KR101491671B1 - 부유식 해양구조물 - Google Patents

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KR101491671B1
KR101491671B1 KR20130100345A KR20130100345A KR101491671B1 KR 101491671 B1 KR101491671 B1 KR 101491671B1 KR 20130100345 A KR20130100345 A KR 20130100345A KR 20130100345 A KR20130100345 A KR 20130100345A KR 101491671 B1 KR101491671 B1 KR 101491671B1
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양승호
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

부유식 해양구조물이 개시된다. 본 발명에 따른 부유식 해양구조물은, 상부 갑판에서 선저로 관통되는 문풀(moonpool)이 마련되는 선체와, 문풀의 측벽에 연결되는 가이드유닛과, 가이드유닛에 연결되며 가이드유닛을 따라 이동되어 문풀을 개폐하는 도어유닛을 포함한다.

Description

부유식 해양구조물{Floating Offshore Structure}
본 발명은 부유식 해양구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 문풀이 마련된 부유식 해양구조물의 항행 시 발생되는 슬로싱(sloshing) 현상을 포함한 문풀 내부 해수 유입에 의한 저항을 최소화 시킬 수 있는 부유식 해양구조물에 관한 것이다.
국제적으로 급격하게 산업 및 공업이 발전함에 따라 석유와 같은 지구 자원의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 원유의 안정적인 생산과 공급이 전지구적인 차원에서 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다.
이와 같은 이유로, 최근에는 지금까지 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소의 한계 유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발이 경제성을 가지게 되었으며, 따라서 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 이런 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 선박이 개발되어 있다.
즉, 종래의 해저 시추에는, 다른 예인선에 의해서만 항해가 가능하고 계류 장치를 이용하여 해상의 일점에 정박한 상태에서 해저 시추 작업을 하는 해저 시추 전용의 리그선박(rig ship)이나 고정식 플랫폼이 주로 사용되었으나, 최근에는 첨단의 시추장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 일반 선박과 동일한 형태로 제작된 소위, 드릴쉽(Drillship)이 개발되어 해저 시추에 사용되고 있다.
군소 유전 개발을 위해서는 그 위치를 자주 옮겨야 하는 작업 조건에 따라, 이런 선박은 예인선 없이 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 제작되어 왔으며, 따라서 이와 같이 자체의 동력으로 항해하도록 설계된 선박은 최적의 항해 성능 및 작업성을 가지도록 건조되어야 한다.
이러한 선박의 선체 중앙에는 시추 파이프를 해저 바닥으로 내려보내기 위한 문풀(Moonpool)이 형성되어 있다. 선박의 문풀은 선박의 용도 측면에서는 필수 불가결한 구조이지만, 정박, 항해 안정성이나 항해 성능의 측면에서는 매우 불리한 구조이다.
도 1은 선박의 문풀(A) 형상을 나타내는 단면도이며, 도 2는 선박의 항해 시 선박의 문풀(A) 내부에 발생되는 슬로싱(sloshing) 현상을 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 드릴링 작업을 위해 선박에는 선체(10) 중앙부를 관통하는 공간인 문풀(Moonpool, A)이 마련된다.
문풀(A)은, 대략 20 내지 30m의 길이와　10 내지 15m의 폭을 가지며, 어퍼 데크(Upper deck, 20)에서 선박의 바닥면(Base line, 30)까지 관통되어 마련된다.
도 2를 참조하면, 선박의 항행 시 선박이 진행방향(SS)으로 이동함에 따라 선박의 문풀(A) 내부로 해수의 유동이 발생하는데(B 부분의 화살표 참조), 이는 결국 문풀(A) 내부의 해수를 진동시켜 슬로싱 현상을 유발한다.
특히 이러한 슬로싱 현상은 문풀(A) 내부의 해수를 진동시키는데, 해수의 진폭이 커질수록 슬로싱 현상에 의한 영향이 증대된다.
이러한 슬로싱 현상 및 문풀 내부로의 해수 유입 현상은, 선박의 항행 시 저항을 증가시키고, 그에 따라 선박의 운항 속도 감소 및 선박의 연료 소모량을 증가를 유발한다. 즉, 이러한 문풀(A) 내부의 슬로싱 현상에 의해 선박의 운항 속도가 1.0 내지 1.5 knots 정도 저하되고, 그에 따라 연료 소모량도 많아진다.
