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1 AUT/SAE A1/ Pag.1/9 Cliente: Ricerca di Sistema Oggetto: LORIS: sistema di ispezione subacquea a lungo raggio Ordine: Contratto nº 91/00053 Note: ROBIS/GEN/13/006 senza l'autorizzazione scritta del CESI questo documento può essere riprodotto solo integralmente N. pagine: 9 N. pagine fuori testo: Data: Elaborato: AUT/SAE L.Bisone Verificato: AUT/SAE D. Cattabiani Approvato: B.U. AUT V. Arcidiacono CESI Via R. Rubattino 54 Capitale sociale 17,1 miliardi Sezione Ordinaria Centro Elettrotecnico Milano - Italia interamente versato Tribunale Milano Sperimentale Italiano Telefono CCIAA di Milano n P.I. IT Giacinto Motta spa Fax Registro delle Imprese C.F di Milano n

2 AUT/SAE A1/ Pag.2/9 Indice 1 INTRODUZIONE IL SISTEMA DI ISPEZIONE SUBACQUEA A LUNGO RAGGIO LORIS ASPETTI REALIZZATIVI DEL NUOVO SCAFO Struttura di supporto Flottante Componentistica di bordo PROVA STATICA IN VASCA E DINAMICA SUL CAMPO INSTALLAZIONE DEL BRACCIO MANIPOLATORE IL NUOVO SLIP-RING IL SISTEMA DI ISPEZIONE SUBACQUEA PER AMBIENTI ANGUSTI ALICE IL SISTEMA DI ALIMENTAZIONE DEL VEICOLO ALICE L alimentatore AC/DC Il convertitore DC/DC di bordo RISULTANZE DAL COLLAUDO DEL SISTEMA Logica di regolazione Circuito di comando IGBT...9 Copyright 2001 by CESI. All rights reserved - Activity code 26726G Keywords: 12035F 27120R 58001S

3 AUT/SAE A1/ Pag.3/9 STORIA DELLE REVISIONI Numero Data Protocollo Lista delle modifiche e/o dei paragrafi modificati revisione A1/ INTRODUZIONE Dall esperienza operativa maturata in svariate campagne di ispezione entro manufatti od all esterno di tubazioni sommerse (oleodotti od altro) è emersa la necessità di aumentarne le capacità e la sicurezza operative del veicolo subacqueo filoguidato LORIS, acronimo di LOng Range Inspection System, a suo tempo progettato e ralizzato del CESI. Ciò ha portato alla stesura di un progetto, descritto nel rapporto CESI ROBIS/GEN/13/001, riguardante in particolare la realizzazione di un nuovo scafo in grado di Supportare un secondo motore verticale in modo da migliorare la manovrabilità del veicolo in tale direzione con un incremento di potenza e di affidabilità, avendo eliminato la criticità del componente singolo Montare una seconda testa profilatrice posizionata ad una opportuna distanza da quella già presente in maniera da potersi integrare a questa con conseguenti miglioramenti nella qualità dei tracciati sonar durante le campagne di ispezione su oleodotti appoggiati su fondale; Reggere, sia in maniera statica durante il trasporto che dinamica durante l operatività di questi, un braccio manipolatore capace di effettuare limitate azioni su componenti sommersi, come il prelievo di campioni, l aggancio di relitti o quant altro. Possedere una aggiore facilità di manutenzione con una aumentata altezza del ponte motori e di quello dell elettronica di bordo Avere una maggior capacità di carico utile in modo da trasportare strumentazione aggiuntiva oltre quella già prevista nella dotazione standard sfruttando completamente le possibilità di connessione offerte dal cavo ombelicale da 2000 metri attualmente disponibile, ciò con la realizzazione di un nuovo slip-ring sull aspo avvolgicavo In parallelo e con motivazioni analoghe si è operato sul secondo veicolo di realizzazione CESI, precedentemente indicato come slimvas e nel seguito ALICE, acronimo di Agile and Lightweight Inspection system for Constrained Environments, capace di operare in tubazioni da 1 metro di diametro e fino a 900 metri di distanza. Questo era stato fino ad ora impiegato solo con 100 metri di cordone ombelicale utilizzando un sistema di alimentazione provvisorio. Per raggiungerne la piena operatività si è reso necessario procedere alla ristrutturazione del sistema di alimentazione elettrica in Alta Tensione continua per poter passare alla successiva messa in servizio di un nuovo sistema aspo/cordone ombelicale da 800 metri.

