重稀土镝(Dy)提纯风机：D(Dy)1087-2.56型高速高压多级离心鼓风机技术解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土镝(Dy)提纯风机 D(Dy)1087-2.56型离心鼓风机 风机配件与修理 工业气体输送 多级离心鼓风机技术 稀土矿提纯设备

一、重稀土镝(Dy)提纯工艺对离心鼓风机的特殊要求

在稀土矿提纯领域，重稀土元素特别是钇组稀土中的镝(Dy)具有极高的战略价值和经济价值。镝作为一种重要的功能性稀土元素，广泛应用于永磁材料、激光晶体、核反应堆控制棒等高科技领域。其提纯工艺对配套设备提出了极为严苛的要求，其中离心鼓风机作为提供关键气动动力的核心设备，其性能直接影响到提纯效率、产品质量和生产成本。

重稀土镝的提纯过程通常采用溶剂萃取、离子交换、真空蒸馏等工艺，这些工艺需要在特定的压力、流量和气体环境下进行。提纯过程中可能涉及到多种工业气体的输送，包括惰性气体保护、反应气体供给和废气排出等环节。因此，为镝提纯工艺专门设计的离心鼓风机必须满足以下几个核心要求：

首先，必须具备精确的压力和流量控制能力，以适应不同提纯阶段对气体参数的动态需求；其次，需要具备优良的气密性和耐腐蚀性，防止贵重稀土材料泄漏和气体污染；再次，必须满足连续稳定运行的要求，稀土提纯过程往往是连续生产，设备停机可能造成重大经济损失；最后，需要考虑能源效率，稀土提纯是能耗密集型工艺，风机效率直接影响生产成本。

针对这些特殊需求，我国风机行业开发了专门用于稀土提纯的系列离心鼓风机，其中D(Dy)1087-2.56型高速高压多级离心鼓风机是专为重稀土镝提纯工艺设计的代表性产品。

二、D(Dy)1087-2.56型高速高压多级离心鼓风机详解

2.1 风机型号解读与技术参数

“D(Dy)1087-2.56”这一型号包含了丰富的信息：“D”代表该风机属于D系列高速高压多级离心鼓风机；“Dy”在括号中表示该风机专为镝元素提纯工艺优化设计；“1087”表示风机在标准工况下的额定流量为每分钟1087立方米；“-2.56”表示风机出风口设计压力为2.56个大气压（表压）。需要特别注意的是，这个型号中没有“/”符号，按照命名规则，表示进风口压力为标准大气压（1个大气压）。

该型号风机设计参数基于镝提纯工艺的典型工况：介质为清洁空气或特定工业气体，进口温度20℃，相对湿度50%，气体密度1.2千克/立方米。在实际应用中，当输送气体种类或工况发生变化时，需按照离心式鼓风机相似定律进行性能换算，主要换算公式包括：流量与转速成正比关系，压力与转速平方成正比关系，功率与转速立方成正比关系。

2.2 结构设计与工作原理

D(Dy)1087-2.56型风机采用多级离心式设计，这一结构特别适合镝提纯工艺所需的中等流量、较高压力的工况要求。多级设计使得单台风机能提供更高的压比，而无需串联多台设备，简化了系统配置，提高了整体可靠性。

风机主要由以下几个核心部分组成：进气室、多级叶轮、扩压器、回流器、出气蜗壳、主轴系统、轴承系统、密封系统和润滑系统。气体从进气室进入第一级叶轮，经离心加速后进入扩压器将动能转化为压力能，然后通过回流器导向下一级叶轮入口，如此逐级增压，最终从出气蜗壳排出。

针对镝提纯工艺的特点，D(Dy)1087-2.56型风机在设计中特别注重以下几点：第一，采用高强度耐腐蚀材料制造流道部件，以应对可能存在的腐蚀性气体；第二，优化叶轮型线和级间匹配，在较宽的工况范围内保持高效率；第三，强化密封设计，最大限度减少内部泄漏和外部泄漏，这对贵重稀土的回收率至关重要；第四，采用精密动平衡工艺，确保风机在高速运行下的振动值远低于国家标准要求。

