重稀土铽(Tb)提纯风机：D(Tb)2087-3.6型离心鼓风机技术解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土提纯、铽(Tb)提纯风机、D(Tb)2087-3.6离心鼓风机、风机配件、风机修理、工业气体输送、稀土矿选矿设备

第一章：重稀土提纯工艺与风机技术概述

在稀土冶金工业中，重稀土（钇组稀土）特别是铽(Tb)的提纯是一个高度复杂和技术密集型的过程。铽作为重要的稀土元素，在永磁材料、磁致伸缩材料和荧光材料等领域具有不可替代的作用。其提纯工艺通常包括矿石破碎、浮选、浸出、萃取和结晶等多个阶段，其中在浮选和气体输送环节，离心鼓风机发挥着至关重要的作用。

离心鼓风机在铽提纯过程中的主要功能包括：为浮选机提供适宜压力和流量的空气，确保矿浆充分充气；在冶炼环节输送各种工艺气体（如氮气、氩气等保护性气体）；在废气处理环节输送工业烟气。这些应用对风机的密封性、耐腐蚀性、压力稳定性和运行可靠性提出了极高要求。

针对重稀土提纯的特殊工况，行业内开发了多个专用风机系列，包括：“C”型系列多级离心鼓风机，适用于中等压力和流量要求；“CF(Tb)”型系列专用浮选离心鼓风机，针对浮选工艺优化；“CJ(Tb)”型系列专用浮选离心鼓风机，强调节能高效；“D(Tb)”型系列高速高压多级离心鼓风机，适用于高压工艺环节；“AI(Tb)”型系列单级悬臂加压风机，结构紧凑；“S(Tb)”型系列单级高速双支撑加压风机，稳定性高；“AII(Tb)”型系列单级双支撑加压风机，适用于多种工况。

本文将以D(Tb)2087-3.6型高速高压多级离心鼓风机为核心，系统阐述重稀土铽提纯用风机的技术特点、配件组成、维护修理要点以及工业气体输送的特殊考量。

第二章：D(Tb)2087-3.6型风机技术规格与设计特点

2.1 型号命名规则解析

在风机行业标准中，型号“D(Tb)2087-3.6”具有明确的参数含义：

作为对比，“D(Tb)300-1.8”型风机表示：D系列铽提纯专用风机，流量300立方米/分钟，出口压力1.8个大气压，进口压力为标准大气压。

2.2 D(Tb)2087-3.6型风机设计参数

D(Tb)2087-3.6型风机是针对重稀土提纯高压环节设计的专用设备，其主要技术特点包括：

流量与压力特性：该风机在标准状态（进口温度20℃，进口压力1个大气压，相对湿度50%）下，能够提供2087立方米/分钟的恒定流量，出口压力稳定在3.6个大气压。这种高压特性特别适用于需要穿透深床层或长管路的工艺环节。

转速与功率配置：D(Tb)2087-3.6通常采用高速设计，工作转速在8000-12000转/分钟范围，配套电机功率根据具体工况在550-800千瓦之间选择。高速设计使得风机在保持较小体积的同时能够提供较高的压比。

气体适应性：该型号风机设计可处理多种工艺气体，包括空气、氮气、氩气等。针对不同气体介质，风机的叶轮型线、密封结构和材料选择会进行相应调整。

多级压缩设计：作为高压风机，D(Tb)2087-3.6采用多级叶轮串联设计，通常包含3-5个压缩级。每级叶轮之间设有导流器和回流器，确保气流平稳过渡并提高压缩效率。多级设计使得每级压比相对较低，有利于提高风机整体效率和稳定性。

第三章：风机核心配件详解

3.1 风机主轴系统

D(Tb)2087-3.6型风机的主轴采用高强度合金钢整体锻造，经过调质处理和精密加工。主轴的设计充分考虑了高速旋转下的动平衡要求、临界转速避让以及热膨胀补偿。主轴与叶轮的连接通常采用过盈配合加键连接的双重固定方式，确保在高速旋转下不会发生相对滑动。

