ITMI20102201A1 - Apparato di generazione di onde in ambiente marino mediante pistoni impattanti e sistema di lancio a gas, idraulico, a vapore e elettromagnetico per l'acquisizione di dati sismici - Google Patents

Apparato di generazione di onde in ambiente marino mediante pistoni impattanti e sistema di lancio a gas, idraulico, a vapore e elettromagnetico per l'acquisizione di dati sismici Download PDF

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gas
pump piston
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Francesca Gaia Brega
Davide Calcagni
Antonio Carcaterra
Stefano Carlo Luigi Sandroni
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Eni Spa
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Description

“Apparato di generazione di onde in ambiente marino mediante pistoni impattanti e sistema di lancio a gas, idraulico, a vapore e elettromagnetico per l’acquisizione di dati sismiciâ€
DESCRIZIONE
Campo dell’invenzione
La presente invenzione si riferisce ad un apparato di generazione di onde di pressione per prospezioni sismiche in ambiente sottomarino, per esempio allo scopo di ricerca di idrocarburi.
Stato della tecnica
Nello stato della tecnica sono molto diffusi per le indagini geosismiche marine dei sistemi noti con il nome di air-gun, generalmente utilizzati in sciame o serie o convogli, generalmente indicati come arrays. Un air-gun array produce onde di pressione ottenute attraverso il rilascio istantaneo in ambiente marino di aria ad elevata pressione.
Gli air-gun necessitano di essere combinati in modo opportuno ed essere azionati in modo sincronizzato affinché la somma dei segnali di pressione generati da ogni singolo gun dell’array possa produrre la cancellazione degli effetti di oscillazione nel campo di pressione irradiato. Questo porta in generale degli svantaggi di facilità di impiego ed in particolare in alcuni ambienti marini, per esempio quelli dove vi à ̈ presenza di ghiacci galleggianti.
Gli air-gun generano l’onda di pressione facendo espandere gas compresso, fornito da un opportuno compressore a bordo di una nave, direttamente in acqua. Ciò comporta svantaggi poiché necessitano di continuo apporto di aria e di un dispositivo compressore. Inoltre la bolla di gas che genera l’onda acustica si disperde in acqua con conseguente ingente consumo di gas. Un altro svantaggio à ̈ dato dal fatto che l’onda di pressione generata à ̈ oscillante nel tempo, caratteristica questa che peggiora l’efficienza dell’analisi geosismica dei segnali riflessi dal fondo marino.
Questi svantaggi rendono il sistema air-gun non adatto ad essere imbarcato su unità naviganti sottomarine di piccole dimensioni perché per esse non ci si può avvalere di apporti d’aria continui da elaborare con un compressore e perché lo stoccaggio in serbatoio di gas precompresso, per ragioni di peso e di ingombro legati ai notevoli consumi di gas, à ̈ poco pratico su tali veicoli ed inoltre durante il funzionamento dell’air-gun il serbatoio di stoccaggio diminuisce in peso cambiando radicalmente le condizioni di galleggiamento del veicolo rendendo necessario l’impiego di serbatoi di compensazione. Infine la caratteristica oscillante del segnale di pressione rende non utilizzabile una singola sorgente tipo air-gun. Queste devono infatti essere utilizzate in gruppo e ciascuna sorgente dell’array deve avere caratteristiche dimensionali diverse, per cui sfruttando lo sfasamento possibile tra queste sorgenti che hanno pulsazioni della bolla d’aria emessa leggermente differenti tra loro, si può ottenere un effetto di cancellazione delle oscillazioni di pressione, mantenendo il solo picco di pressione iniziale coerente per tutte le sorgenti impiegate.
