KR101918172B1 - 불규칙 해저면의 대응을 위한 파이프 라인 설치 장치 - Google Patents

불규칙 해저면의 대응을 위한 파이프 라인 설치 장치 Download PDF

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서지혜
박우선
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한국해양과학기술원
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Abstract

본 발명은 불규칙한 해저지형이 분포된 불규칙 해저면을 포함하는 해저면에 파이프 라인을 설치하기 위한 장치로서, 상기 파이프 라인은 불규칙 해저면에 설치되는 수중 파이프 라인과 평탄한 지형이 분포된 해저면에 고정 설치되는 해저 파이프 라인을 포함하고, 상기 파이프 라인 설치 장치는, 상기 수중 파이프 라인에 부력을 제공하여 불규칙 해저면의 상부로 부상시키는 부력부재; 상기 수중 파이프 라인에 구비되어 중력을 제공하면서 상기 수중 파이프 라인을 부상된 상태로 해저면에 구속시키는 중력부재; 및 상기 수중 파이프 라인과 해저 파이프 라인의 경계 지점에서 고정된 상태로 수중 파이프 라인의 틸팅 및 회전이 가능하도록 수중 파이프 라인의 유동을 허용하는 연결 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

불규칙 해저면의 대응을 위한 파이프 라인 설치 장치 {Device for Installing Subsea Pipeline for Irregular Sea-Bed}
본 발명은 해저면에 파이프 라인을 설치하기 위한 장치로서, 보다 상세하게는, 불규칙한 해저지형이 분포된 불규칙 해저면에 파이프 라인을 설치하는 경우, 상기 해저면에 설치되는 수중 파이프 라인을 불규칙 해저면의 상부로 부상시켜 회피시킴으로써 불규칙 해저면에 대응할 수 있는 파이프 라인 설치 장치에 관한 것이다.
통상적으로 송유관, 가스관, 상수도관 등은 육상에서 뿐만 아니라, 하천이나 강 또는 바다를 횡단하여 강바닥이나 해저에 부설된다.
이와 같이 부설되는 송유관, 가스관, 상수도관, 발전소 취수관 등에 사용되는 파이프 라인은 통상 지름이 2 ∼ 4m 또는 그 이상이고, 그 길이가 대략 수백 미터에서 수십 킬로미터에 달하는 규모가 크며, 수상 또는 해상에서 작업이 이루어지므로 자연조건에 의하여 부설되는 작업에 많은 제약이 뒤따르게 된다.
기존의 해저 파이프 라인의 부설방법에는 육상에서 제작 완료된 비교적 짧은 길이의 파이프를 바다의 예인선(바지선) 등을 이용하여 해저로 끌어내려 해저와 마찰하면서 예항하여 부설하는 해저 예항법(pulling method), 제작된 파이프에 부력탱크를 부착하여 해수면이나 해수면 아래 또는 해저면 위에 띄운 상태로 부설위치까지 예인선으로 예항하고 용접 작업선에서 미리 부설되었던 해저파이프를 부상시켜 선상 용접한 다음 침하시켜 설치하는 부유침강방법(floating and sinking method), 또는 작업선인 포설선(바지선)에서 해저파이프와 단관을 용접 접합하고 차례로 포설선을 이동시키면서 침하시켜 설치하여 가는 포설선방법(lay barge method) 등이 있다.
그런데, 상기와 같이 파이프 라인을 설치하면서 해저면의 지형이 평탄하지 않고 불규칙하게 형성되어 있는 경우에는 파이프 라인이 해저면에 밀착되지 못한 상태로 설치되고, 파이프 간의 연결 부위와 같은 취약 부위에는 좌굴(buckling) 또는 항복(yielding) 현상이 발생하는 문제점이 있다.
여기서, 좌굴이란, 파이프의 길이가 그 단면적의 치수에 비해 클 때, 파이프의 양단에 압축 하중이 가해지고, 하중의 크기가 특정값에 이르면 파이프가 갑자기 휘는 현상으로 이해할 수 있다. 또한, 항복이란, 파이프에 하중이 가해질 때, 파이프 내부에 작용하는 변형력에 의해 변형이 발생하는 현상으로 이해할 수 있다.
따라서, 불규칙한 해저지형이 분포된 불규칙 해저면을 포함하는 해저면에 파이프 라인을 설치하고자 하는 경우에는, 불규칙 해저면을 회피하여 파이프 라인을 설치함으로써 상기와 같은 문제점을 미연에 방지할 수 있는 기술이 필요하다.
