ITGE20130002A1 - Impianto per lo scavo di fondali sabbiosi, ghiaiosi e/o fangosi quali fondali sabbiosi marini o simili. - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo: “Impianto per lo scavo di fondali sabbiosi, ghiaiosi e/o fangosi quali fondali sabbiosi marini o similiâ€

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto alcuni perfezionamenti all’impianto per lo scavo di fondali sabbiosi, ghiaiosi e/o fangosi quali fondali sabbiosi marini o simili oggetto del brevetto italiano No. 1.334.154 a nome del medesimo titolare. Come ampiamente esposto nel brevetto italiano No. 1.334.154 sopra menzionato, il mantenimento di un pescaggio adeguato all’imboccatura dei porti costituisce un problema sentito. Questo problema si presenta in particolare per quei porti, quali ad esempio quelli del medio-alto Adriatico, che insistendo su fondali sabbiosi e normalmente poco profondi, sono soggetti all’influenza negativa di correnti naturali e/o mareggiate che trasportano sabbia che tende ad accumularsi all’imboccatura e nelle zone interne al porto, riducendo la profondità di dette zone. In questo modo si impedisce, da un lato l’ingresso in porto o l’uscita dal porto alle imbarcazioni di pescaggio superiore alla profondità utile e, dall’altro, si rende meno sicura la navigazione per i natanti con pescaggio inferiore.

Conformemente a quanto descritto in tale brevetto questo problema veniva risolto mediante un impianto comprendente una pompa di alimentazione di un flusso primario di acqua in pressione ad un collettore, dei dispositivi eiettori collegati in parallelo tramite dei condotti a detto collettore, allineati lungo il percorso che si desidera scavare per generare una depressione che richiami dall’ambiente circostante un flusso di acqua secondario miscelato a sabbia, venendo detta miscela di sabbia ed acqua pompata a distanza attraverso un condotto collegato alla estremità di mandata di detti eiettori.

L’inconveniente principale di questo impianto consisteva nel fatto che la regolazione dell’impianto era affidata all’intervento degli operatori, con conseguenti inconvenienti, in particolare dal punto di vista dei consumi energetici e della affidabilità del servizio stesso.

Costituisce pertanto lo scopo principale della presente invenzione realizzare un impianto completamente automatizzato ad impatto ambientale nullo e da ridotti consumi energetici per lo scavo in continuo dei fondali sabbiosi atto ad ovviare agli inconvenienti sopra menzionati degli impianti preesistenti.

Conformemente alla caratteristica principale della presente invenzione, si sono previsti una serie di sensori atti rispettivamente al rilevamento della torbidità dell’acqua allo scarico degli eiettori, alla rilevazione della velocità e direzione del vento alla rilevazione del flusso dell’acqua allo scarico degli eiettori, e dalla rilevazione dell'altezza del moto ondoso. Detti sensori controllano, tramite inverter, il regime della pompa di alimentazione dei dispositivi eiettori.

Secondo una ulteriore caratteristica della presente invenzione, tale impianto comprende almeno una pompa di alimentazione principale di un flusso di acqua in pressione ad un collettore ed una pompa di backup, che può anche compiere la funzione di adescamento della pompa principale. Uno o più dispositivi “eiettori†vengono collegati in parallelo idraulico a detto collettore e allineati lungo il percorso che si desidera scavare. Ognuno di essi genera una depressione che richiama dall’ambiente circostante un flusso di acqua secondario miscelato a sabbia, venendo detta miscela di acqua e sabbia preparata con l’ausilio di alcuni piccoli getti circonferenziali e pompata a distanza attraverso un condotto collegato alla estremità di mandata di detti eiettori. Lungo il collegamento tra eiettore e collettore sono presenti delle valvole per la parzializzazione del flusso di acqua in pressione verso i singoli eiettori, e dei misuratori di portata che rilevano in continuo la quantità di acqua che alimenta ogni singolo eiettore. Inoltre, sullo scarico di ognuno dei dispositivi eiettori sono posizionati dei sensori in grado di rilevare il grado di torbidità dell’acqua e la presenza di un portata minima.

