1　概述
　　百龙滩水电站安装6台单机容量32 MW的灯泡贯流式水轮发电机组。水轮机额定工作水头9.7 m，最大水头18 m，最小水头3 m，额定流量377.5 m³/s，安装高程101.9 m。当入库流量大于6 020 m³/s时，上游水位为132.48 m，下游水位为129.19 m，运行水头小于机组容许最小水头3 m，机组停机。该河流汛期泥沙含量较高，多年平均含沙量(建库前天然河道)0.815 kg/m³，实测最大含沙量(建库前天然河道)14.6 kg/m³。汛期泥砂颗粒级配、矿物成份见表1、表2。
　　由表1可知：汛期泥沙颗粒较细。

表1　汛期泥沙颗粒级配表

表2　泥沙矿物成份表

2　主轴密封结构及工作原理
　　主轴密封结构如图1所示，它是由滑环、密封环、密封环支架、压紧弹簧、密封座等主要部件组成。滑环为不锈钢材料，在密封面上喷涂一种高强度、抗磨的陶瓷材料。密封环为纤维橡胶材料，用螺栓固定在支架上，支架套在密封座上可以轴向移动，靠弹簧将密封面压紧密封。密封装置设有一供水装置，连续供水，水源取自流道。密封正常工作是靠机组间隙漏水进行冷却与润滑。之所以设置一套供水装置，是为了解决当机组甩负荷时，密封四周为负压区，漏水中断，此时由供水装置供水，避免主轴密封干磨擦而烧毁。

3　主轴密封磨损情况
　　3号机自1996年9月4日投产到1999年1月17日停机，累计运行日历时间约28个月，历经了3个洪水期。1月17日拆除主轴密封装置检查测量，其主轴密封的损坏主要表现在滑环与密封环接触的密封面被磨损破坏。图2是滑环密封面实际测量的磨损情况，密封环的磨损情况与之对应。测量统计表现，在宽度为30 mm的磨擦接触面上，磨出了深度不一的12条沟槽，沟深平均约为4 mm，最深的达6 mm。1号、2号机停机检查也发现有类似情况。制造4号～6号机时，厂家根据每台机组发生的情况作了一些修改，对滑环上的陶瓷涂层进行了调质、加厚处理，改进后的机组至今还未停机检查，处理效果如何还不清楚。尽管如此，从主轴密封的结构上，分析还有一些值得商榷的地方。

图1　主轴密封结构图

1—滑环　2—橡胶密封环　3—密封环支架
　　4—压紧弹簧　5—密封座　6—排水管
　　7—主轴密封供水管

图2　滑环密封面磨损图

4　磨损原因分析
　　根据主轴密封结构和3号机拆除后对磨损面的检测分析，笔者认为，密封面磨损破坏的首要原因是陶瓷涂层硬度不够，容易被河水中较硬的石英砂磨损。陶瓷密封是目前国际上较为先进的耐磨材料，但在具体应用时，未对红水河的泥沙含量及其矿物质成份进行认真分析，缺少其对磨擦材料损坏的认识，百龙滩前3台机组是日本富士电机公司生产的设备，估计以后生产的机组中意识到了这点，对其陶瓷涂层作了相应的处理。第二，橡胶密封环的结构值得商榷。原结构如图3所示，橡胶密封环的固定螺栓孔开在密封环上，在运行过程中顶部的螺栓孔处将沉积泥沙，这种固定螺栓孔的周边也不能全部与滑环紧密接触，泥沙就会经缝隙进入密封面，从而附着在橡胶密封环的表面上，对滑环不断地进行磨擦。致使滑环磨出一道沟槽，泥沙就会从外侧的沟槽进入内侧，如此反复，逐渐地使沟槽慢慢向内侧扩散直至整个接触面被磨出一道道沟槽而损坏。第三，冷却水的供给方式有待改进，密封环的冷却水是直接取自没有经过过滤的流道内的天然河水，这就容易在密封环的底部沉积泥沙，只要有泥沙沉积就会发生与第二点原因相同而引起的结果。第四，滑环上的陶瓷涂层没有覆盖整个密封面，密封面的内、外侧均留有一圈裸露的金属带。滑环与橡胶密封环不可能完全同心，运转时橡胶密封环就可能与没有陶瓷涂层的金属带磨擦，由于泥沙的作用就会加快橡胶密封环的磨损。即使陶瓷涂层硬度足够，由于此时的磨损是从侧面产生，陶瓷涂层也会因脆性从侧面开始逐步损坏。

图3　橡胶密封环结构图

图4　密封环改进方案结构图

5　改进建议
　　针对主轴密封磨损破坏的原因分析，提出三条改进意见和一个改造方案，以供参考。第一，改进陶瓷涂层的品质，增强硬度及耐磨性，使之适应红水河特性而不被石英砂磨损破坏。第二，修改橡胶密封环的结构形式，不能将固定螺孔开在密封环周边上，应使密封环周边为一个光滑的、平整的环面，尽量减少泥沙沉积在密封环周边上。第三，滑环密封面上全部涂满陶瓷密封涂层，使密封环始终在陶瓷面上工作。此外，电厂也可在厂内自行改造。如图4所示，首先在密封环及支架上两个压紧弹簧之间钻一小孔。另在密封环的密封面上孔口位置刨出一条环形的槽，将每个孔连通，槽深约5 mm，可根据密封环的磨损量适当调整。制作一头带螺牙，一头有锥度的小铜管，带螺牙的一头固定在支架上，带锥度的一头压紧在橡胶密封环上起防渗漏作用。将每根小铜管连接到一条环形总管上，总管固定在支架上，用软管将总管与原来的冷却供水管连接通，冷却水的水源改由145 m高程的清水池供水。此法既能保护密封环不被破坏又能提高密封效果。它的工作原理是密封环中心的密封水压力高于机组间隙漏水压力，这样就在密封环中间建起了一条水密封带。由于这条密封带止水，机组运转时压力水就会向内、外两侧泄漏，既起密封作用，又润滑、清洁滑环。虽然这种方案略显复杂，但它从根本上防止了密封破坏，又提高了密封性能，使密封更加安全、可靠。由于这种方案在密封环上增设了压力水，因此密封压紧弹簧的压紧力要重新核算。