重稀土镝(Dy)提纯风机技术详解:以D(Dy)1002-1.71型离心鼓风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）
关键词：稀土提纯、镝(Dy)分离、离心鼓风机、D(Dy)1002-1.71、风机维修、工业气体输送、多级离心风机

第一章 重稀土提纯工艺与风机技术概述

重稀土元素，特别是钇组稀土中的镝(Dy)，作为现代高科技产业不可或缺的战略资源，在永磁材料、激光晶体、核磁共振成像等领域具有不可替代的作用。镝的提纯工艺复杂精细，涉及萃取、分离、浓缩等多个环节，而在这个过程中，离心鼓风机作为关键气体输送与加压设备，其性能直接影响到提纯效率、产品质量和能耗指标。

稀土矿提纯工艺中，风机主要承担以下几项关键任务：一是为萃取分离过程提供稳定压力的气体介质，创造适宜的反应环境；二是输送工艺所需的各种工业气体，如氮气保护、氧气氧化等；三是在浮选环节提供均匀的气流，实现矿物的有效分离；四是为整个系统提供气力输送动力。这些任务对风机的压力稳定性、气体密封性、耐腐蚀性和调节精度都提出了极高要求。

针对稀土提纯的特殊工况，我国风机行业开发了多个专用系列，包括“C(Dy)”型系列多级离心鼓风机，“CF(Dy)”型系列专用浮选离心鼓风机，“CJ(Dy)”型系列专用浮选离心鼓风机，“D(Dy)”型系列高速高压多级离心鼓风机，“AI(Dy)”型系列单级悬臂加压风机，“S(Dy)”型系列单级高速双支撑加压风机，以及“AII(Dy)”型系列单级双支撑加压风机。这些风机可输送的空气、工业烟气、二氧化碳、氮气、氧气、氦气、氖气、氩气、氢气及混合无毒工业气体，基本涵盖了稀土提纯全过程所需的各种气体介质。

第二章 D(Dy)1002-1.71型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 型号解读与技术参数

D(Dy)1002-1.71型离心鼓风机是专门为重稀土镝提纯工艺设计的高速高压设备。按照行业命名规则：“D”代表D系列高速高压多级离心鼓风机；“Dy”括号标注表示专为镝提纯工艺优化设计；“1002”表示风机流量为每分钟1002立方米；“-1.71”表示出风口压力为1.71个大气压（表压）。这里需要特别注意的是，型号中没有“/”符号，表示该风机的进风口压力为标准大气压（1个大气压绝压）。

与参考型号“D(Dy)300-1.8”相比，D(Dy)1002-1.71具有更大的流量处理能力（1002 m³/min对比300 m³/min），略低的出口压力（1.71大气压对比1.8大气压），这表明该型号适用于处理量更大、压力要求稍低的镝提纯环节，很可能用于中段分离工序的气体循环或大型萃取槽的气体搅拌。

2.2 结构特点与工作原理

D(Dy)系列风机采用多级离心式设计，通过多个叶轮串联工作，逐级提高气体压力。其基本工作原理遵循离心式风机能量转换公式：风机对气体所做的功等于气体动能增量与压力能增量之和。具体而言，电机驱动主轴高速旋转，带动各级叶轮上的叶片对气体做功，气体在离心力作用下获得动能，随后在扩压器中部分动能转化为压力能，如此逐级累加，最终达到所需的出口压力。

该型号风机设计转速通常在8000-12000转/分钟范围内，属于高速风机范畴。高速设计有利于减小风机体积，提高单级增压比，但同时对转子平衡、轴承系统和密封技术提出了更高要求。多级结构使得每级叶轮只需承担部分压升，降低了单级负荷，提高了整体效率和稳定性。

2.3 在镝提纯工艺中的具体应用

在重稀土镝的提纯流程中，D(Dy)1002-1.71型风机主要承担以下具体职能：

萃取工序气体供应：在溶剂萃取分离镝的过程中，需要稳定的气体环境来保证传质效率。该风机可为萃取槽提供均匀、稳定的气流，促进两相混合，提高萃取速率。1.71个大气压的输出压力足以克服管道阻力和液柱静压，确保气体能均匀分布到萃取槽底部。

气体保护与置换：镝的某些化合物对氧气敏感，需要在惰性气氛下操作。该风机可用于输送氮气、氩气等保护性气体，建立并维持无氧环境。其良好的密封性能最大限度地减少空气渗入，保证保护气氛的纯度。