A monte e a valle di ciascuno di detti eiettori sono previsti dei piccoli ugelli (denominati in seguito “ugellini†) atti ad emettere getti di acqua per sollevare la sabbia attorno a detti eiettori facendola convergere nella zona di miscelazione dei detti flussi primario e secondario. Tra la pompa di alimentazione ed il collettore viene posizionato un filtro ad alta efficienza che funge da protezione contro l’intasamento degli ugellini: tale filtro trattiene le impurità trasportate all’interno dell’acqua di alimentazione preservando dal rischio di intasamento degli ugellini. Inoltre il filtro attiva automaticamente un ciclo di lavaggio quando superi un certa soglia di sporcamento rilevata tramite caduta di pressione sul filtro stesso. Vantaggiosamente, detti eiettori sono collegati a detto collettore tramite delle condotte e/o dei raccordi di condotta flessibili e vengono posizionati in maniera tale da rimanere distanziati fra di loro di un tratto minore dell’ampiezza del loro raggio di scavo in modo da dar origine ad un canale continuo di accesso che si estende lungo la linea di posa di detti eiettori.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’impianto secondo la presente invenzione appariranno meglio nel corso della seguente descrizione particolareggiata di una sua forma di realizzazione preferita, eseguita con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

La Figura 1 à ̈ una vista schematica in pianta di un impianto secondo l’invenzione.

La Figura 2 illustra il diagramma di flusso di un impianto composto da un numero n di eiettori, e

La Figura 3 illustra una sezione dell’impianto, in cui il fondale à ̈ indicato a tratteggio e la linea della superficie marina con M.

Con riferimento dapprima alla vista di figura 1, con 1 sono indicati i moli per esempio dell’imboccatura di un porto. Con 2 si à ̈ indicata la pompa che aspira acqua di mare da una zona opportuna per inviarla al collettore 3. Il collettore può essere posizionato sopra la banchina dei moli, o può essere agganciato alla banchina sopra o sotto il livello dell’acqua, oppure può essere posizionato sul fondale, a seconda delle condizioni specifiche. Dal collettore si dipartono in parallelo una serie di tubazioni secondarie 6 sulle quali sono innestati degli elementi di raccordo 13-14. Compreso tra due elementi di raccordo 13-14 si trova l’eiettore 9 costituente l’elemento di scavo secondo l’invenzione. Tale eiettore à ̈ collegato sul suo lato di aspirazione al collettore 3 per tramite della tubazione 6, mentre il suo lato di mandata à ̈ collegato al tubo 6’. Il tubo 6’ prosegue quindi con la sua estremità libera a distanza dal canale C che si sta scavando. La struttura dell’impianto in cui operano gli eiettori à ̈ reticolare, ossia tale struttura à ̈ progettata in maniera tale da formare in opera un reticolo di uno o più eiettori 9 (in figura 1 sono 4) in cui ogni eiettore scava una buca in prossimità di quella scavata dall’eiettore successivo, per cui tali buche si collegano con la formazione di un canale continuo di accesso.

Tali eiettori sono rappresentati nelle figure 3 e 4 del brevetto no. 1.334.154 del medesimo titolare, al quale si rimanda per una loro descrizione dettagliata.

Con riferimento alla figura 2, si descriverà ora il diagramma di flusso dell’impianto descritto in precedenza. L’impianto di pompaggio comprende la pompa principale 2, che à ̈ gestita tramite inverter, ed una pompa secondaria 10 di back-up. Le mandate delle pompe 2 e 10 sono collegate all’entrata del filtro 11, e da questo l’acqua filtrata passa al collettore 3 dal quale, tramite le n valvole 12 e gli n misuratori di portata 13, passa agli n eiettori 9 e da questi ai sensori di scarico 14. A monte ed a valle degli eiettori 9 sono previsti dei piccoli ugelli (gli “ugellini†) 9, 9’, per gli scopi che saranno descritti a seguito. L’utilizzo dell’inverter consente una efficace regolazione della portata erogata ed una gestione ottimizzata dal punto di vista dei consumi energetici poiché modula la velocità di rotazione della pompa 2 in funzione della portata da fornire.

