重稀土铽(Tb)提纯专用离心鼓风机技术详解:以D(Tb)686-2.35型风机为核心

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重稀土铽(Tb)提纯专用离心鼓风机技术详解:以D(Tb)686-2.35型风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土铽提纯、稀土矿选矿、离心鼓风机、D(Tb)686-2.35、风机维修、工业气体输送、多级离心风机、轴瓦、碳环密封

引言

在战略性矿产资源:稀土，特别是重稀土（钇组稀土）的分离与提纯工艺中，流体输送与气体加压设备扮演着至关重要的角色。作为整个工艺流程的“肺”与“心脏”，鼓风机的性能直接关系到生产的效率、产品的纯度以及系统的能耗与稳定性。其中，针对铽(Tb)等重稀土元素的浮选、萃取、分离等关键工序，对鼓风机提出了高压、高纯度气体输送、介质适应性广、运行稳定可靠等严苛要求。本文将从一线风机技术工程师的视角，系统阐述重稀土铽提纯工艺中所用的各类离心鼓风机的基础知识，并重点围绕D(Tb)686-2.35型高速高压多级离心鼓风机这一典型设备，深入剖析其型号含义、核心配件构成、维护修理要点，同时对输送各类工业气体的风机选型与应用进行说明。

第一章：重稀土提纯工艺与风机选型概述

重稀土元素的提纯是一个复杂的物理化学过程，通常涉及焙烧、酸溶、萃取、反萃、沉淀、煅烧等多个单元操作。在这些工序中，鼓风机主要承担以下任务：

浮选供气：为浮选机提供稳定压力和流量的空气，利用气泡吸附矿物颗粒实现初步分选。 气体输送与加压：为化学反应（如氧化、还原）输送纯净的氧气(O₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar)等保护性或反应性气体，并维持系统所需压力。 流态化与气力输送：在焙烧、干燥等环节提供热风或流化气体。 烟气处理与排放：输送和处理工艺过程中产生的工业烟气。

针对不同工段的气体介质、压力、流量需求，发展出了系列化的专用风机型号，如前文提及的“C”型（通用多级）、“CF(Tb)”与“CJ(Tb)”型（专用浮选）、“D(Tb)”型（高速高压多级）、“AI(Tb)”型（单级悬臂加压）、“S(Tb)”型（单级高速双支撑）、“AII(Tb)”型（单级双支撑加压）等系列。这些型号中的“(Tb)”标识，特指为铽及其他重稀土提纯工艺优化设计的版本，通常在材料兼容性（如耐腐蚀涂层）、密封等级、振动控制等方面有特殊加强。

第二章：核心设备详解:D(Tb)686-2.35型高速高压多级离心鼓风机

2.1 型号解读

以D(Tb)686-2.35为例，其型号编码规则解析如下：

“D”：代表“D”型系列，即高速高压多级离心鼓风机。该系列风机采用多级叶轮串联结构，通过逐级增压，能够实现单机较高的出口压力，转速通常较高（可超过10000转/分钟）。 “(Tb)”：特指适用于铽(Tb)提纯工艺的专用设计版本，强调其对工艺环境（可能存在的酸性气雾、对气体纯度的严苛要求等）的适应性。 “686”：表示风机在标准进口状态（通常指进口压力为1个标准大气压，温度20℃，相对湿度50%）下的额定容积流量，单位为立方米每分钟。因此，该风机的设计流量为686立方米每分钟。这是一个关键的设计参数，直接关联到工艺的通量。 “-2.35”：表示风机的出口表压为2.35个大气压（绝压约为3.35ata）。根据编码规则，由于此处没有“/”符号，默认进口压力为1个标准大气压。因此，该风机设计的压升（压比）约为2.35。

对比参考型号“D(Tb)300-1.8”，其流量为300立方米每分钟，出口压力为1.8个大气压。显然，D(Tb)686-2.35是一款流量和压力需求都更高的设备，可能用于更大型的提纯生产线或需要更高反应压力的关键工序。

