l'usure du
systeme, car, par un controle regulier, periodique ou continu, de la
condition d'usure, il est possible de deceler les phenomenes d'usure
aboutissant a une defectuosite et d'etablir la probabilite de la
probabilite d'apparition de la defectuosite A cet effet, on doit
etablir les valeurs caracteristiques, qualitatives et quantitatives
des phenomenes d'usure se produisant pendant l'utilisation correcte du
systeme tribologique et, en fonction de ces valeurs, on peutobtenir
une indication prealable de la defectuosite dans le cas d'un eventuel
controle periodique ou continu de la condition d'usure du systeme.
Les systemes tribologiques donnent lieu a des processus caracteris-
tic d'usure en fonction du temps de marche Une caracteristique de
processus d'usure est la quantite de matiere se detachant des surfaces
soumises a usure, tandis qu'une autre caracteristique est constituee
par la forme des particules des matieres detachees, qui est variable
au cours des differentes phases du processus d'usure La figure 1
represente le processus d'usure, la quantite de matiere G etant
representee en fonction du temps de marche t On a designe par I la
phase initiale o il se pro- duit a la fois une usure par abrasion et
une usure par frottement, par II la phase d'usure par frottement ou la
phase de durabilite pour laquelle la vitesse d'usure est pratiquement
inchangee, par III la phase avec augmentation rapide de l'usure, o le
systeme arrive deja a sa limite de durabilite o on doit s'attendre
bientot a l'apparition d'un dommage et dont le signe caracteristique
est l'apparition de l'usure par abrasion et/ou d'une usure de fatigue
superficielle Les particules d'usure apparaissant dans le processus
d'usure presentent, en dehors des caracteristiques quanti- tatives,
egalement un aspect caracteristique en ce qui concerne leur forme et
leurs dimensions Les particules produits pendant l'usure par
frottement ont une dimension pouvant atteindre environ 30 je et elles
ont la force de follicules alors que, par contre, les follicules
d'usure par abrasion ont une forme caracteristique de copeaux en
spirale d'une assez grande longueur; dans le cas de l'usure par
fatigue superficielle, il se forme des petits granules spheriques de
grandes dimensions Le processus d'usure fondamental peut etre modifie
par des ma- tieres etangeres abrasives provenant de l'environnement et
penetrant dans le systeme en cours de marche Leur influence est
fonction dela quantite et de la qualite des materiaux d'usure abrasifs
penetrant dans le systeme et egalement ces matieres peuvent declencher
un processus d'usure rapide caracteristique de la phase III;
cependant, dans ce cas, il est encore possible de revenir aux valeurs
caracteristiques d'usure correspondant a la phase II Il existe
plusieurs procedes de controle pour definir les caracteristiques
quantitatives et qualitatives a partir du lubrifiant, qui contient les
particules de matieres ou produits d'usure se deta- chant pendant le
processus d'usure La composition elementaire du pro- duit d'usure se
trouvant dans le lubrifiant (metals, alliages, matieres etrangeres)
peut etre egalement etablie a partir de l'echantillon de lubrifiant
par une analyse directe Ces methodes sont generalement auto- matisees,
ce qui est le cas des methodes spectrometriques et spectropho-
tometriques Ces methodes presentent cependant un inconvenient commun,
a savoir qu'elles ne permettent pas de mesurer des particules de
dimen- sions superieures a 5 pm et, pour cette raison, les valeurs
mesurees par ces methodes ne sont pas quantitatives et elles
conviennent seulement d'une maniere limitee pour definir la variation
quantitative du proces- sus d'usure Les valeurs d'usure determinees a
l'aide d'un spectrophoto- metre operant par absorption atomique sont
souvent inferieures, par exem- ple d'un ordre de grandeur, aux valeurs
pouvant etre mesurees par une technique d'activation neutronique, et
une consideration semblable s'ap- plique a d'autres procedes de
spectrometrie directe Sur la base de ce qui a ete decrit ci-dessus,
les methodes de spectrometrie directe ne conviennent pas pour
l'analyse de gros grains qui sont caracteristiques de la phase d'usure
dangereuse En vue d'une determination quantitative correcte pendant le
processus d'usure, il est approprie d'utiliser une methode de controle
faisant intervenir un spectrometre gamma apres l'ac-
tivationneutronique des produits d'usure, mais l'application de ce
pro- cede est long et couteux et pour cette raison il ne convient pas
pour une indication anticipee et rapide d'une condition de
defectuosite.