Sommario dell’invenzione
Al fine di superare gli inconvenienti sopra menzionati, si prevede un apparato di generazione di onde di pressione che in conformità con la rivendicazione 1 comprende un cilindro, definente un asse, nel quale sono posti un pistone percussore e un pistone pompa, ciascuno provvisto di due rispettive facce opposte rispetto a detto asse, di cui una faccia del pistone percussore posta di fronte al pistone pompa à ̈ definita prima faccia di impatto e una faccia del pistone pompa di fronte al pistone percussore à ̈ definita seconda faccia di impatto, i pistoni pompa e percussore essendo scorrevoli nel cilindro in una direzione parallela all’asse, ed essendo i pistoni pompa e percussore tali da poter venire in urto mediante le prima e seconda facce di impatto, il pistone percussore essendo azionabile da mezzi di azionamento prementi sulla faccia opposta alla propria faccia di impatto, in cui il cilindro comprende ad una sua estremità una camera di diametro diverso rispetto a quella della porzione del cilindro in cui à ̈ alloggiato il pistone percussore, in cui in detta camera à ̈ scorrevole una parte del pistone pompa, essendo questa camera dotata di passaggi di comunicazione che mettono in comunicazione la camera stessa con l’acqua dell’ambiente marino, così da trasmettere un impulso generato da detto urto all’ambiente marino.
L’apparato oggetto dell’invenzione à ̈ capace di rilasciare un’onda di pressione di elevata intensità prodotta dal solo urto tra due pistoni impattanti, con il grande vantaggio che esso non consuma aria o altro gas per il suo funzionamento e che non inquina, non rilasciando aria o altro gas in acqua.
Le onde di pressione sono ottenute mediante il solo urto tra due pistoni coassiali alloggiati in un tubo cilindrico, il primo pistone essendo lanciato sul secondo che à ̈ a contatto con l’acqua dell’ambiente marino e che, a seguito dell’urto, emette un impulso di pressione.
L’apparato genera onde di pressione che presentano un’emissione acustica di durata molto breve ed elevata intensità alla quale non seguono fenomeni di oscillazione di pressione come nei dispositivi noti dello stato della tecnica.
Esso può essere vantaggiosamente impiegato nei casi in cui si ritenga non vantaggioso o tecnicamente impossibile utilizzare una sorgente sismica marina di tipo convenzionale, o anche quando si richiedano emissioni di pressione di tipo impulsivo e senza oscillazioni residue.
Una ulteriore vantaggiosa applicazione dell’apparato à ̈ la possibilità di impiegarlo a bordo di veicoli sottomarini ad uso geosismico, per esempio per la prospezione petrolifera o di altri idrocarburi.
Esso ha anche il vantaggio di essere operato senza bisogno di prevedere un contatto con l’atmosfera, poiché in nessuna delle sue forme di realizzazione particolari necessita di approvvigionamento esterno di aria o di altro gas.
Inoltre, la sorgente di energia facente parte dell’apparato dell’invenzione, essendo caratterizzata da un’emissione di pressione puramente impulsiva che non produce oscillazioni di pressione, ha anche il vantaggio di poter essere impiegata singolarmente e non necessariamente in forma di array come nel caso degli air-gun.
L’apparato di generazione di onde dell’invenzione presenta due parti principali:
un dispositivo a pistoni a impatto e un sistema di azionamento del dispositivo a pistoni a impatto che può sfruttare quattro diversi tipi di mezzi di azionamento (i) a gas, (ii) idraulico, (iii) a vapore, (iv) elettromagnetico.
Il dispositivo a pistoni a impatto comprende un cilindro nel quale scorrono due pistoni: il primo pistone, definito pistone percussore, azionato dai mezzi di azionamento, viene lanciato ad alta velocità verso un secondo pistone, definito pistone pompa, collocato ad opportuna distanza dal primo che, sulla superficie contrapposta a quella su cui impatta il pistone percussore, comunica con l’acqua dell’ambiente marino; l’urto del pistone percussore sul pistone pompa produce un’elevata accelerazione di quest’ultimo che in tal modo rilascia un disturbo di pressione di elevata intensità fino ad arrestarsi per effetto della contropressione generata dall’acqua marina sulla faccia del pistone opposta a quella urtata.
Il processo di lancio del pistone percussore permette di accumulare nel pistone percussore l’energia cinetica prodotta dal lavoro di pressione dei mezzi di azionamento durante la corsa del percussore stesso, energia cinetica che viene rilasciata al pistone pompa nell’urto in tempi brevissimi, cioà ̈ dell’ordine di frazioni di millesimi di secondo. Questo urto permette di rilasciare un picco di pressione molto elevato in acqua, che può anche superare i 1000 bar, picco molto maggiore rispetto alla pressione di azionamento del pistone percussore, che à ̈ tipicamente intorno a qualche decina di bar; il dispositivo à ̈ inoltre capace di produrre una banda in frequenza di eccitazione acustica che può variare dalle centinaia alle migliaia di Hertz.
