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轻稀土钕(Nd)提纯风机核心技术解析:以AII(Nd)134-2.53型风机为例

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:轻稀土提纯、钕(Nd)提纯风机、AII(Nd)134-2.53、离心鼓风机结构、风机维修保养、工业气体输送、稀土冶炼专用设备

引言

在轻稀土(铈组稀土)的湿法冶炼与提纯工艺中,特别是钕(Nd)元素的分离与精制,高效、稳定、可控的气体输送设备是关键环节之一。离心鼓风机作为提供氧化、搅拌、气浮、流态化及物料输送等动力的核心设备,其性能直接关系到产品质量、回收率与生产成本。本文将从实际应用出发,结合我国稀土行业广泛应用的专用风机系列,重点对AII(Nd)134-2.53型单级双支撑加压风机进行深度解析,并系统阐述其核心配件、维修要点,同时对用于输送各类工业气体的离心鼓风机技术进行说明。

第一章 轻稀土钕提纯工艺与风机选型概述

轻稀土提纯,尤其是钕的提取,常采用溶剂萃取、离子交换、氧化还原等工序。这些工序需要风机提供精确流量和压力的气体,例如:向反应槽中鼓入空气以进行氧化(如将Ce³⁺氧化为Ce⁺⁺),或输送氮气(N₂)作为保护性气氛,在特定步骤中可能使用氢气(H₂)进行还原。因此,风机不仅是一个动力源,更是工艺参数的精确执行单元。

针对不同工艺段的需求,形成了系列化的专用风机型号,其命名规则具有明确的技术指向性:

“C(Nd)”系列:多级离心鼓风机,适用于中等流量、较高压力的稳定气体输送,如萃取线的主供气。 “CF(Nd)”与“CJ(Nd)”系列:专用浮选离心鼓风机,针对稀土浮选工序的特定气液混合工况优化,强调抗堵塞与流量调节性。 “D(Nd)”系列:高速高压多级离心鼓风机,适用于要求极高压力的场合,如高压气提或远程物料输送。 “AI(Nd)”系列:单级悬臂加压风机,结构紧凑,适用于空间受限的中低压场合。 “S(Nd)”系列:单级高速双支撑加压风机,高转速、高效率,适用于对气体洁净度要求高的场合。 “AII(Nd)”系列:单级双支撑加压风机,本文重点机型,以其出色的刚性、平衡性和维护便利性,在钕提纯的中压关键工段应用广泛。

型号解读示例:以“D(Nd)300-1.8”为例,“D”代表D系列高速高压多级离心鼓风机;“300”表示风机在标准状态下的进口流量为每分钟300立方米;“-1.8”表示风机出口的表压为1.8个标准大气压(即出口绝对压力约为2.8ata)。若型号中未标注进口压力,则默认进口压力为1个标准大气压(绝压)。此型号风机常与跳汰机等重选设备配套,通过精确的气压控制实现矿物颗粒的按密度分层。

第二章 AII(Nd)134-2.53型风机深度解析

AII(Nd)134-2.53型风机是轻稀土钕提纯生产线中用于气体加压与输送的主力机型之一。

2.1 型号与技术参数释义

AII(Nd):代表AII系列,专为钕提纯工艺设计的单级、双支撑(两端轴承支撑)结构离心鼓风机。双支撑结构转子动力学特性好,运行平稳,能承受较大的载荷波动,非常适合连续生产的稀土冶炼工况。 134:表示该风机的叶轮公称直径为134厘米。这是决定风机能量头(压头)的关键尺寸。叶轮直径越大,在相同转速下,气体获得的离心力越大,出口压力通常越高。 2.53:表示风机设计出口表压为2.53个标准大气压(即出口绝对压力约为3.53ata)。这是一个典型的中等压力参数,适用于氧化槽鼓风、流化床供气、以及向后续工段输送工艺气体等场景。

2.2 结构与工作原理
该风机由电机通过联轴器驱动风机主轴高速旋转。主轴带动风机转子总成(核心部件为叶轮)在机壳内运动。气体从轴向进入叶轮,在高速旋转的叶轮叶片作用下获得动能和压力能,从叶轮外周排出,经蜗壳扩压后,以更高的压力和一定的流量从出口排出。其产生的压力与流量关系,遵循离心式风机的压力-流量特性曲线,大致呈抛物线形状,即随着流量增大,风机所能提供的压力会下降。

2.3 核心配件系统详解
为确保AII(Nd)134-2.53在可能接触腐蚀性、易燃性工业气体的环境中长期可靠运行,其配件系统设计至关重要。

转子总成与主轴主轴:采用高强度合金钢(如42CrMo),经调质热处理和精密加工,确保在高扭矩和弯矩下的疲劳强度与刚性。其临界转速必须远高于工作转速,以避免共振。 叶轮:根据输送气体性质(如是否含腐蚀性成分),选用不锈钢(如304、316L)、钛合金或铝合金材料。流道型线经过空气动力学优化,采用后向叶片居多,以获得较平坦的特性曲线和较高效率。叶轮需进行严格的动平衡校正,精度等级通常要求达到G2.5级或更高,以最小化振动。 轴承与润滑系统风机轴承用轴瓦:AII系列通常采用滑动轴承(轴瓦)。轴瓦材料多为锡基巴氏合金(如ChSnSb11-6),具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力,能有效缓冲冲击载荷。轴瓦与主轴轴颈的配合间隙需精确计算,通常遵循间隙比等于零点零零八至零点零一二乘以轴颈直径的平方根的经验公式范围进行设计,以保证形成稳定的油膜。 轴承箱:是容纳轴承、轴瓦和润滑油的密闭壳体。其结构需保证刚性,并能有效散热。箱体上设有油位计、温度计接口和泄压口。 密封系统气封与油封:在轴穿过机壳和轴承箱的位置,必须设置可靠的密封。 气封(轴端密封):常用碳环密封。碳环具有良好的自润滑性和耐磨性,能在高速下与轴形成极小的稳定间隙,有效防止机壳内高压气体外泄,也防止外部空气进入(对于输送易燃、易爆或要求纯度高的气体尤为重要)。碳环密封通常由多个环串联组成,每个环室可引入缓冲气(如洁净氮气),形成多级减压,密封效果极佳。 油封:位于轴承箱两端,主要防止润滑油外漏。常采用骨架油封或迷宫式油封与甩油盘组合结构。 其它关键配件机壳(蜗壳):承载压力,引导气流。需有足够的强度和刚度,防止变形。 进口导叶或调节阀:用于调节风机的流量和压力,以适应工艺变化。 润滑油系统:包括油泵、冷却器、过滤器等,为滑动轴承提供连续、洁净、温度适宜的润滑油。

