KR101422181B1 - 해양 구조물 - Google Patents

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Abstract

해양 구조물이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물은, 상부 구조물이 설치된 갑판의 하부를 지지하는 복수의 칼럼; 및 상기 복수의 칼럼에 입사되는 조류가 상기 복수의 칼럼 주위에서 유동 박리됨에 따라 발생되는 주기적인 와류 쉐딩에 의해 상기 복수의 칼럼이 진동되는 것을 방지하도록, 상기 복수의 칼럼에 설치되어 상기 복수의 칼럼에 입사되는 상기 조류에 해수를 분사하는 해수 분사유닛을 포함한다.

Description

해양 구조물{FLOATING TYPE MARINE STRUCTURE}
본 발명은, 해양 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 조류에 의해 발생되는 진동을 방지할 수 있는 해양 구조물에 관한 것이다.
해양 석유/가스 시추 및 생산을 위한 작업에는 "리그(rig)"로 불리는 선박 또는 플랫폼인 해양 구조물이 준비된다.
이러한 해양 구조물은 시추, 생산 및 저장 장비와 작업자 거주설비 등 상부 구조물이 갑판에 설치된다.
그리고, 해양 구조물인 플랫폼은 고정형 플랫폼과 부유형 플랫폼 중 어느 하나가 이용된다.
고정형 플랫폼은 해저면에 직접 또는 간접적으로 배치되는 지지각에 의하여 해저면에 고정된다.
이러한, 고정형 플랫폼은 비교적 안정된 반면에, 볼드페이트(Baldpate) 타워라고 불리는 소위 컴플라이언트 파일드 타워(compliant piled tower:CPT)가 1648 피트(약 500 m)의 깊이에도 설치될 수 있으나 일반적으로 비교적 얕은 수심, 즉 약 500 피트(약 152 m)의 깊이에 제한적으로 설치된다.
반면에, 부유형 플랫폼은 전형적으로 약 500 피트(약 152 m) 이상의 수심에 사용되며, 해저면에 고정된 계류라인에 의하여 또는 플랫폼의 일측 또는 양측에 배치된 동력 스러스터에 의하여 유정지(well site) 상에서 위치가 고정된다.
부유형 플랫폼은 바람이나 해양조건에 따라 움직이므로 설치 작업이 복잡하나, 실질적으로 부유형 플랫폼이 고정형 플랫폼보다 더 깊은 수심에 설치될 수 있고 이동이 가능하여 다른 유정지로 이동하기 쉽다는 이점이 있다.
이러한, 부유형 플랫폼은 드릴쉽(drill ship), 반잠수형(semi-submersible) 플랫폼 및 스파(spar)형 플랫폼, 텐션-레그형 플랫폼(tension-leg platform: TLP) 등을 포함한다.
이하에서는, 부유형 플랫폼에 속하는 심흘수 반잠수형 플랫폼을 예를 들어 설명하기로 한다.
심흘수 반잠수형 플랫폼은, 상부 구조물이 설치된 갑판의 하부를 지지하는 복수의 칼럼(column)과, 복수의 칼럼 중 인접한 칼럼을 상호 연결하는 폰툰(pontoon)을 포함한다.
여기서, 폰툰은 해수에 잠기어 소정 크기의 부력을 제공한다.
한편, 와류 유발운동은 비교적 일정한 속도의 조류가 해양 구조물의 칼럼에 입사될 때 칼럼 후방에 발생하는 주기적인 와류 쉐딩에 의해 조류의 입사방향과 직각 방향으로 외력이 구조물에 작용하여 발생하는 운동을 말한다.
웨이브 파티클 모션(wave particle motion)이 상대적으로 큰 해수면 근처에서는 입사하는 조류를 파입자 운동이 교란하여 와류 유발운동에 의한 진동이 상쇄되므로 비교적 낮은 흘수를 갖는 칼럼의 경우에 와류 유발운동이 큰 문제가 되지 않는다.
그러나, 40m 이상의 심흘수의 복수의 칼럼을 갖는 해양 구조물의 경우 파입자 운동의 크기가 작아 입사하는 조류를 거의 교란하지 못하므로 조류에 의한 진동이 발생되어 전체 해양 구조물의 운용 효율을 저하시키게 된다.
한편, 심흘수 반잠수형 플랫폼의 경우, 복수의 칼럼이 길고 가느다란 형상으로 형성되므로 조류에 의해 와류 유발운동(Vortex Induced Motion)이 일어나기 쉽다.
따라서, 심흘수 반잠수형 플랫폼의 경우에 조류에 의한 진동이 발생되어 전체 플랫폼의 균형과 안정성 측면에서 제어가 용이하지 않은 문제점이 있다.
