轻稀土提纯风机技术解析:以S(Pr)917-2.76型离心鼓风机为中心

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯，铈组稀土，镨提纯风机，S(Pr)917-2.76离心鼓风机，风机配件，风机修理，工业气体输送，多级离心鼓风机

一、轻稀土提纯工艺与风机技术概述

在稀土矿物加工领域，轻稀土（铈组稀土）的提纯工艺对设备性能提出了特殊要求。其中，镨（Pr）作为轻稀土家族中的重要成员，其分离提纯过程需要精密的流体输送设备支持。离心鼓风机在这一工艺环节中扮演着关键角色，为浮选、分离、干燥等工序提供稳定可靠的气体动力支持。

稀土矿提纯用离心鼓风机与传统工业风机相比，具有以下显著特点：第一，气体介质复杂多样，可能涉及腐蚀性、易燃性或高纯度工业气体；第二，工作压力范围宽，从负压到高压均可能涉及；第三，对密封性要求极高，防止稀土粉尘泄漏和外界污染；第四，需要适应连续运转和负载变化的工况条件。

当前，针对稀土提纯工艺已开发出多个专用风机系列，包括“C(Pr)”型系列多级离心鼓风机、“CF(Pr)”型系列专用浮选离心鼓风机、“CJ(Pr)”型系列专用浮选离心鼓风机、“D(Pr)”型系列高速高压多级离心鼓风机、“AI(Pr)”型系列单级悬臂加压风机、“S(Pr)”型系列单级高速双支撑加压风机、“AII(Pr)”型系列单级双支撑加压风机等。这些风机可输送空气、工业烟气、二氧化碳CO₂、氮气N₂、氧气O₂、氦气He、氖气Ne、氩气Ar、氢气H₂及混合无毒工业气体，满足稀土提纯全过程的气体需求。

二、S(Pr)917-2.76型单级高速双支撑加压风机详解

2.1 型号命名规则与技术参数

风机型号“S(Pr)917-2.76”遵循特定的编码规则：“S”表示S系列单级高速双支撑加压风机；“Pr”表示专门适用于镨提纯工艺；“917”表示设计流量为每分钟917立方米；“-2.76”表示出风口压力为2.76个大气压。特别需要注意的是，此型号中没有“/”符号，按照行业惯例表示进风口压力为标准大气压（1个大气压）。这种命名方式直观反映了风机的主要性能参数，便于技术人员快速识别和选型。

该型号风机是针对镨提纯工艺中的特定工序设计的，通常用于跳汰机配套或类似需要中等压力和较大流量的气体输送场景。其设计压力2.76个大气压（约0.276MPa）能够满足大多数稀土浮选和分离工艺的气体压力需求，而917立方米/分钟的流量则可确保足够的气体供应量，保障工艺连续稳定运行。

2.2 结构特点与工作原理

S(Pr)917-2.76型风机采用单级高速双支撑结构，这种设计的优势在于结构相对简单、维护方便，同时双支撑设计提高了转子的稳定性和轴承寿命。风机主要由进气室、叶轮、扩压器、蜗壳、主轴、轴承系统、密封系统和驱动装置等部分组成。

其工作原理基于离心力作用：当电机带动叶轮高速旋转时，气体从进气室轴向进入叶轮，在叶片作用下获得能量，压力和提高速度；随后气体进入扩压器，流速降低，动能转化为压力能；最后气体通过蜗壳收集并导向出口管道。整个过程遵循能量守恒定律和欧拉涡轮方程，气体获得的能量与叶轮进出口速度三角形密切相关。

对于稀土提纯工艺，该风机在设计时特别考虑了以下因素：一是叶轮材质需耐稀土粉尘磨损；二是流道设计需减少粉尘沉积；三是密封系统需防止稀土粉末泄漏污染环境和工艺气体；四是整体结构需便于清洁维护，防止不同批次稀土交叉污染。

2.3 性能曲线与工况调节

S(Pr)917-2.76型风机的性能可通过性能曲线全面描述，包括压力-流量曲线、效率-流量曲线和功率-流量曲线。在额定工况下，风机效率最高，偏离设计点会导致效率下降。压力-流量曲线通常呈下降趋势，即流量增大时压力降低，这与离心式风机的特性相符。

在实际稀土提纯应用中，需要根据工艺变化调节风机工况，常用方法包括：进出口阀门调节、变转速调节和导叶调节。其中，变转速调节通过变频器实现，节能效果显著，且能更好地适应工艺波动。对于镨提纯工艺，由于物料性质和工艺条件可能批次变化，建议采用变频调速方式，使风机能够灵活应对不同工况需求。

三、风机核心配件详解

3.1 主轴与轴承系统

主轴是风机的核心旋转部件，承载着叶轮并传递驱动力矩。S(Pr)917-2.76型风机的主轴采用高强度合金钢锻造，经调质处理、精密加工和动平衡校验，确保在高转速下的稳定运转。主轴的设计需考虑临界转速远离工作转速，避免共振现象。