2.3 在镝提纯工艺中的具体应用

在重稀土镝的提纯生产线上，D(Dy)1087-2.56型风机主要承担以下几个关键功能：

萃取工序气体供应：在溶剂萃取过程中，需要精确控制的气体进行搅拌和传质强化，风机的稳定压力输出确保了萃取效率和选择性。

保护气体输送：镝的某些提纯步骤需要在惰性气体环境下进行，防止氧化，风机用于输送高纯度氮气、氩气等保护气体。

真空系统前级增压：在高真空蒸馏环节前，需要将气体预压缩至适合真空泵工作的压力范围。

废气处理系统动力源：提纯过程中产生的有害废气需要通过风机输送到处理系统，风机的耐腐蚀设计在此环节尤为重要。

工艺参数调节：通过变频控制或进口导叶调节，风机能够根据工艺需求实时调整气体参数，实现柔性生产。

三、风机核心配件详解

3.1 主轴系统

D(Dy)1087-2.56型风机的主轴采用高强度合金钢锻造而成，经调质处理获得良好的综合机械性能。主轴设计充分考虑临界转速避开工作转速范围，一般要求一阶临界转速高于工作转速的125%，二阶临界转速高于工作转速的150%。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，确保在高速旋转下的可靠传递扭矩。主轴表面在轴承和密封部位进行高频淬火或镀铬处理，提高耐磨性。

3.2 轴承与轴瓦

该型号风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑，相比于滚动轴承，滑动轴承更适合高速重载工况，具有更好的阻尼特性和更长的使用寿命。轴瓦材料通常为锡基巴氏合金，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系统，也不易造成轴颈损伤。轴瓦设计采用可倾瓦结构，这种结构具有良好的稳定性，能够有效抑制油膜振荡。轴瓦与轴颈的配合间隙经过精密计算，一般控制在轴颈直径的千分之一点五到千分之二之间，既保证足够的润滑油膜厚度，又避免过大泄漏。

3.3 转子总成

转子总成是风机的核心旋转部件，由主轴、多级叶轮、平衡盘、推力盘等零件组成。每级叶轮都经过五坐标数控加工中心精密加工，确保型线准确和表面光洁。叶轮材料根据输送介质的不同而有所区别：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。组装前，每个叶轮都单独进行动平衡校正，达到G2.5级平衡精度；整个转子组装完成后，再进行整体高速动平衡，确保在工作转速下的振动值符合API 672标准要求。

3.4 密封系统

密封系统对于稀土提纯风机至关重要，直接关系到贵重材料的回收率和气体纯度。D(Dy)1087-2.56型风机采用多层次组合密封：

气封：位于叶轮进口和级间，采用迷宫密封结构，利用多次节流膨胀原理减少内部泄漏。迷宫密封的齿形和间隙经过优化设计，在转子可能发生挠曲变形的情况下仍能保持有效密封。

油封：位于轴承箱两端，防止润滑油泄漏和外部杂质进入。传统为骨架油封，高端配置可采用机械密封。

碳环密封：在输送特殊气体或要求零泄漏的场合，采用碳环密封作为轴端密封。碳环密封由多个碳环组成，每个碳环在弹簧作用下与轴保持均匀接触，具有良好的追随性和自润滑性。

对于输送氢气和氦气等小分子气体的情况，还需要考虑这些气体极易渗透的特性，可能需要在碳环密封外侧增加氮气隔离气系统，确保工艺气体不外泄。

3.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱为铸铁或铸钢件，具有足够的刚性以减少变形对轴承对中的影响。轴承箱内部设计有合理的油路，确保润滑油能够充分到达每个润滑点。润滑系统通常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、油箱和监控仪表。油系统设计满足“三冗余”原则：双泵互为备用、双过滤器一用一备、油压低压联锁启动辅助油泵。润滑油选择ISO VG32或VG46透平油，具有良好的氧化稳定性和抗乳化性能。