2.2 核心配件系统分析

D(Tb)686-2.35作为一款高速高压设备，其核心配件要求极高，主要系统包括：

1. 转子总成：
这是风机的“心脏”。由主轴、多级叶轮、定距套、平衡盘（鼓）等部件精密装配而成，并经过严格的动平衡校正。叶轮通常采用高强度合金钢或不锈钢，并可能进行防腐喷涂处理。对于输送可能含有腐蚀性成分气体的工况，叶轮材料会升级为双相不锈钢等更高等级材质。转子的动力学设计（临界转速计算）至关重要，必须确保工作转速远离临界转速区。

2. 轴承与润滑系统：
对于此类高速重载风机，滑动轴承（轴瓦）的应用比滚动轴承更为普遍。轴瓦通常采用巴氏合金衬层，具有良好的嵌入性和抗冲击性。轴承箱内设有强制润滑油系统，确保轴瓦与主轴轴颈之间形成稳定的油膜，实现流体动压润滑。油温、油压的监控是运行保障的重点。

3. 密封系统：
密封是防止工艺气体泄漏、保证气体纯度以及润滑油不进入流道的关键，尤其在输送氢气(H₂)、氦气(He)等小分子气体或昂贵惰性气体时。

气封与油封：在轴承箱与机壳之间，设有组合式密封，通常包括迷宫密封或碳环密封与骨架油封的组合。碳环密封因其自润滑、耐高温、摩擦系数低且对轴伤害小的特点，在高速风机中广泛应用，能有效隔离油气与工艺气。 级间密封与轴端密封：在多级叶轮之间以及转子穿出机壳的两端，采用迷宫密封或干气密封（对于极高纯度或危险性气体），严格控制内部泄漏和外部泄漏。

4. 轴承箱与机壳：
轴承箱为转子提供精确的支撑和定位，其刚度直接影响转子运行的稳定性。机壳（气缸）通常为水平剖分式，便于检修。材料根据输送气体性质选择，从铸铁到不锈钢不等。对于高压设计，机壳需进行强度计算和水压试验。

2.3 性能特性与气体适应性

D(Tb)686-2.35的性能曲线（压力-流量曲线、功率-流量曲线、效率-流量曲线）是其选型与运行的依据。其设计点即对应流量686立方米每分钟，压升2.35大气压。当输送介质并非标准空气时，风机性能将发生显著变化，需进行换算。

压力与功率换算：风机的压头（单位重量流体获得的能量）基本不变，但进出口压差（即产生的压力）与介质密度成正比。输送密度大于空气的气体（如氧气O₂、二氧化碳CO₂），在相同转速和流量下，所需压力（压差）和轴功率将增大；输送密度小的气体（如氢气H₂、氦气He），则压力和功率减小。流量：容积流量（立方米每分钟）基本保持不变，但质量流量（公斤每分钟）与介质密度成正比。 轴功率计算公式：轴功率（千瓦）等于（质量流量乘以风机单位质量功）除以（风机效率乘以机械传动效率）。其中风机单位质量功可通过压力、密度等参数计算得出。具体选型时，必须根据实际气体的物性参数（分子量、绝热指数、温度、压力）进行详细性能换算和电机功率校核，确保风机和驱动电机都能满足要求。

第三章：风机维修与故障处理要点

D(Tb)686-2.35这类精密设备的稳定运行离不开预防性维护和精准修理。

1. 日常巡检与监测：

振动监测：使用振动分析仪定期监测轴承座处的振动速度或位移值。振动异常升高往往是转子不平衡、对中不良、轴瓦磨损或气流激振的先兆。 温度监测：重点关注轴承温度（特别是轴瓦温度）和润滑油温。巴氏合金轴瓦的报警温度通常设定在85-90℃，停机温度在95-100℃。 性能监测：记录进出口压力、流量、电机电流，与原始性能曲线对比，判断是否存在效率下降（如流道积垢、内部泄漏增大）。

2. 定期检修内容：

润滑油系统：定期化验润滑油品质，更换滤芯，清洗油冷却器。 对中复查：检查并重新调整风机与电机之间的联轴器对中，热态对中数据尤为重要。 密封检查：检查碳环密封的磨损情况，测量其径向间隙，超标需更换。检查迷宫密封齿的磨损。

