重稀土镝(Dy)提纯专用离心鼓风机技术详解：以D(Dy)2868-1.37型风机为核心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：重稀土提纯、镝(Dy)提纯风机、D(Dy)2868-1.37型离心鼓风机、风机配件维修、工业气体输送、多级离心鼓风机、稀土矿选矿设备

一、重稀土提纯工艺与风机设备概述

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、核能控制等领域具有关键作用。镝的提纯工艺通常包括矿石破碎、浮选、焙烧、酸浸、萃取分离和还原熔炼等多个阶段，其中多个环节需要特种风机设备提供精确的气体输送和压力控制。离心鼓风机作为稀土提纯生产线中的核心动力设备，其性能直接关系到产品质量、生产效率和能耗指标。

在镝提纯工艺中，风机主要承担以下关键功能：一是为浮选工序提供稳定气源，形成适宜的气泡结构；二是为焙烧炉和还原炉输送助燃空气或保护性气体；三是为气体循环系统提供动力，确保工艺气体按设定参数循环；四是为废气处理系统提供负压或正压支持。这些功能要求风机必须具备高可靠性、耐腐蚀性、压力流量精确可调以及适应特殊气体介质的能力。

二、稀土提纯专用离心鼓风机系列化产品体系

针对重稀土提纯的特殊工艺要求，行业内开发了多个系列的专业化离心鼓风机产品，形成完整的技术解决方案：

C(Dy)型系列多级离心鼓风机：采用传统多级结构设计，适用于中等压力要求的工艺环节，如初级浮选和一般性气体输送。该系列风机特点是结构相对简单，维护方便，效率曲线平缓，能够适应一定范围的工况变化。

CF(Dy)型系列专用浮选离心鼓风机：专门针对稀土浮选工艺开发，特别优化了气流稳定性和微气泡生成能力。通过叶轮特殊设计和进气装置优化，确保气流中气泡尺寸分布均匀，提高浮选效率和稀土回收率。

CJ(Dy)型系列专用浮选离心鼓风机：在CF型基础上进一步改进的高效浮选专用风机，采用先进的流道设计和材料工艺，能耗比传统浮选风机降低15-20%，特别适用于大规模连续生产的稀土选矿厂。

D(Dy)型系列高速高压多级离心鼓风机：本文重点介绍的高端系列，采用高速转子设计和精密多级压缩技术，能够提供更高的工作压力和更精确的流量控制，适用于镝提纯中的高压氧化、高压还原等关键工序。

AI(Dy)型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑的单级风机，采用悬臂式转子设计，适用于空间受限的改造项目或辅助工艺环节，如局部补气、小流量气体循环等。

S(Dy)型系列单级高速双支撑加压风机：采用高速单级叶轮配合双支撑轴承结构，兼顾高转速稳定性和维护便利性，适用于中等压力、大流量工况。

AII(Dy)型系列单级双支撑加压风机：传统可靠的单级双支撑设计，结构坚固耐用，特别适用于腐蚀性气体环境，通过特殊材质处理提高耐蚀性能。

三、D(Dy)2868-1.37型高速高压多级离心鼓风机深度解析

3.1 型号命名规则与技术参数释义

以"D(Dy)2868-1.37"这一完整型号为例，其命名遵循行业标准编码规则：

与参考型号"D(Dy)300-1.8"相比，D(Dy)2868-1.37型风机的流量大幅提高（2868 vs 300 m³/min），但出口压力略低（1.37 vs 1.8大气压），这反映了不同工艺阶段对气源参数的不同需求。大流量中压风机通常用于主工艺气体供应或大型浮选系统，而较小流量高压风机可能用于特殊加压环节或小型系统。