4 AUT/SAE A1/ Pag.4/9 2 IL SISTEMA DI ISPEZIONE SUBACQUEA A LUNGO RAGGIO LORIS 2.1 Aspetti realizzativi del nuovo scafo Struttura di supporto La struttura di supporto del veicolo è stata ricavata dalla lavorazione di lastre in resina acetalica del tipo Sirfalen, anziché utilizzare tubazioni in acciaio inossidabile. Rispetto a quest ultimo infatti tale materiale offre una buona resistenza meccanica con un notevole vantaggio in termine di peso a tutto favore del carico utile trasportabile a parità di flottante. Il Sirfalen utilizzato per la costruzione dello scafo di LORIS ha: Colorazione blu per la struttura principale Colorazione gialla per le culle della strumentazione elettronica e delle guide di supporto ai motori Colorazione nera per i supporti delle telecamere e del sistema di brandeggio principale Le fiancate dello scafo sono state ricavate da unica lastra mediante fresatura e sono assemblate con bulloneria in acciaio inossidabile e boccole di serraggio in bronzo marino. I supporti e le strutture aggiuntive sono in acciaio inossidabile 304/316. È stato inoltre predisposto un gancio di sospensione basculante, per agevolare le operazioni di messa a mare e recupero di LORIS, collaudato con un carico di 1000 Kg. Nella parte inferiore della struttura, all interno dei pattini di supporto, è previsto l alloggiamento per i pani di zavorra di piombo utilizzati per stabilizzare e bilanciare il veicolo. Questi sono stati realizzati in maniera modulare sia per quanto riguarda il peso unitario che il sistema di fissaggio: si possono così aggiungere gradualmente senza pregiudizio alla loro stabilità ed alla corretta assicurazione fino a raggiungere il peso di zavorra desiderato Flottante Nella parte alta della struttura sono posizionati i corpi di materiale flottante. Questi sono stati ricavati da pani di materiale sintetico del tipo Thermanto e sono stati opportunamente dimensionati e sagomati in modo da garantire la piena stabilità e galleggiamento del mezzo con un ulteriore carico di circa 30/35 Kg in acqua di attrezzature aggiuntive oltre a quelle della dotazione standard. I corpi flottanti così realizzati sono quattro e quindi singolarmente facilmente maneggiabili da un solo operatore durante gli interventi di manutenzione. Essi sono stati opportunamente sagomati e dipinti di colore giallo con bande perimetrali bicolore utilizzando una vernice di tipo plastico ed elastico, insensibile all attacco salino Componentistica di bordo La nuova struttura così risultante alloggia i seguenti componenti: n 4 motori orizzontali n 2 motori verticali n 2 eventuali motori aggiuntivi la bottiglia contenente l elettronica di potenza (alimentatori, convertitori, ) la bottiglia contenente l elettronica di controllo (processore, interfaccie, ) la bottiglia per il trasformatore toroidale la bottiglia con gli adattamenti e le connessioni al cavo ombelicale n 2 sonar profilatori il sonar panoramico