따라서, 항행 시 문풀(A) 내부에서 발생되는 슬로싱 현상을 포함한 문풀 내부 해수 유입에 의한 저항을 최소화시킬 수 있는 부유식 해양구조물의 개발이 필요한 실정이다.
한국특허공개공보 제10-2012-0108734(현대중공업 주식회사), 2012.10.05.
따라서 본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 부유식 해양구조물의 항행 시 문풀을 차폐함으로써 문풀 내부로 해수가 유입되는 것을 막아 부유식 해양구조물의 항행 시 슬로싱 현상 및 해수 유입에 의한 저항을 최소화할 수 있는 부유식 해양구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상부 갑판에서 선저로 관통되는 문풀(moonpool)이 마련되는 선체; 상기 문풀의 측벽에 연결되는 가이드유닛; 및 상기 가이드유닛에 연결되며, 상기 가이드유닛을 따라 이동되어 상기 문풀을 개폐하는 도어유닛을 포함하는 부유식 해양구조물이 제공될 수 있다.
상기 가이드유닛은, 상기 문풀의 제1 측벽에 결합되는 세로 가이드레일; 및 상기 문풀의 제1 측벽에 연결되는 제2 측벽에 결합되며, 상기 세로 가이드레일에 교차하는 방향으로 배치되는 가로 가이드레일을 포함할 수 있다.
상기 가로 가이드레일은, 상기 선저를 기준으로 일단부가 타단부보다 높은 위치에 위치되도록 경사지게 배치될 수 있다.
상기 도어유닛은, 도어 몸체부; 및 상기 도어 몸체부에 연결되며, 상기 세로 가이드레일 및 가로 가이드레일 각각에 지지되는 지지부를 포함할 수 있다.
상기 지지부는, 상기 도어 몸체부에 회전 가능하게 결합되는 회전 롤러를 포함할 수 있다.
상기 세로 가이드레일과 상기 가로 가이드레일 각각에는, 상기 회전 롤러가 배치되는 가이드홈이 마련될 수 있다.
상기 지지부는, 상기 세로 가이드레일과 상기 가로 가이드레일 각각에 슬라이딩 이동가능하게 결합되며, 상기 도어 몸체부에 회전 가능하게 결합되는 이동 블록을 포함할 수 있다.
상기 이동 블록은, 상기 세로 가이드레일과 상기 가로 가이드레일 각각에 구름접촉되는 볼을 포함할 수 있다.
상기 선체에 마련되며, 상기 도어유닛에 연결되어 상기 도어유닛을 이동시키는 구동유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 구동유닛은, 상기 도어유닛에 결합되는 와이어; 및 상기 선체의 상부 갑판에 마련되며, 상기 와이어를 이동시키는 연결 와이어 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 문풀의 측벽에 연결되는 가이드유닛을 따라 이동되는 도어유닛이 문풀을 폐쇄함으로써, 부유식 해양구조물의 항행 시 해수가 문풀 내부로 유입되는 것을 막아 문풀에 의해 발생되는 저항을 최소화할 수 있다.
도 1은 선박의 문풀(A) 형상을 나타내는 단면도이다.
도 2는 선박의 항해 시 선박의 문풀(A) 내부에 발생되는 슬로싱(sloshing) 현상을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부유식 해양구조물의 구조가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 4는 도 3에서 문풀이 도시된 도면이다.
도 5는 문풀이 폐쇄된 상태가 도시된 도면이다.
도 6은 문풀이 개방된 상태가 도시된 도면이다.
도 7은 도 5의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 8은 도 4의 도어유닛의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 문풀이 도시된 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 도어유닛과 가이드유닛이 도시된 도면이다.
도 11은 도 10의 'B'의 확대도이다.
도 12는 도 10의 C-C선에 따른 단면도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부유식 해양구조물의 구조가 개략적으로 도시된 도면이고, 도 4는 도 3에서 문풀이 도시된 도면이며, 도 5는 문풀이 폐쇄된 상태가 도시된 도면이고, 도 6은 문풀이 개방된 상태가 도시된 도면이며, 도 7은 도 5의 A-A선에 따른 단면도이고, 도 8은 도 4의 도어유닛의 사시도이다.
이하에서 설명할 부유식 해양 구조물은, 수면에 부력에 의해서 뜨는 형식의 해양 구조물을 말하는 것으로, 스스로 자항(自航)할 수 있는 선박 등을 포함한다.