La regolazione con inverter à ̈ fondamentale per consentire una modalità di funzionamento dell’impianto distinta su almeno due livelli di portata: la pompa principale di alimentazione 2 eroga la massima portata (funzionamento a pieno carico) solo in presenza di condizioni specifiche che segnalano la necessità di effettuare un trasporto in miscela bifase acquasedimento ad alta densità di solido (massimo carico). In assenza di tali condizioni, la pompa principale 2 si limita ad erogare una portata minima (funzionamento di flussaggio) tale da consentire di tenere gli ugellini 9’ disposti a monte ed a valle di ciascuno degli eiettori 9 attraversati dall’acqua di alimentazione (pulita) in modo da impedire il rientro di solido dall’ambiente marino. Inoltre, la portata minima consente un trasporto di acqua nella sezione centrale di scarico miscelata ad una certa quantità di sedimento. Pertanto, il flussaggio impedisce di fatto lo sporcamento degli eiettori 9 e l’intasamento delle tubazioni di scarico 6’ del dispositivo ed ottimizza i consumi dell’impianto, poiché associa l’azione degli eiettori 9 (e, quindi, il maggior dispendio energetico) alla sola effettiva presenza di sedimento in elevata concentrazione in prossimità degli eiettori. La condizione di flussaggio à ̈ la condizione di funzionamento nominale dell’impianto.

L’impianto di pompaggio viene integrato con un filtro automatico e autopulente 11 che consente l’eliminazione dall’acqua di alimento dei dispositivi di tutte le particelle con dimensione superiore ad una certa soglia critica al fine di eliminare il rischio di intasamento degli ugellini 9’. Il processo di pulizia del filtro 11 à ̈ completamente automatizzato e non interrompe la continuità di esercizio dell’impianto.

La presenza delle n valvole 12 e n misuratori di portata 13 lungo i condotti di collegamento tra gli n eiettori 9 ed il collettore 3 rappresenta, per la soluzione illustrata in figura 2, la maniera più efficace per consentire il bilanciamento della portata. Qualora, ad esempio, un eiettore 9 si intasasse, esso vedrebbe crescere notevolmente la propria resistenza al passaggio dell’acqua di alimentazione, mentre un eiettore 9 che si trovasse in condizioni non critiche opporrebbe una resistenza inferiore al passaggio dell’acqua di alimentazione. Questo fatto si tradurrebbe, nel caso di comune alimentazione dei dispositivi con un’unica pompa 20, nella distribuzione di una minore portata sull’eiettore intasato 9 e di una maggiore portata sull’eiettore 9 non intasato, con un ulteriore aggravio delle condizioni operative per l’eiettore 9 intasato. Vale anche la situazione opposta: qualora un condotto 6 si dovesse forare, per qualsiasi motivo, nel tratto di alimentazione all’eiettore 9, in esso le perdite di carico diminuirebbero favorendo l’afflusso della maggior parte della portata, lasciando all’altro eiettore 9 una frazione di flusso inferiore. Per questi motivi, à ̈ necessario introdurre un bilanciamento delle linee che, tramite l’azione di elementi di regolazione automatica quali le valvole 12 e sensori di portata 13, consenta un riequilibrio nella distribuzione di portata favorendo l’afflusso di portata desiderato ai dispositivi. Il bilanciamento delle linee ha pertanto lo scopo di suddividere in maniera conforme alle esigenze progettuali la portata elaborata dalla pompa principale 2 verso le n tubazioni 6 di alimentazioni degli n eiettori 9 asserviti dalla suddetta pompa 2. Qualora le valvole 12 non riuscissero a riequilibrare le portate, scatterebbe una condizione di allarme. Una possibile soluzione del problema del bilanciamento può essere quella di dedicare ad ogni eiettore 9 una pompa di alimentazione: in questo modo l’alimentazione del singolo eiettore 9 risulta completamente disaccoppiata dall’alimentazione degli altri eiettori, non essendovi più un collettore comune. D’altro canto, tale soluzione risulta notevolmente più onerosa all’aumentare del numero n di eiettori 9.