Una regolazione dei mezzi di azionamento permette di erogare onde di pressione qualitativamente diverse in termini di intensità e banda di frequenza di emissione del segnale. Grazie alla sua dimensione limitata e all’assenza di apporto d’aria dall’atmosfera, l’apparato dell’invenzione à ̈ particolarmente adatto ad essere imbarcato a bordo di veicoli sottomarini autonomi di piccole dimensioni che possano navigare in immersione.
Nel caso in cui il mezzo di azionamento à ̈ un gas, viene utilizzata sempre la stessa massa di gas, non essendo rilasciato in acqua il gas espanso, ricomprimendolo opportunamente ogni volta, separando acqua e aria (o altro gas) attraverso un opportuno pistone (pistone percussore) che serve sia a generare l’impatto (nel suo moto diretto) sia a ricomprimere il gas (nel suo moto retrogrado), utilizzando un secondo pistone (pistone pompa) per generare un impulso di pressione nell’ambiente marino a seguito dell’impatto, impulso molto più elevato rispetto a quello che si ha facendo espandere l’aria direttamente a contatto con l’acqua come negli air-gun dell’arte nota. Inoltre tale modalità di generazione della pressione mediante un urto tra i pistoni genera un segnale puramente impulsivo e privo di oscillazioni.
Nel caso in cui il mezzo di azionamento à ̈ un liquido pressurizzato mediante pompe, ossia con un sistema puramente idraulico, l’apparato può sfruttare lo stesso liquido in cui la sorgente à ̈ immersa, ad esempio acqua marina.
Nel caso in cui il mezzo di azionamento à ̈ vapore surriscaldato, à ̈ anche previsto un sistema di aspirazione dell’acqua dell’ambiente marino che opera di detta acqua un surriscaldamento per produrre il vapore in pressione che viene poi inviato al cilindro in cui scorre il pistone percussore.
Breve descrizione delle figure
La fig. 1 rappresenta una sezione su un piano assiale longitudinale di un dispositivo parte dell’apparato di generazione di onde di pressione dell’invenzione delle figure 5, 6 ,7 e 8, la fig. 2 rappresenta il dispositivo della fig. 1 in una fase operativa,
la fig. 3 rappresenta il dispositivo della fig. 1 in una fase operativa diversa da quella della fig.
2,
la fig. 4 rappresenta il dispositivo della fig. 1 in una fase operativa diversa da quella delle figure 2 e 3,
la fig. 5 rappresenta uno schema di una prima forma di realizzazione dell’apparato dell’invenzione,
la fig. 6 rappresenta uno schema di una seconda forma di realizzazione dell’apparato dell’invenzione,
la fig. 7 rappresenta uno schema di una terza forma di realizzazione dell’apparato dell’invenzione.
la fig. 8 rappresenta uno schema di una quarta forma di realizzazione dell’apparato dell’invenzione.
Descrizione di forme di realizzazione preferite dell’invenzione
Dispositivo a pistoni a impatto
Con particolare riferimento alle figure da 1 a 4, à ̈ illustrato il dispositivo a pistoni a impatto per la generazione di onde di pressione. Il cilindro 3, detto anche tubo di lancio, à ̈ equipaggiato con due pistoni: il pistone percussore 1 e il pistone pompa 2, quest’ultimo comprendente due corpi solidali tra loro, uno scorrevole nel cilindro 3, l’altro nel cilindro 15, detti cilindri essendo tra loro solidali ed eventualmente di raggio diverso tra di loro. Il pistone percussore 1 à ̈ lanciato contro il pistone pompa 2 mediante l’azione di un fluido pressurizzato, agente sulla faccia sinistra del pistone percussore, ed immesso nel volume 11 del tubo 3 mediante la luce di ammissione 8, o in una forma di realizzazione dell’apparato anche mediante l’azione di forze elettromagnetiche. Sulla faccia destra del pistone percussore 1 à ̈ applicata una pressione molto bassa, essendo stato svuotato il volume del cilindro 3 compreso tra il pistone percussore 1 e il pistone 2, essendo tale svuotamento ottenuto mediante evacuazione di fluido attraverso la luce 9 connessa ad un sistema di pompaggio. Il pistone 1, inizialmente posizionato all’estremità sinistra del cilindro 3, nella fase operativa illustrata dalla figura 2 sotto l’azione del fluido pressurizzato addotto