3.2 结构设计与工作原理

D(Dy)2868-1.37型风机采用多级离心压缩技术，核心工作原理是通过高速旋转的叶轮对气体做功，将机械能转化为气体的压力能和动能。具体而言：

多级压缩流程：气体从进气口进入第一级叶轮，经加速加压后进入扩压器，将部分动能转化为压力能，然后通过回流器导向下一级叶轮入口。D(Dy)2868-1.37型通常包含4-6级压缩单元，每级压力比在1.05-1.15之间，通过多级串联实现总压力提升至1.37倍大气压。这种分级压缩方式相比单级压缩具有效率高、温升可控、稳定性好的优点。

高速转子系统：为达到所需压力和流量，风机转子工作在较高转速下，通常范围在6000-12000转/分钟。高速旋转对转子的动平衡精度、材料强度和轴承系统提出了极高要求。D系列风机采用经过精密动平衡校正的转子组件，残余不平衡量控制在G1.0级以内，确保高速运行平稳。

气体动力学设计：叶轮采用后弯式叶片设计，叶片型线经过计算流体动力学优化，兼顾效率和稳定性。流道设计特别考虑了稀土工艺气体可能含有的微量腐蚀性成分，适当加大了关键部位的腐蚀余量。

3.3 在镝提纯工艺中的具体应用

在重稀土镝的提纯生产线中，D(Dy)2868-1.37型风机通常部署在以下关键工位：

焙烧工序气源供应：镝精矿的焙烧过程需要精确控制的氧化或还原气氛。D(Dy)2868-1.37型风机能够为焙烧炉提供稳定流量的工艺空气或氮气/氢气混合气，通过压力调节控制炉内气氛的氧化还原电位，确保镝元素以适宜价态存在。

浮选系统充气：在重稀土浮选工序，虽然CF和CJ系列是更专业的浮选风机，但在某些大型选厂或特殊浮选工艺中，D型风机也用于提供主充气气源。其稳定的压力和流量特性有助于形成尺寸均匀、分布合理的气泡群，提高镝矿物与脉石的选择性分离效率。

气体循环动力核心：在封闭或半封闭的镝提纯工艺系统中，工艺气体需要循环使用以提高利用率和减少排放。D(Dy)2868-1.37型风机作为循环系统的动力核心，克服系统阻力，维持气体在设计参数下持续循环。

废气处理系统引风：虽然主要功能是加压，但通过系统配置调整，D型风机也可用于某些废气处理环节，为洗涤塔或吸附装置提供适宜的气流。

四、关键部件详解与维护要点

4.1 风机主轴系统

D(Dy)2868-1.37型风机主轴采用高强度合金钢整体锻造，经调质处理和精密加工而成。主轴设计需要同时满足强度、刚度和临界转速要求：

强度计算：根据最大扭矩和弯矩复合作用，采用第四强度理论（形状改变比能理论）进行强度校核，确保在最恶劣工况下安全系数不低于2.5。考虑稀土提纯工厂可能的不稳定工况，设计时还加入了适当的疲劳强度余量。

刚度保证：主轴刚度直接影响转子动力学特性。通过有限元分析优化轴径和跨距，确保一阶临界转速高于工作转速的125%，避免共振风险。同时控制最大挠度在轴承间隙的30%以内，保证齿轮或联轴器的对中精度。

表面处理：主轴在轴承段和密封段进行表面淬火或镀铬处理，提高耐磨性和耐腐蚀性。针对稀土工艺中可能遇到的酸性气体环境，特殊型号还会采用不锈钢材质或喷涂耐蚀涂层。

4.2 轴承与轴瓦系统

D系列风机主要采用滑动轴承（轴瓦）支撑转子，相比滚动轴承具有承载能力强、阻尼特性好、寿命长的优点：

轴瓦材料：通常采用锡基巴氏合金（如ZChSnSb11-6）作为轴承衬材料，这种材料具有良好的嵌入性、顺应性和抗胶合能力，能够容忍少量异物颗粒和轻微的轴不对中。

润滑系统：建立稳定的油膜是滑动轴承正常工作的关键。根据雷诺方程推导的油膜压力分布，设计合理的轴承间隙（通常为轴径的0.1%-0.15%）和供油参数。润滑油不仅起到润滑作用，还承担着散热功能，将轴承摩擦热及时带走。