Con la pompa 2 in funzione, l’acqua primaria viene pompata al filtro 11 e da questo al collettore 3, che la smista tramite le valvole 12 ed i misuratori di portata 13 agli eiettori 9. Una parte dell’acqua primaria fuoriesce all’esterno a monte ed a valle degli eiettori 9 attraverso gli ugellini 9’, agitando la sabbia intorno a detti eiettori. In figura 3 à ̈ rappresentata una sezione dell’impianto: il fondale F à ̈ indicato a tratteggio, la linea della superficie marina con M.

Mano a mano che l’eiettore 9 affonda nella buca formata sul fondale, le tubazioni 6 e 6’ vanno a formare una curva approssimabile ad una catenaria la cui forma à ̈ determinata dalla lunghezza delle tubazioni stesse. Sia la tubazione 6 che quella 6’, infatti, sono collegate in maniera rigida ad elementi fissi, quali, ad esempio, i corpi morti 30 rappresentanti in figura o, in alternativa, a pali o briccole piantati nel fondale. I raccordi 13 e 14 possono essere scollegati in maniera tale da favorire un rapido recupero del solo eiettore 9. I corpi morti 30 sono assicurati con delle cime 15 ai punti fissi 16, 17, che, nel caso in figura, sono delle boe. La tubazione di scarico 6’ risale verso la superficie del mare M sino ad arrivare, ad esempio, alla scatola 18, solidale alla boa 17, all’interno della quale sono presenti dei sensori per il rilevamento della torbidità e di portata. Tali sensori, a seconda della applicazione specifica, possono essere altrimenti inseriti all’interno di contenitori stagni posizionati in prossimità della banchina 1 o, comunque, a terra. La dimensione del condotto di scarico 6’ à ̈ progettata per consentire il passaggio di cozze e mitili ed altro materiale simile o di dimensione comparabile.

Gli elementi dell’impianto che si trovano a contatto con l’acqua di mare o immersi in acqua di mare sono da realizzarsi in materiale non metallico o, là dove non possibile, con un unico materiale metallico, preferibilmente AISI 316. Tutte le parti metalliche sono interessate da protezioni attive o passive rispetto a correnti galvaniche. Poiché l’eiettore 9 rappresenta un sistema aperto, il fatto che esso sia correttamente alimentato non garantisce sul fatto che vi sia portata anche allo scarico. Posizionando un sensore 14, che può essere installato sott’acqua, come in figura, o fuori acqua, in grado di rilevare il flusso sul condotto di scarico, à ̈ possibile determinare una condizione critica, relativa ad un imminente intasamento del condotto di scarico, rilevabile tramite una diminuzione della portata allo scarico a parità di condizioni alla alimentazione del dispositivo. La definizione di una portata minima allo scarico dell’eiettore 9 definisce una condizione per il passaggio da modalità di flussaggio a modalità a pieno carico come precedentemente descritti. Il controllo di portata allo scarico avviene indipendentemente per ogni eiettore, pertanto la modalità a pieno carico può intervenire sia per tutti gli eiettori contemporaneamente, sia per uno o più eiettori, aumentando la portata della pompa 2 (tramite inverter) e intervenendo sulla regolazione delle valvole 12 poste sulle singole linee 6 di ogni eiettore 9 soggetto a intasamento. In alternativa, il segnale proveniente dal rilevatore di portata 14 posizionato allo scarico di ogni eiettore può essere impiegato per incrementare la portata di flussaggio sino a che il segnale di portata minima non viene a cessare piuttosto che passare direttamente alla portata di pieno carico. Tale soluzione ottimizza i consumi energetici dell’impianto pur complicandone l’architettura gestionale. Tramite l’inserimento di un sensore in grado di rilevare la torbidità della miscela presente allo scarico del dispositivo eiettore à ̈ possibile determinare una certa soglia (corrispondente ad un certo rapporto di miscela tra sedimento e acqua) oltre la quale si evidenzia una condizione critica per il trasporto allo scarico dell’eiettore, poiché esso sta elaborando una miscela bifase acqua-sedimento in cui la percentuale di sedimento presente supera una soglia che determina una corrispondente torbidità. La definizione di un valore di soglia della torbidità allo scarico dell’eiettore definisce la condizione per il passaggio da modalità di flussaggio a modalità a pieno carico come precedentemente descritti.