轴承系统采用轴瓦式滑动轴承，相比滚动轴承具有承载能力强、阻尼性能好、寿命长的优点。轴瓦材料通常为巴氏合金，这种材料具有良好的嵌入性和顺应性，能够容忍少量异物和不对中。轴瓦与轴颈之间的间隙需严格控制，一般为主轴直径的千分之一点五到千分之二，间隙过大会导致振动加剧，过小则可能引起烧瓦。

润滑系统对轴承寿命至关重要，S(Pr)917-2.76采用强制循环润滑，润滑油经过过滤、冷却后进入轴承，带走摩擦热和微小磨损颗粒。在稀土提纯环境中，需特别注意润滑油清洁度，防止稀土粉尘污染润滑油加速轴承磨损。

3.2 转子总成与叶轮

转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等旋转部件的组合体。叶轮作为能量转换的核心部件，其设计直接影响风机性能。S(Pr)917-2.76的叶轮采用后弯叶片设计，效率较高且性能曲线稳定。叶片型线经过空气动力学优化，减少流动损失。

针对稀土粉尘环境，叶轮表面可进行硬化处理或喷涂耐磨涂层，延长使用寿命。叶轮与主轴的连接采用过盈配合加键连接，确保在高转速下不会松动。整个转子总成在装配完成后需进行高速动平衡，平衡精度通常达到G2.5级，确保运转平稳。

3.3 密封系统

密封系统是防止气体泄漏和外界污染的关键，对于稀土提纯工艺尤为重要。S(Pr)917-2.76型风机采用多层次密封设计：

气封：安装在叶轮进口和轴端，减少内部气体泄漏。迷宫密封是最常见的气封形式，通过一系列节流间隙消耗泄漏气体的动能，将其转化为热能。间隙大小需精确控制，太小可能摩擦，太大则泄漏增加。

油封：防止润滑油泄漏和外界粉尘进入轴承箱。常用骨架油封或机械密封，骨架油封结构简单成本低，机械密封效果更好但结构复杂。

碳环密封：在高压差或特殊气体场合使用。碳环密封由多个碳环组成，在弹簧力作用下与轴表面贴合，形成动态密封。碳材料具有自润滑性，即使轻微接触也不会损伤轴表面。在稀土提纯风机中，碳环密封能有效防止工艺气体泄漏和外部氧气进入（对于还原性气体场合）。

轴承箱密封：采用迷宫密封和骨架油封组合，确保轴承箱内部清洁，防止稀土粉尘进入污染润滑油。

3.4 轴承箱与机壳

轴承箱支撑整个转子系统，其刚性直接影响风机振动水平。S(Pr)917-2.76的轴承箱为铸铁或铸钢件，具有良好的减振性能和热稳定性。箱体内部设计合理的油路，确保轴承充分润滑。

机壳包括进气室、蜗壳和出气口，形成气体的流道。蜗壳设计采用对数螺旋线，使气体平顺流出，减少涡流损失。机壳材质根据输送气体性质选择，对于腐蚀性气体可采用不锈钢或内衬防腐涂层。

四、风机维护与故障处理

4.1 日常维护要点

稀土提纯风机在恶劣环境中运行，日常维护至关重要：

4.2 常见故障与处理

振动过大：可能原因包括转子不平衡、对中不良、轴承磨损、基础松动或共振。处理方法：重新平衡转子、调整对中、更换轴承、加固基础或改变工作转速避开共振区。

轴承温度高：可能原因有润滑油不足或变质、冷却系统故障、轴承间隙不当、负载过大。处理方法：检查润滑系统、清洁冷却器、调整轴承间隙、检查工艺负载。

风量风压不足：可能原因包括过滤器堵塞、密封间隙过大、转速下降、叶轮磨损或工艺系统阻力增加。处理方法：清洗过滤器、调整密封间隙、检查驱动系统、更换叶轮或检查工艺管道。

