Co je mechanická ucpávka a jak funguje?

Mechanická ucpávka slouží k utěsnění rotující hřídele vůči pevnému tělesu čerpadla nebo míchadla. U povrchových čerpadel zabraňuje úniku čerpané kapaliny kolem hřídele do okolního prostředí. U ponorných čerpadel naopak brání vniknutí čerpané kapaliny do motorového prostoru. V obou případech je mechanická ucpávka jedním z nejdůležitějších dílů, který rozhoduje o spolehlivosti, životnosti a bezpečném provozu čerpadla.

Mechanická ucpávka se skládá ze dvou hlavních částí. Stacionární část (sedlo) je pevně uložena v tělese čerpadla nebo míchadla. Rotační část je upevněna na hřídeli a otáčí se společně s ní. Obě těsnicí plochy jsou velmi přesně opracované a pružina je trvale přitlačuje k sobě. Utěsnění mezi jednotlivými díly zajišťují sekundární těsnění, nejčastěji O-kroužky, L-manžety nebo pryžové vlnovce.

Mechanická ucpávka nemůže pracovat zcela bez průsaku kapaliny. Mezi těsnicími plochami se vytváří velmi tenký mazací film čerpaného média, který snižuje tření, odvádí teplo a zajišťuje správnou funkci ucpávky. Množství této kapaliny je však tak malé, že se po výstupu z těsnicí spáry obvykle okamžitě odpaří. Proto se může zdát, že mechanická ucpávka je zcela suchá a dokonale těsná, přestože k mikroskopickému průsaku neustále dochází.

S čerpanou kapalinou se však mezi těsnicí plochy dostávají také rozpuštěné minerály, soli, vodní kámen nebo jemné mechanické nečistoty. Tyto látky mohou postupně vytvářet usazeniny, zvyšovat opotřebení těsnicích ploch nebo způsobit jejich slepení po delší odstávce čerpadla. Typickým příkladem jsou roztoky vápna, tvrdá voda nebo média s vysokým obsahem rozpuštěných solí, která po odpaření kapaliny vytvářejí tvrdé krystalické usazeniny. Ty mohou omezit pohyb mechanické ucpávky, způsobit její netěsnost, pískání nebo zcela zabránit správné funkci při dalším spuštění čerpadla.

Pokud se mazací film přeruší – například při chodu nasucho, zavzdušnění čerpadla nebo nedostatku kapaliny – dochází během několika sekund k přehřátí těsnicích ploch a jejich poškození.

U kalových čerpadel s olejovou komorou bývá použita dvojice mechanických ucpávek. Ucpávka na straně čerpaného média je mazána čerpanou kapalinou, zatímco ucpávka na straně motoru je mazána olejem v olejové komoře. Olej chrání motorovou část čerpadla, ale nedokáže zabránit poškození ucpávky na straně čerpaného média při chodu nasucho. Proto je i u těchto čerpadel důležité správné zaplavení a odvzdušnění před spuštěním.

Jak poznáte poškozenou mechanickou ucpávku?

Typické příznaky jsou:

• únik kapaliny z prostoru hřídele,
• pískání nebo skřípání při provozu,
• zvýšená teplota v okolí ucpávky,
• zabarvení nebo přehřátí pryžových částí,
• prasklé sedlo z karbidu křemíku (SC),
• opotřebený uhlíkový kroužek (CA),
• vibrace čerpadla způsobené poškozenou ucpávkou

Lze mechanickou ucpávku opravit?

Ve většině případů se mechanická ucpávka neopravuje, ale nahrazuje novou. Poškozené pracovní plochy nelze běžným způsobem obnovit a výměna je zpravidla rychlejší i ekonomičtější. Před montáží nové ucpávky je však vždy nutné odstranit příčinu původního poškození. V opačném případě může dojít ke stejné závadě během velmi krátké doby.

Jak prodloužit životnost mechanické ucpávky?

Životnost mechanické ucpávky výrazně prodlouží:

• správná montáž bez poškození těsnicích ploch,
• kontrola házivosti hřídele a stavu ložisek,
• důkladné odvzdušnění čerpadla před spuštěním,
• zabránění chodu nasucho,
• pravidelné proplachování při čerpání médií vytvářejících usazeniny,
• použití správného typu a materiálu mechanické ucpávky pro dané médium.

