重稀土镝(Dy)提纯风机:D(Dy)2315-1.54型离心鼓风机技术解析

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)2315-1.54、风机配件、风机维修、工业气体输送、多级离心技术

一、重稀土镝(Dy)提纯工艺对风机的特殊要求

重稀土元素镝(Dy)作为钇组稀土的重要成员，在现代高新技术产业中具有不可替代的作用，广泛应用于永磁材料、磁光存储、核磁共振成像等领域。镝的提纯工艺复杂且精细，通常采用溶剂萃取、离子交换、真空蒸馏等多项技术组合。在这些工艺流程中，离心鼓风机作为关键气体输送与加压设备，承担着为萃取塔供气、输送保护性气体、维持系统压力稳定等重要功能。

重稀土提纯对鼓风机的特殊要求主要体现在以下几个方面：

针对这些特殊需求，我公司开发了专门用于稀土矿提纯的系列离心鼓风机，其中D(Dy)型系列高速高压多级离心鼓风机在重稀土镝提纯工艺中表现尤为突出。

二、D(Dy)2315-1.54型离心鼓风机技术详解

2.1 型号命名规则解析

“D(Dy)2315-1.54”型离心鼓风机的型号编码遵循我公司专门为稀土提纯设备设计的命名体系：

2.2 主要技术参数与性能特点

D(Dy)2315-1.54型离心鼓风机的主要技术参数如下：

该型号风机的性能特点主要体现在以下几个方面：

多级压缩技术：采用7级叶轮串联设计，每级叶轮后配备高效扩压器和回流器，使气体逐级增压。这种设计的优势在于每级压比适中（约1.06-1.08），整体效率高，温升控制良好，特别适合对温度敏感的稀土提纯工艺。

高速直连设计：采用高速电机通过增速齿轮箱直接驱动，取消了传统风机中的联轴器，减少了潜在故障点，提高了传动效率。8500 rpm的工作转速使风机结构更加紧凑，占地面积小，适合空间有限的稀土车间布局。

宽工况调节能力：通过进口导叶调节和转速微调（变频控制），风机可在60%-105%的流量范围内高效运行，适应镝提纯过程中不同阶段的气量变化需求。

针对稀土工艺的优化：叶轮和机壳材料针对稀土车间可能存在的微量腐蚀性介质进行了特殊选择；密封系统针对高纯度气体输送进行了加强设计；轴承和润滑系统针对连续运行工况进行了强化。

2.3 气动设计与性能曲线

D(Dy)2315-1.54的风机气动设计基于三元流动理论和边界层控制技术，采用后弯式叶轮设计，叶片型线经过计算流体动力学优化，减少了流动分离和二次流损失。

风机的性能曲线呈现出典型的离心压缩机特征：在恒定转速下，压力比随流量增加而减小；效率曲线呈山形，在设计点2315 m³/min附近达到峰值；功率随流量增加而增加，但在大流量区增加趋缓。

在实际运行中，需要特别注意避免在小流量区域运行，以防进入喘振区。为此，该型号配备了先进的防喘振控制系统，通过实时监测进出口压力和流量，自动调整导叶开度和放空阀，确保风机始终在安全区域运行。

三、关键部件与配件技术说明

3.1 风机主轴系统

D(Dy)2315-1.54的主轴采用42CrMoA高强度合金钢，经过调质处理、精加工和动平衡校正。主轴设计考虑了多级叶轮的安装需求，采用阶梯轴结构，每级叶轮安装位置设有精确的轴向定位台阶和键槽。主轴的最大挠度控制在0.05 mm以内，确保在高速旋转时不会与静止部件发生摩擦。

主轴与叶轮的连接采用过盈配合加键连接的双重固定方式，过盈量经过精密计算，确保在高速旋转时叶轮不会松动，同时又便于拆卸维护。装配时采用热装工艺，将叶轮加热至180-200℃后套入主轴，冷却后形成牢固连接。

3.2 轴承与轴瓦系统

该型号风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑系统，相比滚动轴承，滑动轴承在高速重载工况下具有更好的稳定性和更长的寿命。

径向轴承：采用四油叶可倾瓦轴承，这种轴承具有良好的抗振性能和稳定性，能够有效抑制油膜振荡。每块瓦背设有球面支点，允许瓦块随轴颈位置自动调整，形成最佳油楔。轴承间隙控制在轴颈直径的1.2‰-1.5‰之间。