Sur la base de la variation dimensionnelle des particules produi- tes
pendant le processus d'usure, on peut observer le debut de la phase
d'usure III et, en vue d'un controle rapide de cette phase, on utilise
le dispositif automatique de triage et de comptage de particules.
Ces dispositifs produisent une information rapide concernant la
concentration et la repartition dimensionnelle des particules d'usure
dans l'echantillon de lubrifiant, ou bien sur leur modification La
modi- fication des concentrations et la modification de dimensions des
particules
25134 12 peuvent cependant etre egalement influencees de l'exterieur,
par suite de l'encrassement initial du lubrifiant "frais" ou bien par
suite d'un complement de remplissage en-huile.
De ce fait, meme cette methode ne permet pas d'obtenir une infor-
mation nette concernant le debut de la troisieme phase d'usure On
obtient une information plus complete lorsque le lubrifiant a
introduire dans le systeme est defini au prealable en ce qui concerne
sa qualite, ou bien lorsque,par un filtrage approprie, on est assure
d'utiliser pour le sys- teme du lubrifiant d'une purete convenable et
constante.
La figure 2-montre 1 efficacite de l'applicabilite des procedes connus
de controle d'usure en vue d'une analyse des particules d'usure et des
particules de matieres etrangeres de differentes dimensions La
dimension M des particules est exprimee en microns; la bande "a"
correspond a la ferrographie; la bande "b" correspond au
compteur-trieur de particules; la bande "c" correspond a la methode
d'activation neutronique; la bande "d" correspond a l'analyse
spectrale avec preparation chimique, tandis que la bande "e"
correspond a l'analyse spectrale directe.
La presente invention a pour but de fournir un procede d'essai ou de
controle qui convienne pour une determination rapide et fiable du
debut de la phase d'usure III en vue de l'indication anticipee d'une
defectuosite A cet effet, on ne peut utiliser aucun des procedes de
controle connus Les procedes de spectrometrie rapide operant par
analyse- directe de l'huile de lubrification ne conviennent pas pour
fournir une indication anticipeed'une defectuosite de systemes
tribologiques, car ces procedes ne permettent pas de detecter les
grosses particules d'usure qui sont caracteristiques du debut d'une
deterioration La technique d'activation neutronique, ou bien une autre
methode analytique agissant sur les echan- tillons, pourraient
convenir, mais elles ne sont pas satisfaisantes, en ce qui concerne la
rapidite Les compteurs et les trieurs automatiques de and particules
sont rapides mais, cependant, pour l'interpretaticn des valeurs de
mesure, on doit egalement prendre en consideration desvariations
resultant d'un encrassement du systeme de lubrification ou bien
provoquees par l'environ- nement Un gros grain de quartz, ou une autre
particule etrangere prove- nant de l'environnement qui a ete detectee
comme une modification ne se traduit pas obligatoirement par une
acceleration du processus d'usure.
Il est ainsi necessaire de determiner, pour les grosses particules, si
elles proviennent de la surface de frottement La ferrographie
semblerait appropriee a cet egard; avec un appareil utilisant cette
methode, il est
25134 1 2 possible de bien identifier les formes des particules
d'usure qui sont caracteristiques des differentes phases d'usure Lors
du choix des me- thodes de controle, on doit evidemment tenir compte
de la possibilite d'appli- cation rapide de la methode a l'endroit o
doit s'effectuer le controle.
Il a ete possible d'atteindre l'objectif de la presente invention
grace au fait que le processus d'usure est influence et parfois
determine par les effets de l'environnement En mesurant le processus
d'usure, il est ainsi egalement necessaire de mesurer l'influence de
l'en- vironnement Pour cette raison, on etablit les donnees d'usure et
le ni- veau d'encrassement qui sont caracteristiques de l'influence de
l'environ- nement et qui interviennent dans un processus normal
d'usure,et on ef- fectue des analyses concernant la morphologie des
particules dans les cas apparaissant comme critiques Apres la
determination des valeurs d'usure des processus normaux d'usure et
apres l'etablissement des valeurs corres- pondant a l'influence de
l'environnement, le controle de l'evolution nor- male du processus
d'usure constitue une operation de routine simple, rapide et ne
necessitant aucune connaissance speciale En ce qui concerne les
valeurs quantitativesl'analyse morphologique des particules fournit
une indication nette en ce qui concerne le debut de la deterioration.