  ---

10 nejčastějších příčin poškození mechanických ucpávek

Mechanická ucpávka patří mezi nejdůležitější součásti každého čerpadla. Přestože je navržena pro dlouhodobý provoz, její životnost výrazně ovlivňují provozní podmínky, kvalita montáže i správná volba materiálů. Z praxe servisu čerpadel vyplývá, že většina poruch ucpávek je způsobena následujícími příčinami.

Níže najdete deset nejčastějších příčin poškození mechanických ucpávek, se kterými se setkáváme při opravách čerpadel.

Ještě níže pod textem si prohlédněte fotky poškozených ucpávek.

1. Chod čerpadla nasucho

Chod nasucho je nejčastější příčinou havárie mechanické ucpávky.

Těsnicí plochy jsou během provozu chlazeny a mazány čerpanou kapalinou. Pokud kapalina chybí, dochází během několika sekund k prudkému nárůstu teploty.

Typické následky:

• popraskané keramické kroužky,
• spálené pryžové části,
• deformace kovových součástí,
• rozlámané uhlíkové kroužky.

Jak zabránit poškození?  Používejte ochranu proti chodu nasucho. Např. hlídání minimální hladiny plovákovými spínači, hladinovými sondami, popř. softwarovými funkcemi ovládacích systémů, např. CONTROL nebo frekvenční měniče ECOPOWER.

2. Abrazivní opotřebení

Voda obsahující písek, kal nebo jiné pevné částice působí jako brusná pasta.

Nejvíce trpí měkčí materiály, například uhlík nebo nerezová ocel.

Typické projevy:

• soustředné dráhy na pracovních plochách,
• zmatovatění SiC sedel,
• výrazné opotřebení nerezových kroužků,
• postupné zvyšování úniku kapaliny

Jak zabránit poškození?   Pro abrazivní média používejte materiály SiC/SiC (karbid křemíku) nebo TC/TC (wolfram).

3. Provoz do uzavřeného výtlaku

Pokud čerpadlo běží proti zavřenému ventilu, kapalina neproudí a energie motoru se mění na teplo.

Teplota kapaliny uvnitř čerpadla rychle roste a především u vertikálních čerpadel v prostoru mechanické ucpávky může vzniknout parní polštář.

Následky:

• roztrhané EPDM,
• zničené O-kroužky,
• rozlámané uhlíkové kroužky,
• přehřátí celého čerpadla.

Jak zabránit poškození?    Používejte  správně nastavený řídicí systém s vypnutím čerpadla při zavřeném průtoku, popř. s nastaveným minimálním průtokem.

4. Kavitace

Kavitace vzniká při poklesu tlaku pod tlak nasycených par kapaliny.

V kapalině se tvoří parní bubliny, které následně implodují.

Následkem bývá:

• poškození oběžných kol,
• vibrace,
• zvýšené zatížení mechanické ucpávky,
• zkrácení životnosti ložisek.

Jak zabránit poškození?     Dodržujte doporučené provozní podmínky čerpadla, především požadované hodnoty NPSH a správně navrhujte sací potrubí.

5. Dlouhodobá odstávka čerpadla

U fekálních a kalových čerpadel dochází často ke slepení pracovních ploch ucpávky.

Usazeniny a zaschlé nečistoty vytvoří mezi těsnicími plochami pevný spoj.

Po spuštění:

• rotační kroužek se nemusí uvolnit,
• může se protočit v pryžové části,
• ucpávka přestane těsnit.

Jak zabránit poškození?     Nechte čerpadlo pravidelně krátce protočit, například jednou za 48 hodin na 1–3 sekundy pomocí řídicí jednotky (např. CONTROL) nebo frekvenčního měniče (např. ECOPOWER).

6. Nevhodně zvolený materiál pryže

Ne každá pryž je vhodná pro každé médium.

Časté chyby:

• NBR v příliš horké vodě,
• EPDM v minerálních olejích,
• FKM v některých alkalických roztocích.

Výsledkem bývá:

• bobtnání,
• tvrdnutí,
• praskání,
• ztráta pružnosti.

Jak zabránit poškození?    Vždy vybírejte materiál pryže podle vlastností čerpaného média, jeho teploty a koncentrace.

7. Vibrace čerpadla

Vibrace mohou být způsobeny:

• nevyváženým oběžným kolem 
• poškozenými ložisky,
• kavitací,
• nesprávným uložením potrubí.

