重稀土镝(Dy)提纯风机技术详解:以D(Dy)1118-2.87型高速高压多级离心鼓风机为中心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土提纯、镝(Dy)提纯风机、离心鼓风机、D(Dy)1118-2.87、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀土矿选矿

第一章 重稀土提纯工艺与风机技术要求概述

1.1 重稀土镝(Dy)的提纯工艺特点

重稀土元素，特别是钇组稀土中的镝(Dy)，因其在永磁材料、激光晶体、核控制棒等高科技领域的关键应用，其提纯工艺对设备提出了特殊要求。镝的提取通常采用溶剂萃取法、离子交换法或两者结合的工艺路线，过程中涉及多种酸碱性介质、有机相与水相的分离、以及高温高压反应条件。这些工艺环节需要精确控制气体流量、压力与纯度，以确保稀土分离效率和产品纯度。

1.2 离心鼓风机在镝提纯工艺中的作用

在重稀土提纯工艺中，离心鼓风机承担着多个关键角色：为萃取槽提供氧化或搅拌气源、为干燥工序输送热风、为真空系统提供前置压力、输送工艺过程中的各种工业气体。风机性能直接影响到反应速率、分离效率、能源消耗和产品质量稳定性。因此，针对镝提纯工艺设计的专用风机必须满足耐腐蚀、密封可靠、压力流量可调范围宽、运行稳定等特殊要求。

1.3 稀土提纯专用风机系列概述

基于重稀土提纯工艺的特殊性，行业内已发展出多个专用风机系列，包括：“C(Dy)”型系列多级离心鼓风机，主要用于中等压力要求的工艺环节；“CF(Dy)”型与“CJ(Dy)”型系列专用浮选离心鼓风机，针对浮选工序的特殊气流需求设计；“D(Dy)”型系列高速高压多级离心鼓风机，适用于高压反应和长距离气体输送；“AI(Dy)”型系列单级悬臂加压风机，结构紧凑，适用于局部加压；“S(Dy)”型系列单级高速双支撑加压风机，适用于高转速工况；“AII(Dy)”型系列单级双支撑加压风机，平衡性能优异。这些系列风机可根据工艺的不同阶段和不同气体介质进行针对性选型。

第二章 D(Dy)1118-2.87型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 风机型号编码规则解析

风机型号“D(Dy)1118-2.87”遵循行业统一编码规则，具有明确的参数指示意义：

作为对比参考，“D(Dy)300-1.8”型风机表示：同系列镝提纯专用风机，流量300立方米/分钟，出口压力1.8个大气压，进气压力为标准大气压，通常与跳汰机等选矿设备配套使用。

2.2 D(Dy)1118-2.87型风机的结构特点

该型号风机采用多级离心式结构，通常包含3-6级叶轮，具体级数根据压力要求和效率优化确定。风机主体由进气室、多级叶轮与扩压器组、蜗壳、排气室等核心部件构成。为适应重稀土提纯环境，关键过流部件采用双相不锈钢或特殊合金材料，以抵抗工艺过程中可能出现的酸性或碱性气体腐蚀。

转子系统经过严格的动平衡校正，平衡精度达到G2.5级，确保在高速运行下的振动值低于行业标准。轴承系统采用强制润滑，配备独立的油站系统，确保轴承在高压高转速工况下的可靠性与寿命。

2.3 风机性能曲线与工况调节

D(Dy)1118-2.87型风机的性能曲线反映了流量、压力、功率和效率之间的关系。在额定转速下，风机压力随流量增加呈下降趋势，功率随流量增加而上升，存在一个最高效率点区域。在镝提纯应用中，工艺气体密度可能因成分、温度变化而与空气不同，此时风机性能需按比例定律进行换算：压力与气体密度成正比，功率与气体密度成正比，流量与转速成正比。

实际运行中，可通过进口导叶调节、转速调节（变频控制）或排气节流等方式实现工况调节。对于镝提纯工艺中常见的变负荷需求，推荐采用变频调速，因其调节范围宽、节能效果显著，且能保持风机高效运行。

第三章 风机核心配件详解

3.1 风机主轴设计与材料

主轴是离心鼓风机传递扭矩、支撑转子的核心部件。D(Dy)1118-2.87型风机主轴采用高强度合金钢整体锻造，经过调质处理获得均匀的索氏体组织，保证足够的强度和韧性。主轴设计需满足临界转速至少高于工作转速30%的安全裕度，防止共振发生。

主轴与叶轮的配合采用过盈配合加键连接的双重固定方式，确保在高速旋转下可靠传递扭矩。轴颈部位经过高频淬火或氮化处理，提高表面硬度至HRC50以上，增强耐磨性。主轴各段直径过渡处采用大圆弧设计，减少应力集中。

