ITMI20120557A1 - Sistema di generazione di onde di pressione in ambiente sottomarino - Google Patents

Description

“SISTEMA DI GENERAZIONE DI ONDE DI PRESSIONE IN AMBIENTE SOTTOMARINOâ€

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Campo dell’invenzione.

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di generazione di onde di pressione per indagini sismiche profonde in ambiente sottomarino comprendente sorgenti acustiche marine autonome a pistoni impattanti. In particolare si riferisce ad un sistema montato su veicoli sottomarini autonomi i quali, navigando in formazione ed operando le sorgenti in modo opportunamente sincronizzato, ricreano l’effetto di interferenza costruttiva proprio di un array di air-gun convenzionale permettendo di eseguire indagini sismiche in ambiente marino con funzionamento in modo automatico, soprattutto in zone artiche o di difficile accesso, dove ad esempio la presenza di ghiaccio in superficie impedisce la normale navigazione di imbarcazioni.

Una sorgente sismica marina convenzionale (air-gun array) produce onde di pressione in grado di propagarsi in acqua e quindi nella crosta terrestre attraverso il rilascio istantaneo di aria ad elevata pressione. Tali onde di pressione sono caratterizzate da ampiezze che possono raggiungere i 240 dB.

Stato della tecnica

Attualmente, dal punto di vista veicolare, le tecnologie per indagini sismiche marine si basano sull’impiego di navi di superficie che portano a traino sia le sorgenti sismiche che i sistemi di ricevitori atti a captare i segnali acustici riflessi dalle formazioni geologiche sottostanti il fondale marino; le sorgenti acustiche, di elevata potenza, di solito sono alimentate ad aria compressa fornita da compressori a bordo.

Tali sistemi sono inutilizzabili se la superficie del mare à ̈ ghiacciata.

I sistemi che producono onde acustiche direttamente dalla superficie del ghiaccio basati su sorgenti vibranti o impattanti, presentano svariati problemi operativi e comunque hanno forti limitazioni di impiego legati allo spessore del ghiaccio che deve garantire la sicurezza delle operazioni.

Inoltre gli impianti dell’arte nota devono essere trasportati lontano dal campo base con costi di impiego notevoli.

Un ulteriore svantaggio delle sorgenti acustiche a gas compresso oggi in uso consiste nel fatto che il loro fabbisogno di aria à ̈ tale, se questo non viene prelevato direttamente in atmosfera, da rendere la loro realizzazione molto complessa e ingombrante se installate su veicoli autonomi non a contatto con l’atmosfera.

Sommario dell’invenzione

Questi ed altri problemi sono risolti dalla presente invenzione mediante un sistema di generazione di onde di pressione costituito da uno o più veicoli sottomarini autonomi organizzati in sciame per svolgere in modo automatico indagini sismiche profonde in ambiente marino, in particolare per un impiego in zone artiche, dove la presenza del ghiaccio in superficie impedisce la normale navigazione di imbarcazioni o di difficile accesso. Questo à ̈ realizzato secondo un primo aspetto dell’invenzione mediante un sistema che presenta le caratteristiche della rivendicazione 5 ed eventualmente di almeno una delle rivendicazioni da 6 a 7.

Un secondo aspetto dell’invenzione comprende un dispositivo di generazione di onde di pressione in ambiente marino conforme alla rivendicazione 1 ed eventualmente di almeno una delle rivendicazioni da 2 a 4.

Un ulteriore aspetto dell’invenzione riguarda un metodo di generazione di onde di pressione in accordo ad almeno una delle rivendicazioni da 8 a 10.

Il sistema dell’invenzione sostituisce il sistema di trasporto convenzionale delle sorgenti a traino di una nave, mediante l’impiego di sorgenti acustiche marine autopropulse e a guida autonoma, finalizzate soprattutto a risolvere il problema che sorge nelle zone in cui la superficie marina sia impraticabile da veicoli convenzionali, ad esempio, per la presenza di ghiaccio.

Tale sistema, nella sua architettura generale, comprende uno o più veicoli sottomarini autonomi organizzati in sciame, ognuno alloggiante una sorgente sismica acustica marina ed avente nel complesso azione analoga a quella di un sistema convenzionale (array di air-gun), (cioà ̈ una organizzazione geometrica di sorgenti sismiche individuali attivate secondo uno schema predefinito al fine di aumentare l’energia immessa minimizzando gli effetti di risonanza tramite l’interferenza costruttiva dovuta alla coalescenza di bolle), ed un sistema di stazioni di superficie a questi relativo.

Le stazioni di superficie sono stazioni di supporto per il rifornimento, per azioni di recupero, check dello stato di salute dei singoli veicoli e dello sciame e manutenzione.

Una parte importante dell’invenzione à ̈ costituita da una sorgente sismica marina innovativa di tipo acustica, specificamente indicata per installazioni a bordo di questi veicoli marini che non possono avvalersi di approvvigionamento esterno di gas compresso, capace di rilasciare un’onda di pressione di elevata intensità prodotta da un sistema di due pistoni impattanti, che non consuma aria per il suo funzionamento e che non inquina, non rilasciando aria o altro gas in acqua, che non produce variazioni di massa del dispositivo durante il suo funzionamento, non modificandone così le proprietà di galleggiamento, che permette di regolare ampiezza e durata dell’onda acustica emessa e quindi le caratteristiche dello spettro di emissione.

Descrizione dettagliata di forme di realizzazione particolari dell’invenzione

Architettura generale del sistema dell’invenzione Ciascuna sorgente sismica acustica à ̈ concepita come parte integrante di un veicolo sottomarino autonomo di piccole dimensioni a sua volta facente parte di uno sciame di veicoli, la cui azione à ̈ equivalente a quella di un array convenzionale, di cui una singola unità à ̈ rappresentata in vista esterna in figura 1, che naviga senza pilota o equipaggio a bordo, essendo la sua navigazione gestita da un sistema di guida autonomo e/o da un sistema di controllo remoto. Il veicolo si compone di due parti, l’unità motrice A, dotata di uno o più propulsori B (uno solo rappresentato in figura 1) e di superfici di controllo di assetto C, che à ̈ collegata attraverso un giunto H, rigido, elastico o snodato, alla sorgente acustica D che emette l’onda di pressione dal diffusore F, dotata di superfici di controllo d’assetto E. Caso particolare di tale configurazione à ̈ rappresentata nella figura 2 dove la sorgente D à ̈ a traino dell’unità motrice A e il giunto H si riduce ad un sistema G di uno o più cavi. I singoli veicoli autonomi possono essere impiegati in numero variabile disposti secondo schemi geometrici di navigazione (sciame) in dipendenza dei parametri di acquisizione sismica determinati di volta in volta in base alle esigenze della campagna di prospezione. Un esempio à ̈ dato in figura 3.