主轴的热处理工艺包括：粗加工后调质处理达到HRC28-32的硬度，精加工后进行表面氮化处理，提高轴颈部位的耐磨性和疲劳强度。主轴动平衡精度要求达到G2.5级，确保在工作转速范围内振动值不超过2.8毫米/秒。

3.2 风机轴承与轴瓦

D(Tb)系列风机采用滑动轴承（轴瓦）设计，相比滚动轴承具有更好的阻尼特性和更高的转速承载能力。轴瓦材料通常为锡锑轴承合金（巴氏合金），厚度为1.5-3毫米，浇铸在钢背衬上。巴氏合金具有良好的嵌入性和顺应性，能够在油膜暂时破裂时保护轴颈。

轴瓦设计采用椭圆瓦或可倾瓦结构，这种设计能够产生油楔效应，在轴旋转时形成稳定的压力油膜。油膜厚度通常在0.03-0.08毫米之间，既保证了润滑效果，又控制了摩擦损失。轴瓦间隙按照轴颈直径的0.001-0.0015倍设计，对于D(Tb)2087-3.6的轴颈（通常φ120-φ150毫米），间隙控制在0.12-0.225毫米范围。

3.3 风机转子总成

转子总成是离心鼓风机的核心部件，包括主轴、叶轮、平衡盘、推力盘等组件。D(Tb)2087-3.6采用闭式后弯叶轮，叶片数为12-18片，采用三元流设计，效率可达85%以上。叶轮材料根据输送介质不同而有所区别：输送空气时采用高强度铝合金；输送腐蚀性气体时采用不锈钢或钛合金。

转子动平衡是确保风机稳定运行的关键。每个叶轮单独进行动平衡，达到G6.3级；组装成转子后再次进行整体动平衡，达到G2.5级。平衡精度计算方法为：允许不平衡量等于平衡精度等级乘以转子质量除以角速度。对于质量500千克、转速10000转/分钟的转子，G2.5级允许的不平衡量为12.5克·毫米。

3.4 密封系统

气封系统：D(Tb)2087-3.6采用迷宫密封和碳环密封组合的密封方案。迷宫密封由一系列环形齿片组成，形成曲折的泄漏路径，增加流动阻力。碳环密封则利用柔性石墨材料的自润滑性和耐高温性，实现动静部件间的紧密贴合。

碳环密封：由多个碳环分段组成，依靠弹簧力提供径向贴合压力。碳环材料为浸渍呋喃树脂的柔性石墨，具有良好的自润滑性和化学稳定性，能够耐受稀土提纯过程中的腐蚀性介质。碳环密封的泄漏量计算公式为：泄漏量等于密封间隙的三次方乘以压差除以气体粘度再乘以常数。通过精确控制密封间隙（通常0.05-0.1毫米），可将泄漏量控制在流量0.5%以内。

油封系统：采用骨架油封或机械密封，防止润滑油外泄和杂质进入轴承箱。对于高速风机，油封的线速度限制是一个重要设计参数，D(Tb)2087-3.6选用氟橡胶材料，允许线速度可达25米/秒。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱为铸铁或铸钢件，采用水平中分结构便于安装检修。箱体设计有足够的刚性，确保轴承孔在运行中保持真圆度。轴承箱内设有多道油封和挡油环，防止润滑油泄漏。

润滑系统采用强制循环油润滑，包括主油泵、辅助油泵、油冷却器、双联滤油器和油箱。润滑油路设计确保每个轴承有独立的进油和回油通道。油压控制范围：进油压力0.15-0.25兆帕，回油通畅无阻滞。润滑油选择ISO VG46透平油，每运行4000小时或半年更换一次。

第四章：风机维护与修理技术

4.1 日常维护要点

D(Tb)2087-3.6型风机的日常维护包括以下要点：

振动监测：每日记录风机轴承座的振动值，水平和垂直方向振动速度不超过4.5毫米/秒，轴向振动不超过3.5毫米/秒。振动频谱分析可早期发现不平衡、不对中、轴承磨损等故障。