异常噪音：可能原因有轴承损坏、转子与静止件摩擦、喘振现象。处理方法：检查轴承、调整间隙、调整工况避开喘振区。

4.3 大修周期与内容

S(Pr)917-2.76型风机建议每运行24000小时或三年进行一次大修（以先到为准），大修内容包括：

五、稀土提纯工艺中的气体输送考量

5.1 不同气体的输送特点

稀土提纯工艺涉及多种工业气体，风机选型和运行需考虑气体特性：

空气：最常用的介质，但需注意空气中水分和杂质对稀土工艺的影响，必要时需加装过滤和干燥装置。

氮气N₂：常用于惰性气氛保护，防止稀土氧化。氮气密度与空气接近，输送参数可参考空气，但需注意纯度要求。

氢气H₂：具有密度小、易燃易爆特性。输送氢气的风机需防爆设计，密封要求极高，通常采用双端面机械密封或干气密封。

氧气O₂：强氧化剂，与润滑油接触可能引发火灾。氧压机需采用无油润滑或特殊相容的润滑油，材料也需考虑氧化兼容性。

二氧化碳CO₂：具有一定腐蚀性，特别是湿二氧化碳形成碳酸腐蚀金属。风机材质需耐腐蚀，或气体先经干燥处理。

稀有气体（He、Ne、Ar）：价值高，泄漏损失大，对密封性要求极高。通常采用磁力传动或特殊密封设计减少泄漏。

5.2 气体特性对风机性能的影响

气体物性参数影响风机性能，主要参数包括密度、比热比、绝热指数和压缩因子。

密度影响：气体密度直接影响风机压力和功率。压力与密度成正比，当输送密度较小的气体（如氢气）时，相同转速下产生的压力较低，需提高转速或改变叶轮尺寸。

绝热指数影响：绝热指数影响压缩温升，计算公式为温升等于进口绝对温度乘以压力比的(绝热指数减一)/绝热指数次方减一。对于绝热指数大的气体（如氦气），相同压缩比下温升更高，需加强冷却。

压缩因子影响：真实气体偏离理想气体程度，高压时显著。计算实际流量时需考虑压缩因子修正。

在实际应用中，当更换输送气体时，需重新核算风机性能。换算公式为：新工况下的流量等于原工况流量乘以新气体密度除以原气体密度的平方根；新工况下的压力等于原工况压力乘以新气体密度除以原气体密度；新工况下的功率等于原工况功率乘以新气体密度除以原气体密度。

5.3 多风机系列在稀土提纯中的应用

不同系列的离心鼓风机在稀土提纯工艺中各有定位：

C(Pr)系列多级离心鼓风机：适用于中等流量、较高压力的场合，如加压浸出工序。多级设计可实现较高压缩比，效率较高。

CF(Pr)和CJ(Pr)系列浮选专用风机：针对浮选槽曝气设计，注重气体分散性和压力稳定性，通常配备气体分配系统。

D(Pr)系列高速高压风机：适用于需要高压的工艺环节，如高压过滤或特殊反应气体供应。转速可达每分钟数万转，采用齿轮箱增速。

AI(Pr)系列单级悬臂风机：结构紧凑，适用于空间受限或中小流量场合。悬臂设计使得维护时无需拆卸管道。

AII(Pr)系列单级双支撑风机：比悬臂式更稳定，适用于较大流量和较高压力场合，是S系列的补充。

各系列风机可根据具体工艺要求组合使用，形成完整的气体供应系统。

六、S(Pr)917-2.76型风机在镨提纯中的实践应用

6.1 工艺匹配与系统集成

在镨提纯生产线中，S(Pr)917-2.76型风机通常用于跳汰机气体供应系统。跳汰机利用周期性上升水流和气体使矿物按密度分层，气体供应的稳定性和可调性直接影响分选效果。

风机系统集成包括：进气过滤装置（去除粉尘和油分）、风机主体、出口消声器、气体分配阀组、压力流量检测仪表和控制系统。对于镨提纯，还需考虑气体纯度要求，可能增加气体净化装置。

控制系统通常采用PLC或DCS，实现风机的启停控制、转速调节、压力和流量闭环控制、安全联锁保护等功能。重要保护包括：防喘振控制、过载保护、轴承温度保护、振动保护和润滑油压保护。

6.2 节能优化措施

稀土提纯是能耗密集型工艺，风机节能具有重要意义：

6.3 安全注意事项

稀土提纯风机运行需特别注意以下安全事项：

七、未来发展趋势

随着稀土工业技术进步和环保要求提高，稀土提纯风机呈现以下发展趋势：

智能化：集成物联网技术，实时监测风机状态，预测性维护减少非计划停机。通过大数据分析优化运行参数，提高能效。

高效化：采用三元流叶轮、高效扩压器等先进气动设计，提高风机效率。新材料应用减轻重量、提高强度。

环保化：低噪音设计，符合日益严格的噪声标准。零泄漏密封技术，减少气体泄漏和环境污染。

专用化：针对特定稀土元素提纯工艺开发专用风机，如针对镨、钕、铈等不同元素的特性优化设计。

模块化：标准化、模块化设计缩短交货周期，降低维护成本，便于升级改造。

结语

S(Pr)917-2.76型单级高速双支撑加压风机作为轻稀土镨提纯工艺中的关键设备，其合理选型、正确使用和科学维护直接影响生产效率和产品质量。本文从风机结构、配件、维护、气体输送特性等多角度进行了系统阐述，旨在为稀土行业技术人员提供实用参考。随着技术进步和工艺发展，风机技术也将不断创新，为稀土工业的可持续发展提供更可靠的装备支持。

在实际应用中，建议用户与风机专业技术人员密切合作，根据具体工艺条件和气体特性优化风机选型和运行参数，建立完善的维护管理体系，确保设备长期稳定运行，为稀土提纯工艺提供优质的气体动力保障。