[문헌1] 일본 공개특허 특개2000-168676 2006.06.20. 공개
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 진동을 발생시키는 와류 유발운동을 방지할 수 있는 해양 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상부 구조물이 설치된 갑판의 하부를 지지하는 복수의 칼럼; 및 상기 복수의 칼럼에 입사되는 조류가 상기 복수의 칼럼 주위에서 유동 박리됨에 따라 발생되는 주기적인 와류 쉐딩에 의해 상기 복수의 칼럼이 진동되는 것을 방지하도록, 상기 복수의 칼럼에 설치되어 상기 복수의 칼럼에 입사되는 상기 조류에 해수를 분사하는 해수 분사유닛을 포함하는 해양 구조물이 제공될 수 있다.
상기 해수 분사유닛은, 상기 복수의 칼럼 중 어느 하나 이상에 배치되되, 상기 칼럼에 입사되는 상기 조류에 해수를 분사하는 적어도 하나 이상의 노즐부; 및 상기 노즐부에 고압의 해수를 공급하는 해수 공급부를 포함할 수 있다.
상기 노즐부는, 입사되는 상기 조류에 해수를 분사하도록 상기 칼럼의 전방부 및 후방부 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있다.
상기 노즐부는, 상기 칼럼에 마련되되, 상기 칼럼의 높이방향을 따라 상호 이격되게 배치되는 복수의 단위 노즐을 포함할 수 있다.
상기 칼럼에서 출몰가능하게 설치되되, 상기 칼럼에서 돌출되어 상기 칼럼에 입사되는 상기 조류를 교란하는 유동 교란유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 유동 교란유닛은, 상기 칼럼의 외주면에 출몰가능하게 설치되는 플레이트부; 및 상기 칼럼에 설치되되, 상기 플레이트부에 연결되어 상기 플레이트부를 상기 칼럼에서 출몰가능하게 회동시키는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 플레이트부의 일측은 상기 칼럼에 힌지결합되며, 상기 플레이트부의 타측은 상기 구동부에 의해 회동되어 상기 칼럼에서 돌출될 수 있다.
상기 유동 교란유닛은, 상기 칼럼에 마련되어 상기 노즐부를 수납하며, 상기 플레이트부의 회동에 의해 개폐되는 수납부를 더 포함할 수 있다.
상기 구동부는 상기 플레이트부의 타측에 결합되어 직선 왕복운동하는 엑츄에이터를 포함하고, 상기 노즐부에서 해수가 분사되는 경우에 상기 수납부는 개방되며, 상기 구동부의 직선 왕복운동에 의해 상기 플레이트부가 시계 및 반시계방향으로 왕복하여 회동될 수 있다.
본 발명의 실시예는, 복수의 칼럼 주위에서 유동 박리됨에 따라 발생되는 주기적인 와류 쉐딩을 방지하도록 복수의 칼럼에 입사하는 조류에 해수를 분사함으로써, 와류 유발운동 및 와류 유발운동에 따른 진동을 방지하여 전체 해양 구조물의 균형을 안정적으로 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 다른 해양 구조물을 나타내는 정면도이다.
도 3은 도 2의 A부분 확대도이다.
도 4는 복수의 칼럼을 지나는 조류의 흐름을 나타내는 상태도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 분사유닛 및 유동 교란유닛의 동작 전후 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 해양 구조물은, 해저면에 직접 또는 간접적으로 고정되는 고정형 플랫폼과, 드릴쉽(drill ship), 반잠수형(semi-submersible) 플랫폼 및 스파(spar)형 플랫폼, 텐션-레그형 플랫폼(tension-leg platform: TLP) 등의 부유형 플랫폼을 포함한다.
이하에서는, 부유형 플랫폼에 속하는 심흘수 반잠수형 플랫폼을 예를 들어 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 다른 해양 구조물을 나타내는 정면도이고, 도 3은 도 2의 A부분 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물(100)은, 갑판(120)과, 갑판(120)에 설치되는 상부 구조물(110)과, 갑판(120)의 하부를 지지하는 복수의 칼럼(130)과, 복수의 칼럼(130) 중 인접한 칼럼(130)을 상호 연결하는 폰툰(pontoon, 140)과, 복수의 칼럼(130)에 설치되어 복수의 칼럼(130)에 입사되는 조류에 해수를 분사하는 해수 분사유닛(150)과, 복수의 칼럼(130)에서 돌출되어 복수의 칼럼(130)에 입사되는 조류를 교란하는 유동 교란유닛(170)을 포함한다.