Le controle d'usure a effectuer le plus frequemment et pendant une
longue periode (duree de service de l'appareil) est rapide et ne
sollicite pas le service d'entretien par des operations de controle
longues et neces- sitant des connaissances speciales Il y a peu
d'operations de controle a faire qui necessitent des connaissances
speciales et une attention parti- culiere,et pour cette raison, le
systeme d'indication anticipee de defec- tuosites selon l'invention
est economique.
La presente invention concerne un procede de controle et de deter-
mination de la nature de l'usure d'un systeme tribologique en vue de
l'indication anticipee d'une defectuosite, dans lequel on effectue un
controle qualitatif et quantitatif des oroduits d'usure et des
materiaux etrangers se trouvant dans le lubrifiant; selon ce procede;
apres rodage et apres l'application d'une methode de prelevement
d'echantillons par spectome- trie-gamma succedant a une activation
neutronique des produits d'usure et des materiaux etrangers, ou bien
d'une autre methode d'une precision et d'une sensibilite equivalentes,
on peut definir les valeurs quantitatives des produi d'usure et des
materiaux etrangers qui sont caracteristiques du maintien en
fonctionnement correct du systeme tribologiqueon qualifie ces valeurs
de valeurs normales d'usure; on determine les caracteristiques
quantitatives des particules des produits d'usure et des materiaux
25134 1 2 etrangers intervenant dans cette usure normalede preference
a l'aide de compteurs-trieurs automatiques de particules, on qualifie
ces caracteris- tic quantitatives des particules de caracteristique
d'usure normale du systeme pour laquelle on obtient un fonctionnement
correct dudit sys- teme puis en vue du controle du systeme
tribologique en fonctionnement- on preleve, a partir du lubrifiant, et
a des intervalles de temps avanta- geusement determines, des
echantillons de lubrifiant qu'on analyse avec des compteurs-trieurs
automatiques de particules et, dans le cas o les valeurs quantitatives
des particules depassent la valeur caracteristique admissiblh d'usure
normale, on effectue l'analyse morphologique des particules de
l'echantillon de lubrifiant a l'aide d'un ferrographe et on considere
le systeme comme defectueux lors de la presence de particules de
formes spheriques et/ou lors de la presence de particules en forme de
copeaux qui sont caracteristiques d'une usure par abrasion.
L'utilisation individuelle du procede conforme a l'invention est
possible, sans augmentation importante des frais d'exploitation, par
le fait que le controle d'usure a effectuer le plus frequemment et
pendant une assez longue periode pendant toute la duree de service du
systeme- peut etre realise en un temps court et ne necessite aucune
connaisance speciale Un controle necessitant beaucoup de connaisances
speciales et un grand soin ne doit etre effectue qu'exceptionnellement
pendant la mise en service L'etape precitee a effectuer le plus
frequemment dans le pro- cede conforme a l'invention concerne
l'observation des influences de l'environnement et de la penetration
de materiaux etrangers a partir de l'exterieur, ces influences pouvant
accelerer considerablement le processus d'usure et risquant de
provoquer des dommages importants apres un temps assez court.
On va maintenant expliquer la presente invention en reference a un
exemple d'application.
A partir du lubrifiant provenant de plusieurs dispositifs d'en-
trainement de meme type, on determine les valeurs d'usure,
correspondant a la phase II de la figure 1, par le procede
d'activation neutronique permettant d'obtenir une grande precision de
mesure L'identification de la phase Il est effectuee de maniere a
determinera partir des echantil-
Ions d'huile de lubrification preleves successivement et
periodiquement, la quantite des elements caracteristiques
correspondant aux couples d'usure principaux et la quantite des
materiaux etrangers ne provenant pas des matieres de construction La
vitesse d'usure des elements carac- teristiques de l'usure des
matieres de construction est constante dans
25134 12 la phase II lorsque la quantite de matieres etrangeres est
invariante.
Dans le cas de quantites variables denatieres etrangeres, on doit
tenir compte pour l'echantillon considere seulement de la quantite de
matiere de constructionqui est rapportee a une quantite identique de
matiere etrangere L'augmentation de la quantite de matiere etrangere
provoque notamment l'augmentation de la quantite de produits d'usure a
partir de la matiere de construction.