推力轴承：采用金斯伯雷型可倾瓦推力轴承，能够承受转子轴向力，并自动平衡各瓦块负荷。推力轴承间隙控制在0.25-0.35 mm之间，既保证转子轴向定位精度，又允许受热膨胀。

轴瓦材料为巴氏合金（锡锑铜合金），厚度约2-3 mm，浇铸在钢背表面。巴氏合金具有良好的嵌入性和顺应性，当有微小硬颗粒进入轴承时，可嵌入合金中，避免刮伤轴颈。

3.3 转子总成

转子总成是风机的核心部件，包括主轴、7级叶轮、平衡盘、联轴器等组件。

叶轮：每级叶轮采用高强度铝合金（ZL104）或不锈钢（304/316）精密铸造而成，经过X射线探伤、退火处理、数控加工和表面硬化处理。叶轮型线采用三维扭曲叶片设计，入口处前弯，出口处后弯，兼顾了压头和效率。每级叶轮出厂前都经过单独动平衡，平衡等级达到G2.5级。

平衡盘：安装在最后一级叶轮后，通过平衡管与进口连通，利用压差产生与轴向力相反的平衡力，减少推力轴承负荷。平衡盘间隙控制在0.3-0.5 mm，需要定期检查调整。

转子动平衡：整个转子组装后，在高速动平衡机上进行两次平衡校正：第一次在低速（1000 rpm）下进行刚性转子平衡；第二次在工作转速（8500 rpm）下进行柔性转子平衡。最终剩余不平衡量控制在1.0 g·mm/kg以内，确保风机运行平稳。

3.4 密封系统

密封系统对于保持风机效率、防止气体泄漏和外界污染物进入至关重要，特别是对于输送高纯度气体的稀土提纯应用。

级间密封：采用迷宫密封，由一系列齿片和空腔组成，气体通过齿片时产生节流和涡流，大幅降低泄漏量。密封齿片材料为铜合金，具有良好的耐磨性和一定的退让性，即使与轴发生轻微摩擦也不会产生火花，安全性高。

轴端密封：对于输送空气的工况，采用碳环密封；对于输送氮气、氩气等高纯度气体的工况，则采用干气密封或双碳环密封。

碳环密封：由多个碳环组成，每个碳环由三个弧段拼接而成，由弹簧箍紧在轴上。碳材料具有良好的自润滑性和耐磨性，摩擦系数低，即使与轴接触也不会损伤轴颈。碳环密封的泄漏量约为迷宫密封的1/10，但需要定期更换碳环。

油封：在轴承箱两端安装骨架油封，防止润滑油泄漏。油封材料为氟橡胶，耐高温、耐油性好。安装时需注意唇口方向，确保有效密封。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱为整体铸造结构，材料为HT250灰铸铁，具有足够的刚度和减振性能。箱体设计考虑了热膨胀因素，确保在各种工况下轴承对中良好。

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、双联过滤器、油箱等组件。润滑油采用ISO VG32透平油，油压维持在0.2-0.25 MPa，油温控制在40-45℃。系统配备油压、油温、油位等多重监测和保护装置，确保轴承在任何情况下都能得到充分润滑。

四、风机维护与修理要点

4.1 日常维护

4.2 定期检修

小修（每运行4000-5000小时）：

中修（每运行16000-20000小时）：

大修（每运行48000-60000小时）：

4.3 常见故障处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承损坏、喘振等。需逐步排查：首先检查对中和地脚螺栓；其次检查润滑油品质和轴承状态；最后考虑转子平衡问题。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或污染、轴承间隙不当、冷却效果差等。检查油压、油质和油冷却器，必要时调整轴承间隙。

压力不足：可能原因包括密封磨损泄漏量大、进口过滤器堵塞、转速下降等。检查密封间隙和过滤器压差，校验转速控制。

异常噪声：可能原因包括喘振、轴承损坏、转子与静止部件摩擦等。需立即检查运行点是否在安全区域，检查轴承状态和内部间隙。

五、稀土提纯工艺气体输送特殊考虑

5.1 不同气体的适应性

稀土提纯过程中可能涉及多种工业气体的输送，D(Dy)系列风机通过配置调整可适应不同气体介质：

氮气(N₂)和氩气(Ar)：作为保护性气体，纯度要求高（通常≥99.99%）。需要加强密封系统，采用双碳环密封或干气密封；材料选择需考虑与高纯度气体的相容性；控制系统需防止氧气渗入。