도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 부유식 해양구조물은, 상부 갑판(111)에서 선저(112)로 관통되는 문풀(moonpool, 113)이 마련되는 선체(110)와, 문풀(113)의 측벽에 연결되는 가이드유닛(120)과, 가이드유닛(120)에 연결되며 가이드유닛(120)을 따라 이동되어 문풀(113)을 개폐하는 도어유닛(130)을 포함한다.
선체(110)에는, 상부 갑판(111)에서 선저(112)로 관통되는 문풀(113)이 마련된다. 본 실시예에서 문풀(113)은 사각의 홀 형태로 형성되는데, 본 발명의 권리범위가 이러한 형상에 한정되는 것은 아니며, 원형 또는 다각형의 다양한 형상으로 문풀(113)이 형성될 수 있다.
본 실시예에서 문풀(113)은, 제1 측벽(114)과, 제1 측벽(114)에 연결되며 서로 마주보는 방향으로 배치되는 제2 측벽(115)과, 제 2측벽과 연결되며 제1 측벽(114)에 마주보는 방향에 배치되는 제3 측벽(116)에 의해 형성된다.
이러한 문풀(113)은 시추용 파이프(미도시)를 아래로 내려내기 위해 필요한 것으로, 본 실시예에 따른 부유식 해양구조물은, 선체(110)의 상부 갑판(111)에 마련되는 시추용 파이프 하강설비(미도시)를 포함한다.
한편, 가이드유닛(120)은 문풀(113)의 측벽에 연결된다. 이러한 가이드유닛(120)은, 문풀(113)의 제1 측벽(114)에 결합되는 세로 가이드레일(121)과, 문풀(113)의 제2 측벽(115)에 결합되며 세로 가이드레일(121)에 교차하는 방향으로 배치되는 가로 가이드레일(122)을 포함한다.
본 실시예에서 세로 가이드레일(121)은, 한 쌍으로 마련되며, 상호 이격되어 배치된다. 또한 가로 가이드레일(122) 역시 한 쌍으로 마련되며, 상호 이격되어 배치된다.
이러한 세로 가이드레일(121) 및 가로 가이드레일(122) 각각에는, 도어유닛(130)이 연결되는 가이드홈(123)이 마련된다.
한편 도어유닛(130)은, 가이드유닛(120)에 연결되며, 가이드유닛(120)을 따라 이동되어 문풀(113)을 개폐한다. 이러한 도어유닛(130)은, 도어 몸체부(131)와, 도어 몸체부(131)에 연결되며 세로 가이드레일(121) 및 가로 가이드레일(122) 각각에 지지되는 지지부(132)를 포함한다.
본 실시예에서 도어 몸체부(131)는, 플레이트 형상으로 마련되며, 부유식 해양구조물의 항행 시 도 5에 도시된 바와 같이 문풀(113)을 차폐하여 문풀(113) 내부로 해수가 유입되는 것을 저지한다. 또한 도어 몸체부(131)는, 부유식 해양구조물의 작업 시, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 측벽(114)에 근접하며, 제1 측벽(114)과 나란한 방향으로 배치되어 작업과정에서의 간섭을 회피한다.
지지부(132)는, 도어 몸체부(131)에 연결되며, 세로 가이드레일(121) 및 가로 가이드레일(122) 각각에 지지된다. 본 실시예에서 지지부(132)는, 도어 몸체부(131)에 회전 가능하게 결합되는 회전 롤러(133)를 포함한다.
이러한 회전 롤러(133)는 가이드유닛(120)의 가이드홈(123)에 배치된다. 본 실시예에서 회전 롤러(133)는 두 쌍(총 4개)으로 마련되며, 한 쌍의 회전 롤러(133)는 세로 가이드레일(121)에 연결되고, 다른 한 쌍의 회전 롤러(133)는 가로 가이드레일(122)에 연결된다.
한편, 본 실시예에 따른 부유식 해양구조물은, 선체(110)에 마련되며, 도어유닛(130)에 연결되어 도어유닛(130)을 이동시키는 구동유닛(140)을 더 포함한다.
이러한 구동유닛(140)은, 도어유닛(130)에 결합되는 와이어(141)와, 선체(110)의 상부 갑판(111)에 마련되며 와이어(141)를 이동시키는 와이어 구동부(142)를 포함한다.
본 실시예에서 와이어(141)는 도어 몸체부(131)에 결합된다. 또한 와이어 구동부(142)는, 선체(110)의 상부 갑판(111)에 마련되며 와이어(141)를 이동시킨다. 이러한 와이어 구동부(142)는, 와이어(141)가 감기는 윈치(winch, 미도시)와, 윈치를 회전시키는 모터(미도시)를 포함한다.