대한민국 공개특허 제10-2013-0067382호
본 발명은, 불규칙 해저면을 포함하는 해저면에 파이프 라인을 설치하는 경우, 불규칙한 해저면에 형성된 해저지형으로부터 파이프 라인을 회피시켜 설치함으로써, 파이프 라인에 좌굴 또는 항복 현상과 같은 안전상의 결함이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 파이프 라인의 설치장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파이프 라인 설치 장치는,
불규칙한 해저지형이 분포된 불규칙 해저면을 포함하는 해저면에 파이프 라인을 설치하기 위한 장치로서, 상기 파이프 라인은 불규칙 해저면에 설치되는 수중 파이프 라인과 평탄한 지형이 분포된 해저면에 고정 설치되는 해저 파이프 라인을 포함하고, 상기 파이프 라인 설치 장치는, 상기 수중 파이프 라인에 부력을 제공하여 불규칙 해저면의 상부로 부상시키는 부력부재; 상기 불규칙 해저면에 대응하는 상기 수중 파이프 라인에 구비되어 중력을 제공하면서 상기 수중 파이프 라인을 부상된 상태로 해저면에 구속시키는 중력부재; 및 상기 수중 파이프 라인과 해저 파이프 라인의 경계 지점에서 고정된 상태로 수중 파이프 라인의 틸팅 및 회전이 가능하도록 수중 파이프 라인의 유동을 허용하는 연결 커넥터;를 포함하는 구조로 이루어진다.
상기 연결 커넥터는, 상기 해저 파이프 라인과 연결되고, 하부에 앵커가 구비되는 제 1 커넥터; 및 상기 제 1 커넥터에 틸팅 및 회전 가능하게 결합되고, 상기 수중 파이프 라인과 연결되는 제 2 커넥터로 구성되고, 상기 제 1 커넥터 및 제 2 커넥터의 내부에는 상기 해저 파이프 라인과 수중 파이프 라인을 연통시키는 연결통로가 형성되는 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 커넥터 및 제 2 커넥터는 연결부재에 의해 틸팅 및 회전 가능하게 결합될 수 있으며, 상기 연결부재는 유니버설 조인트(universal joint)인 것이 바람직하다.
상기 부력부재는, 부력을 갖는 소재로 형성되거나 또는 중공체로 이루어져 부력을 제공하며, 상기 불규칙 해저지형의 분포 크기에 대응하여 상기 수중 파이프 라인에 추가되거나 생략되는 부이; 및 상기 부이를 상기 수중 파이프 라인에 분리 가능하게 고정시키는 부이 커넥터를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
상기 중력부재는, 상기 수중 파이프 라인에서 상기 부력부재에 인접한 부위에 설치되고, 수중 파이프 라인의 외주면을 감싼 상태로 양단부가 불규칙 해저면을 향해 연장되며, 길이가 신축 가능한 탄성체로 이루어진 텐션 레그; 및 상기 텐션 레그의 양단부에 각각 구비되고, 중량체로 이루어져 불규칙 해저면엔 안착되면서 상기 텐션 레그를 해저면에 고정시키는 레그 블록을 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 파이프 라인 설치 장치에 따르면, 불규칙 해저면에 설치되는 수중 파이프 라인을 불규칙 해저면의 상부로 부상시켜 해저지형을 회피하여 설치함으로써, 불규칙 해저지형과의 접촉이 일어나지 않도록 설치되므로 파이프 라인의 좌굴 또는 항복 현상과 같은 안전상의 결함이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 파이프 라인 설치 장치는, 중력부재를 구성하는 텐션 레그가 탄성체로 형성되어 수중 파이프 라인을 감싸면서 레그 블록에 의해 고정되므로 조류에 의한 수중 파이프 라인의 유동을 완충시킬 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 파이프 라인 설치 장치는, 수중 파이프 라인의 부상이 개시되는 지점에 설치된 연결 커넥터에 의해 수중 파이프 라인이 유동하는 것이 허용되므로 조류에 의한 좌굴 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파이프 라인 설치 장치에 의해 파이프 라인이 해저면에 설치되어 있는 모식도이다.
도 2는 도 1의 파이프 라인 설치 장치를 구성하는 연결 커넥터의 확대도이다.
도 3은 도 1의 파이프 라인 설치 장치를 구성하는 부력부재의 확대도이다.