温度监控：每副轴承都安装有双支铂热电阻，连续监测轴承温度。正常工作时轴承温度应控制在65℃以下，报警值设为70℃，跳机值设为75℃。温度异常升高往往是润滑不良、对中变差或负载异常的早期征兆。

4.3 风机转子总成

转子总成是离心鼓风机的核心部件，D(Dy)2868-1.37型的转子采用多级叶轮与主轴过盈配合加键连接的方式：

叶轮设计：每级叶轮均采用后弯式叶片，叶片数在12-16片之间。叶轮材料根据输送气体性质选择，对于一般空气或惰性气体采用高强度铝合金，对于腐蚀性气体则采用不锈钢或钛合金。叶轮出口宽度、出口直径和叶片出口角度的匹配经过优化，确保在设计点具有最高效率。

动平衡要求：转子装配完成后必须进行高速动平衡校正。平衡精度要求达到ISO1940 G1.0级，即转子重心偏移量控制在e ≤ 9549/N mm（N为工作转速，转/分钟）以内。对于D(Dy)2868-1.37型这样的大流量风机，通常要求在工作转速下进行现场动平衡，以消除支撑系统柔性的影响。

过盈配合计算：叶轮与主轴的配合采用过盈连接，过盈量根据传递扭矩和离心力作用计算确定。采用厚壁圆筒理论计算配合面压力，确保在最恶劣工况下（包括急停时的反向扭矩）配合面不发生相对滑动。

4.4 密封系统

气封装置：级间密封和轴端密封采用迷宫密封形式，利用多道曲折间隙形成流动阻力，减少内部泄漏。密封间隙根据气体性质和工作温度设计，通常为直径的0.5/1000左右。对于高压级，还会采用蜂窝密封等高效密封形式，泄漏量可比传统迷宫密封减少30%-50%。

碳环密封：在输送特殊气体（如氢气、氦气等小分子气体）或要求零泄漏的场合，D(Dy)2868-1.37型风机可选配碳环密封系统。碳环密封由多个分段碳环组成，在弹簧力作用下与轴表面保持微接触，形成动态密封。碳环材料具有良好的自润滑性和耐磨性，正常工作寿命可达2-3年。

油封系统：轴承箱的油封通常采用复合唇密封或机械密封，防止润滑油泄漏和外部污染物侵入。对于高速风机，油封的设计需要特别考虑离心力对密封唇的影响，确保在各种转速下都能保持稳定的密封性能。

4.5 轴承箱与润滑系统

轴承箱不仅为轴承提供支撑和定位，还构成润滑油循环的一部分。D系列风机轴承箱采用铸铁或铸钢制造，内部油路经过优化设计，确保润滑油能够均匀分配到各润滑点。

润滑系统通常采用强制循环油站，包括主辅油泵、油冷却器、过滤器、蓄能器和监控仪表。油压、油温、油位和油质在线监测是保证风机长期稳定运行的关键。特别值得注意的是，当输送某些与润滑油不相容的气体（如氧气）时，需要采用特殊合成润滑油，并加强密封防止气体进入轴承箱。

五、风机维修与故障处理策略

5.1 日常维护与定期检修

D(Dy)2868-1.37型风机的维护应遵循预防为主的原则，建立完善的维护体系：

日常点检：每班检查油位、油温、油压；监听轴承和齿轮声音；检查振动值和进出口压力；记录电流、电压等电气参数。通过趋势分析早期发现潜在问题。

月度检查：检查润滑油质，必要时取样化验；检查联轴器对中情况；检查地脚螺栓紧固状态；清洁冷却器和过滤器。

年度大修：这是保证风机长期可靠运行的关键，应包括：全面解体检查所有部件磨损情况；更换所有密封件和易损件；检查叶轮腐蚀和积垢情况，必要时进行清理或修复；重新校正转子动平衡；检查基础状况和管道应力。