L’apporto di sedimento à ̈ spesso correlato ad eventi meteo marini precisi e caratteristici del sito in cui si realizza l’impianto. Tramite sensori in grado di rilevare la velocità del vento, la direzione del vento o l’altezza del moto ondoso à ̈ possibile correlare il passaggio da modalità di flussaggio a modalità a pieno carico come precedentemente descritti a condizioni ambientali critiche.

L’impatto ambientale dell’impianto secondo l’invenzione à ̈ nullo, perché il sistema non aggiunge o toglie sabbia, ma semplicemente “spazzola†, rimuovendola, quella che la natura porta sugli eiettori e la sposta a lato. Il senso di scarico della sabbia à ̈, preferibilmente, lo stesso della corrente che trasporta la sabbia stessa, così da non opporsi al flusso naturale, ma al contrario, di condiscenderlo. Inoltre, l’elevato grado di automazione dell’impianto consente il funzionamento in continuo dello stesso, garantendo quindi l’affidabilità del sistema, ma ne vincola le condizioni operative alle reali condizioni del momento, consentendo un risparmio energetico che ha risvolti positivi sia in termini di ulteriore riduzione dell’impatto ambientale sia in termini di costi di gestione.

La presenza di una seconda pompa (pompa 10 di back-up) in parallelo con la pompa principale 2, ha lo scopo di sostituire la pompa principale nel caso di guasto di questa ultima, o in caso di operazioni di manutenzione.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1) Impianto per lo scavo di fondali sommersi sabbiosi, ghiaiosi e/o fangosi quali fondali sabbiosi sottomarini, comprendente una pompa di alimentazione (2) di un flusso primario di acqua a pressione ad un collettore (3), dei dispositivi eiettori (9) collegati in parallelo tramite dei condotti (6) a detto collettore (3), allineati lungo il percorso (C) che si desidera scavare per generare una depressione che richiami dall’ambiente circostante un flusso di acqua secondario miscelato a sabbia, venendo detta miscela di acqua e sabbia pompata a distanza attraverso un condotto (6’) collegato alla estremità di mandata di detti eiettori (9) caratterizzato dal fatto che si sono previsti una serie di sensori (18) atti al rilevamento della torbidità dell’acqua allo scarico degli eiettori (9); dei sensori (14) atti alla rilevazione del flusso allo scarico di detti eiettori (9); dei sensori atti alla rilevazione dell’altezza del moto ondoso e dei sensori atti alla rilevazione della velocità e della direzione del vento che controllano, tramite inverter, il regime della pompa (2) di alimentazione dei dispositivi eiettori (9).
2. 2) Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende in parallelo alla pompa di alimentazione principale (2) anche una pompa di back-up (10) che ha lo scopo di sostituire la pompa principale (2) nel caso di guasto di questa ultima, o in caso di operazioni di manutenzione, e che può anche compiere la funzione di adescamento della pompa principale.
3. 3) Impianto secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre a monte degli eiettori (9) dei misuratori (13) di portata.
4. 4) Impianto automatizzato ad impatto ambientale nullo ed a ridotti consumi energetici per lo scavo di fondali sabbiosi marini, secondo le rivendicazioni 1 a 3 precedenti, in cui sul circuito fra gli eiettori (9) ed il collettore (3) sono inserite delle valvole (12) per la parzializzazione del flusso di acqua in pressione verso i singoli eiettori.
5. 5) Impianto secondo una qualsivoglia delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che tra la pompa di alimentazione (2) ed il collettore (3) viene posizionato un filtro ad alta efficienza (11) che funge da protezione contro l’intasamento degli ugellini (9’) posti a monte ed a valle degli eiettori (9).