3.2 风机轴承与轴瓦系统

D(Dy)1118-2.87型风机采用滑动轴承系统，具体为椭圆瓦或可倾瓦轴承，这类轴承具有稳定性好、阻尼大、承载能力强的特点，特别适合高速高压离心风机。

轴瓦内衬为巴氏合金（锡锑铜合金），厚度约2-3毫米，这种材料具有优异的嵌入性和顺应性，能在少量异物进入时嵌入合金而不损伤轴颈。瓦背为碳钢或铸铁，与轴承座孔精密配合。轴承间隙控制在轴颈直径的千分之1.2至1.5之间，既保证形成足够厚的油膜，又控制转子跳动。

供油系统采用压力循环润滑，油压通常保持在0.15-0.25MPa，进油温度控制在35-45℃，回油温度不超过70℃。润滑油需定期化验，确保粘度、酸值、水分等指标合格。

3.3 风机转子总成

转子总成包括主轴、多级叶轮、平衡盘、推力盘、轴套等组件。每级叶轮均为后弯式闭式叶轮，叶片型线经过空气动力学优化，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可选不锈钢、铝合金或钛合金，并进行静平衡和动平衡校正。

平衡盘安装在高压端，利用两侧压力差产生与轴向力方向相反的平衡力，减少推力轴承负荷。推力盘则与推力瓦配合，承受剩余的轴向力。转子组装后，整体进行高速动平衡，平衡精度达到ISO1940 G2.5等级，确保工作转速下振动速度小于2.8mm/s。

3.4 密封系统：气封、油封与碳环密封

密封系统对风机性能和安全至关重要，尤其在输送贵重或危险气体时。

气封：又称迷宫密封，安装在叶轮与机壳之间、平衡盘处等位置，由一系列环形齿片与对应的凹槽组成，形成多次节流膨胀的流动路径，大幅减少气体泄漏。齿片材料通常为铝或铜合金，具有在轻微摩擦时不会产生火花的特性。

油封：用于轴承箱的润滑油密封，防止油外泄和外部杂质进入。D(Dy)1118-2.87型风机采用复合式油封，包括甩油环、骨架油封和迷宫密封的组合。甩油环利用离心力将沿轴渗出的油甩回箱内；骨架油封为弹性唇口密封；迷宫密封则作为最后一道屏障。

碳环密封：这是高端离心风机的先进密封形式，尤其适用于输送有毒、易燃或贵重气体。碳环由高强度石墨材料制成，分成若干弧段，由弹簧箍紧在轴上，形成径向密封。碳环具有自润滑性，即使与轴接触也不会损伤轴颈，且能适应一定的轴向和径向跳动。在D(Dy)1118-2.87型风机中，碳环密封用于风机轴端，防止工艺气体外泄或空气渗入。

3.5 轴承箱设计

轴承箱是支撑转子、容纳轴承和密封的部件，其设计需保证足够的刚度和精度。箱体通常为铸铁或铸钢件，结构上考虑散热筋片，增加散热面积。轴承箱与机壳分离设计，中间有隔热段，减少机壳热量传导至轴承。

轴承箱上设有多个检测孔，可安装温度传感器、振动传感器，实时监测轴承状态。油封外侧设有检漏腔，一旦油封失效，润滑油先进入检漏腔并从外部接头排出，不会污染工艺气体。

第四章 风机维护与常见故障处理

4.1 日常维护要点

D(Dy)1118-2.87型风机的日常维护包括以下关键内容：

润滑系统维护：每日检查油位、油压、油温；每月取样化验润滑油；定期清洗或更换油过滤器。润滑油建议每运行8000-10000小时或每年更换一次，先清洗油箱再换新油。

振动与温度监测：每日记录轴承振动值和温度，注意变化趋势。振动速度有效值应持续低于4.5mm/s，轴承温度应低于85℃。发现异常增长需及时分析原因。

密封系统检查：定期检查碳环密封的泄漏情况，对于输送贵重或危险气体的工况，可安装在线泄漏检测仪。迷宫密封的间隙应每年检查一次，磨损超标需更换。

过滤器维护：进气过滤器根据压差计指示清洁或更换，保证进气洁净，防止叶轮磨损或结垢。

4.2 常见故障诊断与处理

振动超标：可能原因包括转子不平衡、轴承磨损、对中不良、基础松动或喘振。处理步骤：首先检查地脚螺栓和联轴器对中；若正常，停机检查转子平衡状态和轴承间隙；如输送气体密度变化大，检查是否进入喘振区，调整运行点远离喘振线。

轴承温度过高：可能原因包括润滑油不足或变质、冷却不良、轴承间隙不当、负荷过大。处理措施：检查油压油量，化验油品；清洗油冷却器；检查轴承间隙；检查工艺系统是否阻力增大导致风机负荷增加。

气量或压力不足：可能原因包括过滤器堵塞、密封间隙过大、转速下降、叶轮磨损或结垢。处理措施：清洁或更换过滤器；检查迷宫密封和碳环密封间隙；检查电机转速和变频器设置；停机检查叶轮状态。

异常噪声：可能原因包括喘振、旋转失速、零部件松动、轴承损坏。喘振噪声为低频周期性吼声；旋转失速为高频啸叫；轴承损坏多为连续或间歇性尖锐声。需根据噪声特征判断原因并采取相应措施。