I veicoli del tipo descritto, che a seconda delle condizioni ambientali al contorno possono essere calati sotto lo strato di ghiaccio in corrispondenza di aperture realizzate artificialmente sullo strato di ghiaccio stesso oppure possono essere lanciati da un veicolo d’appoggio, navigano in immersione completa in formazione la cui configurazione dipende sia dalla strategia di controllo implementata a bordo sia dalla organizzazione geometrica e dallo schema richiesti per operare le sorgenti, ad una profondità sufficiente ad evitare le strutture ghiacciate di superficie e nel contempo adattata a garantire il buon esito della prospezione sismica. Tali veicoli trasportano le sorgenti acustiche che vengono azionate in sincronia in base ai parametri geofisici e tecnici d’acquisizione elaborati ai fini della campagna di prospezione secondo un programma prestabilito. I veicoli durante la navigazione scambiano tra loro dati relativi a posizione, velocità, assetto, stato di azionamento della relativa sorgente acustica attraverso un sistema di telecomunicazione a portante acustica e/o elettromagnetica e/o via cavo, per poter fornire informazioni necessarie alla guida automatica della flotta e all’azionamento e al sincronismo delle sorgenti sismiche, e trasmettono anche dati relativi al funzionamento e attributi di controllo alla stazione di superficie. I veicoli possono essere meccanicamente scollegati dalla stazione di superficie oppure, se necessario e in casi particolari, uno o più veicoli della flotta possono restare collegati ad essa durante la navigazione attraverso un cavo ombelicale IR che comprende cavi per telecomunicazioni, trasmissione dati e condotti per l’adduzione al veicolo di fluidi tecnici. Una rappresentazione del più generale collegamento tra due veicoli della flotta e di uno di questi alla stazione à ̈ data in figura 4, dove si vedono le antenne per la trasmissione elettromagnetica M, i trasmettitori/ricevitori L trainati per le trasmissioni acustiche ed un eventuale collegamento via cavo I, sia esso per segnali elettrici e/o ottici ed un eventuale cavo ombelicale IR.

Lo sciame di veicoli sottomarini trasporta così un insieme di sorgenti sismiche marine acustiche lungo una rotta prestabilita studiata per l’investigazione geofisica di un’area la cui estensione dipende dalle capacità di autonomia dei veicoli dello sciame. Al termine della fase di acquisizione dati i veicoli risalgono al disotto dello strato di ghiaccio in corrispondenza di una stazione trasportabile rappresentata in fig. 5 precedentemente allestita, installata effettuando un foro sulla superficie ghiacciata V nel quale viene alloggiata la stazione costituita da un tubo cilindrico Q l’interno del quale à ̈ adibito a pozzetto di ispezione P per i veicoli, che permette anche all’occorrenza l’estrazione di un veicolo per operazioni di manutenzione o per la sua sostituzione. Qualora si fosse in assenza di ghiaccio, la stazione sarà completamente galleggiante e sarà mantenuta in posizione tramite un sistema di ancoraggio al fondo. La stazione à ̈ fornita di un gruppo elettrogeno X con annessi compressori e pompe per la ricarica di batterie di bordo e degli eventuali serbatoi in pressione della stazione (ad esempio Y e W) e del veicolo, di un sistema di memorizzazione e elaborazione dati R scaricati dal sistema acquisizione dati di bordo, di una stazione radio S con antenna T per comunicazioni in aria con una eventuale stazione remota, detta stazione di terra, di serbatoi Y e W per fluidi tecnici, ad esempio gas, liquidi lubrificanti e refrigeranti per permettere il corretto funzionamento delle componenti meccaniche sia della parte motrice del veicolo che della sorgente acustica. Tutti i cavi, tubi e condotti che portano i servizi elettrici, meccanici ed informatici ai veicoli sono raccolti in un unico collettore U la cui estremità viene agganciata automaticamente ad un bocchettone di servizio sulla superficie del veicolo.

Presso la stazione di superficie, si effettuano pertanto una serie di operazioni quali: approvvigionamento di energia elettrica, gas e fluidi tecnici, connessione per lo scaricamento dei dati acquisiti dai veicoli in navigazione, operazioni di controllo dello stato di efficienza di tutti i dispositivi ed impianti di bordo del veicolo, eventuale recupero attraverso il pozzetto P di un intero veicolo. La stazione à ̈ anche dotata di un sistema di telecomunicazioni in acqua, su portante elettromagnetica attraverso l’antenna M, e/o acustica, attraverso il trasmettitore/ricevitore acustico N immerso in acqua, da/e verso i veicoli in navigazione. Terminate le operazioni presso la stazione di superficie, i veicoli riprendono nuovamente la navigazione di profondità e, seguendo una nuova rotta, effettuano l’investigazione di una nuova area. Nel frattempo la stazione di superficie viene rimossa e trasportata da personale operante in superficie verso il nuovo punto di attracco dei veicoli sottomarini e lì installata per fornire gli approvvigionamenti necessari alla flotta al termine della nuova investigazione. L’operazione viene ripetuta sequenzialmente fino a che l’intera zona di interesse non sia stata esplorata.

La sorgente sismica

La sorgente sismica dell’invenzione à ̈ una sorgente compatta specificamente sviluppata per l’installazione a bordo dei veicoli prima descritti ed à ̈ una possibile sorgente D da collocare nell’architettura del sistema proposto.

Questa sorgente à ̈ costituita da un cilindro nel quale scorrono due pistoni: il primo, detto pistone percussore, azionato da gas ad alta pressione fornito da un opportuno sistema di pressurizzazione di seguito descritto, viene lanciato ad alta velocità verso il secondo pistone, detto pistone pompa, collocato ad opportuna distanza dal primo (tale distanza essendo regolabile) 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, già all’inizio della sua corsa di pompaggio dell’acqua al di fuori del tubo cilindrico, rilascia un disturbo di pressione di elevata intensità seguito dall’onda di pressione generata ancora dal pistone pompa durante la fase restante della sua corsa, nella quale il gas ad alta pressione agisce sul pistone percussore che spinge a sua volta il pistone pompa.

Il processo di impatto permette di accumulare nel pistone percussore l’energia cinetica prodotta dal lavoro di espansione del gas durante la corsa libera del percussore stesso, parte della quale viene rilasciata al pistone pompa nell’urto in tempi brevissimi già all’inizio della sua corsa di pompaggio. Questo permette di rilasciare un picco di pressione molto elevato in acqua, anche molto maggiore rispetto alla pressione di alimentazione del pistone percussore, e di estendere la banda in frequenza di eccitazione acustica del dispositivo.

La regolazione della posizione iniziale del pistone pompa lungo il cilindro permette di erogare onde di pressione qualitativamente diverse. Se il pistone percussore ha una corsa libera corta prima dell’impatto, ossia il pistone pompa viene posizionato vicino al pistone percussore, l’onda di pressione generata dal dispositivo ha durata più lunga e un picco di pressione iniziale di ampiezza più bassa; in questo caso l’energia rilasciata dall’espansione del gas à ̈ concentrata su una banda di frequenza più bassa. Se il pistone percussore ha una corsa libera più lunga prima dell’impatto, ossia il pistone pompa à ̈ posizionato lontano dal pistone percussore, allora l’onda di pressione generata ha durata più breve e picco di pressione iniziale più elevato, e l’energia d’espansione del gas si concentra in una banda di frequenza relativamente più alta. La funzione del pistone percussore à ̈ quindi duplice: regolare l’intensità massima dell’onda di pressione, amplificandone l’ampiezza a valori anche molto maggiori rispetto alla pressione di alimentazione del gas che agisce sul pistone percussore, e regolare la durata dell’emissione dell’onda di pressione dal tubo modificandone lo spettro di emissione acustica.