도 4는 도 1의 파이프 라인 설치 장치를 구성하는 중력부재의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파이프 라인 설치 장치에 의해 파이프 라인이 해저면에 설치되어 있는 모식도이다.
도 6은 도 5의 파이프 라인 설치 장치를 구성하는 연결 커넥터의 확대도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.　 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다.　 또한, 각각의 개시된 실시예의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.　 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.　도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파이프 라인 설치 장치에 의해 해저면에 파이프 라인이 설치되어 있는 모습이 모식적으로 도시되어 있다.
먼저, 해저면을 설명하면, 해저면은 평탄한 지형이 분포된 평탄 해저면(11)과 불규칙한 해저지형이 분포된 불규칙 해저면(12)으로 이루어져 있다.
상기 해저면에 설치되는 파이프 라인은, 상기 평탄 해저면(11)에 고정 설치되는 해저 파이프 라인(21)과 불규칙 해저면(12)에 설치되는 수중 파이프 라인(22)으로 구성되어 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 파이프 라인 설치 장치(100)는 부력부재(110), 중력부재(120) 및 연결 커넥터(130)를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
상기 부력부재(110)는, 상기 수중 파이프 라인(22)을 불규칙 해저면(12)의 해저지형(12a)으로부터 회피시켜 설치될 수 있도록 하기 위한 것으로, 수중 파이프 라인(22)에 부력을 제공하여 불규칙 해저면(12)의 상부, 즉, 해저지형(12a)의 상부로 부상시키는 것이다.
상기 부력부재(110)를 보다 구체적으로 설명하기 위해, 도 3에는 도 1의 파이프 라인 설치 장치를 구성하는 부력부재(110)의 확대도가 도시되어 있다.
도 1을 도 3과 함께 참조하면, 상기 부력부재(110)는 부이(111) 및 부이 커넥터(112)로 구성될 수 있다.
상기 부이(111)는 상기 수중 파이프 라인(22)에 부력을 제공하기 위해 부력을 갖는 소재로 형성되거나, 중공체로 이루어질 수 있다. 상기 수중 파이프 라인(22)에 구비되는 부이(111)의 개수는, 상기 불규칙 해저면(12)의 분포 면적에 대응하여 추가하거나 생략할 수 있다.
상기 부이(111)는 부이 커넥터(112)에 의해 상기 수중 파이프 라인(22)에 연결된다. 이 때, 상기 부이 커넥터(112)는 수중 파이프 라인(22)에 분리 가능하게 고정된다.
상기 중력부재(120)는, 상기 수중 파이프 라인(22)에 중력을 제공하여 수중 파이프 라인(22)이 부상된 상태에서 해저면에 구속시킨다. 이는 상기 부력부재(110)에 의해 부상된 수중 파이프 라인(22)이 조류에 의해 휩쓸려 떠내려가지 않도록 하기 위한 것이다.
상기 중력부재(120)를 보다 구체적으로 설명하기 위해, 도 4에는 도 1의 파이프 라인 설치 장치를 구성하는 중력부재의 확대도가 도시되어 있다.
도 1을 도 4와 함께 참조하면, 상기 중력부재(120)는 텐션 레그(121) 및 레그 블록(122)으로 구성될 수 있다.
상기 텐션 레그(121)는 수중 파이프 라인(22)의 외주면을 감싸고 있으며, 텐션 레그(121)의 양단부는 불규칙 해저면(12)을 향해 연장된다. 상기 텐션 레그(121)는 상기 레그 블록(122)을 수중 파이프 라인(22)에 연결시킨다.
상기 텐션 레그(121)의 양단부에는 레그 블록(122)이 각각 구비된다. 상기 레그 블록(122)은 중량체로 이루어져 불규칙 해저면(12)의 해저지형(12a)에 안착된다. 상기 레그 블록(122)은 텐션 레그(121)를 불규칙 해저면(12)에 고정시킨다.
상기 연결 커넥터(130)는, 상기 해저 파이프 라인(21)과 수중 파이프 라인(22)을 연결하는 부재로서, 평탄 해저면(11)과 불규칙 해저면(12)의 경계 또는 그에 인접한 위치에 설치된다.
상기 연결 커넥터(130)는, 수중에 설치되는 수중 파이프 라인(22)이 유동할 수 있도록 틸팅(tilting) 및 회전이 가능한 구조로 이루어질 수 있다.