여기서, 폰툰(140)은 해수에 잠기어 소정 크기의 부력을 제공한다.
본 실시예는 해양 구조물(100)에 입사되는 조류가 복수의 칼럼(130) 주위에서 유동 박리됨에 따라 발생되는 주기적인 와류 쉐딩(vortex shedding)에 의해 복수의 칼럼(130)이 진동되는 것을 방지하도록, 복수의 칼럼(130)에 입사되는 조류에 해수를 분사하여 전체적으로 해양 구조물(100)의 균형을 안정적으로 제어하도록 하기 위함이다.
또한, 본 실시예는 복수의 칼럼(130)에서 돌출되어 복수의 칼럼(130)에 입사되는 조류를 교란함으로써, 복수의 칼럼(130) 주위에서 와류 쉐딩이 주기적으로 발생되는 것을 더욱 더 방지할 수 있다.
도 3을 참조하면, 해수 분사유닛(150)은, 복수의 칼럼(130)에 입사되는 조류에 해수를 분사하여 조류에 의한 복수의 칼럼(130) 주위에서 주기적 또는 규칙적인 와류 쉐딩이 발생되는 것을 방지하는 역할을 한다.
즉, 해수 분사유닛(150)은, 조류가 복수의 칼럼(130) 주위에서 유동 박리됨에 따라 발생되는 주기적 또는 규칙적인 와류 쉐딩을 방지하여 복수의 칼럼(130)이 진동되고, 아울러 전체적으로 해양 구조물(100)이 균형을 잃는 것을 방지하는 역할을 한다.
여기서, 해수 분사유닛(150)은, 복수의 칼럼(130)에 각각 배치되되 복수의 칼럼(130)에 입사되는 조류에 해수를 분사하는 적어도 하나 이상의 노즐부(151)와, 노즐부(151)에 고압의 해수를 공급하는 해수 공급부(미도시)를 포함한다.
노즐부(151)는, 입사되는 조류에 고압의 해수를 분사하는 역할을 한다.
적어도 하나 이상의 노즐부(151)가 복수의 칼럼(130) 각각에 마련되어 복수의 칼럼(130)으로 입사되는 조류에 해수를 분사한다.
또한, 노즐부(151)는 칼럼(130)의 높이방향으로 상호 이격되게 복수개 마련될 수 있다.
그리고, 노즐부(151)는 입사되는 조류에 해수를 분사하도록 칼럼(130)의 전방부 및 후방부 중 적어도 어느 하나에 배치된다.
그리고, 노즐부(151)는 칼럼(130)에 마련되되 칼럼(130)의 높이방향을 따라 상호 이격되게 배치되는 복수의 단위 노즐(153)을 포함한다.
복수의 단위 노즐(153)은 칼럼(130)의 높이방향으로 상호 이격되게 배열된다.
또한, 복수의 단위 노즐(153)은 입사되는 조류의 방향에 대해 경사지게 배치되어 해수를 입사되는 조류에 분사한다.
구체적으로, 칼럼(130)의 전방부에 배치된 복수의 단위 노즐(153)은 칼럼(130)에 입사되는 조류를 교란하여 조류가 칼럼(130)의 외주면을 따라 매끄럽게 칼럼(130)의 후방부로 흘러가는 것을 방지한다.
따라서, 칼럼(130)의 전방부에 배치된 복수의 단위 노즐(153)은 칼럼(130)을 따라 흘러가는 조류의 난류성분을 증가시켜 칼럼(130)의 후방부에서 주기적 또는 규칙적인 와류 쉐딩이 발생하는 것을 사전에 방지한다.
그리고, 칼럼(130)의 후방부에 배치된 복수의 단위 노즐(153)은 칼럼(130)을 따라 흐르는 조류를 임의로 칼럼(130)에서 떨어져 나가게 함으로써, 칼럼(130)의 후방부에서 주기적 또는 규칙적으로 와류 쉐딩이 발생하는 것을 방지한다.
상기한 바와 같이, 복수의 칼럼(130)에 각각 마련된 복수의 단위 노즐(153)을 통해 조류에 의한 주기적 또는 규칙적인 와류 쉐딩을 방지하여, 주기적 또는 규칙적인 와류 쉐딩에 의해 발생되는 칼럼(130)의 진동을 방지한다.
그러므로, 해양 구조물(100)의 균형을 유지함에 있어 안정적인 제어가 가능한다.
그리고, 해수 공급부는 노즐부(151)에 고압의 해수를 공급하는 역할을 한다.