5 AUT/SAE A1/ Pag.5/9 n 4 lampade la telecamera principale di navigazione (SIT) con opportuno brandeggio la telecamera B/N di supporto la telecamera a colori il sistema pan & tilt il manipolatore Tritech a 5 gradi di libertà il trasformatore per l alimentazione del manipolatore la scatola di controllo del manipolatore il compressore per l alimentazione idraulica al manipolatore altre attrezzature aggiuntive fino ad un massimo di Kg (opzionali). Avendo ritenuto opportuno mantenere la funzionalità del vecchio scafo, comunque utilizzabile in alcune situazioni stante il suo particolare fattore di forma, i seguenti componenti sono stati realizzati ex novo n 4 pani in materiale flottante il sistema d aggancio e sospendita basculante in acciaio inossidabile collaudato a 1000 Kg di tiro in verticale n 4 supporti per motori di spinta orizzontali con angolo d attacco orientabile e relativi agganci rapidi n 2 supporti per motori verticali e relativi agganci rapidi n 4 supporti per lampade n 3 supporti per sonar un supporto basculante per telecamera principale un supporto per la telecamera B/N un supporto per la telecamera colori supporti vari per il braccio manipolatore e per i relativi accessori n 3 culle e relativi agganci per bottiglie elettroniche la culla e l aggancio per la bottiglia J.Box di interconnessione un telaio di protezione anteriore per il sonar panoramico respingenti in gomma morbida per protezione laterale staffe e supporti per micro - telecamera per braccio manipolatore

6 AUT/SAE A1/ Pag.6/9 2.2 Prova statica in vasca e dinamica sul campo LORIS, una volta assemblato nella nuova configurazione, è stato provato nella vasca di prova per verificare che l assetto risultante fosse quello previsto dai calcoli. La distribuzione delle masse è risultata ottimale per avere un assetto neutro e perfettamente orizzontale. La portanza utile a sopportare l eventuale carico aggiuntivo è stata compensata predisponendo degli opportuni pani in piombo da 5 e da 1 kg con un sistema di aggancio all interno della base del ROV che rende facile ed immediato applicarli o toglierli del tutto od in parte modulando così il loro effetto di zavorra. Figura 1 - LORIS a Brindisi Sud Per verificare il comportamento del veicolo in maniera dinamica, in particolare sotto l effetto di correnti e del traino del cordone ombelicale, si è approfittato di una campagne di ispezione già programmata presso l impianto Enel di Brindisi Sud (vedi Figura 1). LORIS è stato impiegato nell ispezione dei quattro condotti di adduzione acqua di mare al condensatore, della lunghezza di 400 metri ed a sezione pressoché quadrata con lato di 3 metri, con risultati sempre lusinghieri sia in termini di manovrabilità che di tiro. 2.3 Installazione del braccio manipolatore Per espandere le possibilità operative del veicolo a tutte quelle attività che comportino piccole manipolazioni quali il prelievo di campioni, l aggancio di relitti o quant altro è stato montato a prua del veicolo un braccio manipolatore a cinque gradi di libertà (vedi Figure 2 e 3). Il modello scelto, il Cobra della Tritech, offre la possibilità di sollevare fino a 20 kg di carico utile. Il braccio completamente esteso misura 900 mm di cui circa 600 utilizzabili come vero raggio operativo. Il sistema si compone di cinque blocchi separati: la stazione di comando per i cinque movimenti il trasformatore di alimentazione da 110 a 240 V il moto compressore per l olio di attuazione il pacco valvole con l elettronica di controllo il braccio vero e proprio. A parte la stazione di comando, che deve trovarsi evidentemente a terra alla portata dell operatore, i rimanenti quattro componenti sono stati alloggiati nell ordine da poppa a prua, tre sul ponte inferiore del veicolo assieme alla rimanente elettronica di bordo ed il solo compressore sul ponte motori. La stazione di comando consiste in un contenitore a prova di spruzzi alloggiante i dieci pulsanti che comandano a modulazione di tempo, nei due sensi, le cinque valvole bidirezionali di pilotaggio dei gradi di libertà del braccio. In particolare due pulsanti consentono la rotazione di 180 del polso e due l apertura e chiusura della pinza capace di allargarsi fino a mm. A due pulsanti è pure demandato