La pressione di alimentazione del pistone percussore à ̈ fornita da un serbatoio di gas precompresso che rimane sempre interno al dispositivo e non viene rilasciato in acqua, che à ̈ messo in comunicazione, a mezzo di apposite valvole, con il tubo cilindrico nel quale scorrono i due pistoni; il gas contenuto nel serbatoio si espande durante la corsa isolata del pistone percussore e durante la corsa accoppiata del pistone percussore e del pistone pompa e viene ricompresso, in una fase successiva, mediante l’uso di una pompa ad alta prevalenza azionata da un motore elettrico alimentato da un opportuno pacco di batterie. La sorgente à ̈ così completamente autonoma, non necessita di una fonte di aria compressa esterna operando le espansioni sempre con la stessa massa d’aria, e l’energia per i rilasci di pressioni à ̈ indirettamente fornita dal pacco batterie che alimenta la pompa, il processo di impatto tra i pistoni permettendo di rilasciare onde di pressione la cui ampiezza à ̈ anche molto maggiore della pressione mantenuta nel serbatoio di alimentazione.

La sorgente sismica descritta nel presente brevetto à ̈ particolarmente adatta ad essere imbarcata a bordo di veicoli sottomarini autonomi di piccole dimensioni che possano navigare in immersione. Infatti le sorgenti sismiche attualmente in uso, che vanno sotto il nome di air-gun, generano l’onda di pressione facendo espandere gas compresso, fornito da un opportuno compressore a bordo di una nave, direttamente in acqua con i seguenti limiti: necessitano di continuo apporto di aria, di un compressore ed infine la bolla di gas che genera l’onda acustica si disperde in acqua con conseguente ingente consumo di gas. Queste caratteristiche rendono il sistema air-gun non ottimale per essere imbarcato su unità naviganti sommergibili 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.

Nella presente domanda la sorgente sismica utilizza sempre la stessa massa di gas, non rilasciando in acqua il gas espanso, ricomprimendolo opportunamente ogni volta, separando acqua e aria (o altro gas) attraverso un opportuno pistone che serve sia a generare l’onda di pressione (nel suo moto diretto) sia a ricomprimere il gas (nel suo moto retrogrado), utilizzando un secondo pistone impattante per non diminuire le prestazioni di erogazione acustica del dispositivo per la presenza del pistone pompa, aumentando sia la rapidità di generazione dell’onda acustica che il massimo livello di pressione generato addirittura più elevato rispetto a quello che si avrebbe facendo espandere l’aria direttamente a contatto con l’acqua come nell’air-gun. L’invenzione viene per chiarezza presentata prima descrivendo lo schema funzionale del tubo di emissione acustica e presentando poi in un successivo paragrafo il sistema di erogazione delle pressioni, sia dell’aria che dell’acqua che alimentano il tubo di emissione ed infine descrivendo un sistema elettromagnetico per l’azionamento dei pistoni.

La legenda allegata descrive i diversi componenti che appaiono nella descrizione del trovato e nelle figure. Tubo di emissione acustica

Gli schemi presentati in questo paragrafo descrivono una possibile realizzazione del dispositivo ed in particolare il funzionamento del solo tubo di lancio e di emissione acustica che opera secondo 8 fasi, essendo invece rappresentati i sistemi idraulici e pneumatici di erogazione delle pressioni che intervengono in ciascuna fase di funzionamento nel paragrafo successivo.

Per maggiore chiarezza i tubi e le valvole che in ciascuna fase sono attivate sono tracciate in tratto più spesso. Nella legenda allegata la descrizione dei diversi componenti del dispositivo, dove in parentesi sono riportati, a titolo di esempio, possibili valori di pressione e lunghezze.

Il sistema consta essenzialmente di un tubo cilindrico 8 e di due pistoni 1 e 2 che in esso scorrono, detti, rispettivamente, pistone percussore e pistone pompa. Il pistone percussore 1 à ̈ lanciato da gas in pressione lungo la porzione 9 (tubo di lancio) del cilindro 8 verso il pistone pompa 2 che comunica con l’acqua dell’ambiente marino. L’urto tra i due pistoni genera un’onda di pressione molto intensa che si propaga lungo la porzione 10 (tubo di emissione) del cilindro 8 per essere poi rilasciata nell’ambiente marino attraverso i diffusori 11 che migliorano l’efficienza acustica del dispositivo mediante un adattamento di impedenza tra tubo 10 e ambiente marino. Dopo l’urto segue la corsa del pistone pompa 2, spinto dal pistone percussore, che genera l’onda di pressione. Arrivato il pistone 2 a fine corsa, il sistema provvede a riportare i pistoni nella loro originaria posizione per permettere una nuova emissione acustica.

I dettagli di funzionamento del sistema dell’invenzione sono forniti di seguito.

FASE 1 (fig.6): Tutte le valvole sono inizialmente chiuse; apertura della valvola 4 che à ̈ in comunicazione con la linea del gas ad alta pressione (vedi di seguito), ad esempio 200 bar: la parte sinistra del pistone 1 si porta in alta pressione, la parte destra comunica invece con il tubo di lancio 9 che si trova inizialmente a bassa pressione, ad esempio 0.1 bar, e si produce l’accelerazione del pistone percussore 1 attraverso la camera di lancio 9. Il pistone 2 à ̈ trattenuto in posizione nel cilindro 8 dall’arresto disinseribile 53 che ne impedisce l’arretramento verso il pistone percussore 1, essendo il pistone 2 soggetto ad una differenza di pressione esistente tra l’ambiente marino, ad esempio 2 bar (pressione iniziale nel tubo 10), e la pressione, più bassa, vigente nel tubo 9, ad esempio 0.1 bar. L’arresto 53 viene rimosso (vedi figura 7) all’atto dell’apertura della valvola 4, lasciando libero il pistone pompa. Questo, soggetto alla differenza di pressione tra gli ambienti 9 e 10 (ad esempio 1.9 bar), arretra prima dell’impatto con il pistone 1 di una lunghezza molto piccola rispetto alla corsa libera del pistone 1 che si muove invece sotto l’azione di una differenza di pressione molto maggiore (circa 200 bar).

Di arresti del tipo 53 se ne possono prevedere più di uno dislocati lungo il tubo cilindrico 8, per poter regolare la posizione del pistone pompa e quindi la corsa libera del pistone 1 e la corsa di pompaggio del pistone pompa 2 e quindi regolare l’emissione di pressione ed il suo spettro. Il loro comando di inserimento e disinserimento può essere simultaneo per tutti.

FASE 2 (Fig.7): Termine della corsa di lancio del percussore 1 nel tubo di lancio 9, impatto del percussore 1 sul pistone pompa 2 e inizio corsa congiunta del percussore 1 e del pistone 2 che si muovono solidalmente. Emissione del picco d’onda impulsiva di alta pressione verso l’ambiente marino 12 attraverso il tubo di emissione 10 e i diffusori 11. FASE 3 (Fig. 8): I pistoni 1 e 2 sono spinti dall’alta pressione generata nella camera di lancio 9 dando luogo alla corsa di pompaggio dell’acqua lungo la camera di emissione 10 che à ̈ espulsa attraverso i diffusori 11 e viene immessa nell’ambiente marino 12. Il violento pompaggio dell’acqua genera un’onda di pressione fino all’arresto dei pistoni 1 e 2 sugli arresti 16 solidali al tubo di emissione. Con questa fase termina la funzione di rilascio dell’onda di pressione. Le fasi successive sono quelle di riposizionamento dei pistoni 1 e 2 e di ricarica del serbatoio di lancio 22 descritto nel paragrafo successivo.

