重稀土铽(Tb)提纯风机：D(Tb)1313-2.92型离心鼓风机技术解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土铽提纯、离心鼓风机、D(Tb)1313-2.92、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土矿提纯设备

一、重稀土铽(Tb)提纯工艺对风机的特殊要求

重稀土元素铽(Tb)作为钇组稀土的重要成员，在荧光材料、磁致伸缩材料、磁光存储材料等高技术领域具有不可替代的作用。铽的提纯工艺复杂，涉及萃取分离、离子交换、真空蒸馏等多个环节，其中离心鼓风机作为气体输送与加压的核心设备，对提纯效率、产品质量和生产安全具有决定性影响。

铽提纯过程中，风机需要满足以下特殊工况：

针对这些特殊要求，我公司开发了专门用于铽提纯的系列离心鼓风机，其中D(Tb)1313-2.92型高速高压多级离心鼓风机是重稀土铽提纯工艺中的关键设备。

二、D(Tb)1313-2.92型离心鼓风机技术详解

2.1 型号命名规则解析

“D(Tb)1313-2.92”这一完整型号包含以下技术信息：

作为对比，简单型号如“D(Tb)300-1.8”表示：D系列铽提纯专用风机，进口直径300毫米，出风口压力1.8个大气压（进口气压为标准大气压），通常与跳汰机等选矿设备配套使用。

2.2 主要技术参数与性能特点

D(Tb)1313-2.92型风机在设计上充分考虑了铽提纯工艺的特殊需求：

流量特性：基于1300毫米的进口直径和13级叶轮设计，该风机在标准工况下的额定流量可达13000-15000立方米/分钟，具体数值根据实际气体成分和温度有所调整。流量与转速的关系遵循离心式风机的通用特性，即流量与转速的一次方成正比。

压力特性：2.92个大气压的出口压力是通过13级叶轮逐级增压实现的。每级叶轮的压升取决于叶轮线速度、叶片形式和气体密度，遵循离心式压缩机的欧拉方程原理。多级设计不仅提高了整机压比，还通过合理的级间匹配提高了效率，降低了单级负荷。

效率特性：采用后弯式叶片设计，级效率可达86-92%。通过优化叶片进口角、出口角和叶片包角，减少了流动分离和二次流损失。多级设计还允许采用级间导叶和回流器，引导气体以最佳角度进入下一级叶轮，减少了冲击损失。

材料选择：所有与工艺气体接触的部件（机壳、叶轮、隔板、密封部位）均采用超级双相不锈钢2507或哈氏合金C-276材料。这些材料在含有卤素离子的酸性环境中具有优异的耐点蚀、耐缝隙腐蚀和耐应力腐蚀开裂能力。

三、风机核心部件技术解析

3.1 风机主轴系统

D(Tb)1313-2.92的主轴采用整体锻造的42CrMoA高强度合金钢，经过调质处理和深表面氮化，表面硬度达到HRC58-62，芯部保持HRC28-32的韧性。这种“外硬内韧”的特性确保了主轴既能承受叶轮高速旋转产生的离心力，又具备良好的抗疲劳性能。

主轴设计考虑了临界转速避让原则，一阶临界转速设定在工作转速的125%以上，二阶临界转速在工作转速的180%以上，确保风机在启动、停机和正常运行过程中不会因共振导致损坏。轴颈部位的尺寸公差控制在h6级，表面粗糙度Ra≤0.4μm，为轴承的良好运行提供了基础。

3.2 风机轴承与轴瓦系统

该型号风机采用可倾瓦滑动轴承，这是高速高压离心鼓风机的标准配置。可倾瓦轴承由多块（通常为5块）独立的瓦块组成，每块瓦块背部有一个支点，允许瓦块在工作时随转速和负荷变化自动调整倾斜角度，形成最佳油楔。

轴瓦材料采用锡锑铜合金（ChSnSb11-6），这种材料具有良好的嵌入性、顺应性和抗胶合能力。每块瓦块的内表面开有周向和轴向油槽，确保润滑油能充分进入摩擦表面。轴承间隙控制在轴颈直径的1.2‰-1.5‰之间，过小的间隙会导致润滑不良和温升过高，过大的间隙则会引起振动加剧。

轴承的润滑采用强制供油系统，油压维持在0.15-0.25MPa，进油温度控制在40±2°C，回油温度不超过65°C。润滑油除了润滑作用外，还承担着带走摩擦热和微小磨损颗粒的功能。

3.3 风机转子总成

转子总成是离心鼓风机的“心脏”，由主轴、13级叶轮、平衡盘、推力盘、轴套等部件组成，采用过盈配合加键连接，并通过液压装拆工具保证装配精度。

叶轮设计：每级叶轮均为后弯式闭式叶轮，叶片数17-23片不等，前几级采用较少的叶片数以获得较大的流量系数，后几级采用较多的叶片数以提高压力系数。叶片型线为三元扭曲设计，沿叶高方向进口角和厚度连续变化，以适应气流参数的变化。叶轮材料为FV520B沉淀硬化不锈钢，经过固溶处理和时效硬化，抗拉强度≥1000MPa。

动平衡要求：转子在组装完成后需要进行高速动平衡，平衡精度要求达到G2.5级（按照ISO1940标准）。平衡分两步进行：首先对每个叶轮单独进行平衡，然后对整个转子进行多平面平衡校正。最终残余不平衡量控制在转子质量与工作角速度乘积的2.5毫米/秒以内。