7 AUT/SAE A1/ Pag.7/9 l azionamento a 180 del gomito, da completamente ripiegato a completamente esteso. Quattro pulsanti invece controllano i due movimenti della spalla, di 90 ciascuno. La connessione tra la stazione di comando e l elettronica di controllo, in loop di corrente 0 20 ma, è assicurata da un apposito doppino presente nel cordone ombelicale. L alimentazione a 110 V AC è stata prelevata dalla bottiglia dell elettronica di potenza in modo da poterla condizionare con un comando da terra così da non lasciare il sistema inutilmente alimentato durante le fasi in cui questo non è necessario. Il sistema è stato provato sia in aria che in acqua per verificarne e il funzionamento e l influenza sull assetto del veicolo, il tutto con risultati soddisfacenti. È stata inoltre predisposta un apposita telecamera miniaturizzata da installarsi all altezza del polso in alternativa alla normale telecamera B/N in maniera da poter controllare con maggior efficacia le operazioni di manipolazione. Figure 2 e 3 Il manipolatore Cobra a bordo LORIS 2.4 Il nuovo slip-ring Le espansioni effettuate alla strumentazione di bordo oltre a quelle prevedibili per l aumentata capacità di carico hanno reso necessario il pieno sfruttamento delle possibilità offerte dal cavo ombelicale da 2000 metri. Ciò è stato reso possibile dalla realizzazione di un nuovo slip-ring per l aspo avvolgicavo, visibile in Figura 4, che, alloggiato nel contenitore stagno presente su una delle spalle di sostegno dell asse di questo, esaurisce completamente le possibilità di collegamento tra veicolo e console di comando trasferendo a terra tutti i collegamenti possibili tramite il cavo in questione. Questo comprendendo anche quelli in fibra ottica previo opportuna conversione elettro ottica ottenuta da appositi convertitori alloggiati in un contenitore solidale con la bobina rotante dell aspo stesso. Figura 4 Lo slip-ring

8 AUT/SAE A1/ Pag.8/9 3 IL SISTEMA DI ISPEZIONE SUBACQUEA PER AMBIENTI ANGUSTI ALICE 3.1 Il sistema di alimentazione del veicolo ALICE Per ottenere in ALICE quelle caratteristiche di leggerezza e manovrabilità che lo caratterizzano si è deciso di alimentarlo direttamente in CC risparmiando di conseguenza il peso del trasformatore di bordo e con vantaggi anche nelle caratteristiche elettriche e di semplicità del cordone ombelicale. Si è così venuto a configurare un sistema di trasferimento di potenza composto da un alimentatore livellato AC/DC posizionato a terra e da un convertitore DC/DC da montare a bordo del veicolo, connessi tra loro tramite un cavo della lunghezza di 800 metri (resistenza pari a 16 Ohm, induttanza pari a 2 mh) L alimentatore AC/DC L'alimentatore AD/DC è stato configurato come un armadio munito di rotelle e manici in modo da poterlo movimentare come una carriola, con grado di protezione adeguato alla permanenza continuativa in ambiente marino ed avente le seguenti caratteristiche: tensione di ingresso 380 V AC trifase 50 Hz tensione di uscita 600 V AC ±5% potenza come richiesta dal DC/DC converter di cui in raddrizzamento con ponte trifase totalmente controllato salita tensione uscita a rampa protezione circuiti I/O a norme CE comprensiva di fungo di emergenza e protezione per ground fault Il convertitore DC/DC di bordo Il convertitore DC/DC è stato realizzato in modo da soddisfare i vincoli di spazio imposti dal contenitore montato a bordo del veicolo subacqueo cioè con simmetria ed ingombro tali da poter essere inscritto in un cilindro da 200 mm di diametro per un altezza di 130 mm, con una delle due facce circolari disponibili per la dissipazione. Il tutto con le seguenti caratteristiche: Tensione continua di entrata V Tensione continua di uscita 130 V ±15% 1) Corrente continua di uscita massima 23 A Corrente continua di uscita minima 0.2 A Ripple sulla tensione di uscita < 5 % Ripple sulla corrente di entrata < 10 % 2) Limitazione della corrente massima in ingresso 12 A Sovratensione massima in uscita < 170 V 3) Raffreddamento stadi di potenza Piastra termica T < 40 C 1) La tolleranza indicata si intende in stato stazionario per variazioni di tensione in entrata, corrente di carico, temperatura. Esclude quindi variazioni transitorie di cui alla nota 3) 2) Il ripple indicato si intende come fornito da un generatore avente resistenza interna pari a 12 Ohm 3) Detta sovratensione si intende transitoria con durata massima inferiore ad un secondo.