3. 大修核心项目：

转子总成：抽出转子，进行无损探伤（如磁粉或超声波），检查叶轮裂纹、铆钉或焊缝状况。在动平衡机上重新进行高速动平衡校正，精度等级需达到G2.5或更高。轴瓦：检查巴氏合金层有无磨损、剥落、裂纹、烧熔（乌金脱落）现象。测量轴瓦间隙（通常采用压铅法）和瓦背过盈量。轻微磨损可刮研修复，严重则需重新浇铸巴氏合金并机加工。 密封全面更换：更换所有碳环密封、油封及磨损的迷宫密封件。 流道清理：彻底清理机壳和叶轮流道内的结垢或沉积物，恢复通流面积。 仪表校验：校验所有压力、温度、振动传感器及仪表。

4. 常见故障与处理：

振动大：可能原因包括转子积垢不平衡（停机清洗平衡）、对中破坏（重新对中）、基础松动（紧固）、轴瓦间隙过大（调整或更换）、进入喘振区（调节工况点避开）。 轴承温度高：可能原因包括润滑油质恶化或油量不足（换油、调油压）、轴瓦刮研不良或损坏（修理更换）、冷却器效果差（清洗）、轴向力过大（检查平衡盘间隙）。 风量或压力不足：可能原因包括进口过滤器堵塞（清洗）、密封间隙过大（更换密封）、转速下降（检查电机和传动）、气体成分或进口状态变化（重新核算工况）。

第四章：输送各类工业气体的风机选型与应用要点

在稀土提纯中，除空气外，常涉及多种特殊工业气体的输送。风机选型需格外谨慎：

气体特性优先： 易燃易爆气体（如氢气H₂）：必须选择防爆电机，并采用更高级别的密封（如双端面干气密封），确保无泄漏。结构上需考虑静电导出。S(Tb)或AII(Tb)型双支撑结构可能因其更好的稳定性而被选用。 高纯度/惰性气体（如氮气N₂、氩气Ar、氦气He、氖气Ne）：核心要求是保持气体纯度，防止污染。需采用特殊处理（如抛光、钝化）的无油内部流道，并配置零泄漏密封。材料选择需避免与气体发生任何反应。 腐蚀性气体（如工业烟气、潮湿的二氧化碳CO₂）：风机过流部件（叶轮、机壳）需采用耐腐蚀材料（如316L不锈钢、哈氏合金）或施加防腐涂层。C型或D(Tb)型的材料升级版常用于此。 氧气(O₂)：严禁油脂。所有与氧气接触的部件必须进行严格的脱脂清洗。材料应选用铜合金或不锈钢，并确保在氧气环境中摩擦、冲击不会引发燃爆。运行需绝对禁油。 系列选择指南： 大流量、中低压：如浮选供气，可首选CF(Tb)或CJ(Tb)系列专用浮选风机，其效率曲线针对浮选工况优化。 高压、中小流量：如加压反应釜输送N₂/Ar，D(Tb)系列多级风机是理想选择。 单级加压、流量范围广：对于压升要求不高但流量变化范围较大的气体输送，AI(Tb)（悬臂）、S(Tb)（高速双支撑）、AII(Tb)（常规双支撑）等单级风机结构更简单，维护方便。 选型计算必须性：绝不能直接套用空气性能参数。必须向风机供应商提供准确的气体组成、进口温度、进口压力、所需流量和出口压力，由专业技术人员进行气体性质换算和风机重新选型，并确认电机功率、材料兼容性和密封方案。

结论

重稀土铽的提纯是现代高端制造业和科技产业的基础环节，其工艺设备的先进性、可靠性直接关乎国家战略资源的安全与效益。D(Tb)686-2.35型高速高压多级离心鼓风机作为该领域的一款高性能代表设备，集成了多级增压、高速旋转、精密密封等先进技术。深入理解其型号内涵、掌握其核心配件如转子总成、轴瓦、碳环密封等的原理与维护要点，是保障其长期稳定运行的关键。同时，面对复杂的工业气体输送任务，必须坚持“气体特性决定选型”的原则，在C、CF(Tb)、D(Tb)、S(Tb)等系列中选择最适合的型号，并进行严谨的性能换算与安全校核。唯有将精准的选型、规范的安装、科学的维护与精心的修理相结合，才能让这些“工艺之肺”在重稀土提纯的复杂环境中高效、稳定、长寿地运转，为产业发展提供坚实动力。

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