해수 공급부는 해수를 공급하는 펌프(미도시)와, 펌프에 연결되되 해수를 노즐부(151)에 공급하는 유로를 형성하는 파이프라인(미도시)을 포함한다.
본 실시예에서 유동 교란유닛(170)은, 해수 분사유닛(150)과 마찬가지로, 복수의 칼럼(130)을 따라 흐르는 조류를 교란하여 조류의 난류성분을 증가시켜 복수의 칼럼(130)의 후방부에서 주기적 또는 규칙적인 와류 쉐딩이 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다.
유동 교란유닛(170)은, 복수의 칼럼(130) 각각의 외주면에 출몰가능하게 설치되는 플레이트부(171)와, 복수의 칼럼(130) 각각에 설치되되 플레이트부(171)에 연결되어 플레이트부(171)를 복수의 칼럼(130) 각각에서 출몰가능하게 회동시키는 구동부(175)를 포함한다.
플레이트부(171)는 칼럼(130)의 외주면에서 돌출되어 칼럼(130)의 외주면을 따라 흐르는 조류를 교란하여 조류의 난류성분을 증가시켜 칼럼(130)의 후방부에서 와류 쉐딩이 주기적 또는 규칙적으로 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다.
한편, 플레이트부(171)가 칼럼(130)에 밀착되는 경우에 플레이트부(171)의 형상은 칼럼(130)의 외주면과 동일평면을 이루도록 형성된다.
그리고, 플레이트부(171)는 구동부(175)에 의해 칼럼(130)의 외주면에서 출몰가능하게 회동된다.
즉, 플레이트부(171)의 일측은 칼럼(130)의 외주면에 회동가능하게 힌지결합(173)되며, 타측은 구동부(175)에 연결되어 구동부(175)의 왕복운동에 의해 칼럼(130)의 외주면에서 출몰된다.
여기서, 구동부(175)는 플레이트부(171)의 타측에 결합되어 직선 왕복운동하는 엑츄에이터를 포함한다.
본 실시예에서 엑츄에이터는 유압 실린더, 공압 실린더 등을 포함하나, 플레이트부(171)를 칼럼(130)의 외주면에서 출몰가능하게 할 수 있는 수단이면 어느 것이든 사용가능하다.
한편, 본 실시예에서 유동 교란유닛(170)은, 노즐부(151)를 수납하도록 복수의 칼럼(130) 각각에 마련되되 플레이트부(171)의 회동에 의해 개폐되는 수납부(177)를 더 포함한다.
여기서, 수납부(177)는 노즐부(151)가 수납되는 공간을 형성한다.
해수 분사유닛(150)을 작동하지 않는 경우에 노즐부(151), 즉 복수의 단위 노즐(153)은 수납부(177)에 수납된 상태에서 플레이트부(171)가 수납부(177)에 밀착되어 수납부(177)를 폐쇄한다.
그리고, 해수 분사유닛(150)을 작동하는 경우에 플레이트부(171)를 회동시켜 수납부(177)를 개방한 후 노즐부(151), 즉 복수의 단위 노즐(153)을 통하여 해수를 입사되는 조류에 분사할 수 있도록 한다.
전술한 바와 같이, 플레이트부(171)는 구동부(175)에 의해 칼럼(130)의 외주면에서 돌출되며, 입사되는 조류가 플레이트부(171)를 지나면서 유동이 교란되어 난류성분이 증가된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 복수의 칼럼을 지나는 조류의 흐름을 나타내는 상태도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 분사유닛 및 유동 교란유닛의 동작 전후 상태를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 복수의 칼럼(130)이 높은 흘수를 갖는 경우에, 복수의 칼럼(130)에 입사되는 조류에 의해 복수의 칼럼(130)의 후류에서는 주기적 또는 규칙적인 와류 쉐딩이 발생된다. 이와 같은 와류 쉐딩에 의해 복수의 칼럼(130)이 진동되고 전체 해양 구조물의 안정성을 해하게 된다.
따라서, 본 실시예에서는 도 4에서 도시한 바와 같이 복수의 칼럼(130)에 입사되는 조류에 의한 와류 유발운동을 방지하도록, 복수의 칼럼(130)에 해수 분사유닛(150) 및 유동 교란유닛(170)이 마련된다.
도 5를 참조하면, 복수의 칼럼(130)이 낮은 흘수를 갖거나 복수의 칼럼(130)에 입사되는 조류의 흐름의 세기가 약한 경우 등 복수의 칼럼(130)을 지나는 조류에 의한 주기적 또는 규칙적인 와류 쉐딩이 발생되지 않는 경우, 복수의 칼럼(130) 각각에 높이방향으로 상호 이격되게 배치되는 노즐부(151)는 수납부(177)에 수납된 상태를 유지한다.