FASE 4 (Fig.9): Chiusura della valvola 4, apertura della valvola 7 per l’immissione di gas ad alta pressione (ad esempio 205 bar) nella camera di spinta pneumatica 17 dell’otturatore 3, apertura delle valvole 13 e 15 per il deflusso dell’acqua, corsa dell’otturatore 3 fino ad impegnare la sede 18 dell’otturatore posta a fine camera d’emissione.

Il tubo di emissione 10 à ̈ così chiuso ed interdetta la comunicazione con i diffusori 11 e quindi con l’ambiente marino.

FASE 5 (Fig.10): Chiusura delle valvole 13 e 15; apertura della valvola 4 per deflusso aria, apertura della valvola 6 per immissione acqua alta pressione (ad esempio 205 bar) nella camera di emissione e riposizionamento pistone 1: i pistoni 1 e 2 scorrono solidalmente lungo la camera di emissione 10 fino al raggiungimento degli arresti di fine corsa 20 del pistone 1.

FASE 6 (Fig.11): Chiusura valvole 6 e 4; apertura valvola 14 per immissione acqua alta pressione nella camera di spinta idraulica 19 dell’otturatore 3 e riposizionamento dell’otturatore 3 stesso, con apertura della valvola 7 fino a deflusso completo aria e poi chiusura valvola 7 e 14.

FASE 7 (Fig. 12): Apertura valvola 5 per immissione aria a bassa pressione, pistone 1 fermo a fine corsa, spostamento a bassa velocità del pistone 2 nel tubo di emissione con svuotamento tubo di lancio e riposizionamento percussore 2 fino a superamento della posizione dell’arresto 53 all’interno del tubo di emissione 10. Inserimento dell’arresto 53, come in figura 13. Se sono previsti più arresti del tipo 53 a diverse distanze lungo il tubo cilindrico, il tempo di apertura della valvola 5 sarà tarato in modo da far raggiungere al pistone 2 la posizione relativa all’arresto desiderato.

FASE 8 (Fig. 13): Commutazione della valvola 5 su serbatoio del vuoto 37 (vedi schema paragrafo successivo) per svuotamento aria dal tubo di lancio 9 e ripristino condizioni iniziali (vedi fase 1). La differenza di pressione tra i tubi 9 e 10 fa arretrare il pistone 2 fino ad arrivare al bloccaggio sull’arresto 53.

Una possibile variante del sistema di attuazione e riposizionamento dell’otturatore 3 consiste nell’attuarlo idraulicamente in fase di chiusura della camera 10, inviando acqua ad alta pressione (anziché aria ad alta pressione come nello schema precedente) nella camera di spinta idraulica 17 (e non più pneumatica) attraverso la valvola 7, valvola che prevede ora la commutazione su due vie (una per l’immissione dell’acqua ad alta pressione, l’altra per il deflusso dell’acqua nell’ambiente marino), e alloggiando nella camera 19 (non più camera idraulica) un sistema di molle di ritegno 21 (metalliche o a gas).

In tal caso sia la valvola 15 che la 14 con relativi circuiti sono eliminati.

La fasi 4 e 6 prima descritte, si modificano nelle Fasi 4 bis e 6 bis come segue.

FASE 4-bis (Fig. 14): Chiusura della valvola 4, apertura della valvola 7 sulla via per l’immissione dell’acqua ad alta pressione nella camera di spinta idraulica 17 dell’otturatore 3, apertura della valvola 13 per il deflusso dell’acqua, corsa dell’otturatore 3 fino ad impegnare la sede 18 dell’otturatore posta a fine camera d’emissione e compressione delle molle di ritegno 21 alloggiate nel vano 19. Chiusura della valvola 7 per il mantenimento dell’otturatore 3 ad impegnare la sede 18.

Il tubo di emissione 10 à ̈ così chiuso ed interdetta la comunicazione con i diffusori 11 e quindi con l’ambiente marino.

FASE 6-bis (Fig. 15): Chiusura valvole 6 e 4; commutazione della valvola 7 sulla via di scarico in ambiente marino, l’otturatore 3 si sposta sotto l’azione delle molle di ritegno 21 svuotando la camera idraulica 17, riportandosi nella posizione di fine corsa e riaprendo il tubo di emissione 10.

Un’ulteriore variante interessa il processo d’urto tra i pistoni 1 e 2. Nello schema precedente il percussore 1 à ̈ un semplice pistone che dopo l’urto continua la sua corsa d’espansione spinto dal gas ad alta pressione insieme al pistone pompa 2. La variante possibile prevede un pistone percussore che dopo l’urto non prosegue la corsa insieme al pistone pompa ma permette al gas in pressione, attraverso l’apertura di un’apposita valvola o luce di passaggio attivata dall’urto, di raggiungere direttamente il pistone pompa 2 forzando solo quest’ultimo nella corsa di pompaggio. Una possibile realizzazione di un simile pistone percussore à ̈ descritto nella figura 16. Il pistone percussore à ̈ costituito di due pezzi:

- il bossolo-valvola di percussione 44, con il bossolo d’urto 48, lo stelo 49 e la testa della valvola troncoconica 50;

- il pistone d’alloggiamento 45 (che scorre nel cilindro 8 ) con le luci di passaggio del gas 46, la sede 47 per lo stelo 49 e la sede 51 per la testa tronco-conica 50.

Il sistema assemblato, che costituisce nell’insieme il pistone percussore 1, à ̈ mostrato in Fig. 17 nella configurazione di lancio e prima dell’urto con il pistone pompa 2. Il bossolo-valvola 44 à ̈ alloggiato all’interno del pistone 45 e la maggiore superficie di questo rispetto a quella del pistone 45 esposta al gas ad alta pressione che proviene da sinistra nel disegno, genera la forza di chiusura della valvola che, con la testa 50 forzata nella sede 51, chiude le luci 46. Quando il bossolo d’urto 48 arriva ad urtare il pistone pompa 2, il bossolo-valvola 44 subisce una violenta decelerazione, cosicché il pistone 45 scorre rispetto al bossolo 44 permettendo alle luci 46 di aprirsi facendo defluire il gas anche nella parte del cilindro 8 a destra del pistone 45, come illustrato nella Fig. 18. Quindi i pezzi 44 e 45, non insistendo più su questi una differenza di pressione, terminano la loro corsa separatamente dal pistone 2, mentre su quest’ultimo, già accelerato dall’urto, insiste ora la differenza di pressione esistente tra la pressione di alimentazione della valvola 4 e la pressione nel tubo di emissione, inizialmente pari a quella dell’ambiente marino. Pertanto la fase di pompaggio dell’acqua al di fuori del tubo di emissione avviene, in questo caso, solo ad opera del pistone pompa 2. A parte la differenza relativa alla Fase 3 ora descritta, tutte le restanti fasi restano invece identiche.