attraverso la luce 8, accelera nella fase operativa illustrata dalla figura 3 ed arriva ad elevata velocità ad urtare il pistone 2 mediante l’ogiva di impatto 12, nella fase operativa illustrata nella figura 4, la cui forma e dimensioni permettono di urtare il pistone pompa 2 prima che il corpo del pistone percussore 1 giunga a battuta sugli arresti 6, solidali al cilindro 3, e provvisti degli elementi elastici di ammortizzamento 7. Al momento dell’impatto il pistone percussore 1 cede la propria energia cinetica al pistone pompa 2. Il pistone pompa a seguito dell’impatto acquista in poche frazioni di secondo una velocità prossima a quella posseduta dal pistone percussore prima dell’impatto, cosicché il pistone pompa 2 subisce un’accelerazione molto elevata che genera, sulla superficie sinistra del pistone pompa che scorre all’interno del cilindro 15 comunicante con l’acqua dell’ambiente marino 10, un impulso di pressione che si propaga fino ad uscire verso l’ambiente marino stesso. Il pistone pompa 2 esegue, dopo l’impatto, una breve corsa di arresto, frenato dalla elevatissima contropressione generata sulla sua superficie dall’acqua marina. In detta corsa, il pistone pompa 2 rilascia in acqua tutta la sua energia cinetica in forma di un’onda d’urto acustica.
Il pistone percussore 1 a seguito dell’impatto perde totalmente la propria velocità e viene ad essere poi bloccato dagli arresti di fine corsa 6, muniti di appositi elementi elastici ammortizzatori 7. Si noti che l’energia cinetica associata all’impatto sugli arresti 6 à ̈ di modesta entità. Infatti questa à ̈ l’energia conferita al pistone percussore dal lavoro della pressione del fluido pressurizzato effettuato nella piccola espansione residua che interviene tra l’impatto e l’arresto del pistone pompa. Il pistone pompa 2 nella corsa che ha luogo tra l’urto subito con l’ogiva di impatto 12 del pistone percussore 1, ed il suo arresto a battuta sugli arresti 4, solidali al cilindro 3, trasforma completamente la propria energia cinetica in energia di pressione acustica rilasciata nel cilindro 15 e quindi all’ambiente marino 10. In tal modo non c’à ̈ energia cinetica residua significativa all’arresto, che avviene sul fondo corsa 6 anche in questo caso equipaggiato da elementi elastici 7.
Il pistone pompa 2 ritorna poi in sede, ossia a battuta sugli arresti 6, per effetto della pressione idrostatica proveniente dall’ambiente marino 10 e sotto l’effetto della spinta degli elementi elastici 5. L’energia cinetica residua all’arresto à ̈ anche in questo caso modesta, sia per i modesti valori di sovrapressione idrostatica, sia per la corsa ridotta del pistone per recuperare la posizione di riposo. Il dispositivo a pistoni a impatto à ̈ operante in immersione per cui l’ambiente marino circostante ha un pressione legata al battente idrostatico associato alla quota di immersione.
Il pistone pompa 2, come risulta dalla figura 1, à ̈ poi munito di due corpi di diversa sezione, rispettivamente inseriti nei cilindri 3 e 15: il primo corpo, di sezione minore o maggiore rispetto al secondo scorre nel cilindro 3. La fig. 1 riporta a solo titolo indicativo il caso in cui il diametro del cilindro 15 à ̈ più grande del diametro del cilindro 3. Il secondo corpo scorre nel cilindro 15 affacciato all’acqua dell’ambiente marino 10. La ragione di tale differenza di sezione à ̈ dettata dal fatto che così facendo si può aumentare o ridurre efficacemente la corsa di arresto del pistone pompa, permettendo a questo di comunicare l’energia acustica con movimenti assiali più ampi o più modesti, e, fissata l’energia acustica che si vuole rilasciare in acqua e le sue caratteristiche spettrali, tale differenza di sezione permette di scegliere le masse dei pistoni, la corsa libera del percussore e la pressione di alimentazione del fluido pressurizzato in modo più adeguato alle esigenze costruttive del dispositivo. Un esempio di dimensionamento di una forma di realizzazione preferita del dispositivo a pistoni a impatto à ̈ fornito nella tabella seguente.