5.2 常见故障诊断与处理

振动异常：这是离心风机最常见的故障现象。振动原因复杂，可能包括：转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动、气流激振等。诊断时需要结合振动频谱分析，识别特征频率成分。例如，1倍频振幅增大通常指示不平衡或不对中；高倍频成分可能暗示轴承故障；低频成分可能与气流不稳定有关。

轴承温度高：可能原因有：润滑油不足或污染、冷却系统故障、轴承间隙不当、负载过大等。处理时首先检查润滑系统，确认油质、油量和油温正常；然后检查对中和管道力，排除外部强加负载；最后考虑轴承本身问题。

性能下降：流量或压力达不到设计值，可能原因包括：进气过滤器堵塞、密封间隙过大导致内泄漏增加、叶轮腐蚀或积垢使效率降低、转速下降等。需要系统检查各环节，特别关注工艺条件变化对风机性能的影响。

异常噪声：除轴承问题外，气流噪声变化可能指示旋转失速或喘振的发生。喘振是离心风机最危险的工况之一，发生时气流强烈脉动，可能造成设备严重损坏。防止喘振的措施包括：设置防喘振控制线、保证最小流量、优化进出口管道设计等。

5.3 大修关键技术要点

转子修复：叶轮腐蚀或磨损后，可采用堆焊修复，但必须控制焊接热输入和焊后热处理，防止变形和残余应力。修复后必须重新进行动平衡，平衡精度应与新转子相同。

轴承修复：巴氏合金轴瓦磨损后，可重新浇铸加工。浇铸前需彻底清洁瓦背，确保合金与瓦背良好结合。加工时严格控制轴承间隙和接触角度（通常为120°），接触点应均匀分布。

对中校正：风机与电机重新安装时必须精确对中。采用双表法或激光对中仪，确保冷态对中值考虑工作温度变化的影响。对于D系列高速风机，冷态对中通常要求径向偏差不超过0.03mm，角度偏差不超过0.02mm/m。

六、工业气体输送特殊考量

6.1 各类工业气体的输送特点

D(Dy)型系列风机设计时考虑了多种工业气体的输送需求，不同气体对风机设计和材料选择有不同要求：

空气：最常见介质，设计基准。但需注意空气中可能含有尘埃、水分等杂质，需要配置适当的过滤和分离装置。

工业烟气：通常含有腐蚀性成分（SO₂、NOx等）、颗粒物和水分。需要采用耐蚀材料（如不锈钢316L、双相钢）、加大腐蚀余量、降低易积灰部位流速。进气温度控制也很重要，防止酸露点腐蚀。

二氧化碳CO₂：密度大于空气，压缩功耗较高。高压下CO₂可能液化，设计时需确保最低工作温度高于临界温度。CO₂含水时腐蚀性增强，需要控制露点温度。

氮气N₂和惰性气体（He、Ne、Ar）：化学惰性，材料选择相对简单。但氦气分子量小，容易泄漏，需要更严密的密封系统。氩气密度大，需校核轴承负载能力。

氧气O₂：强氧化性，所有与氧气接触的部件必须彻底脱脂，防止油脂燃烧。材料选择避免使用易氧化材料，通常采用不锈钢、铜合金或特殊涂层。润滑系统必须严格隔离，防止氧气进入轴承箱。

氢气H₂：密度小、易燃易爆、易泄漏、易使材料氢脆。需要防爆设计、特殊密封（如干气密封）、氢脆敏感材料避用（如高强度钢需控制硬度上限）。电气设备需符合防爆要求。

混合无毒工业气体：根据具体成分确定设计参数，特别注意气体成分变化对压缩机性能曲线的影响，以及可能的腐蚀、凝结等问题。

6.2 气体性质对风机设计的影响

气体密度影响：根据欧拉方程，风机压头与气体密度无关，但压力与密度成正比。输送密度大的气体时，相同转速下压力升高，轴功率增加，需校核电机功率和轴承负载。反之，密度小的气体需要更高转速才能达到相同压力。