气动输送动力：在镝的中间产物转移过程中，可采用气力输送方式避免污染。D(Dy)1002-1.71提供的气流压力适合中等距离的管道输送，特别是对于干燥的稀土化合物粉末。

工艺气体循环：在闭路循环工艺中，该风机作为循环动力源，使工艺气体在系统内持续流动，减少气体消耗和排放。

第三章 风机核心部件与配件技术解析

3.1 风机主轴系统

D(Dy)1002-1.71型风机的主轴是传递动力的核心部件，采用高强度合金钢整体锻造，经过调质处理和精密加工。主轴设计需满足以下要求：一是有足够的强度和刚度，承受高速旋转产生的离心力和扭矩；二是临界转速远高于工作转速，避免共振；三是轴颈部位具有高硬度和低粗糙度，保证与轴承的良好配合。

主轴动力学设计遵循转子动力学原理，通过计算确定各阶临界转速，确保工作转速避开共振区。对于多级离心风机，主轴长度较大，需要特别考虑弯曲振动的影响。D(Dy)1002-1.71采用阶梯轴设计，既减轻了重量，又保证了安装叶轮部位的刚度。

3.2 轴承与轴瓦系统

该型号风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑转子，相比滚动轴承，滑动轴承在高速重载条件下具有更好的稳定性和更长的使用寿命。轴瓦材料通常为巴氏合金（锡锑铜合金），这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，即使有微小杂质进入润滑间隙，也能嵌入软质合金中，避免划伤轴颈。

轴瓦设计的关键参数包括宽径比、间隙比和比压值。宽径比（轴瓦宽度与轴颈直径之比）影响承载能力和摩擦功耗；间隙比（半径间隙与轴颈半径之比）影响油膜刚度和温升；比压值（载荷与投影面积之比）需控制在材料允许范围内。D(Dy)1002-1.71的轴瓦经过优化设计，在保证承载能力的前提下，最小化了摩擦损失。

润滑系统采用强制循环油润滑，润滑油经过过滤、冷却后进入轴承，形成稳定的动压油膜，将主轴“浮起”，实现非接触式运转，摩擦阻力极小。油膜压力分布遵循雷诺方程描述规律，在收敛间隙区产生正压力，支撑转子载荷。

3.3 转子总成与动平衡

转子总成包括主轴、各级叶轮、平衡盘、联轴器等旋转部件的组合体。叶轮是核心做功元件，D(Dy)1002-1.71采用后弯式叶片设计，效率高，性能曲线平坦，有利于稳定运行。叶轮材料根据输送介质不同而选择，对于腐蚀性气体，采用不锈钢或特种合金；对于纯净气体，可采用高强度铝合金以减轻重量。

动平衡是高速风机必须严格控制的环节。不平衡量会引起振动，加速轴承磨损，甚至导致疲劳破坏。该型号风机转子在组装后需进行高速动平衡，平衡精度达到G2.5级（ISO标准），即在最高工作转速下，剩余不平衡量引起的振动速度不超过2.5毫米/秒。平衡校正采用去重法，在特定位置去除少量材料，使质量分布均匀。

3.4 密封系统

密封性能直接关系到风机效率和气体纯度，对于输送贵重、危险或高纯度气体的风机尤为关键。D(Dy)1002-1.71采用多重密封组合设计：

气封（迷宫密封）：在叶轮进口和级间设置迷宫式密封，利用多次节流膨胀原理减小泄漏。迷宫齿数与间隙根据压力差优化设计，在非接触前提下实现最大限度的泄漏控制。

碳环密封：在轴端采用碳环密封，碳材料具有自润滑性，即使与轴轻微接触也不会产生剧烈磨损和高温。碳环密封既能有效减少气体泄漏，又能适应轴的微小偏心摆动。

油封：防止润滑油从轴承箱泄漏，同时阻止外部杂质进入。采用双唇口油封，主唇口防止油外泄，防尘唇口阻止灰尘进入。

对于输送特殊气体（如氢气、氧气）的变型，还会采用干气密封或机械密封等更高级的密封形式，确保零泄漏。

3.5 轴承箱与机壳

轴承箱作为轴承的支撑和润滑油的容器，采用铸铁或铸钢制造，具有良好的减振性和刚性。箱体设计确保轴承的对中精度，同时提供足够的空间容纳润滑油和冷却管路。

机壳（气缸）容纳转子总成和导流部件，承受内部压力。D(Dy)系列采用水平剖分式机壳，便于检修和内部件更换。机壳材料根据气体性质选择，腐蚀性气体环境使用不锈钢内衬或整体不锈钢铸造。