Grandezza caratteristica Campo Valori
Corsa libera di arresto del pistone pompa 2cm-20cm
Raggio del pistone pompa – cilindro 15 2cm-10cm
Raggio del pistone percussore – cilindro 3 2cm-10cm
Raggio del pistone pompa – cilindro 3 2cm-10cm
Massa del pistone percussore 2kg-20kg
Massa del pistone pompa 2kg-20kg
Pressione del fluido pressurizzato 5bar-100bar
Temperatura del fluido pressurizzato 5-40°C
Come citato sopra questo sistema di azionamento può sfruttare diversi mezzi di azionamento, tutti combinabili in alternativa, oppure congiuntamente, con il dispositivo a pistoni a impatto descritto prima.
Quando i mezzi di azionamento sono costituiti da un gas il sistema à ̈ rappresentato nella figura 5. In tale forma di realizzazione il sistema di azionamento del dispositivo a pistoni a impatto prevede tre serbatoi: un serbatoio di reintegro SR, contenente solo gas ad alta pressione con valore di riferimento di circa 400 bar, un serbatoio di lancio SL contenente solo gas con valore di riferimento di circa 50 bar, un serbatoio di ricarica SRic contenente gas e acqua con pressione di riferimento di circa 55 bar.
Il serbatoio di lancio SL contiene il gas in pressione per l’alimentazione del pistone percussore 1. Nella fase precedente il lancio le valvole V8, V11, V12, V13, V9, V10 sono chiuse e l’elettromagnete di ritenzione del pistone percussore à ̈ attivato. Al momento del lancio si apre la valvola V8 che mette in comunicazione il serbatoio SL con il pistone percussore 1 scorrevole nel cilindro 3 e simultaneamente viene interdetto l’elettromagnete 16 che rilascia il pistone percussore 1. Il pistone 1 scorre fino ad impattare il pistone pompa 2 che rilascia l’impulso di pressione. Al termine di tale fase si apre la valvola V9 e la valvola di commutazione V10 apre la comunicazione tra il serbatoio SRic con la valvola V9, interdicendo invece la comunicazione di pressione verso la pompa di svuotamento P2. Il pistone 1 arretra verso i fine corsa 13 sotto l’azione dell’acqua in pressione contenuta nel serbatoio SRic, ricomprimendo il gas contenuto nel volume 11 del cilindro 3 e trasferendo il gas contenuto in 11 nel serbatoio di lancio SL. Terminata la corsa del pistone percussore 1 sugli arresti 13, la valvola V8 si chiude e l’elettromagnete di ancoraggio 16 attira il cilindro 17 permettendo al pistone percussore 1 di mantenere la posizione di fine corsa.
La valvola V10 commuta mettendo in comunicazione V9 con la pompa P2 e chiudendo la linea che porta al serbatoio SRic. La pompa P2 parte fino a provvedere allo svuotamento dell’acqua contenuta nel cilindro 3 che viene avviata all’ambiente marino tramite lo scarico SP2. Al termine di tale fase la valvola V9 si chiude e la valvola V10 commuta nuovamente chiudendo la linea che porta alla pompa P2 e aprendo la linea che mette in comunicazione il serbatoio di ricarica SRic con la valvola V9.
La pompa P1 parte, la valvola V13 si apre, aspirando acqua dalla presa a mare AP1 e ristabilendo il livello dell’acqua nel serbatoio SRic e la pressione di esercizio.
Il serbatoio di reintegro SR mediante l’apertura delle valvole di riduzione V11 e V12 ripristina le masse di gas iniziali nei serbatoi SL e SRic per compensare le eventuali piccole perdite per trafilaggio che si fossero verificate nel corso delle operazioni precedenti.
A questo punto il dispositivo à ̈ pronto per l’emissione di un nuovo impulso di pressione.
La seconda forma di realizzazione del sistema di azionamento, rappresentata nella fig. 6 prevede mezzi di azionamento costituiti da liquido a pressione.