温度监测：轴承温度不超过75℃，温升不超过40℃。润滑油进油温度35-45℃，回油温度不超过65℃。温度异常升高通常预示润滑不良或部件磨损。

润滑油管理：每周检查油位，每月取样检测润滑油品质。润滑油含水量不超过0.05%，颗粒污染度不超过ISO 4406 18/16级。定期清洗或更换滤油器滤芯。

密封检查：检查气封和油封泄漏情况，碳环密封允许有微量泄漏（肉眼可见但不滴落），过量泄漏需停机更换密封件。

4.2 定期检修内容

小修（每运行4000小时）：清洗油路系统，更换润滑油和滤芯；检查联轴器对中情况，允差为径向0.05毫米、轴向0.03毫米；检查地脚螺栓紧固力矩；清洁风机进风口滤网。

中修（每运行16000小时）：包括小修全部内容；检查轴承间隙，超过允许值50%需更换轴瓦；检查叶轮磨损情况，叶片厚度磨损超过原始厚度1/3需修复或更换；检查碳环密封磨损，厚度减少超过2毫米需更换；校准所有监测仪表。

大修（每运行48000小时）：包括中修全部内容；转子总成返厂动平衡检测；主轴无损探伤（磁粉或超声波）；更换所有密封件；检查机壳水平度，允差0.05毫米/米；风机性能测试，确保流量和压力达到设计值90%以上。

4.3 常见故障处理

振动过大：可能原因包括转子不平衡、轴承磨损、对中不良、基础松动或进入喘振区。处理步骤：首先检查基础螺栓和联轴器对中；然后进行振动频谱分析判断故障类型；必要时停机做转子动平衡。喘振识别特征为气流剧烈波动伴随巨大噪音，应立即开大出口阀门或降低转速脱离喘振区。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或变质、冷却水温度高、轴承间隙过小、负载过大。处理措施：检查油压和油量；清洗油冷却器；检测轴承间隙；检查系统阻力是否异常增大。

风量不足：可能原因包括进口滤网堵塞、密封间隙过大、转速下降或叶轮磨损。处理措施：清洗进口滤网；检查密封间隙；校验转速表；检查叶轮磨损情况。

异常噪音：可能原因包括轴承损坏、转子与静止件摩擦、喘振或旋转失速。处理措施：立即停机检查，避免事故扩大。

4.4 修复技术要点

轴瓦修复：当巴氏合金层磨损或脱壳时，需重新浇铸。修复工艺包括：去除旧合金层；清洗钢背；镀锡处理；浇铸巴氏合金；粗加工；刮研至接触面积≥70%。刮研技术要求每平方厘米有2-3个接触点。

叶轮修复：叶片磨损可采用堆焊修复，使用与原材质相同的焊材，焊后需热处理消除应力并重新动平衡。叶轮进口环磨损可喷涂耐磨涂层，如碳化钨涂层，厚度0.3-0.5毫米。

主轴修复：轴颈磨损可采用镀铬或热喷涂修复，修复后需精磨至原尺寸，粗糙度Ra0.4。键槽磨损可加宽重修，但宽度增加不超过原尺寸10%。

碳环密封更换：安装新碳环时需注意：碳环在密封槽内能自由浮动但无卡涩；弹簧压力均匀；安装后碳环内孔与轴间隙0.05-0.1毫米。安装前碳环需在150℃烘箱中烘烤2小时，消除吸潮膨胀。

第五章：工业气体输送的特殊考量

5.1 不同气体的输送特点

在稀土提纯过程中，风机需要输送多种工业气体，每种气体都有其特殊性质：

空气：最常用的介质，D(Tb)2087-3.6输送空气时，性能参数按标准状态计算。需注意空气中可能含有腐蚀性成分（如SO₂、Cl₂），特别是在冶炼车间环境中，必要时应增加防腐措施。