4.3 大修周期与内容

D(Dy)1118-2.87型风机建议每运行3-4年或24000-32000小时进行一次全面大修，大修内容包括：

转子部分：检查主轴直线度、轴颈磨损、表面缺陷；检查叶轮焊缝、叶片磨损、平衡状态；更换所有密封环、轴套；重新进行高速动平衡。

轴承部分：测量轴瓦间隙、接触角、巴氏合金结合情况，必要时重新刮瓦或更换；检查推力瓦块磨损；清洁轴承箱。

密封系统：更换所有碳环密封组件；检查迷宫密封齿片磨损，更换超标件；更换所有油封。

对中校正：大修后重新进行风机与电机对中，冷态对中需考虑热膨胀补偿。

性能测试：大修后应进行性能测试，验证流量、压力、功率、振动等参数是否达到设计要求。

第五章 工业气体输送应用与选型要点

5.1 不同气体介质的输送特点

D(Dy)系列风机在镝提纯工艺中可输送多种工业气体，每种气体特性不同，需针对性考虑：

空气：最常见介质，按标准空气密度1.293kg/m³设计选型。注意实际空气密度随温度、湿度和海拔变化。

工业烟气：成分复杂，可能含腐蚀性成分和颗粒物，需选用耐腐蚀材料，进气前设置高效过滤和洗涤装置。

二氧化碳(CO₂)：密度大于空气，压缩后温升较高，需核算功率和冷却要求。注意CO₂在高压下可能液化，需控制最低温度。

氮气(N₂)、氧气(O₂)、惰性气体(He、Ne、Ar)：物性与空气有差异，需按实际密度、比热比换算性能曲线。输送氧气时需禁油处理，防止燃爆。

氢气(H₂)：密度小，易泄漏，需加强密封。氢气压缩温升明显，且扩散性强，对材料有氢脆影响，需特殊选材。

混合无毒工业气体：需提供准确的气体成分、分子量、比热比、压缩性系数等参数，以便精确计算风机性能和轴功率。

5.2 气体性质对风机性能的影响与换算

当输送气体不是标准空气时，风机性能需按下列关系换算：

流量：容积流量不变，质量流量与气体密度成正比。

压力：风机产生的压力比（出口绝对压力/进口绝对压力）不变，但压差（出口压力-进口压力）与进口气体密度成正比。

功率：轴功率与气体密度成正比，与进口绝对温度成反比。

转速：为达到相同压力比，转速与气体声速成正比，即与气体绝热指数的平方根成正比，与气体分子量的平方根成反比。

具体计算公式可简化为：实际功率等于标准空气功率乘以实际气体密度与空气密度的比值。例如，输送密度为0.5kg/m³的气体时，功率约为输送空气时的0.5/1.293≈0.39倍。

5.3 重稀土提纯工艺中的风机选型流程

针对镝提纯工艺选择风机时，应遵循以下流程：

5.4 特殊工况的应对措施

高温气体：温度超过150℃时，需考虑材料热强度下降、热膨胀差异。需选用高温材料，设置合理的膨胀间隙，必要时增设冷却夹套。

含尘气体：设置多级过滤（旋风分离+布袋过滤+高效过滤器），叶轮采用防磨损设计或喷涂耐磨涂层，适当降低叶轮线速度减少磨损。

腐蚀性气体：过流部件选用耐腐蚀材料，如双相不锈钢、哈氏合金、钛材等。避免异种金属接触产生电化学腐蚀。

易燃易爆气体：风机需防爆设计，包括防爆电机、静电导出装置、禁油处理、氮气吹扫系统、泄漏监测和火焰探测等。

第六章 总结与展望

6.1 D(Dy)1118-2.87型风机的技术优势

该型号风机专为重稀土镝提纯工艺研发，集成了多级离心风机的前沿技术：高效三元流叶轮设计使效率提升5-8%；碳环密封技术将泄漏量降低至传统迷宫的1/10以下；智能监控系统实现预测性维护；模块化设计便于维护和部件更换。在镝提纯的特定工艺条件下，其稳定性和经济性已得到行业验证。

6.2 未来技术发展方向

随着稀土提纯工艺向连续化、自动化、绿色化发展，离心鼓风机技术也将相应进步：磁悬浮轴承技术将消除机械摩擦，实现完全无油；复合材料叶轮可进一步减轻重量、提高强度；数字孪生技术将实现风机全生命周期管理；智能控制系统根据工艺参数自动优化运行点，实现“按需供气”和节能最大化。这些技术的融合将推动重稀土提纯装备向更高效、更智能、更可靠的方向发展。

6.3 对使用单位的建议

对于使用D(Dy)系列风机进行重稀土提纯的生产企业，建议建立完善的风机管理体系：制定详细的运行维护规程；培训专业的技术团队；建立风机运行数据库，积累故障模式和寿命数据；与制造商保持技术沟通，及时更新改进部件。只有正确选型、精心维护、科学管理，才能充分发挥风机性能，保障稀土提纯工艺的稳定高效运行，为我国战略稀土资源的高值化利用提供可靠装备支持。