Alcuni dettagli sul funzionamento del pistone 1 così realizzato: durante la Fase 5, il pistone 2 spinge il pistone 1 in corrispondenza del bossolo d’urto 48, cosicché nel moto del pistone 1 fino a raggiungere gli arresti di fine corsa 20, la posizione relativa tra bossolo 44 e pistone d’alloggiamento 45 à ̈ quella rappresentata in figura 18. La figura 19 rappresenta infine la configurazione del sistema raggiunti gli arresti 20 ricavati nel cilindro 8. In tal modo, quando nella Fase 1, il gas ad alta pressione immesso attraverso la valvola 4 viene addotto al cilindro 8 mediante il foro 52, il bossolo-valvola 44 viene spinto a scorrere rispetto al pistone 45, la testa troncoconica 51 va ad impegnarsi nella sede 52, chiudendo così le luci 46. Il pistone si trova quindi nella configurazione rappresentata in figura 17 iniziando la sua corsa di lancio attraverso il tubo 9.

Impianto di erogazione delle pressioni di aria e acqua Lo schema funzionale di seguito descritto si riferisce ad una possibile realizzazione del sistema di erogazione della pressione dell’acqua e dell’aria per il funzionamento della sorgente sismica secondo lo schema precedentemente descritto, mediante impiego di un impianto che utilizza sempre la stessa massa d’aria. Lo schema si riferisce al tubo di emissione realizzato con otturatore ad apertura a molla come rappresentato nelle figure 14 e 15.

Il dispositivo di pressurizzazione consta essenzialmente di un primo serbatoio 22 contenente gas in pressione, ad esempio a 200 bar, per la propulsione del pistone percussore e del pistone pompa, un secondo serbatoio 23, detto accumulatore, contenente acqua e gas a pressione leggermente più alta, ad esempio 205 bar, mantenuto alla pressione desiderata mediante la regolazione del livello d’acqua nel serbatoio 23 operata da un gruppo 24 di pompaggio dell’acqua ad elevata prevalenza. Il gas nel serbatoio 23 opera la ricarica del serbatoio 22 ricomprimendone il gas attraverso il movimento del pistone 1 nel cilindro 8, riportandolo nella sua sede originale in corrispondenza degli arresti 20, ripristinando così in 22 il livello originario di pressione (ad esempio 200 bar) dopo che il gas ivi contenuto si à ̈ espanso per lanciare i pistoni 1 e 2.

Questo principio di funzionamento à ̈ realizzato, ad esempio, attraverso l’impianto di pressurizzazione presentato nella figura 20. La descrizione del funzionamento, per maggiore chiarezza, à ̈ illustrato con riferimento alle precedenti fasi di lavoro del tubo di emissione.

Nella Fase 1 il serbatoio 22 si trova già ad alta pressione (ad esempio 200 bar) pronto ad erogare la pressione attraverso la valvola 4. All’apertura della valvola 4 il gas si espande permettendo il lancio del pistone percussore 1 e la pressione nel serbatoio 22 si abbassa fino ad un valore minimo raggiunto quando i due pistoni raggiungono la loro fine corsa seguendo le Fasi 2 e 3 descritte precedentemente.

La Fase 4 à ̈ quella di chiusura del tubo 10 mediante l’otturatore 3. Si apre la valvola 7 e si apre la comunicazione tra la camera di spinta idraulica 17 e l’accumulatore dell’acqua ad alta pressione 23 producendo il moto dell’otturatore. A fine corsa raggiunta da parte dell’otturatore, la valvola 7 si chiude bloccando così l’otturatore nella sua posizione di chiusura.

La Fase 5 à ̈ quella di ricarica del serbatoio di lancio e pompaggio 22 nonché quella di riposizionamento del pistone 1. L’apertura della valvola 6 apre la comunicazione tra il tubo di emissione 10 e l’accumulatore 23: i pistoni 1 e 2, solidali, si muovono sotto la differenza di pressione esistente tra il serbatoio 22, che si trova alla sua pressione minima (corrispondente al massimo volume del gas ivi contenuto) e la pressione massima dell’accumulatore 23 (corrispondente al minimo volume di gas nell’accumulatore). Il sistema à ̈ tarato in modo che la pressione nel serbatoio 23 sia sempre maggiore di quella nel serbatoio 22. Sotto tale differenza di pressione, i pistoni arretrano nel tubo 8, il gas rifluisce attraverso la valvola 4, aperta, nel serbatoio 22 aumentandone così la pressione fino al valore iniziale che aveva nella Fase 1, raggiunto quando il pistone 1 arriva a fine corsa sugli arresti 20. Contemporaneamente, l’acqua ad alta pressione defluisce dal serbatoio 23 attraverso la valvola 6, diminuendo la pressione nell’accumulatore 23 fino al valore minimo, raggiunto quando il pistone 1 giunge a fine corsa.

Il serbatoio 22 à ̈ così pronto per erogare un nuovo impulso di pressione. Il serbatoio 23 si trova invece ad una pressione più bassa di quella che aveva inizialmente nella Fase 1 e con un livello dell’acqua anch’esso più basso. Il ripristino della pressione e del livello dell’acqua nell’accumulatore 23 avviene per avviamento del gruppo pompe ad elevata prevalenza 24 che aspirano acqua dall’ambiente marino mediante la presa a mare 25 e la forzano nel serbatoio 23, con valvola 6 chiusa, fino a ripristino del livello dell’acqua e della pressione iniziale sulla base del livello di pressione misurato dal sensore 29 che comanda il relais sul circuito del motore della pompa. Segue la Fase 6-bis: a valvole 4 e 6 chiuse, la valvola 7, prima chiusa, si apre e mediante il commutatore mette in comunicazione la camera 17 con l’ambiente esterno, l’acqua contenuta nella camera di spinta idraulica 17 defluisce sotto l’azione delle molle di ritegno 21 e l’otturatore si porta in posizione di apertura.

Segue la Fase 7: la valvola 5 si apre e mette in comunicazione il serbatoio gas 38 con la camera di lancio 9. La differenza di pressione tra la camera 9 e il tubo 10 permette al pistone di scorrere lungo il cilindro, fino alla posizione desiderata. La differenza di pressione iniziale à ̈ opportunamente tarata. A posizione finale raggiunta dal pistone 2 interviene il bloccaggio del pistone stesso a mezzo dell’inserimento dell’arresto 53.

Segue la Fase 8: la valvola 5 commuta mettendo in comunicazione il serbatoio di bassa pressione 37 con la camera di lancio, abbassando la pressione di questa e diminuendo qui la densità dell’aria per ridurre l’effetto cuscino d’aria nella fase di impatto tra i pistoni.

A seguito di quest’ultima fase, la pressione nel serbatoio 37 cresce e quella del 38 diminuisce. Il sensore 42 rileva la pressione nel 37 e al di sopra di un valore di soglia, tarabile, comanda il relais 41 che fa partire il motore 39 che aziona il compressore 36 che, aspirando gas dal 37 ed inviandolo al 38, ripristina i valori iniziali di pressione abbassandola nel serbatoio 37 ed innalzandola nel serbatoio 38.

Infine, prima di riattivare il dispositivo per l’erogazione di un nuovo impulso di pressione, il sistema, attraverso il sensore di pressione 31 verifica che la pressione nel serbatoio 22 sia quella stabilita e, qualora fosse più bassa a causa di piccole perdite di gas per trafilaggio, si apre la valvola dell’essiccatore 33 che permette il passaggio di gas dal serbatoio 23 al 22 che fornisce in tal modo la massa d’aria di reintegro attivando anche la partenza del gruppo pompe 24 per il ripristino del valore di pressione nell’accumulatore 23 che sarà opportunamente ricaricato di gas nelle soste presso la stazione di superficie. L’essiccatore 33 provvede all’eliminazione di residui d’acqua che potrebbero portare alla formazione di ghiaccio all’interno della valvola 4 durante l’espansione di lancio.