氮气(N₂)：常用作保护性气体，分子量28，与空气接近，风机输送氮气时性能曲线与空气相似。但氮气密度略低于空气，在相同转速下，风机压力会略有下降，需相应调整工况点。

氩气(Ar)：分子量40，比空气重，惰性气体。输送氩气时，风机压力比输送空气时高约43%，功率消耗也相应增加。设计时需考虑这一特性，防止电机过载。

氢气(H₂)：分子量2，密度极小，易燃易爆。输送氢气时，风机压力显著降低，泄漏风险增加，需特别加强密封。电机和电气部件需防爆设计，风机外壳需接地防静电。

氧气(O₂)：助燃气体，对油脂敏感。输送氧气的风机需彻底脱脂，所有密封材料必须耐氧化，润滑油需采用特种氧压机脂。

二氧化碳(CO₂)：分子量44，比空气重，在一定条件下可能液化。输送CO₂需注意最低温度不低于-20℃，防止干冰形成。

稀有气体(He、Ne)：分子量分别为4和20，密度低，泄漏倾向大。密封设计需特别考虑，通常采用多级密封或磁流体密封。

5.2 气体性质对风机设计的影响

气体密度影响：风机压力和功率与气体密度成正比。输送不同气体时，风机压力变化计算公式为：新气体压力等于空气压力乘以新气体密度除以空气密度。功率变化同理。

气体绝热指数影响：绝热指数k（Cp/Cv）影响压缩温升。氢气k=1.4，氩气k=1.67，不同气体的温升不同，计算公式为：出口温度等于进口温度乘以压比的(k-1)/k次方。高温可能影响材料强度和密封性能，需相应调整冷却措施。

气体腐蚀性考量：稀土冶炼过程中可能产生含氟、含氯腐蚀性气体，风机过流部件需选用耐腐蚀材料，如双相不锈钢、哈氏合金或钛材。密封材料也需相应选择，如全氟醚橡胶。

气体纯净度要求：半导体级稀土产品对气体纯净度要求极高，风机需采用无油设计，防止润滑油污染。碳环密封材料需低挥发处理，减少碳粉产生。

5.3 安全防护措施

防泄漏设计：对于有毒、易燃、窒息性气体，风机采用双重壳体设计，内壳泄漏的气体被收集到外壳中，引至处理装置。所有静密封采用金属缠绕垫，动密封采用多级组合密封。

防爆设计：输送易燃气体时，风机叶轮采用铝合金或不锈钢，避免产生火花。轴承箱采用正压通风，防止可燃气体积聚。所有电气设备符合相应防爆等级。

压力保护：设置入口压力低报警、出口压力高报警和喘振保护。喘振保护线设定在喘振线右侧105-110%流量处，一旦接近立即打开防喘振阀。

温度监测：除轴承温度外，还需监测气体进出口温度，防止异常温升。高温报警设定值比正常运行温度高15℃，停机温度再高10℃。

第六章：铽提纯工艺中的风机选型与匹配

6.1 根据工艺环节选择风机类型

重稀土铽提纯的不同工艺环节对风机有不同的要求：

浮选环节：通常选用“CF(Tb)”或“CJ(Tb)”系列专用浮选风机。这些风机针对浮选充气特性优化，能够在较宽的流量范围内稳定工作，适应浮选机液位变化带来的背压变化。风量调节多采用进口导叶或变频调速，实现精确充气控制。

浸出与萃取环节：需要输送保护性气体（如氮气、氩气），防止稀土溶液氧化。常选用“AII(Tb)”型单级双支撑加压风机，结构简单，密封可靠，易于维护。流量不大但压力稳定要求高。

结晶与干燥环节：需要洁净热风，常选用“S(Tb)”型单级高速风机，配加热器。对气体纯净度要求高，需注意润滑系统与气路完全隔离。

高压反应环节：如高压氢化还原，需选用“D(Tb)”系列高压风机。D(Tb)2087-3.6特别适用于此类高压工艺，其多级压缩能力可提供高达3.6个大气压的稳定压力。