Questa seconda forma di realizzazione supera lo svantaggio del precedente sistema di azionamento a gas che presenta il rischio, con l’uso prolungato, che il serbatoio a gas SL per la propulsione del pistone percussore può perdere progressivamente pressione e massa di gas per effetto del trafilaggio dello stesso gas . Infatti il pistone pompa si trova a dover lavorare sotto una notevole differenza di pressione, dell’ordine di 50 bar, e sono prevedibili trafilaggi di gas sia pur in modica quantità, inizialmente tra la camera di lancio ad alta pressione e l’intercapedine tra il pistone percussore e il pistone pompa e, in seconda battuta, tra il tubo di lancio e l’ambiente marino attraverso il pistone pompa.
Il problema del trafilaggio può costituire una difficoltà per quanto concerne i riflessi logistici. Infatti se nell’impianto descritto precedentmente, il gas di azionamento viene rilasciato in acqua sia pur in modica quantità, si può manifestare la necessità di un periodico rabbocco del serbatoio SR quando questo, a causa delle perdite, dovesse scendere a pressioni prossime a 55bar.
Per eliminare tale problema, la seconda forma di realizzazione del sistema di azionamento completamento idraulico à ̈ descritto di seguito e rappresentato nella figura 6, in cui l’azionamento del pistone percussore à ̈ direttamente operato da acqua marina in pressione anziché da un gas.
Nella fase precedente il lancio del pistone percussore, la valvola V8 interdice le comunicazioni di pressione sia verso lo scarico SV8 in ambiente marino, sia verso il serbatoio (unico in tal caso) SRic che svolge sia la funzione di serbatoio di lancio che di riposizionamento del percussore. La valvola V9 à ̈ chiusa, la valvola V10 interdice la comunicazione di pressione tra la V9 e lo scarico SP2 e apre la comunicazione tra V9 e la valvola V12 che à ̈ chiusa. La valvola V13 à ̈ chiusa. La valvola V14 à ̈ automatica e mette in comunicazione il cilindro 3 con un serbatoio a gas di ammortizzazione SA per ridurre gli effetti di colpo d’ariete in corrispondenza dell’impatto tra il pistone percussore 1 e il pistone pompa 2. L’elettromagnete di ritenzione 16 à ̈ attivo tenendo il percussore in posizione corrispondente agli arresti 13.
La fase di lancio à ̈ avviata con l’apertura della valvola V8 che mette in comunicazione il serbatoio SRic con il percussore 1, escludendo invece la linea che porta allo scarico SV8 in ambiente marino. Il pistone 1 scorre nel cilindro 3 fino ad impattare sul pistone pompa 2 che emette l’impulso di pressione. La valvola automatica V14 si apre quando parte il colpo d’ariete nel tubo 3 interdicendo la propagazione di onde ad elevata pressione dal pistone percussore 1 verso la valvola V8 per effetto dell’ammortizzatore SA. Al termine di tale fase inizia quella di riposizionamento del pistone pompa 2. La valvola V8 commuta chiudendo la linea verso il serbatoio SRic e aprendo la linea verso lo scarico SV8 in ambiente marino, cosicché la pressione nel cilindro 3 scende a quella dell’ambiente marino stesso. La pompa P1 parte erogando una pressione poco superiore a quella dell’ambiente marino e regolata mediante la valvola V12 e la valvola V9 che à ̈ aperta permettendo l’afflusso di acqua all’interno del cilindro 3. Il pistone percussore arretra verso gli arresti 13 fino a portarsi nella posizione finale a battuta sugli arresti 13. L’elettromagnete 16 si attiva mantenendo la posizione del pistone percussore 1.
La valvola V10 commuta sulla pompa P2 e chiude la linea verso la valvola V12 che si chiude. La pompa P2 parte svuotando il cilindro 3 e scaricando l’acqua in mare attraverso lo scarico SP2. La valvola V9 si chiude e la valvola V10 commuta nuovamente chiudendo la linea verso P2 e aprendo quella verso V12.
La pompa P1 parte, la valvola V13 si apre e nel serbatoio SRic à ̈ pompata acqua dall’ambiente marino mediante la presa a mare AP1 fino a ripristinare il livello dell’acqua. La valvola V13 si chiude.
Il serbatoio di reintegro SR mediante la valvola V11 ripristina la massa d’aria per eventuali perdite verificatesi nella precedenti fasi.
In questa fase, il sistema di azionamento à ̈ pronto per l’emissione di un nuovo impulso di pressione.