이하에서 본 실시예에 따른 부유식 해양구조물의 동작을 도어유닛(130)을 위주로 설명한다.
부유식 해양구조물의 작업 시에는 도 6에 도시된 바와 같이, 도어유닛(130)이 이동되어 문풀(113)이 개방된다.
즉, 와이어 구동부(142)의 작동에 의해 와이어(141)가 도어 몸체부(131)를 상부 갑판(111)측으로 당긴다. 이때, 회전 롤러(133)가 회전되며 가로 가이드 레일과 세로 가이드레일(121)을 따라 이동되고, 그에 따라 도어 몸체부(131)가 제1 측벽(114)쪽으로 근접한다.
최종적으로 도어 몸체부(131)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 세로 가이드레일(121)과 나란한 방향, 즉 부유식 해양구조물의 제1 측벽(114)에 나란한 방향으로 배치되어 문풀(113)을 개방시킨다.
이와 같이 본 실시예에 따른 부유식 해양구조물은, 부유식 해양구조물의 작업 시 도어유닛(130)이 부유식 해양구조물의 제1 측벽(114)과 나란하게 배치됨으로써, 작업과정에서 시추용 파이프 하강설비(미도시)가 도어유닛(130)과 간섭되지 않는다.
다음, 부유식 해양구조물의 항행 시에는 도 5에 도시된 바와 같이, 도어유닛(130)이 이동되어 문풀(113)이 폐쇄된다.
즉, 도어유닛(130)의 하중에 의해 도어유닛(130)이 선저(112)쪽으로 이동된다. 이때 회전 롤러(133)가 회전되며 가로 가이드레일(122)과 세로 가이드레일(121)을 따라 이동되고, 그에 따라 도어 몸체부(131)가 제1 측벽(114)쪽으로서 멀어진다.
최종적으로 도어 몸체부(131)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 가로 가이드레일(122)과 나란한 방향으로 배치되어 문풀(113)을 폐쇄시킨다.
이렇게 도어유닛(130)에 의해 문풀(113)이 폐쇄되면, 부유식 해양구조물의 항행 시 해수가 문풀(113) 내부로 유입되는 것이 저지되고, 그에 따라 부유식 해양구조물의 항행 시 발생되는 슬로싱 현상에 의한 부유식 해양구조물의 운항저항이 감소된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 부유식 해양구조물은, 문풀(113)의 측벽에 연결되는 가이드유닛(120)을 따라 이동되는 도어유닛(130)이 문풀(113)을 폐쇄함으로써, 부유식 해양구조물의 항행 시 해수가 문풀(113) 내부로 유입되는 것을 막아 문풀(113)에 의해 발생되는 저항을 최소화할 수 있다.
또한 도어유닛(130) 및 가이드유닛(120)이 문풀(113)의 내부에 배치됨으로써, 조립이 간편하고 설치를 위해 선체(110)의 다른 부분을 변형시킬 필요가 없어 부유식 해양구조물의 설계가 용이하며 공간활용도가 극대화된다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 문풀이 도시된 도면이다.
본 실시예는 제1 실시예와 비교할 때에 가로 가이드레일(122a)에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 3 내지 도 8의 제1 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 가로 가이드레일(122a)을 위주로 설명하기로 한다.
본 실시예에서 가로 가이드레일(122a)은, 선저(112)를 기준으로 일단부가 타단부보다 높은 위치에 위치되도록 경사지게 배치된다.
즉 이러한 가로 가이드레일(122a)은 제1 측벽(114)에 근접한 일단부가 제3 측벽(116)에 근접한 타단부보다 선저(112)를 기준으로 높은 위치에 위치되도록 경사지게 배치된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 가로 가이드레일(122a)은, 선저(112)를 기준으로 일단부가 타단부보다 높은 위치에 위치되도록 경사지게 배치됨으로써, 문풀(113)의 폐쇄 시 도어유닛(130)이 하중에 의해 더욱 용이하게 이동될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 도어유닛과 가이드유닛이 도시된 도면이고, 도 11은 도 10의 'B'의 확대도이며, 도 12는 도 10의 C-C선에 따른 단면도이다.
본 실시예는 제1 실시예와 비교할 때에 세로 가이드레일(121b), 가로 가이드레일(122b) 및 지지부(132b) 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 3 내지 도 8의 제1 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 세로 가이드레일(121b), 가로 가이드레일(122b) 및 지지부(132b)를 위주로 설명하기로 한다.