9 AUT/SAE A1/ Pag.9/9 3.2 Risultanze dal collaudo del sistema Logica di regolazione Verificata la congruenza con i relativi aggiornamenti fra schema elettrico, filatura circuitale e valore dei singoli componenti passivi, è stato inserito in fase di accensione un ritardo che permette la stabilizzazione delle tensioni di servizio prima che venga abilitato il regolatore dell'anello principale a 120 V. Ciò al fine di ottimizzare la rampa di salita della tensione in uscita a carico minimo, con l alimentazione della sola logica di controllo e di servizio, poiché la modalità di funzionamento software deve prevedere il comando a posteriori da parte dell'operatore dell'inserzione dei carichi motori e delle lampade sull alimentazione a 120V. È stato poi ottimizzato l'anello di regolazione della tensione di uscita a 120 V con un carico di lavoro pari a 20.5 A contro i 23 A indicati nella specifica di progetto stante la non disponibilità di ulteriori carichi resistivi. Questo con l accortezza che l'inserzione o la disinserzione del carico non avvenga in modo istantaneo sulla piena potenza bensì in modo graduale, a gradini di non più di 5 A ciascuno, onde evitare sovratensioni che possono superare i limiti di buon funzionamento dello stadio di ingresso. Questa ammissione d'altronde coincide con le usuali modalità operative di guida, non essendo ipotizzabile ne tantomeno desiderabile una partenza a piena potenza del veicolo. Si è riscontrato che con l erogazione di 20 A per oltre 15 minuti di funzionamento continuo a banco ha luogo un innalzamento di temperatura eccessivo, oltre i 120 C sulla pelle dell'induttanza di spianamento. Dal momento che anche lavorando in immersione l'attuale realizzazione non favorisce il raffreddamento del componente, occorre pensare al rifacimento dell'induttanza impregnandola con una resina conduttrice di calore che favorisca il drenaggio di questo verso il contenitore. Ciò naturalmente se si vogliono ottenere prestazioni superiori a quelle indicate Circuito di comando IGBT Considerando le caratteristiche idrodinamiche del mezzo che lo rendono comunque ingovernabile in caso di indisponibilità anche di un solo motore, si è adottata la soluzione di un unico canale di inserzione e disinserzione della linea 120 V verso i motori e le lampade con un unico interruttore IGBT (Insulate Gate Bipolar Transistor) comune a tutti i carichi. Sia i motori che le lampade hanno infatti una regolazione, di velocità i primi e di intensità le seconde, che può essere singolarmente controllata tra lo 0 ed il 100%. In caso di corto circuito di una lampada è previsto un fusibile dedicato che escluda solo il carico interessato mentre nel caso si abbia una qualunque anomalia di un motore occorre mettere fuori servizio il mezzo con il recupero manuale da parte dell'operatore se ciò avviene durante una missione. La soluzione attuata ha comportato una notevole semplificazione circuitale dal momento che i motori hanno la carcassa, la terra di potenza e la terra di segnale in comune e quindi per alimentarli separatamente si dovrebbe disporre di quattro interruttori "high side control" su quattro alimentazioni separate e fra loro isolate.

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