第三章 风机常见故障诊断与修理要点

对于AII(Nd)134-2.53这类关键设备,预防性维护和精准修理是保障生产连续性的生命线。

3.1 振动超标
这是最常见的故障。原因及处理:

转子不平衡:叶轮结垢、腐蚀不均或零部件脱落。需停机清洁叶轮或重新进行动平衡校正。校正时需遵循“两步法”:先在校正面上试加配重,测量振动相位和幅值,然后根据矢量计算法则确定应加配重的大小和角度。 对中不良:电机与风机主轴中心线偏差过大。需使用激光对中仪进行精确找正,确保径向和轴向偏差在允许范围内(通常径向≤0.05mm,轴向≤0.03mm)。 轴承损坏:轴瓦磨损、巴氏合金层脱落或烧蚀。需研刮新轴瓦或更换,确保接触面积、间隙符合要求。 基础松动或管道应力:紧固地脚螺栓,重新调整管道支架,消除外部强加于风机本体的应力。

3.2 轴承温度过高

润滑油问题:油质劣化、油量不足或油路堵塞。定期化验油质,清洗油路,确保油位正常。 轴瓦间隙不当:间隙过小导致摩擦发热,间隙过大导致油膜不稳。需按标准调整间隙。 冷却不足:油冷器结垢或冷却水量不足。清洗冷却器,检查冷却水系统。

3.3 性能下降(压力、流量不足)

密封间隙过大:特别是碳环密封磨损,导致内泄漏加剧,有效做功的气体减少。需检查并更换碳环。 叶轮磨损或腐蚀:通流部件效率下降。需修复或更换叶轮。 滤网堵塞:进气阻力增大。清洗或更换进口过滤器。

3.4 气体泄漏

碳环密封失效:主要泄漏点。检查碳环磨损情况、弹簧弹力及缓冲气压力。更换损坏的碳环。 机壳结合面泄漏:紧固螺栓或更换密封垫片。

修理总则:任何维修,尤其是涉及转子、轴承、密封的核心维修,都必须遵循“清洁、测量、规范、记录”的原则。修理后必须进行单机试车,监测振动、温度、电流、性能参数,合格后方可投入工艺运行。

第四章 输送各类工业气体的风机技术要点

稀土提纯中,风机输送的介质远不止空气。不同气体物性(密度、粘度、爆炸极限、腐蚀性)对风机设计、材料和操作提出特殊要求。

空气:最常输送介质。按常规设计,重点防结露腐蚀(尤其在南方)。 工业烟气:可能含SO₂、水汽、颗粒物。需考虑机壳、叶轮的耐酸腐蚀材料(如316L不锈钢带涂层),前置高效除尘除雾装置,并保证壳体保温,防止酸露点腐蚀。 二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar):惰性或密度与空气不同的气体。风机压力和功率计算需以实际气体密度进行修正。风机轴功率与气体密度成正比。例如,输送密度约为空气1.5倍的CO₂时,在相同流量和压比下,轴功率约为输送空气时的1.5倍,电机选型必须留足余量。 氧气(O₂):强助燃剂。必须绝对禁油!整个流道(叶轮、机壳、密封)需进行严格的脱脂清洗,并采用铜合金或不锈钢等不易产生火花的材料。润滑系统必须与气路完全隔离,密封需采用无油润滑的碳环密封或干气密封。 氢气(H₂)、氦气(He):密度极小的轻气体。输送轻气体时,风机产生的压头会显著降低(压头与气体密度成反比),要达到工艺所需压力,往往需要更高转速或多级压缩。同时,对密封的要求极高,防止泄漏。碳环密封在此类应用中尤为关键。 混合无毒工业气体:需明确混合气体的具体成分、平均分子量(决定密度)、爆炸极限和腐蚀性,作为风机设计和安全防护的依据。

无论输送何种气体,选型的根本在于:准确获取工艺所需的进口状态下的体积流量进口压力与温度出口压力以及气体组成,然后由风机专业人员进行性能计算和选型。

结论

AII(Nd)134-2.53型单级双支撑加压风机,作为轻稀土钕提纯工艺中可靠的气动力心脏,其高效稳定的运行依赖于对转子动力学、流体力学、材料科学的深入理解和精湛的制造维修工艺。从C系列到D系列,从AI到AII,丰富的风机谱系为稀土冶炼全流程提供了精准的设备解决方案。作为设备管理者,我们不仅要理解型号背后的技术参数,更要掌握其核心配件的机理与维修要诀,并能根据输送介质的特性进行针对性的维护与管理。唯有如此,才能确保这些关键设备在苛刻的工业环境中长效服役,为我国稀土工业的提质增效与安全生产保驾护航。

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