Sistema di azionamento elettromagnetico dei pistoni I pistoni percussore e pompa possono essere azionati attraverso forze elettromagnetiche, utilizzando questo solo metodo per la propulsione del pistone percussore 1 o questo in congiunzione con il sistema di attuazione pneumatico ed idraulico prima descritto.

In via di principio il cilindro 8, come da figura 21, viene in tal caso equipaggiato con un solenoide ad esso solidale che genera un campo magnetico all’interno del tubo di lancio 9 con linee di campo 54 che presentano anche una componente radiale, costituendo tale avvolgimento la bobina di induzione 55. Il pistone percussore 1 viene a sua volta equipaggiato con un solenoide indotto 56 con asse sempre coincidente con l’asse del tubo di lancio 9. I due solenoidi possono appartenere a circuiti elettrici separati oppure essere collegati in serie. Una corrente ad alto amperaggio prodotta dalle batterie 59, modulata attraverso il sistema di controllo 63, à ̈ iniettata all’interno del solenoide 55 generando una variazione di campo magnetico che induce una corrente nel solenoide indotto 56 che genera così sull’indotto 56 stesso, per interazione con le linee di campo 54, una forza di Lorentz repulsiva con una componente assiale atta ad accelerare il pistone 1 lungo il tubo di lancio 9. Nel caso in cui i solenoidi siano collegati in serie, la corrente nel solenoide 56 che produce la forza di Lorentz può essere prelevata a mezzo di contatti striscianti.

Il sistema di lancio elettromagnetico può anche essere realizzato attraverso binari di induzione 57, come rappresentato nella figura 22, consistenti in due o più conduttori affiancati 57, detti binari, collegati attraverso un’armatura conduttrice 58 montata solidalmente al pistone percussore 1 e in contatto con i binari 57 a mezzo di contatti elettrici realizzati anche attraverso le sfere o i rulli 60 del cuscinetto su cui scorre il pistone percussore 1. I due binari conduttori 57 sono alimentati alle estremità che si trovano dalla stessa parte con polarità opposte, cosicché la corrente prodotta dalle batterie 64 à ̈ iniettata in un binario ed indirizzata al binario parallelo attraverso l’armatura 58 che chiude il circuito attraverso le sfere conduttrici 60. Le correnti che circolano nei binari inducono un campo magnetico con linee di campo approssimativamente circolari e giacenti su piani ortogonali all’asse dei binari 57 generando così una forza di Lorentz sull’armatura 58 elettricamente collegata in serie con i binari 57 e meccanicamente solidale al pistone percussore 1 che à ̈ accelerato così lungo il tubo di lancio 9. Anche in questo caso si prevede una bobina di induzione 55, come da figura 22, che però ha un numero di spire molto più piccolo rispetto al caso precedente, essendo essa utilizzata non per la fase di propulsione del pistone pompa 2, ma solo nella sua fase di riposizionamento lungo il tubo di lancio 9 come descritto dopo.

Il pistone percussore 1 può anche essere propulso attraverso un sistema misto con binario e armatura in congiunzione con un sistema ad avvolgimenti solenoidali, cosicché saranno presenti sia una bobina 55 ad elevato numero di spire, sia il solenoide 56, sia i binari 57 con l’armatura 58 nello stesso dispositivo. 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 60 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 8, 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, ed inoltre permettendo al pistone percussore 1 di non interferire nella sua corsa con l’arresto 53. In alcune realizzazioni costruttive questo permette di evitare, oltre al sistema di pressurizzazione dell’aria e dell’acqua, anche di evitare il sistema di aspirazione dell’aria nella camera di lancio 9 a vantaggio della semplicità costruttiva e della leggerezza del dispositivo.

Il pistone pompa 2 à ̈ anch’esso equipaggiato, sia nel caso di funzionamento con binari conduttori sia nel caso di bobina di induzione 55, con una bobina indotta 61 che à ̈ munita di un numero di spire molto più basso rispetto a quello del pistone percussore 1 ed eventualmente anche munita di un interruttore comandato, che viene eventualmente chiuso permettendo la circolazione della corrente sulla bobina 61 indotta dalla 55, solo alla fine della corsa di pompaggio per produrre una forza di Lorentz solo per il tempo necessario al riposizionamento del pistone 2, trascorso il quale l’interruttore comandato riapre il circuito della bobina indotta 61 rendendola inattiva. La funzione della bobina 61 infatti non à ̈ di propulsione per il pistone 2 nel moto di pompaggio ma à ̈ solo quella di generare le forze, molto più piccole, necessarie nel solo moto retrogrado del pistone 2 nella fase di riposizionamento lungo il tubo di lancio 9.

Il riposizionamento dei pistoni 1 e 2, dopo che questi siano arrivati a fine corsa di pompaggio, avviene mediante inversione delle correnti nella bobina 55 e/o nei binari 57, operata dal controllore 63 e/o 62, producendo così un’inversione della forza di Lorentz che spinge i pistoni 1 e 2 a risalire lungo il cilindro 8 in direzione degli arresti 20. Il pistone 1, opportunamente dimensionato, passa senza interferire con gli arresti 53, poiché la sua sezione à ̈ più piccola di quella del cilindro 8, mentre su questi si blocca il pistone 2. Il sistema à ̈ così pronto per una nuova emissione acustica.

Il sistema di attuazione elettromagnetica può presentare un’ulteriore semplificazione rispetto all’attuazione idropneumatica consistente nell’eliminazione dell’otturatore 3 e dei relativi circuiti di attuazione.

Infine in figura 23 à ̈ rappresentato, per esempio, un sistema di propulsione mista per il pistone percussore con azionamento sia pneumatico, attraverso l’azione del gas ad alta pressione addotto mediante la valvola 4, sia elettromagnetico operato con i solenoidi 55 e 56. In questo caso il pistone percussore à ̈ un pistone a tenuta stagna come si vede nella figura 23. Il sistema di riposizionamento dei pistoni può avvenire in questo caso anche per sola via elettromagnetica (anche se non necessariamente), esclusa la fase 7, operata attraverso la valvola 5 e il relativo sistema di pressurizzazione. L’impianto di pressurizzazione relativo a questo sistema misto à ̈ illustrato nella figura 24 il cui funzionamento à ̈ identico a quello descritto nella figura 20, mancando però nel sistema misto raffigurato sia il serbatoio 22 che il sistema di otturazione della camera 10.