즉, 노즐부(151)를 구성하는 복수의 단위 노즐(153)이 수납부(177)에 수납되고, 플레이트부(171)가 칼럼(130)에 밀착되어 복수의 단위 노즐(153)을 수납부(177)에 밀폐시킨다.
그리고, 도 6을 참조하면, 복수의 칼럼(130)이 높은 흘수를 갖거나 복수의 칼럼(130)에 입사되는 조류의 흐름의 세기가 강한 경우 등 복수의 칼럼(130)에 입사되는 조류에 의한 주기적 또는 규칙적인 와류 쉐딩이 발생되어 칼럼(130)이 진동되는 경우에, 주기적 또는 규칙적인 와류 쉐딩이 발생하는 것을 방지하기 위해, 플레이트부(171)를 칼럼(130)에서 돌출되게 하여 칼럼(130)에 입사되는 조류의 난류성분을 증가시키고, 노즐부(151)를 구성하는 복수의 단위 노즐(153)을 이용하여 입사되는 조류에 해수를 분사하여 칼럼(130)의 후방부에서 주기적 또는 규칙적인 와류 쉐딩이 발생되는 것을 방지한다.
상기와 같이, 복수의 칼럼(130)에 해수 분사유닛(150) 및 유동 교란유닛(170)을 마련하여, 복수의 칼럼(130)에 입사되는 조류에 의한 주기적 또는 규칙적 와류 쉐딩이 발생하는 것을 방지함으로써, 와류 유발운동 및 와류 유발운동에 따른 복수의 칼럼(130)의 진동을 방지할 수 있어 전체 해양 구조물(100)의 균형을 안정적으로 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100: 해양 구조물 110: 상부 구조물
120: 갑판 130: 칼럼
150: 해수 분사유닛 151: 노즐부
153: 단위 노즐 170: 유동 교란유닛
171: 플레이트부 175: 구동부
177: 수납부

Claims (9)

  1. 상부 구조물이 설치된 갑판의 하부를 지지하는 복수의 칼럼;
    상기 복수의 칼럼에 입사되는 조류가 상기 복수의 칼럼 주위에서 유동 박리됨에 따라 발생되는 주기적인 와류 쉐딩에 의해 상기 복수의 칼럼이 진동되는 것을 방지하도록, 상기 복수의 칼럼에 설치되어 상기 복수의 칼럼에 입사되는 상기 조류에 해수를 분사하는 해수 분사유닛; 및
    상기 칼럼에서 출몰가능하게 설치되되, 상기 칼럼에서 돌출되어 상기 칼럼에 입사되는 상기 조류를 교란하는 유동 교란유닛을 포함하며,
    상기 해수 분사유닛은,
    상기 복수의 칼럼 중 어느 하나 이상에 배치되되, 상기 칼럼에 입사되는 상기 조류에 해수를 분사하는 적어도 하나 이상의 노즐부; 및
    상기 노즐부에 고압의 해수를 공급하는 해수 공급부를 포함하며,
    상기 유동 교란유닛은,
    상기 칼럼의 외주면에 출몰가능하게 설치되는 플레이트부;
    상기 칼럼에 설치되되, 상기 플레이트부에 연결되어 상기 플레이트부를 상기 칼럼에서 출몰가능하게 회동시키는 구동부; 및
    상기 칼럼에 마련되어 상기 노즐부를 수납하며, 상기 플레이트부의 회동에 의해 개폐되는 수납부를 포함하는 해양 구조물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노즐부는,
    입사되는 상기 조류에 해수를 분사하도록 상기 칼럼의 전방부 및 후방부 중 적어도 어느 하나에 배치되는 해양 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노즐부는,
    상기 칼럼에 마련되되, 상기 칼럼의 높이방향을 따라 상호 이격되게 배치되는 복수의 단위 노즐을 포함하는 해양 구조물.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트부의 일측은 상기 칼럼에 힌지결합되며,
    상기 플레이트부의 타측은 상기 구동부에 의해 회동되어 상기 칼럼에서 돌출되는 해양 구조물.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 플레이트부의 타측에 결합되어 직선 왕복운동하는 엑츄에이터를 포함하고,
    상기 노즐부에서 해수가 분사되는 경우에 상기 수납부는 개방되며,
    상기 구동부의 직선 왕복운동에 의해 상기 플레이트부가 시계 및 반시계방향으로 왕복하여 회동되는 해양 구조물.
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JPH1053191A (ja) * 1996-08-08 1998-02-24 Hazama Gumi Ltd 船体の動揺低減システム
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