본 실시예의 세로 가이드레일(121b)과 가로 가이드레일(122b)은 단면이 ?' 형상을 갖는다.
또한 지지부(132b)는, 세로 가이드레일(121b)과 가로 가이드레일(122b) 각각에 슬라이딩 이동가능하게 결합되며, 도어 몸체부(131)에 회전 가능하게 결합되는 이동 블록(134)을 포함한다.
이러한 이동 블록(134)에는, 도어 몸체부(131)에 회전 가능하게 결합되는 회전축(135)이 마련된다.
또한 이동 블록(134)은, 세로 가이드레일(121b)과 가로 가이드레일(122b) 각각에 구름접촉되는 볼(ball, 136)을 포함한다. 이러한 볼(136)은, 이동 블록(134)에 회전가능하게 결합되며, 이동 블록(134)의 이동 시 마찰을 줄인다.
이와 같이 본 실시예에 따른 이동부는, 이동 블록(134)이 세로 가이드레일(121b)과 가로 가이드레일(122b) 각각에 슬라이딩 이동가능하게 결합됨으로써, 도어 몸체부(131)의 이동과정에서 이동 블록(134)이 세로 가이드레일(121b) 또는 가로 가이드레일(122b)에서 이탈되지 않고 안정적으로 세로 가이드레일(121b)과 가로 가이드레일(122b)에 지지된다.
이상 도면을 참조하여 본 실시예에 대해 상세히 설명하였지만 본 실시예의 권리범위가 전술한 도면 및 설명에 국한되지는 않는다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 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 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110: 선체 111: 상부 갑판
112: 선저 113: 문풀
114: 제1 측벽 115: 제2 측벽
116: 제3 측벽 120: 가이드유닛
121,121b: 세로 가이드레일 122,122a,122b: 가로 가이드레일
123: 가이드홈 130: 도어유닛
131: 도어 몸체부 132,132b: 지지부
133: 회전 롤러 134: 이동 블록
135: 회전축 136: 볼
140: 구동유닛 141: 와이어
142: 와이어 구동부 Y: 흘수선

Claims (10)

  1. 상부 갑판에서 선저로 관통되는 문풀(moonpool)이 마련되는 선체;
    상기 문풀의 측벽에 연결되는 가이드유닛; 및
    상기 가이드유닛에 연결되며, 상기 가이드유닛을 따라 이동되어 상기 문풀을 개폐하는 도어유닛을 포함하며,
    상기 가이드유닛은,
    상기 문풀의 제1 측벽에 결합되는 세로 가이드레일; 및
    상기 문풀의 제1 측벽에 연결되는 제2 측벽에 결합되며, 상기 세로 가이드레일에 교차하는 방향으로 배치되는 가로 가이드레일을 포함하는 부유식 해양구조물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가로 가이드레일은, 상기 선저를 기준으로 일단부가 타단부보다 높은 위치에 위치되도록 경사지게 배치되는 부유식 해양구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도어유닛은,
    도어 몸체부; 및
    상기 도어 몸체부에 연결되며, 상기 세로 가이드레일 및 가로 가이드레일 각각에 지지되는 지지부를 포함하는 부유식 해양구조물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지지부는, 상기 도어 몸체부에 회전 가능하게 결합되는 회전 롤러를 포함하는 부유식 해양구조물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 세로 가이드레일과 상기 가로 가이드레일 각각에는, 상기 회전 롤러가 배치되는 가이드홈이 마련되는 부유식 해양구조물.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 지지부는,
    상기 세로 가이드레일과 상기 가로 가이드레일 각각에 슬라이딩 이동가능하게 결합되며, 상기 도어 몸체부에 회전 가능하게 결합되는 이동 블록을 포함하는 부유식 해양구조물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이동 블록은,
    상기 세로 가이드레일과 상기 가로 가이드레일 각각에 구름접촉되는 볼을 포함하는 부유식 해양구조물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 선체에 마련되며, 상기 도어유닛에 연결되어 상기 도어유닛을 이동시키는 구동유닛을 더 포함하는 부유식 해양구조물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 구동유닛은,
    상기 도어유닛에 결합되는 와이어; 및
    상기 선체의 상부 갑판에 마련되며, 상기 와이어를 이동시키는 연결 와이어 구동부를 포함하는 부유식 해양구조물.
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Citations (4)

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