Les resultats d'usure obtenus de la maniere decrite ci-dessus dans la
phase de controle dimensionnel sont equivalents pour des systemes tri-
bologiques de meme type et de meme dimensions par exemple des groupes
propulseurs d'avion de meme type.
Pour les echantillons de lubrifiants intervenant dans la phase de
controle dimensionnel, on a suppose en dehors du controle decrit ci-
dessus qu'on effectuait une analyse d'encrassement avec des compteurs-
trieurs de particules et qu'on classait en categories les donnees de
me- sure conformement a la nome ISO/TC 131/Sc-6 Ce classement en
categories est effectue sur la base des particules inferieursa 5
microns et supe- rieuresa 15 microns qui se trouvent dans 1 ml Les
categories sont indi- quees par des chiffres.
Il faut evidemment lors de ce controle et dans le cas de differentes
quantites de matiere etrangere, tenir compte,dans les
echantillons,seule- ment de la quantite de matiere de construction qui
est rapporte a une meme quantite de matiere etrangere.
Avec les deux processus de controle decrits ci-dessus, on a obtenu les
resultats suivants: avec la methode d'activation neutronique, on a
obtenu les valeurs d'usure, exprimees en g, caracteristiques de
l'usure des matieres de construction du systeme tribologique dans la
phase d'usure
II, ainsi que les quantites de matieres etrangeres correspondantes,
ega- lement exprimees en g; a partir des donnees fournies par le
compteur de prticules, on a obtenu les valeurs d'encrassement,
caracteristiques de la phase II du systeme tribologique exprimees par
un indice de categorie conformement au code ISO Jusqu'au moment o la
valeur d'usure, exprimee en g, est caracteristique du systeme
tribologique, la quantite de matieres etrangeres exprimee en g, ou
bien l'indice d'encrassement exprime con- formement au code i SO,
fournit qeneraleiment aussi une indication de la qua-' lite de service
La connaissance simultanee des deux valeurs, et la detenminati de la
valeur (ou indice) d'encrassement correspondant a la phase Il du pro-
cessus sont egalement necessaires car la mesure avec le
compteur-trieur de particules est assez rapide et ne necessite aucune
connaisance spe- ciale de sorte qu'il est possible de controler un
grand nombre d'echan- tillons et d'effectuer les analyses des
echantillons provenant de plu- sieurs centaines de points de controle
a l'aide d'un seul dispositif.
La duree de la mesure est de 1 a 2 minutes Dans des essais effectues
dans la pratique, on a obtenu, pour les categories exprimees confor-
mement au code ISO pour des groupes propulseurs d'avion (turbines a
gaz) et des systemes hydrauliques,et pour la phase II du processus
d'u- sure des valeurs comprises entre 13/10-18/15 pour des conditions
normales d'usure Pour un plus fort degre d'encrassement, l'echantillon
d'huile a ete analyse par voie ferrographique Pendant l'analyse
ferrographique, phic, on a etabli par une analyse morphologique des
particules, si un deDassement de la cateqorie ISO caracteristioue
d'une condition d'usure consideree comme normale, pour un des elements
de construction. est du a l'action de particules d'usure de grande
dimensions provoquant la fatigue superficielle qui sont
caracteristiques de la Dhase d'usure III, ou a des particules
abrasives caracteristiques d'un debut de grippage Dans ce cas, il est
recommande de ne pas continu- er a faire fonctionner le mecanisme du
fait du dommage qui peut se pro- duire au bout d'un temps court En
plus du resultat de l'analyse morpho- logique, l'analyse
ferrographique permet egalement d'etablir de quelle surface d'elements
de construction, comme par exemple des tourillons d'arbres ou des
paliers, etc, proviennent les particules d'usure de dimensions
dangereuses, de sorte qu'on obtient une information utile pour la
reparation du systeme L'analyse ferrographique peut egalement mettre
en evidence le fait que le depassement de la categorie ISO,
caracteristique du processus normal d'usure, s'est produit sous
l'influence de l'environnement L'augmentation du nombre de parti-
cules et des dimensions de particules resultent d'influences
exterieures.