In alternativa o in combinazione con il sistema di azionamento a gas à ̈ prevista una forma di realizzazione del sistema di azionamento che permette di alimentare il serbatoio SL non soltanto con il gas inizialmente contenuto nel serbatoio SL stesso e gli eventuali reintegri provenienti dal serbatoio SR, ma in alternativa attraverso la produzione di vapore surriscaldato prodotto mediante un vaporizzatore alimentato dalla stessa acqua marina. Lo schema dell’apparato dell’invenzione sul quale à ̈ montato questo sistema di azionamento à ̈ rappresentato nella figura 7. Il sistema di azionamento à ̈ identico per funzionamento a quello a gas rappresentato nella figura 5, eccetto per le seguenti modificazioni: (i) viene effettuato un parziale riempimento del serbatoio di lancio SL con acqua marina; (ii) un vaporizzatore elettrico VAP à ̈ alloggiato nella parte riempita di acqua del serbatoio SL, e il vaporizzatore à ̈ alimentato elettricamente dalla batteria B; (iii) à ̈ prevista una valvola di riduzione della pressione e di adduzione dell’acqua al serbatoio di lancio SL per poter alimentare il vaporizzatore mediante acqua pompata dalla pompa P1 durante la fase di ricarica del serbatoio SRic.
La vaporizzazione dell’acqua all’interno del serbatoio SL permette di reintegrare eventuali perdite di gas e vapore per trafilaggio durante le fasi di funzionamento del dispositivo. Tale sistema di vaporizzazione à ̈ in grado di fornire al dispositivo vapore in pressione per il lancio del pistone percussore 1 anche qualora tutto il gas nel serbatoio di reintegro sia consumato, semplicemente approvvigionando il sistema con acqua marina a mezzo della pompa P1.
Il pistone percussore 1 può essere azionato infine attraverso forze elettromagnetiche, utilizzando questo solo metodo per la propulsione del pistone percussore 1 o questo in congiunzione con i sistemi di attuazione prima descritti.
In via di principio il cilindro 3, come da figura 8, viene in tal caso equipaggiato con un solenoide ad esso solidale che genera un campo magnetico all’interno del tubo di lancio 3 con linee di campo LC che presentano anche una componente radiale, costituendo tale avvolgimento la bobina di induzione S1. Il pistone percussore 1 viene a sua volta equipaggiato con un solenoide indotto S2 con asse sempre coincidente con l’asse del tubo di lancio 3. Una corrente ad alto amperaggio prodotta dalle batterie B, modulata attraverso il sistema di controllo C, à ̈ iniettata all’interno del solenoide S1 generando una variazione di campo magnetico che induce una corrente nel solenoide indotto S2 che genera così sull’indotto S2 stesso, per interazione con le linee di campo LC, una forza di Lorentz repulsiva con una componente assiale atta ad accelerare il pistone 1 lungo il tubo di lancio 3 da sinistra verso destra fino a produrne l’impatto sul pistone pompa 2. Il sistema di controllo della corrente à ̈ poi capace di pilotare le forze elettromagnetiche, dopo l’urto, in direzione opposta, spostando il pistone percussore da destra verso sinistra riportandolo così nella posizione iniziale.
Nel caso di attuazione elettromagnetica del pistone percussore 1, non dovendo esso garantire la tenuta stagna di aria in pressione, questo scorre nel tubo di lancio mediante cuscinetti a rulli o a sfere con attriti molto bassi a vantaggio dell’efficienza meccanica del dispositivo, e il pistone 1 stesso può essere completamente forato e di diametro più piccolo del diametro del cilindro 3, permettendo così il passaggio di aria attraverso e attorno al pistone 1, evitando effetti di attenuazione dell’urto con il pistone 2 per la presenza di un cuscino d’aria tra il pistone percussore e il pistone pompa.