Descrizione dettagliata dell’architettura di un veicolo Il sistema descritto precedentemente ed in particolare un singolo veicolo con le sue dotazioni di bordo, la sorgente sismica acustica marina e i dispositivi per la sua attuazione sono illustrati, ad esempio, nella figura 25 dove à ̈ rappresentato uno spaccato schematico longitudinale della parte motrice A del veicolo in cui sono disposti anche parte degli impianti descritti nella figura 24. In essa si distinguono cinque comparti: un comparto situato nell’ogiva prodiera contenente il sistema di guida e controllo 65; un comparto 67 contenente batterie relais e controllori di potenza secondo la descrizione nella legenda; un comparto 68 che ospita la sala macchine ed in particolare le pompe 24 e il compressore 36 con relativi motori, il motore elettrico 77 per l’azionamento delle eliche di propulsione e manovra 74, comandate attraverso il riduttore 72 e l’albero di trasmissione 73, il tubo B dell’elica 74 essendo solidale alla pinna di supporto 80 ruotata attraverso l’attuatore 75 per permettere l’orientamento della spinta del sistema propulsivo ed aumentare la capacità di manovra del veicolo; il comparto 69 che ospita i serbatoi di pressurizzazione per l’erogazione di gas e acqua in pressione al tubo di emissione acustica secondo la descrizione precedente e la nomenclatura nella legenda; un comparto valvole 70 in cui sono riunite tutte le valvole di controllo dei fluidi tecnici erogati al tubo di emissione secondo la descrizione precedente e la nomenclatura della legenda, dal quale comparto escono tutti i tubi terminali che sono avviati all’unità D ed in particolare i terminali T4, T5, T6, T7 e T13, ospitando il comparto 70 anche i servomotori 71 per l’azionamento dei timoni C che ruotano attorno agli assi 79, e una valvola 78 di scarico dell’acqua a mare collegata alle vie di commutazione delle valvole 7 e 13.

La figura 26 illustra uno spaccato longitudinale dell’unità D del veicolo, associata all’unità A prima descritta, e del giunto H, costituito dalle flange di collegamento 81, dai cavi di traino 84, dall’ammortizzatore parastrappi 85 tra questi interposto, dagli attacchi 83 tra i cavi 84 e le flange 81, e dall’involucro corrugato flessibile 82. Sono visibili i terminali dei condotti di pressione T4, T5, T6, T7 e T13 e i terminali elettrici Te55. La parte D del veicolo ospita invece una sorgente sismica acustica marina secondo le descrizioni precedenti ed in particolare un tubo di emissione in cui le forze di lancio del pistone percussore sono in parte di tipo pneumatico e in parte di tipo elettromagnetico a solenoidi e il dispositivo di riposizionamento dei pistoni à ̈ di tipo idraulico secondo le precedenti descrizioni. Infine i timoni E ruotano attorno agli assi 87 azionati dai servomotori 86.

La figura 27 rappresenta lo spaccato dell’intero veicolo, unità A e D prima descritte collegate dal giunto H, in assetto di navigazione.

La figura 28 rappresenta l’unità motrice A di un veicolo che porta una sorgente sismica diversa da quella dedicata descritta precedentemente. In questo caso la sorgente sismica ospitata nell’unità D del veicolo si suppone che rilasci in acqua fluidi tecnici, ad esempio aria e/o acqua, erogati da più serbatoi alloggiati nel comparto 69, a titolo di esempio ne sono rappresentati 2, il primo 94 e l’ultimo 95, le cui erogazioni sono controllate dalle rispettive valvole 97 e 98, ne sono rappresentate solo due, la prima e l’ultima, alloggiate nel comparto 70. Il rilascio di fluidi tecnici in acqua comporta un alleggerimento del veicolo durante l’operazione della sorgente sismica e quindi la modificazione delle condizioni di galleggiamento del veicolo durante la navigazione. Il serbatoio 90 provvede alla compensazione d’assetto modificando il peso imbarcato mediante l’azione delle pompe 89, azionate dal motore 26, che pompano acqua dall’ambiente marino, attraverso la presa a mare 25, dentro il serbatoio 90 modificando così la quantità d’acqua 92 imbarcata e le condizioni di galleggiamento del veicolo che viene mantenuto in condizioni di galleggiamento neutro. Il serbatoio 90 à ̈ equipaggiato di setti divisori 91 per limitare le flottazioni del liquido nel serbatoio (sloshing) che potrebbero perturbare la guidabilità e la stabilità del veicolo. Il serbatoio 90 contiene gas in pressione 93 per permettere lo svuotamento dell’acqua del serbatoio 90 a mezzo della valvola comandata 96 che permette lo scarico dell’acqua a mare, operazione effettuata simultaneamente alla ricarica dei fluidi tecnici nei serbatoi alloggiati nel comparto 69 nelle soste presso la stazione di superficie.

Legenda architettura generale sistema:

A Unità motrice

B Propulsore

C Superficie di controllo di assetto

D Sorgente sismica

E Superficie di controllo di assetto

F Diffusore della sorgente

G Sistema cavi di traino

H Giunto rigido, elastico o snodabile

I Cavo per trasmissione dati

IR Cavo ombelicale di connessione con la stazione di superficie

L Trasmettitore/Ricevitore di segnali acustici di bordo

M Antenna per trasmissioni radio di bordo

N Trasmettitore/Ricevitore della stazione di servizio

O Antenna per trasmissioni radio della stazione di servizio

P Pozzetto d’ispezione

Q Struttura tubolare della stazione

R Sistema elaborazione e immagazzinamento dati

S Trasmettitore/Ricevitore della stazione di servizio da/verso stazione di terra

T Antenna del trasmettitore S

U Collettore cavi

V Strato ghiaccio

W, Y Serbatoio fluidi tecnici

X Gruppo elettrogeno

Z Cavo trasmissione dati

Legenda sorgente sismica:

1 Pistone percussore (es. diametro 10 cm)

2 Pistone pompa

3 Otturatore

4 Valvola immissione aria alta pressione (es. 200 bar)

5 Valvola immissione aria bassa pressione (es. 2 bar) per riposizionamento pistone 2, commutabile su serbatoio del vuoto per aspirazione aria da camera di lancio (es. 0.1 bar)

6 Valvola immissione acqua alta pressione (es.

205 bar)

7 Valvola immissione aria alta pressione (es. 200 bar)

8 Struttura cilindrica cannone (es. lunghezza complessiva 2m)

9 Tubo di lancio del percussore

10 Tubo di emissione

11 Diffusore

12 Ambiente marino (pressione di riferimento, ad esempio 2 bar)

13 Valvola di deflusso acqua dal tubo di emissione 10 durante l’inserimento dell’otturatore 3 (scarico in ambiente marino a quota navigazione), commutabile su ingresso acqua alta pressione

14 Valvola di immissione acqua ad alta pressione nella camera di spinta idraulica 19 dell’otturatore 3 (es. 200 bar)

15 Valvola di deflusso acqua dalla camera di spinta idraulica 19 dell’otturatore 3 (scarico in ambiente marino a pressione di navigazione) 16 Arresti fine corsa del pistone pompa 2 nel tubo di emissione 10

17 Camera di spinta pneumatica dell’otturatore 3 18 Sede dell’otturatore 3 nel tubo di emissione 10 19 Camera di spinta idraulica dell’otturatore 3 20 Arresti fine corsa del pistone percussore 1 nella camera di lancio 9