Dans ce cas, il est necessaire d'effectuer un lavage ou un nettoyage
du systeme et de controler de facon repetee le systeme apres le
nettoyage et en fonction de la prise d'echantillons A titre d'exemple,
on a opere de cette maniere en pratique sur des turbines a gaz
d'avions sur des sys- temes hydrauliques, sur des systemes de
lubrification de laminoirs, sur des groupes hydrauliques de machines
de travail, etc et on a obtenu des resultats satisfaisants.
Dans la phase de mesure concernant le systeme de controle et d'in-
dications prealables de defauts, la determination des valeurs normales
25134 1 2 - d'usure et des valeurs d'encrassement est longue mais
l'analyse d'encras- sement du compteur-trieur automatique de
particules en cours de marche est assez rapide De cette maniere, il
est possible de controler regulie- rement des systemes tribologiques
et d'observer rapidement la variation du processus normal d'usure
L'analyse ferrographique des echantillons qualifies de critiques
permet de definir la probabilite de defectuosite, elle fournit une
indication pour la reparation, notamment en indiquant de quelle
surface d'elements de construction proviennent les particules d'u-
sure de dimensions dangereuses; ou bien il est possible de determiner
si la variation resulte d'une influence exterieure, auquel cas on peut
re- medier a cet inconvenient par une action correspondante, par
exemple par lavage, et le systeme peut etre remis en marche apres
repetition du con- trole. Bien entendu, la presente invention n'est
pas limitee aux modes de realisation decrits et representes; elle est
susceptible de nombreuses variantes accessibles a l'homme de l'art
sans que l'on ne s'ecarte pour cela de l'esprit de l'invention.
25134 12
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Procede pour le controle et la qualification de lacondition d'usure
d'un systeme tribologique en vue de l'indication prea-lable d'une
defectuosite suivant lequel on controle qualitativement et
quantitativement les produits d'usure et les matieres etrangeres se
trou-vant dans le lubrifiant, procede caracterise en ce que, apres
-rodage, on determine, par une methode de prelevement d'echantillons
utilisant laspectrometrie-gamma, ou une autre methode d'une precision
et d'une sensibilite equivalentes, apres une activation neutronique
des produits d'usure et des matieres etrangeres, les valeurs
quantitatives des produits d'usure et des matieres etrangeres qui sont
caracteristiques du maintien en ordre de marche correct du systeme
tribologique, onqualifie ces valeurs comme de valeurs d'usure
normales, et on deter-mine les nombres caracteristiques de particules
de produits d'usure et des matieres etrangeres correspondant a cette
condition normale d'usure, avantageusement a l'aide de
compteurs-trieurs automatiques de particules, onqualifie ces nombres
caracteristiques de particules de ca-racteristique normale d'usure du
systeme, qui autorise un maintien en ordre de marche correct de
celui-ci, puis en vue d'un controle du systeme tribologique en
fonctionnement on preleve des echantillons de lubrifiant a des
intervalles de temps convenables et on les analyse a l'aide d' un
compteur-trieur automatique de particules et, dans le cas o les
nombres de particules depassent les valeurs
caracteristiquesadmissibles correspondant a l'usure normale, on
effectue l'analyse mor-phologique des particules de l'echantillon de
lubrifiant par voie fer-rographique et on qualifie le systeme comme
defectueux lors de la pre-sence de particules de forme spherique et/ou
de particules en forme decopeaux qui sont caracteristiques d'une usure
par abrasion.
2. Mode d'application du procede selon la revendication 1,
carac-terise en ce que le systeme considere comme defectueux a cause
de la presence des particules etrangeres provenant de l'exterieur, est
qualifie d'apte a subir un fonctionnement d'essai apres l'epurationdu
lubrifiant et du systeme.
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in order.
12. Other tools include a "Preview" option [ [preview.png] ] and the
ability to mark the relative locations of highlighted items by
using the "Marker" option [ [marker.png] ].
Try these out to best understand how they work, and to discover if
they are of use to you.
13. Items selected from the menu on the left will be highlighted in
the main publication section (here in the middle of the screen).
Click them for further information and insights (including
chemical structure diagrams where available).
14. Please experiment with TextMine - you cannot make any permanent
changes or break anything and once your session is closed (you've
log out) all your activity is destroyed.
Please contact Minesoft Customer Support if you have any questions
or queries at: support@minesoft.com
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