상기 연결 커넥터(130)는, 상기 평탄 해저면(11) 상에 고정 설치되는 해저 파이프 라인(21)과, 불규칙 해저면(12)에 설치되어 조류에 의해 유동하는 수중 파이프 라인(22)을 연결시킨다.
보다 상세한 설명을 위해, 도 2에는 도 1의 파이프 라인 설치 장치를 구성하는 연결 커넥터의 확대도가 도시되어 있다.
상기 해저 파이프 라인(21)과 수중 파이프 라인(22)이 연결 커넥터(130)에 의해 연결되지 않는 경우, 해저 파이프 라인(21)과 수중 파이프 라인(22) 간의 직접 연결부가 해저면(10)에 접촉되는 부위에서 좌굴 현상이 발생할 수 있을 뿐만 아니라 조류의 흐름에 의해 일정한 흔들림이 수반되는 수중 파이프 라인(22)의 거동을 제어하는 것이 매우 어렵게 된다.
도 1을 도 2와 함께 참조하면, 상기 연결 커넥터(130)는 제 1 연결 커넥터(131) 및 제 2 연결 커넥터(132)로 구성된다.
상기 제 1 연결 커넥터(131)의 일측은 해저 파이프 라인(21)에 연결되고, 하부에는 앵커(131a)가 구비될 수 있다. 상기 앵커(131a)는 연결 커넥터(130)를 평탄 해저면(11)에 고정시킨다.
상기 제 2 연결 커넥터(132)의 일측은 수중 파이프 라인(22)에 연결되고, 틸팅 및 회전이 가능하도록 제 1 연결 커넥터(131)에 결합된다.
상기 연결 커넥터(130)는 해저 파이프 라인(21)과 수중 파이프 라인(22)에 각각 결합되어 연결하는 매개부재로서 역할을 수행함과 동시에, 상기 파이프 라인들(21, 22)의 내부에서 유동하는 유체의 흐름을 연속적으로 유지시킬 수 있어야 한다.
이를 위해, 상기 제 1 연결 커넥터(131) 및 제 2 연결 커넥터(132)의 내부에는 상기 해저 파이프 라인(21)과 수중 파이프 라인(22)을 연통시키는 연결통로(134, 135)가 형성된다.
도 2의 (a)와 (b)는 연결 커넥터(130)의 틸팅 정도가 서로 다른 상태를 각각 도시한 것으로, 제 2 연결 커넥터(132)의 내부에 위치한 연결통로(135)의 절곡부는 주름진 형상으로 이루어져 수중 파이프 라인(22)의 유동에 대응하여 틸팅 및 회전이 가능하다. 또한, 연결통로(135)의 내부는 중공 구조인 바, 파이프 라인을 통한 유체의 흐름은 해저 파이프 라인(21), 연결통로(134), 절곡된 연결통로(135) 및 수중 파이프 라인(22) 순으로 이루어지며, 이와 반대 방향으로의 흐름도 포함한다.
상기 제 2 연결 커넥터(132)는, 틸팅 및 회전이 가능하도록 별도의 연결부재(133)를 매개로 하여 제 1 연결 커넥터(131)에 결합될 수 있으며, 상기 연결부재(133)는 유니버셜 조인트(universal joint)인 것이 바람직하다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파이프 라인 설치 장치에 의해 파이프 라인이 해저면에 설치되어 있는 모식도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 파이프 라인 설치 장치를 구성하는 연결 커넥터의 확대도가 도시되어 있다.
도 5의 파이프 라인 설치 장치(200)를 도 1의 파이프 라인 설치 장치(100)와 비교하면, 연결 커넥터(230)의 하단에 지지블록(240)이 추가로 설치된 점을 제외한 나머지 구성들은 전술한 내용과 동일하므로 연결 커넥터(230)를 중심으로 설명한다.
도 5 및 도 6을 함께 참조하면, 상기 연결 커넥터(230)는 제 1 연결 커넥터(231) 및 제 2 연결 커넥터(232)로 구성될 수 있다. 이 때, 상기 연결 커넥터(230)는 지지블록(240)에 의해 소정의 각도로 지지될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제 2 연결 커넥터(232)는 제 1 연결 커넥터(231)에 틸팅 및 회전이 가능한 구조로 결합되어 있는 바, 조류의 흐름에 따라 유동하는 수중 파이프 라인(22)에 의해 제 2 연결 커넥터(232)가 틸팅 및 회전하는 과정에서 제 2 연결 커넥터(232)에는 응력이 작용할 수 있다.