第四章 输送工业气体的特殊考量

稀土提纯过程中涉及多种工业气体，不同气体特性对风机设计和操作有不同要求。D(Dy)系列风机通过材料选择、结构优化和密封改进，适应各种气体介质。

4.1 不同气体的特性与风机适配

空气：最常用的介质，无特殊要求，但应注意过滤，防止灰尘进入风机。

氮气(N₂)和氩气(Ar)：惰性保护气体，要求泄漏率低，以维持系统纯度和减少补充量。密封系统需特别强化。

氧气(O₂)：助燃气体，禁油，所有与氧气接触的部件必须脱脂处理，润滑系统完全隔离，采用无油润滑或特殊相容性润滑剂。

氢气(H₂)：密度小，易泄漏，易燃易爆。风机设计需重点考虑密封性，防爆电机和防静电措施，通常采用磁力驱动或特殊密封方式。

二氧化碳(CO₂)：部分溶于水可能形成碳酸，对普通碳钢有腐蚀性，湿二氧化碳环境需采用不锈钢材质。

氦气(He)和氖气(Ne)：稀有气体，价格昂贵，要求极低泄漏率。密封系统按最高标准设计。

工业烟气：可能含有腐蚀性成分和颗粒物，需防腐设计和耐磨处理，入口设置高效过滤。

4.2 气体性质对风机性能的影响

输送不同气体时，风机的性能参数会发生变化，这是因为风机的压头和功率与气体密度直接相关。气体密度变化对风机性能的影响遵循相似定律：压比与气体密度无关，但压差（出口压力减进口压力）与密度成正比；轴功率也与密度成正比。

实际操作中，当输送气体改变时，需重新计算工况点。例如，从空气改为密度更小的氢气时，在相同转速下，风机产生的压差会减小，所需功率也会降低，但体积流量基本不变。D(Dy)1002-1.71型风机在设计时已考虑这种适应性，通过可调导叶或变速调节，可以在一定范围内适应不同气体介质。

第五章 风机维护、故障诊断与修理技术

5.1 日常维护要点

D(Dy)1002-1.71型风机的日常维护是保证长期稳定运行的基础，主要包括：

润滑系统维护：定期检查润滑油位、油温和油压；每三个月取样分析油质，检测水分含量、黏度变化和金属磨屑；每年至少更换一次润滑油，清洗油箱和滤网。

振动监测：安装在线振动监测系统，实时监测轴承座振动速度或位移。振动值突然增大往往是故障前兆，需及时排查。

温度监测：轴承温度、润滑油温、电机温度需连续监测。轴承温度通常不超过85℃，温升不超过40℃。

密封检查：定期检查气封、油封泄漏情况，碳环密封的磨损程度，及时更换失效密封件。

过滤器维护：进气过滤器压差达到设定值（通常1500Pa）时及时清洗或更换，防止因堵塞导致流量不足和能耗增加。

5.2 常见故障诊断

振动异常：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动或喘振。诊断时需分析振动频率特征：1倍频为主通常是不平衡或松动；2倍频可能是不对中；高频成分可能是轴承故障。

