Issue 11

M. Beghini et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 11 (2009) 10-20; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.11.02 11 I NTRODUZIONE compressori centrifughi di elevate dimensioni non prevedono l’utilizzo di guarnizioni di tenuta in materiale deformabile, che invece vengono comunemente usati per flangie di minore dimensioni. La tenuta fra le due metà della cassa del compressore è garantita dal contatto diretto (definito come “metal-to-metal”) fra le due superfici della flangia, Fig.1. Tali superfici sono premute da una distribuzione di bulloni opportunamente preserrati. Nonostante non esista una guarnizione viene comunque applicato un opportuno sigillante immediatamente prima di portare a contatto le superfici, al fine di migliorare la prestazione di tenuta della flangia, principalmente per riempire gli inevitabili solchi di rugosità nonostante la prescritta elevata finitura superficiale. L’utilizzo del sigillante è di fatto la norma, nonostante la flangia venga definita come “metal-to-metal”. In letteratura sono reperibili studi recenti sulle condizioni di perdita di flange senza guarnizione, tuttavia non esiste un modello di tenuta che descriva il fenomeno in funzione dei parametri macroscopici geometrici. I principali risultati riportati in letteratura sono:  la planarità della superficie ha un ruolo significativo, la tolleranza di planarità deve essere molto stretta al fine di evitare perdite locali di contatto che producono un canale di perdita preferenziale [1];  in modo analogo, anche se ad un livello di scala differente, la rugosità deve essere minima per sfavorire perdite dovute ad un contatto non completo fra le superfici della flangia [2];  l’orientamento dei solchi di rugosità deve essere non allineato con l’eventuale verso del flusso di perdita, quindi possibilmente ortogonale ad ess o [3];  l’irregolarità della superficie e la rugosità vengono in buona parte compensate con l’introduzione del sigillante (tipicamente siliconico) [4,5]. Figura 1 : Tipiche dimensioni di un compressore centrifugo e relativa flangia bullonata di tenuta. Molti studi presentano analisi agli Elementi Finiti (EF), utilizzando elementi di contatto (che comportano analisi di tipo non lineare) per determinare la distribuzione delle pressioni di contatto fra le due superfici della flangia [6-18], spesso offrendo soltanto analisi di carattere comparativo fra diverse configurazioni. Alcuni studi dimostrano l’effettiva importanza del sigillante [11]. La condizione di perdita è solitamente associata alla perdita di pressione di contatto fra le flange accoppiate [6-10] oppure al verificarsi di una tensione di trazione sufficiente a provocare il distacco fra il sigillante ed una delle due superfici della flangia [6]. L’effettivo valore del preserraggio imposto al bullone è ampiamente accettato come una delle principali cause di non affidabilità della flangia bullonata in termini di tenuta. Infine, alcuni studi propongono analisi su come ottimizzare la sequenza di serraggio per garantire un preserraggio dei bulloni il più possibile uniforme [14-21]. Il presente lavoro ha come obbiettivo quello di proporre un modello semplice ed efficace, in grado di determinare la condizione di perdita della flangia senza guarnizione, descrivendo la (parziale) separazione delle superfici della flangia con concetti di meccanica della frattura, ossia modellando l’interfaccia di separazione come una vera e propria fessura. Questo approccio permette di ottenere un modello analitico più veloce rispetto ad un calcolo agli elementi finiti, che quindi si presta ad un’analisi preliminare e di prima ottimizzazione dei parametri macroscopici della geometria della connessione. I