21 Molle di ritegno dell’otturatore (Fasi 4-bis, 6-bis)

22 Serbatoio gas di lancio e pompaggio (es. 200 bar)

23 Serbatoio accumulatore acqua alta pressione (es. 205 bar)

24 Gruppo pompe ad alta prevalenza

25 Presa a mare acqua pompe

26 Motore elettrico alta potenza azionamento gruppo pompe 24

27 Batteria alimentazione motore 26

28 Relais azionamento motore 26

29 Sensore di pressione

30 Linea segnale di comando relais

31 Sensore di pressione

32 Linea segnale comando relais

33 Essiccatore gas con annessa valvola per reintegro gas nel serbatoio 22

34 Linea segnale comando valvola dell’essiccatore 33

35 Linea segnale comando relais

36 Compressore volumetrico bassa potenza

37 Serbatoio bassa pressione per svuotamento aria da tubo lancio 9

38 Serbatoio di sovrappressione per svuotamento acqua da tubo di emissione 10

39 Motore elettrico bassa potenza per azionamento compressore 36

40 Batterie alimentazione motore 39

41 Relais azionamento motore 39

42 Sensore di pressione

43 Linea segnale comando relais 41

44 Bossolo-valvola

45 Pistone d’alloggiamento del bossolo 44

46 Luci di passaggio del gas

47 Cilindro per alloggiamento dello stelo 49

48 Bossolo percussore

49 Stelo della valvola

50 Testa tronco-conica della valvola

51 Sede della testa 50

52 Luce di adduzione gas compresso

53 Arresto disinseribile del pistone pompa 2

54 Linee di campo generate dalla bobina 55

55 Bobina di induzione solidale al cilindro 8 (e al tubo di lancio 9)

56 Solenoide indotto solidale al percussore 1 57 Binario di induzione

58 Armatura conduttrice solidale al percussore 1 59 Batteria di alimentazione bobina 55

60 Sfere/rulli cuscinetto

61 Bobina indotta solidale al pistone pompa

62 Controllore corrente binari 57

63 Controllore corrente bobina 55

64 Batteria alimentazione binari 57

65 Unità di guida e controllo

66 Bocchettone di servizio per ricarica batterie, fluidi tecnici, scaricamento dati

67 Comparto batterie, relais, controllori di potenza

68 Sala macchine

69 Vano serbatoi di pressurizzazione aria/acqua 70 Comparto valvole

71 Servomotori elettro/idraulici per azionamento timoni

72 Riduttore

73 Albero di trasmissione

74 Elica propulsione/manovra

75 Servomotore elettro/idraulico per rotazione propulsore azimutale B

76 Batteria per alimentazione motore propulsione 77 e impianti elettronici di bordo

77 Motore di azionamento elica propulsione/manovra 74

78 Scarico acqua a mare dalle valvole 7 e 13

79 Asse del timone

80 Pinna di sostegno del propulsore B

81 Flangia di accoppiamento del giunto H

82 Guaina elastica corrugata impermeabile

83 Attacco cavo traino

84 Cavo traino

85 Ammortizzatore parastrappi

86 Servomotore elettrico/idraulico per attuazione timone E

87 Asse timone E

88 Batterie alimentazione propulsore 77

89 Pompa dell’acqua del serbatoio di compensazione 90 Serbatoio di compensazione

91 Setti divisori anti-sloshing

92 Acqua di compensazione

93 Aria in pressione

94 Serbatoio numero 1 –primo in batteria- per erogazione fluidi tecnici alla sorgente D

95 Serbatoio numero N –ultimo in batteria- per erogazione fluidi tecnici alla sorgente D

96 Valvola di scarico acqua dal serbatoio di compensazione

97 Valvola numero 1 per erogazione fluidi tecnici alla sorgente D

98 Valvola numero N per erogazione fluidi tecnici alla sorgente D

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di generazione di onde di pressione per indagini sismiche profonde in ambiente marino comprendente un cilindro, definente un asse, e nel quale sono posti un pistone percussore e un pistone pompa, ciascuno provvisto di due facce opposte rispetto a detto asse di cui una à ̈ definita faccia di impatto, i pistoni essendo scorrevoli lungo una direzione parallela a detto asse e essendo atti ad impattare uno contro l’altro in corrispondenza di dette reciproche facce di impatto, in cui il pistone pompa à ̈ in contatto con l’acqua dell’ambiente marino sulla faccia opposta alla faccia di impatto.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui la lunghezza della corsa del pistone percussore prima dell’impatto con il pistone pompa sia regolabile al fine di modificare le caratteristiche di emissione acustica del dispositivo stesso.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui sono previsti mezzi di generazione di pressione di un gas atti a lanciare il pistone percussore contro il pistone pompa.
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, 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 ai pistoni.
5. 5. Sistema di generazione di onde di pressione per indagini sismiche profonde in ambiente sottomarino costituito da uno o più veicoli sottomarini autonomi organizzati in sciame, capaci di navigare sia in immersione sia in superficie, che rechino a bordo o a traino ciascuno una o più sorgenti sismiche generate da un dispositivo secondo almeno una delle rivendicazioni da 1 a 4.
6. 6. Sistema secondo la rivendicazione precedente, in cui i veicoli sono dotati di un sistema di navigazione automatico, di un sistema di acquisizione dati a bordo e di mezzi di scambio reciproco di informazioni relative a posizioni, velocità, assetto, dati di navigazione e sincronizzazione delle emissioni acustiche delle sorgenti, in cui i flussi di dati e i segnali di controllo sono trasmessi via cavo e/o su portante acustica e/o su portante elettromagnetica.
7. 7. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 5 a 6 comprendente una o più stazioni di superficie per erogazione di servizi tecnici ai veicoli, atte sia ad essere installate sul ghiaccio sia a galleggiare sulla superficie qualora non ci fosse ghiaccio formato e ad essere movimentate sulla superficie stessa durante le immersioni dei veicoli sottomarini, dette stazioni di superficie comprendendo un attracco per i veicoli per approvvigionamento di energia elettrica, gas e fluidi tecnici, per operazioni di controllo dello stato di efficienza di dispositivi ed impianti di bordo dei veicoli sottomarini e un sistema di telecomunicazione, i veicoli potendo durante la navigazione essere scollegati meccanicamente dalla stazione o, se necessario ed in casi particolari, restare collegati ad essa attraverso un cavo ombelicale atto a portare cavi di comunicazione e/o tubazioni per fluidi tecnici.
8. 8. Metodo di generazione di onde di pressione per indagini sismiche profonde in ambiente marino messo in atto mediante il sistema rivendicato in almeno una delle rivendicazioni da 5 a 7 dove le sorgenti sismiche sono attivate secondo uno schema predefinito al fine di aumentare l’energia immessa minimizzando gli effetti di risonanza, riproducendo l’effetto di un array di air-gun convenzionale in termini di ampiezza e banda di frequenza del segnale stesso.
9. 9. Metodo di generazione di onde di pressione per indagini sismiche profonde in ambiente marino messo in atto mediante il dispositivo rivendicato in almeno una delle rivendicazioni da 1 a 4, comprendente gli stadi seguenti: a) il pistone percussore à ̈ lanciato contro il pistone pompa, per azione di pressione di un gas; b) il pistone pompa trasmette all’acqua dell’ambiente marino un’onda di pressione mediante la faccia contrapposta a quella sulla quale urta il primo pistone; c) il pistone percussore prosegue la sua corsa solidalmente al pistone pompa.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione precedente, in cui il gas dopo l’espansione subita a seguito della corsa dei pistoni, viene ricompresso: a) 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; b) mediante un moto retrogrado dei due pistoni percussore e pompa, 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.