四、风机维护与故障处理

4.1 日常维护要点

D(Dy)1087-2.56型风机的日常维护是确保长期稳定运行的基础，主要包括：

振动监测：每日记录轴承部位的振动值，注意变化趋势。振动突然增大往往是故障的前兆。

温度监控：轴承温度、润滑油进回油温度应保持在设计范围内，通常轴承温度不超过85℃，温升不超过40℃。

润滑油管理：定期检查油位、油质，每三个月取样化验一次，检测粘度、水分、酸值和金属颗粒含量。

密封检查：检查各密封点有无泄漏，碳环密封的磨损情况，必要时测量碳环剩余厚度。

性能监测：记录进口压力、出口压力、流量、电流等参数，绘制性能曲线，发现性能下降及时分析原因。

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、对中不良、轴承损坏、共振等。处理步骤：首先检查地脚螺栓和联轴器对中；然后进行振动频谱分析，根据特征频率判断故障类型；最后采取相应措施，如重新平衡转子、更换轴承等。

轴承温度高：可能原因包括润滑油不足或变质、轴承间隙不当、负荷过大等。处理步骤：检查油系统是否正常；化验润滑油质量；测量轴承间隙是否符合要求；检查工艺系统是否超压运行。

性能下降：流量或压力达不到设计值。可能原因包括密封磨损导致内泄漏增大、叶轮腐蚀或积垢、进口过滤器堵塞等。处理步骤：检查各级间压力分布，判断泄漏部位；停机检查叶轮和密封状况；清洗进口过滤器。

异常声音：可能原因包括喘振、旋转失速、部件松动等。处理步骤：立即调整工况点避开喘振区；检查紧固件是否松动；通过声学分析判断声源位置。

4.3 大修要点与周期

D(Dy)1087-2.56型风机建议每运行24000小时或每三年进行一次大修（以先到者为准），大修内容包括：

转子全面检查：检测主轴直线度、叶轮口环间隙、平衡盘和推力盘磨损情况，必要时进行修复或更换。

密封更换：所有碳环密封、迷宫密封齿等易损件应在大修时更换。

轴承检查：测量轴瓦间隙、接触角度，检查巴氏合金有无脱层、裂纹，必要时重新浇铸。

流道检查：检查蜗壳、扩压器、回流器等静止部件有无腐蚀、裂纹，特别是焊缝部位。

对中调整：重新校正风机与驱动机（通常是电机或汽轮机）的对中，冷态对中需考虑热膨胀的影响。

性能测试：大修后应进行机械运转试验和性能测试，确认各项指标达到设计要求。

五、稀土提纯工艺中其他系列风机介绍

除了D系列高速高压多级离心鼓风机外，针对镝提纯工艺的不同环节，还有多个专用风机系列：

5.1 C(Dy)型系列多级离心鼓风机

该系列适用于中等压力、较大流量的工况，通常用于稀土矿浆浮选过程的气体供应。采用多级后弯式叶轮，效率曲线平坦，在工况变化时性能稳定。密封形式根据输送介质可选择迷宫密封或机械密封。

5.2 CF(Dy)型和CJ(Dy)型系列专用浮选离心鼓风机

这两个系列专门为浮选工艺设计，特别考虑了矿浆泡沫特性对风机运行的影响。CF系列强调耐腐蚀设计，适用于酸性浮选环境；CJ系列强调节能设计，采用高效的叶轮和扩压器匹配。两者都配备有防喘振控制系统，确保在浮选槽液位变化时风机稳定工作。

5.3 AI(Dy)型系列单级悬臂加压风机

采用单级叶轮直接安装在电机轴伸上的悬臂结构，结构紧凑，适用于空间受限的场合。流量范围较小，但压力可达1.3-1.5个大气压（表压），常用于实验室规模或中试线的镝提纯工艺。