3.4 密封系统

密封系统对风机的安全运行和工艺气体纯度保持至关重要，D(Tb)1313-2.92采用多重密封组合：

气封（迷宫密封）：在各级叶轮进口处和平衡盘位置设置迷宫密封，利用多次节流膨胀原理减少级间泄漏。密封齿数为7-15齿，齿尖厚度≤0.1毫米，与轴套的径向间隙控制在0.3-0.5毫米。迷宫密封材料为铝青铜，具有良好的耐磨性和一定的退让性，避免与轴套发生硬性摩擦。

碳环密封：在轴端采用碳环密封作为主密封，防止工艺气体外泄和空气内漏。碳环材料为浸渍呋喃树脂的高纯石墨，具有自润滑性和良好的化学稳定性。每组碳环由3-5个环片组成，环片之间用弹簧提供初始压紧力，保证在风机启动前就具备密封能力。碳环与轴的径向间隙仅为0.05-0.08毫米，通过微小的间隙实现非接触式运行。

油封：在轴承箱两端采用双唇骨架油封，防止润滑油外泄。油封材料为氟橡胶，耐温范围-20°C至200°C，与轴的过盈量控制在0.3-0.5毫米。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱为铸铁件，内部设计有合理的油路和回油腔，确保润滑油能顺畅流动并带走热量。轴承箱与机壳之间设置隔热腔，减少机壳热量向轴承箱的传递。

润滑系统由主油泵、辅助油泵、油冷却器、双联过滤器、蓄能器等组成。主油泵由风机主轴驱动，辅助油泵为电动，在启动和停机阶段或主油泵故障时投入运行。油压通过调节阀控制在设定范围，油温通过冷却器三通阀自动调节。

四、铽提纯专用风机系列概览

除D系列外，针对铽提纯工艺的不同环节，我公司还开发了多个专用系列：

“C(Tb)”型系列多级离心鼓风机：中等压力、大流量型，适用于萃取槽、反应釜等设备的气体搅拌和曝气，压力范围0.5-1.5公斤力/平方厘米，流量范围500-8000立方米/分钟。

“CF(Tb)”型系列专用浮选离心鼓风机：专为稀土浮选工艺开发，具备良好的压力调节能力和抗泡沫特性，防止浮选泡沫进入风机内部。

“CJ(Tb)”型系列专用浮选离心鼓风机：紧凑型设计，适用于空间受限的浮选车间，采用直联传动，效率更高。

“AI(Tb)”型系列单级悬臂加压风机：单级、悬臂式结构，结构简单，维护方便，适用于低压输送和循环，压力一般不超过0.5公斤力/平方厘米。

“S(Tb)”型系列单级高速双支撑加压风机：采用齿轮箱增速，单级叶轮线速度可达300米/秒以上，体积小、压力高，适用于中小流量的高压场合。

“AII(Tb)”型系列单级双支撑加压风机：双支撑结构，运行稳定，振动小，适用于长周期连续运行的工况。

五、工业气体输送风机的特殊考量

铽提纯工艺中涉及多种工业气体的输送，不同气体对风机的要求各异：

空气输送：最为常见，但需注意空气中可能含有水分和尘埃，需配备进气过滤器，露点控制在比最低环境温度低5°C以上。

工业烟气输送：通常含有SO₂、NOx等酸性成分，温度较高（150-350°C），风机材料需耐高温酸蚀，轴承箱需加强冷却，密封需考虑热膨胀影响。

二氧化碳(CO₂)输送：高密度气体（密度约为空气的1.5倍），相同压比下功耗较大，叶轮强度需专门校核，防止离心力过大导致破坏。

氮气(N₂)输送：惰性气体，安全性高，但纯度要求严格时需特别注意密封，防止空气渗入污染气体。

氧气(O₂)输送：强氧化性，所有与氧气接触的部件必须彻底脱脂，禁油处理，材料选择需避免在纯氧环境中易燃的钛合金等材料，流速需严格控制以防静电起火。

稀有气体（He、Ne、Ar）输送：氦气密度极低，风机需要更高的转速才能达到相同压比；氩气密度高，与二氧化碳类似需注意强度问题。

氢气(H₂)输送：密度极低，易泄漏，易爆炸，密封系统必须极其可靠，通常采用干气密封或改进型碳环密封，防爆设计需符合相关标准。

混合无毒工业气体输送：需明确气体成分和比例，根据平均分子量、绝热指数、压缩性系数等参数进行性能换算和选型。

对于所有工业气体输送，必须特别注意：

六、风机维护与修理要点

6.1 日常维护

6.2 定期检修

小修（每运行8000小时）：

中修（每运行24000小时）：

大修（每运行48000小时）：

6.3 常见故障处理

振动异常：

轴承温度高：

排气压力不足：

气体泄漏：

6.4 修理技术要点

转子修复：

轴承修复：

密封修复：

七、风机选型与工艺匹配建议

为铽提纯工艺选择离心鼓风机时，需综合考虑以下因素：

D(Tb)1313-2.92型风机特别适用于需要中等流量、较高压力的铽提纯环节，如萃取塔的气体提升、离子交换柱的再生气体输送、真空系统的前级增压等。对于更高压力的需求，可考虑采用更多级数的D系列风机或采用串联运行方式；对于更大流量的需求，可考虑并联运行或多台配置。

八、结语

离心鼓风机作为重稀土铽提纯工艺中的关键动设备，其性能直接影响提纯效率、产品质量和生产成本。D(Tb)1313-2.92型高速高压多级离心鼓风机针对铽提纯工艺的特殊要求，在材料选择、密封设计、结构优化等方面采取了针对性措施，确保了设备在苛刻工况下的可靠运行。

正确选型、规范安装、精心维护是保证风机长周期稳定运行的关键。随着稀土提纯技术的不断进步，对风机设备也提出了更高要求，我公司将继续致力于开发更高效、更可靠、更智能的专用风机，为我国稀土产业的发展提供坚实的装备保障。

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