轴承温度高：可能原因有润滑油不足或变质、冷却不良、轴承间隙不当、负载过大或安装不当。需逐项排查，特别注意润滑油路是否畅通。

压力流量不足：可能原因包括过滤器堵塞、密封间隙过大、转速下降或管网阻力增大。通过测试性能曲线与设计曲线对比，可定位问题所在。

异常噪音：摩擦声可能来自碰磨；啸叫声可能与喘振有关；不规则撞击声可能有异物进入。

5.3 大修与核心部件修理

大修周期：D(Dy)1002-1.71型风机一般运行24000-30000小时或3-4年需进行大修，具体取决于运行条件和维护水平。

转子检修：检查叶轮腐蚀、磨损情况，测量口环间隙；检查主轴直线度、轴颈圆度和表面粗糙度；重新进行动平衡校验。叶轮叶片磨损超过原厚度1/3时应更换或修复。

轴承与轴瓦修理：检查巴氏合金层有无脱落、裂纹、磨损；测量轴承间隙，超过设计值1.5倍需重新浇铸加工；轴颈如有划伤或磨损，可进行磨削修复，然后配作新轴瓦。

密封更换：迷宫密封齿磨损严重需更换整套密封；碳环密封磨损超过允许值（通常厚度减少1/3）需更换；更换密封时严格控制间隙，既要保证不碰磨，又要尽量减少泄漏。

机壳与流道检查：检查机壳有无腐蚀、裂纹；清理流道积垢；检查各法兰密封面，必要时重新加工。

对中调整：大修后重新进行风机-电机对中，采用双表法或激光对中仪，确保冷态和热态对中数据符合要求。

性能测试：大修后应进行性能测试，验证流量、压力、功率等参数是否恢复设计值，效率是否达标。

第六章 选型、安装与运行优化

6.1 选型要点

为镝提纯工艺选择D(Dy)系列风机时，需考虑以下因素：

工艺要求分析：明确所需气体介质、流量范围、进口压力和出口压力、气体温度、纯度要求等基本参数。

性能曲线匹配：选择风机额定点位于性能曲线高效区右侧（稳定工作区），避免靠近喘振边界。考虑工艺波动范围，确保风机在整个工作范围内稳定运行。

材料兼容性：根据输送气体性质选择合适材料，腐蚀性环境选用不锈钢或特种合金；氧气环境需脱脂处理；氢气环境考虑氢脆问题。

调节方式选择：根据工艺调节需求选择调节方式，变频调速效率最高但投资大；入口导叶调节简单经济；出口节流最简单但能耗高。

备用方案：关键工艺点应考虑备用风机或足够的能力冗余，确保生产连续性。

6.2 安装注意事项

基础要求：混凝土基础应有足够质量和刚度，通常为基础重量的3-5倍，固有频率应避开风机工作频率的±20%。安装垫铁每组不超过4块，基础板水平度误差不超过0.1mm/m。

管道连接：进出口管道应独立支撑，避免将管道重量和热应力传递到风机。靠近风机处安装柔性接头，吸收热膨胀和振动。管道内清洁无杂物，安装临时过滤器保护风机。

对中精度：冷态对中需考虑电机和风机运行时的热膨胀差异，预留适当偏移。采用激光对中仪可达到更高精度，径向和轴向误差通常要求小于0.05mm。

电气与仪表：电机绝缘电阻应符合规范；振动、温度、压力等监测仪表安装位置正确，校准合格。

6.3 运行优化策略

防喘振控制：设置防喘振控制系统，监测工作点与喘振边界距离，自动打开防喘振阀或调节转速，避免风机进入不稳定区。喘振识别参数通常采用压比和流量组合判断。

效率优化：通过变频调速或导叶调节，使风机始终工作在高效区。建立风机性能数据库，定期分析效率变化，及时发现性能劣化。

** predictive maintenance**：基于振动分析、油液分析、性能监测数据，预测部件剩余寿命，计划性维修，减少非计划停机。

能耗管理：监测风机电能消耗，计算单位气量能耗指标，与设计值、历史最佳值对比，持续改进。

第七章 技术发展趋势与展望

随着稀土提纯工艺向更高纯度、更低能耗、更环保方向发展，对离心鼓风机技术也提出了新的要求：

智能化与数字化：下一代D(Dy)系列风机将集成更多传感器和智能控制系统，实现自适应调节、故障自诊断、寿命预测和远程监控。数字孪生技术将在风机设计、调试和运维中发挥更大作用。

高效化设计：通过计算流体动力学优化叶轮和流道型线，提高效率2-5个百分点；开发宽频调节技术，扩大高效工作范围；采用磁悬浮轴承，消除机械摩擦损失，实现完全无油。

材料创新：开发耐更高温度、更强腐蚀的新型材料，如陶瓷基复合材料、特种涂层技术，延长风机在恶劣环境下的使用寿命。

标准化与模块化：推动稀土专用风机系列标准化，减少定制成本；模块化设计便于快速更换和升级，减少维修停机时间。

绿色环保：降低噪声排放，开发更环保的密封技术和润滑剂，减少潜在污染。

作为风机技术专业人员，我们应密切关注这些发展趋势，将先进技术应用到重稀土提纯领域，为我国稀土产业的发展提供可靠的装备保障。

结语：D(Dy)1002-1.71型高速高压多级离心鼓风机作为重稀土镝提纯工艺的关键设备，其设计、制造、维护和优化是一个系统工程。深入理解风机工作原理、结构特点、适应性和维护要求，对于保证稀土提纯生产的稳定、高效、经济运行具有重要意义。随着技术进步和工艺发展，风机技术也将不断迭代升级，为稀土这一战略资源的开发利用提供更强大的装备支撑。