绝热指数影响：根据离心压缩机多变压缩过程计算公式，气体绝热指数（比热比）影响压缩温升和功率。绝热指数大的气体（如单原子气体）温升较高，需加强冷却。

可压缩性影响：实际气体与理想气体的偏差用压缩因子Z表示，高压时需修正。根据实际气体状态方程计算压缩功和出口温度更准确。

腐蚀性考量：除材料选择外，设计时控制流速在适宜范围，避免高速冲刷腐蚀。容易冷凝的气体需保证壁温高于露点，或设计冷凝液排放装置。

安全性设计：易燃易爆气体需防爆设计和安全泄放装置；有毒气体需确保零泄漏；高温气体需考虑热膨胀和材料高温强度。

七、D(Dy)2868-1.37型风机选型与应用建议

7.1 选型基本原则

在镝提纯工艺中选择D(Dy)2868-1.37型风机时，需综合考虑以下因素：

工艺匹配性：确保风机性能曲线覆盖工艺要求的流量压力范围，并留有一定余量（通常流量余量10%-15%，压力余量5%-10%）。特别关注最小流量限制，防止喘振发生。

气体适应性：确认输送气体的所有特性参数，包括成分、温度、湿度、腐蚀性、清洁度等，选择相应材质和配置的风机。

系统集成：考虑风机与前后工艺设备的匹配，包括管道尺寸、阀门类型、控制系统接口等。进出口管道设计应避免急转弯和截面突变，减少压力损失。

能效评估：在满足工艺要求的前提下，选择高效工作点。D(Dy)2868-1.37型风机的高效区通常在设计流量的80%-110%范围内，选型时应确保常用工况点落在该区域内。

7.2 安装调试要点

基础要求：风机基础需有足够质量和刚度，防止振动传递和共振。混凝土基础通常要求重量为风机重量的3-5倍，基础自然频率应避开风机工作频率的±20%范围。

管道连接：进出口管道应设置柔性连接，隔离管道应力。管道支撑独立，避免将重量和热应力传递给风机壳体。气流方向与风机进出口方向一致，避免旋流产生。

调试程序：首次启动前需完成油系统冲洗、电气检查、安全装置测试等准备工作。启动时应遵循低速运转、逐步升速的原则，观察振动、温度等参数变化。性能测试应在设计工况下进行，记录实际性能曲线。

7.3 运行优化策略

工况调节：根据工艺变化灵活调节风机运行点。对于D系列多级风机，常用的调节方法有：进口导叶调节、转速调节（变频驱动）、出口节流等。其中变频调节能效最高，但投资较大；进口导叶调节在部分负荷时效果良好。

状态监测：建立完善的状态监测系统，包括振动监测、温度监测、性能监测等。利用大数据分析和人工智能技术，实现故障预警和预测性维护。

节能措施：定期清洗叶轮和流道，保持最佳效率；优化管道系统，减少不必要的压力损失；合理设定工艺参数，避免过度供给；考虑余热回收利用（如润滑油热量回收）。

八、结语与展望

D(Dy)2868-1.37型高速高压多级离心鼓风机作为重稀土镝提纯工艺中的关键设备，其技术水平和运行状态直接影响到稀土产品的纯度、产量和生产成本。随着稀土行业对提纯效率、能耗指标和环保要求的不断提高，对离心鼓风机的性能要求也日益提升。

未来发展趋势包括：更高效率的流道设计和叶轮型线；更智能化的状态监测和故障诊断系统；更广泛的新型材料应用（如复合材料叶轮、陶瓷涂层等）；更好适应变工况的调节技术；以及更加注重全生命周期成本的设计理念。

作为风机技术人员，我们应当深入理解稀土提纯工艺的特殊需求，掌握设备的工作原理和维护技术，不断优化设备性能，为保障国家战略资源的高效提取和利用做出贡献。通过精心选型、正确安装、规范维护和优化运行，D(Dy)2868-1.37型及其系列风机必将在重稀土提纯领域发挥更加重要的作用。