Claims (11)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato di generazione di onde di pressione in ambiente marino comprendente un cilindro (3), definente un asse, nel quale sono posti un pistone percussore (1) e un pistone pompa (2), ciascuno provvisto di due rispettive facce opposte rispetto a detto asse, di cui una faccia del pistone percussore (1) posta di fronte al pistone pompa (2) à ̈ definita prima faccia di impatto e una faccia del pistone pompa (2) di fronte al pistone percussore (1) à ̈ definita seconda faccia di impatto, i pistoni pompa (2) e percussore (1) essendo scorrevoli nel cilindro (3) in una direzione parallela all’asse, ed essendo i pistoni pompa (2) e percussore (1) tali da poter venire in urto mediante le prima e seconda facce di impatto, il pistone percussore (1) essendo azionabile da mezzi di azionamento prementi sulla faccia opposta alla propria faccia di impatto, in cui il cilindro (3) comprende ad una sua estremità una camera (15) di diametro maggiore, minore o uguale a quella della porzione del cilindro (3) in cui à ̈ alloggiato il pistone percussore (1), in cui in detta camera (15) à ̈ scorrevole una parte del pistone pompa (2), passaggi di comunicazione che mettono in comunicazione la camera (15) con l’acqua dell’ambiente marino (10), così da trasmettere un impulso generato da detto urto all’ambiente marino.
  2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1 in cui il pistone pompa (2) comprende più corpi solidali tra loro di cui un primo corpo à ̈ scorrevole nel cilindro (3) e un secondo corpo à ̈ scorrevole nella camera (15).
  3. 3. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui sono previsti mezzi di regolazione della pressione dei mezzi di azionamento del pistone percussore (1), così da modificare caratteristiche di emissione acustica dell’apparato dispositivo stesso.
  4. 4. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui i mezzi di azionamento del pistone percussore (1) sono un gas, e/o vapore acqueo o liquido in pressione.
  5. 5. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui sono previsti mezzi di generazione di forze elettromagnetiche di Lorentz per lanciare il pistone percussore verso il pistone pompa attraverso campi magnetici generati da circuiti elettrici solidali al cilindro e circuiti elettrici solidali al pistone percussore.
  6. 6. Metodo di generazione di onde di pressione in ambiente marino messo in atto mediante l’apparato della rivendicazione 1 comprendente gli stadi seguenti: a) il pistone percussore (1) à ̈ lanciato contro il pistone pompa (2), per azione di pressione di mezzi di azionamento o forze elettromagnetiche all’interno di un volume (11) del cilindro (3), in contatto con la faccia del pistone percussore (1) contrapposta alla faccia di impatto, fino a provocare un impatto sul pistone pompa (2) generando un impulso; b) il pistone pompa (2) trasmette l’impulso all’acqua dell’ambiente marino un’onda di pressione impulsiva mediante la faccia contrapposta alla sua faccia di impatto; c) il pistone pompa (2) rallenta fino a fermarsi per effetto della pressione generata sulla sua superficie dall’acqua marina, terminando il processo di emissione acustica.
  7. 7. Metodo secondo la rivendicazione precedente, in cui i mezzi di azionamento a gas, a vapore o a liquido dopo l’impatto vengono espulsi dal volume (11) a mezzo dell’energia di pressione di un liquido iniettato tra la faccia di impatto del pistone percussore (1) e la faccia di impatto del pistone pompa (2).
  8. 8. Metodo secondo una delle rivendicazioni 6 o 7 in cui i mezzi di azionamento sono un fluido pressurizzato generato mediante la vaporizzazione di un liquido, in particolare di acqua aspirata dall’ambiente marino.
  9. 9. Metodo secondo una delle rivendicazioni 6 o 7, in cui i mezzi di azionamento sono un fluido pressurizzato, in particolare acqua aspirata dall’ambiente marino.
  10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui il fluido pressurizzato à ̈ un gas o un vapore che dopo l’espansione subita a seguito della corsa dei pistoni, viene ricompresso a mezzo dell’energia di pressione accumulata in un serbatoio accumulatore contenente un gas e un liquido, e in cui l’energia à ̈ fornita mediante un sistema di pompe che iniettano liquido comprimendone il gas contenuto.
  11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui il fluido pressurizzato à ̈ un gas o un vapore che dopo l’espansione subita a seguito della corsa dei pistoni, viene ricompresso mediante un moto retrogrado del pistone percussore (1), che avviene lungo il cilindro in direzione opposta rispetto a quella relativa alla fase d’espansione del gas del serbatoio di lancio, il moto del pistone pompa essendo generato dall’azione della pressione del liquido contenuto nel serbatoio accumulatore, in cui la pressione vi à ̈ mantenuta a valori superiori rispetto a quella vigente nel serbatoio di lancio mediante l’azione delle pompe.
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