조류의 흐름은 연속적으로 이루어지며, 그 방향 또한 일정하지 않으므로 제 2 연결 커넥터(232)에 응력이 지속적으로 작용하게 되는 경우, 피로 파괴에 의해 제 2 연결 커넥터(232)에 크랙이 발생할 수 있는 바, 상기 지지블록(240)은 제 2 연결 커넥터(232)의 거동 반경을 감소시켜 제 2 연결 커넥터(232)에 작용하는 응력을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 지지블록은 제 2 연결 커넥터(232)에 연결된 수중 파이프 라인(22)의 일단부 또는 양단부의 하단에도 설치될 수 있다.
상기 지지블록은 수중 파이프 라인(22)의 유동에 의해 발생하는 응력에 의해 제 2 연결 커넥터(232)와 수중 파이프 라인(22)의 연결 부위가 파손되는 것을 방지하기 위한 것으로, 수중 파이프 라인(22)을 소정의 각도로 지지하는 역할을 한다.
한편, 상기 지지블록은 수중 파이프 라인(22)의 각도 조절 및 수중 파이프 라인(22)과의 접촉 면적을 늘릴 수 있도록 댐퍼(도시하지 않음)를 구비할 수 있다.
상기 댐퍼는 지지블록과 수중 파이프 라인의 사이에 개재되며, 수중 파이프 라인과 접촉되도록 경사면을 가지도록 형성된다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시 예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.
100, 200: 파이프 라인 설치 장치
110: 부력부재
111: 부이
112: 부이 커넥터
120: 중력부재
121: 텐션 레그
122: 레그 블록
130, 230: 연결 커넥터
131, 231: 제 1 연결 커넥터
132, 232: 제 2 연결 커넥터
240: 지지블록

Claims (5)

  1. 불규칙한 해저지형이 분포된 불규칙 해저면을 포함하는 해저면에 파이프 라인을 설치하기 위한 파이프 라인 설치 장치로서,
    상기 파이프 라인은 불규칙 해저면에 설치되는 수중 파이프 라인과 상기 수중 파이프 라인과 연결되는 해저 파이프 라인을 포함하고,
    상기 파이프 라인 설치 장치는,
    상기 수중 파이프 라인에 부력을 제공하여 불규칙 해저면의 상부로 부상시키는 부력부재;
    상기 수중 파이프 라인에 구비되어 중력을 제공하면서 상기 수중 파이프 라인을 부상된 상태로 해저면에 구속시키는 중력부재; 및
    상기 수중 파이프 라인과 해저 파이프 라인의 경계 지점에서 고정된 상태로 수중 파이프 라인의 틸팅 및 회전이 가능하도록 수중 파이프 라인의 유동을 허용하는 연결 커넥터;를 포함하며,
    상기 연결 커넥터는,
    상기 해저 파이프 라인과 연결되고, 하부에 앵커가 구비되는 제 1 연결 커넥터; 및
    상기 제 1 커넥터에 틸팅 및 회전 가능하게 결합되고, 상기 수중 파이프 라인과 연결되는 제 2 연결 커넥터;로 구성되고,
    상기 제 1 연결 커넥터 및 제 2 연결 커넥터의 내부에는 상기 해저 파이프 라인과 수중 파이프 라인을 연통시키는 연결통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 파이프 라인 설치 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 연결 커넥터 및 제 2 연결 커넥터는 연결부재에 의해 틸팅 및 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 파이프 라인 설치 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부력부재는,
    부력을 갖는 소재로 형성되거나 또는 중공체로 이루어져 부력을 제공하며, 상기 불규칙한 해저지형의 분포 크기에 대응하여 상기 수중 파이프 라인에 추가되거나 생략되는 부이; 및
    상기 부이를 상기 수중 파이프 라인에 분리 가능하게 고정시키는 부이 커넥터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 라인 설치 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 중력부재는,
    상기 수중 파이프 라인에서 상기 부력부재에 인접한 부위에 설치되고, 수중 파이프 라인의 외주면을 감싼 상태로 양단부가 불규칙 해저면을 향해 연장되며, 길이가 신축 가능한 탄성체로 이루어진 텐션 레그; 및
    상기 텐션 레그의 양단부에 각각 구비되고, 중량체로 이루어져 불규칙 해저면에 안착되면서 상기 텐션 레그를 해저면에 고정시키는 레그 블록;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 라인 설치 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002031266A (ja) * 2000-07-13 2002-01-31 Fujita Corp 免震配管接続構造およびそれにおける固定構造

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