二氧化碳(CO₂)：在某些萃取工艺中用作调节剂。CO₂密度大于空气，相同工况下风机功率会增加；CO₂遇水可能形成碳酸，对碳钢部件有腐蚀性，需采用不锈钢材料或防腐涂层。

氧气(O₂)：在稀土氧化物制备阶段可能使用。输送氧气需要严格清除油脂，所有与氧气接触的部件需进行脱脂处理；材料选择需避免在纯氧环境中易燃的材料；需防静电设计。

氢气(H₂)：密度小，声速高，易泄漏。需要特别加强密封；考虑防爆要求；叶轮设计需考虑氢气的低密度特性。

工业烟气：可能含有酸性成分，需要根据具体成分选择合适的耐腐蚀材料，如316L不锈钢或哈氏合金；需定期检查腐蚀情况。

5.2 气体特性对风机性能的影响

不同气体的物理特性会显著影响风机性能：

分子量影响：气体分子量不同，密度不同。密度变化直接影响风机压头和功率需求。压头与气体密度成正比，功率与气体密度成正比。因此，输送密度大的气体（如CO₂）时，相同压比下功率更大；输送密度小的气体（如H₂）时，相同压比下功率更小。

绝热指数影响：绝热指数（比热比）影响压缩过程中的温升。绝热指数大的气体（如氦气）温升更高，需要考虑更有效的冷却措施。

可压缩性影响：实际气体与理想气体的偏差程度不同，在高压力下需要考虑气体可压缩性修正。

湿度影响：湿气体中的水分可能在压缩过程中凝结，引起腐蚀和水击，需要采取除湿或排水措施。

5.3 系统配置建议

针对不同的稀土提纯工艺阶段，建议以下风机配置：

萃取阶段：通常需要输送氮气或氩气作为保护气体，建议使用D(Dy)系列配碳环密封或干气密封，材料选择304或316不锈钢。

煅烧阶段：可能涉及氧气或空气输送，需注意材料抗氧化性和脱脂处理。

废气处理阶段：输送可能含有酸性成分的工业烟气，建议使用316L不锈钢材料，并配备冲洗系统防止积垢。

气体回收阶段：输送含有有机溶剂的混合气体，需考虑防爆设计和密封强化。

六、D(Dy)系列与其他稀土提纯风机比较

我公司为稀土提纯工艺开发了完整的风机系列，各有其适用范围：

“C(Dy)”型系列多级离心鼓风机：中压中流量机型，适用于萃取塔供气、搅拌充气等常规应用。结构相对简单，维护方便，成本较低。

“CF(Dy)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门为稀土矿浮选工艺优化，具有宽泛的稳定工作区，适应浮选槽液位变化引起的气量波动。

“CJ(Dy)”型系列专用浮选离心鼓风机：浮选工艺专用机型的改进版，效率更高，能耗更低。

“D(Dy)”型系列高速高压多级离心鼓风机：即本文详细介绍的系列，高压比，高效率，适用于需要较高压力的工艺环节，如加压过滤、气体循环等。

“AI(Dy)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于空间受限的小型装置或辅助供气。

“S(Dy)”型系列单级高速双支撑加压风机：单级高压比设计，适用于特定需要高出口温度的应用。

“AII(Dy)”型系列单级双支撑加压风机：介于AI和S型之间，兼顾了结构刚性和效率。

选择风机型号时，需要综合考虑工艺压力需求、流量范围、气体性质、安装空间、维护条件等多方面因素。对于大多数镝提纯工艺的主要气体输送环节，D(Dy)系列因其良好的综合性能而成为首选。

七、总结与展望

D(Dy)2315-1.54型离心鼓风机作为专为重稀土镝提纯工艺开发的关键设备，通过多级压缩、高速直连、优化密封等一系列专门设计，满足了稀土提纯对气体输送设备的特殊要求。其可靠性和适应性在实际应用中得到了充分验证。

未来，随着稀土提纯工艺向更高效、更环保、更智能的方向发展，离心鼓风机技术也将相应进步。预计的发展方向包括：

作为风机技术人员，我们需要不断跟踪稀土提纯工艺的发展，与工艺工程师密切合作，提供更加匹配的气体输送解决方案，为我国稀土产业的发展贡献力量。