6.2 系统匹配注意事项

管网阻力计算：准确计算管路、阀门、换热器等阻力损失，确保风机工作点在高效区。计算公式为：系统阻力等于摩擦阻力系数乘以密度乘以流速平方除以二，加上局部阻力损失。实际选型时考虑10-15%的余量。

并联运行考虑：大型稀土厂可能多台风机并联运行。需注意并联运行的风机应有相似性能曲线，出口管路对称布置，防止气流相互干扰。并联后总流量小于各风机单独流量之和，通常为85-95%。

流量调节方式选择：变频调速效率最高，但投资大；进口导叶调节简单经济，但调节范围有限（通常60-100%）；出口节流最简单但能耗高。稀土提纯过程常采用变频与导叶组合调节，兼顾效率和成本。

防喘振保护：D(Tb)2087-3.6等高压风机易发生喘振，必须设置可靠的防喘振控制系统。通常采用流量-压力联合控制，当工作点接近喘振线时，自动打开防喘振阀，部分气体循环回进口。

6.3 节能优化措施

高效叶轮设计：采用三元流叶轮，效率比传统二元叶轮提高3-8%。叶片型线基于计算流体动力学优化，减少流动分离和二次流损失。

减小内部间隙：严格控制叶轮与机壳间隙、密封间隙，减少内泄漏损失。间隙每增加叶轮直径的1%，效率下降约2-3%。

优化管路系统：减少不必要的弯头、变径和阀门，降低系统阻力。合理布置管路，避免急转弯和截面突变。

余热回收利用：对于压缩温升大的工艺，如D(Tb)2087-3.6在3.6个大气压下温升可达150℃以上，这部分热量可用于溶液预热或冬季采暖，提高整体能源利用率。

第七章：未来发展趋势与技术展望

随着稀土提纯技术向精细化、绿色化方向发展，对离心鼓风机也提出了更高要求：

智能化控制：未来的铽提纯风机将集成更多传感器，实时监测振动、温度、压力、气体成分等参数，通过人工智能算法预测故障、优化运行。D(Tb)系列风机将配备智能控制系统，实现自适应调节和远程诊断。

材料技术进步：新型复合材料、陶瓷涂层、超耐磨合金的应用将延长风机寿命，特别是叶轮和密封部件。石墨烯增强材料可能用于高速转子，提高强度和减轻重量。

磁悬浮技术：无接触磁悬浮轴承将逐步应用于高速风机，消除机械摩擦，实现超高转速（20000转/分钟以上），同时无需润滑系统，特别适用于高纯净度气体输送。

高效化设计：基于全三维流场模拟和拓扑优化，风机效率有望突破90%。新叶轮设计如混流式、对旋式可能应用于特定工况，进一步拓宽高效区。

绿色制造：风机全生命周期环境影响的考量，包括可回收材料使用、低噪音设计、制造过程节能减排。旧风机再制造技术将成熟，核心部件修复再利用比例提高。

特种气体兼容性：随着稀土新材料发展，可能需要输送更多特种气体，风机设计需考虑更广泛的气体兼容性，模块化设计允许快速更换材料组合。

结语

重稀土铽提纯是一个对设备要求极高的过程，离心鼓风机作为关键动力设备，其性能直接影响提纯效率和产品质量。D(Tb)2087-3.6型高速高压多级离心鼓风机代表了当前铽提纯专用风机的先进水平，其精心设计的主轴系统、轴承配置、密封结构和材料选择，确保了在严苛工况下的可靠运行。

正确选型、规范安装、科学维护是保证风机长期稳定运行的关键。随着稀土产业的持续发展和技术进步，离心鼓风机技术也将不断创新，为稀土资源的高效、清洁利用提供更强大的装备支持。作为风机技术人员，我们需要不断学习新技术、积累实践经验，为我国的稀土工业发展贡献专业力量。

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离心鼓风机:悬臂式单级专用风机说明

风机选型参考:C670-1.334/1.038离心鼓风机技术说明

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