5.4 S(Dy)型系列单级高速双支撑加压风机

该系列风机转速可达每分钟20000转以上，通过增速齿轮箱驱动。单级叶轮即可提供较高压力，结构相对简单，维护方便。适用于需要快速启停和频繁调节的工艺环节。

5.5 AII(Dy)型系列单级双支撑加压风机

传统双支撑结构，转子稳定性好，适用于长期连续运行。流量和压力范围广，是稀土提纯生产线中最常见的通用型加压风机。

六、工业气体输送的特殊考虑

稀土镝提纯过程中涉及多种工业气体的输送，不同气体特性对风机设计和运行有不同要求：

6.1 气体特性与风机选型

空气：最常用气体，按标准空气设计的风机在输送其他气体时需要重新计算性能参数。

工业烟气：可能含有腐蚀成分和固体颗粒，需选用耐腐蚀材料并考虑防磨损措施，进口需加装高效过滤器。

二氧化碳(CO₂)：密度大于空气，在相同压力比下功率需求较大，需校核电机功率是否足够。

氮气(N₂)、氩气(Ar)：惰性气体，密度与空气相近，但要求泄漏率低，密封设计尤为重要。

氧气(O₂)：助燃气体，需禁油设计，所有与氧气接触的部件需彻底脱脂，采用特殊润滑剂。

氢气(H₂)、氦气(He)：密度小，泄漏倾向大，需特殊密封设计，如干气密封或带隔离气的碳环密封。

6.2 气体密度变化对性能的影响

离心式鼓风机的性能与气体密度密切相关，基本关系如下：压力与气体密度成正比，流量与气体密度无关（体积流量），轴功率与气体密度成正比。当输送气体与设计气体不同时，必须按这些关系进行换算。例如，输送氢气时，由于密度仅为空气的1/14，相同转速下产生的压力也仅为设计值的1/14，而所需功率也相应减少。

6.3 特殊气体安全考虑

对于易燃易爆气体（如氢气），风机需满足防爆要求，电机防爆等级至少为ExdⅡBT4，所有电气元件符合相应防爆标准。对于有毒气体，需确保零泄漏，通常采用双端面机械密封加泄漏监测系统。对于高纯度气体，需考虑材料放气和表面吸附对气体纯度的影响，流道内表面进行特殊处理（如电解抛光、钝化处理）。

七、稀土提纯风机技术发展趋势

随着稀土提纯工艺的进步和对产品质量要求的提高，配套风机技术也在不断发展：

智能化控制：通过在线监测振动、温度、压力、流量等参数，结合大数据分析和人工智能算法，实现故障预测和健康管理，减少非计划停机。

高精度调节：采用磁悬浮轴承或空气轴承，实现无油润滑和转速的精确连续调节，满足精密工艺对气体参数的严格要求。

新材料应用：采用复合材料叶轮减轻重量、提高强度；应用陶瓷涂层提高耐腐蚀和耐磨性能；使用高性能密封材料降低泄漏率。

能效提升：通过计算流体动力学优化流道设计，减少流动损失；应用永磁同步电机和高效变频器，提高系统整体能效。

模块化设计：将风机、电机、润滑系统、控制系统集成在同一个底座上，减少现场安装工作量，提高可靠性。

八、结论

重稀土镝提纯工艺对离心鼓风机提出了特殊而严格的要求，D(Dy)1087-2.56型高速高压多级离心鼓风机作为专为此工艺设计的设备，通过合理的结构设计、材料选择和制造工艺，满足了镝提纯过程对气体输送设备的各项要求。正确的选型、安装、操作和维护是确保风机长期稳定运行的关键，而针对不同工业气体的特性采取相应措施，则是保证工艺安全和产品质量的基础。

随着稀土产业的持续发展和提纯技术的不断进步，配套风机技术也将朝着更加高效、智能、可靠的方向发展。作为风机技术人员，我们应当深入了解工艺需求，掌握设备特性，不断学习和应用新技术，为稀土这一战略资源的开发利用提供可靠的技术装备支持。