Mechanická ucpávka je na vibrace velmi citlivá.

Typické následky:

• zvýšené opotřebení ploch,
• netěsnosti,
• poškození pryžových částí.

Jak zabránit poškození?     Pravidelně kontrolujte stav ložisek, hřídelových spojek nebo vyvážení rotujících částí.

8. Nesouosost hřídele

Pokud hřídel neběží souose, jsou těsnicí plochy zatěžovány nerovnoměrně.

To vede k:

• nerovnoměrnému opotřebení,
• vibracím,
• zvýšenému úniku kapaliny.

Často se s tím setkáváme po neodborných opravách.

Jak zabránit poškození?    Při montáži vždy kontrolujte házivost hřídele a stav ložisek.

9. Chemické poškození

Některé chemikálie napadají nejen pryže, ale i samotné pracovní plochy.

Typické příklady:

• oxidanty,
• kyseliny,
• zásady,
• rozpouštědla.

Poškození se projevuje:

• změnou rozměrů,
• ztrátou pružnosti,
• korozí kovových částí,
• rozpadem elastomerů.

Jak zabránit poškození?     Vždy ověřte kompatibilitu všech materiálů ucpávky s chemickými vlastnostmi čerpaného média.

10. Nesprávná montáž

I kvalitní mechanická ucpávka může selhat během několika minut po montáži.

Časté chyby:

• poškrábání pracovních ploch,
• montáž bez mazání O-kroužků nebo manžet
• použití nevhodného nářadí,
• znečištění těsnicích ploch.

Výsledkem bývá okamžitý nebo velmi rychlý únik kapaliny.

Jak zabránit poškození?     Pracujte v čistém prostředí, nepoužívejte ostré nástroje, nepoužívejte úderové techniky montáže.

Závěr

Ve většině případů není příčinou poruchy samotná mechanická ucpávka, ale provozní podmínky čerpadla, popř. chybná montáž ucpávky. Správná volba materiálů, kvalitní montáž a vhodně nastavený řídicí systém dokážou životnost ucpávky prodloužit z několika měsíců na mnoho let.

Pokud si nejste jisti výběrem mechanické ucpávky nebo potřebujete určit příčinu poruchy, zašlete fotografii poškozené ucpávky a typ čerpadla. Ve většině případů lze závadu poměrně přesně určit již podle vzhledu opotřebení těsnicích ploch. A podle toho zvážit možnosti nápravy. Tou může být zvolení jiných materiálů ucpávky nebo i úprava provozních stavů čerpadla.....

Autor: Karel Buchtele, InTech-mechanické ucpávky do čerpadel a míchadel
Praktické zkušenosti ze servisu čerpadel a mechanických ucpávek.

Jak rozeznat materiály SC a CA u mechanických ucpávek?

Na fotografii je vlevo sedlo z karbidu křemíku (SC) a vpravo rotační kroužek z uhlíku (CA). Oba materiály mají zcela odlišné vlastnosti, které lze snadno rozpoznat i bez laboratorního vybavení.

• SC – karbid křemíku má lesklý až zrcadlový povrch a působí "kovovým" dojmem. Je mimořádně tvrdý – nelze jej poškrábat nožem ani pilníkem. Je však poměrně křehký, a při nárazu nebo nesprávné montáži může prasknout nebo se z něj vylomí část materiálu. Lomové plochy mají velmi ostré hrany.
• CA – uhlík (karbon) má matnější, tmavší vzhled a je podstatně měkčí. Jeho povrch lze poškrábat nebo dokonce naříznout ostrým nožem. Právě proto se při chodu nasucho nebo při přítomnosti nečistot obvykle opotřebovává dříve než sedlo z karbidu křemíku.

Praktická pomůcka pro identifikaci:

•  SC – lesklejší, velmi tvrdý, nenaříznete jej nožem ani pilníkem, ale při přetížení se může ulomit.
• CA – matnější, měkčí, lze jej poškrábat nebo naříznout ostrým nožem.

Tyto jednoduché rozdíly pomohou při kontrole opotřebených mechanických ucpávek rychle určit, z jakého materiálu jsou vyrobeny těsnicí plochy a správně posoudit příčinu jejich poškození.  (Autor  Karel Buchtele, Intech. Pro detail klikněte na fotku pravým tlačítkem a volte zobrazení v nové kartě)