• tenuta
• compressore
• metal-to-metal
• flange

Per i compressori centrifughi di elevate dimensioni non è permesso l'utilizzo di guarnizioni deformabili. In questi casi la tenuta del compressore deve essere garantita unicamente dal contatto diretto, e forzato mediante bulloni, delle superfici delle due flange di connessione (connessione metal-to-metal).
La prima parte del lavoro studia l'effetto che hanno alcuni dettagli geometrici, come bocche di mandata e aspirazione e bordi di estremità di chiusura, sulla tenuta del compressore. Per fare ciò sono state svolte una serie di simulazioni con un programma agli elementi finiti (EF).
Nella parte centrale del lavoro viene analizzato l'effetto, sulla capacità di tenuta del collegamento, dovuto all'introduzione di due cave ricavate su una delle due flange. L'analisi è stata svolta mediante programma agli EF. Una cava viene realizzata a cavallo dei fori e viene indicata come “cava di scarico”, la sua funzione è quella di re-indirizzare le isostatiche di compressione, dovute al preserraggio dei prigionieri, verso la parte interna del marciapiede. In questo modo si vuole ottenere lo stesso vantaggio sulla tenuta che si avrebbe nel posizionare l'asse del bullone più vicino alla superficie interna della cassa. La seconda cava invece viene realizzate tra la prima e il bordo interno del marciapiede ed è indicata come “cava di controllo”. Questa cava, come suggerisce il nome, ricopre il ruolo di controllo attivo dell'eventuale perdita di fluido compresso dalla cassa.
Successivamente si è passati allo studio, sempre con simulazioni agli EF, dello stato di deformazione delle superfici di chiusura delle flange. Infatti con l'introduzione delle cave si ha una diminuzione dell'area di contatto tra le flange, la tensione media di compressione dovuta al precarico aumenta di conseguenza e in più nasce un effetto di intensificazione delle tensioni in prossimità dei bordi delle cave. Si possono quindi creare delle deformazioni plastiche nelle zone di contatto, a seguito dell'applicazione del preserraggio dei bulloni, che possono compromettere la capacità di tenuta del compressore una volta che il collegamento sia smontato e riassemblato.
Infine è stato riadattato il modello analitico preso a riferimento , capace di fornire una previsione del valore della pressione di perdita, alla nuova configurazione del compressore con la presenza nel collegamento flangiato delle due cave.


It's known that the use of a gasket made in soft material is not recommended for large size centrifugal compressors. In these cases the leakage is prevented only by the direct contact, forced using bolts, between the two surfaces of the connecting flanges (“metal-to-metal” connection).
In the first part of this work, we have investigated the effects of geometric details of compressors, such as the presence of discharge and suction vents and end edges, on the leak tightness. We followed a numerical approach based on Finite Elements (FE) simulations..
The main part of this work examines the changes in the leak tightness capability resulting from the introduction of two slots, placed in one of the flanges. The analysis is developed using a FE code. The first slot is located close the flange holes and is designated as “unloading slot”; its function is to redirect compression force lines, due to the bolts pretension, towards the inner part of the flange. In this way, one aims to obtain the same effect, with respect the leak tightness, of placing the bolts closer to the inner surface of the compressor casing. The second slot is placed between the first one and the inner edge of the flange and is designated as “checking slot”. This slot, as the name suggests, plays the role of an active control of the process fluid leakage from the casing.
Following, the strain state of the flanges closing surfaces is investigated via FE simulations. Due to the introduction of the two slots, we observe: a reduction in the contact area between the flanges, an increase of the average compression stress due to bolt pretension and the appearance of an intensity tension near the edges. Some plastic strain can occur on the contact area, after the bolt pretension, and this can affect the leak tightness capability when the connection is disassembled and reassembled.
Finally an analytical model, introduced, which is able to provide a first evaluation of the leakage pressure, is adapted to the new configuration of the compressor in the presence of two slots on the flanged connection.