轻稀土提纯风机：S(Pr)2162-1.91型单级高速双支撑加压风机技术详解

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轻稀土提纯风机：S(Pr)2162-1.91型单级高速双支撑加压风机技术详解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、镨元素分离、S(Pr)2162-1.91离心鼓风机、风机结构、风机维修、工业气体输送、离心鼓风机选型

引言

在稀土冶炼，特别是轻稀土（铈组稀土）镨（Pr）的分离与提纯工艺中，精确、稳定、高效的气体输送与加压设备是保障产品质量、生产效率和系统安全的核心环节。离心鼓风机作为提供工艺气源的关键动力设备，其性能直接关系到萃取、吹扫、气提、流化床供气等单元操作的成败。本文将以专为轻稀土镨提纯工艺设计的S(Pr)2162-1.91型单级高速双支撑加压风机为核心，结合本人多年从事风机技术的经验，系统阐述其技术基础、型号含义、核心配件、维修要点，并延伸探讨在稀土工业中输送各类特种工业气体的风机选型与应用要点。

一、轻稀土提纯工艺与风机作用概述

轻稀土（镧、铈、镨、钕等）的分离提纯通常采用溶剂萃取法、氧化还原法等。在这些过程中，需要稳定可控的气流进行物料搅拌、气氛保护、有害气体置换或作为某些化学反应的介质。例如，在镨的分离工序中，可能需要用洁净空气或惰性气体（如氮气）进行槽罐吹扫，或向特定反应器提供一定压力的氧气或混合气体。离心鼓风机正是提供这些气流的“心脏”。它需要在不同的压力、流量及气体介质条件下长期连续稳定运行，且对密封性、耐腐蚀性及可靠性要求极高。

二、风机型号体系解读与S(Pr)2162-1.91详解

在稀土行业，风机型号通常经过特殊编码，直观反映其系列、用途、性能参数及目标介质。

1. 常见系列型号含义

“C(Pr)”型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联，适用于中高压力、中等流量的工况。结构相对复杂，效率高，常用于需要稳定中高压气源的工段。 “CF(Pr)”/“CJ(Pr)”型系列专用浮选离心鼓风机：专门为稀土矿浮选工艺设计，注重流量调节范围宽、运行平稳，以适应浮选槽波动的气量需求。 “D(Pr)”型系列高速高压多级离心鼓风机：追求更高出口压力，通常采用多级叶轮结合齿轮增速技术，适用于对压力要求特别苛刻的提纯或输送环节。 “AI(Pr)”型系列单级悬臂加压风机：单级叶轮，转子悬臂支撑。结构紧凑，适用于流量和压力参数适中的场合，维护相对简便。 “AII(Pr)”型系列单级双支撑加压风机：单级叶轮，转子两端支撑。刚性更好，运行更平稳，适用于比悬臂式要求更高稳定性的场合。 “S(Pr)”型系列单级高速双支撑加压风机：本文重点。该系列风机采用单级高转速叶轮设计，转子为双支撑结构（即叶轮位于两个轴承之间），能实现较高的单级压升。其特点是结构刚性强、临界转速高、运行稳定可靠，特别适合需要较高压力但流量并非极大的工况，是轻稀土提纯中加压、输送关键工艺气体的优选机型之一。

2. 核心型号：S(Pr)2162-1.91 深度解析
以S(Pr)2162-1.91这一具体型号为例，进行拆解说明：

“S”：代表“S系列”，即单级高速双支撑加压风机。 “(Pr)”：表示该风机设计或优化时，主要针对的工艺介质或环境与镨（Pr）元素的提纯过程相关。这暗示了风机在材料选择、密封配置、防腐处理等方面可能考虑了镨提纯工艺中常见的气体成分或工况特点。 “2162”：通常表示风机在额定条件下的进口容积流量，单位为立方米每分钟（m³/min）。因此，S(Pr)2162-1.91表示该风机在设计进气状态下（通常为标准进气条件，如20℃，101.325kPa，相对湿度50%的空气），每分钟能输送约2162立方米的体积流量。这是选型的核心参数之一，直接关系到工艺供气能力。 “-1.91”：表示风机的出口表压（即高出大气压的部分）为1.91个大气压（工程上常用ata或barg表示，约合0.191MPa）。这明确了风机的加压能力。 进/出口压力标注惯例：型号中“-1.91”前没有“/”符号，根据说明，即表示该风机的进口压力为1个标准大气压（绝压）。若进口气体本身有压力，型号可能表示为类似“S(Pr)2162/1.2-2.4”的形式，意为进口压力1.2ata，出口压力2.4ata，风机升压为1.2ata。

此型号完整定义了风机的基本性能：在标准进气条件下，流量2162 m³/min，将气体从常压加压至约2.91ata（绝压）。用户需根据实际工艺所需的气体种类、温度、进口状态来换算成风机设计状态下的流量进行最终匹配。

三、 S(Pr)系列风机核心配件与结构剖析

一台S(Pr)2162-1.91型风机的长期稳定运行，依赖于其精密设计和高质量的核心配件。

1. 风机主轴
主轴是传递扭矩、支撑转子旋转的核心部件。对于高速双支撑风机，主轴需具有极高的强度、刚度和动平衡精度。材料通常选用高强度合金钢（如42CrMo），经过调质热处理、精密加工和探伤检测。其设计必须使工作转速远离临界转速，以确保安全。

2. 风机转子总成
转子总成是风机做功的核心，主要包括主轴、叶轮、平衡盘（如有）、联轴器等部件的组装体。叶轮是关键中的关键，对于S系列单级风机，叶轮通常为半开式或闭式三元流设计，采用高强度铝合金或不锈钢（如304、316，甚至更耐蚀的合金）精密铸造或数控加工而成，并进行超速试验和动平衡校正，确保在高转速下（可能达数千至上万转/分钟）的强度和气动效率。

3. 轴承与轴瓦
双支撑结构意味着转子两端各有一套径向轴承。对于大型高速风机，常采用滑动轴承（轴瓦）。轴瓦通常为剖分式，内衬巴氏合金。其优点是承载能力强、阻尼性能好、运行平稳、寿命长。润滑油系统需持续向轴瓦供油，形成稳定的油膜，将旋转摩擦转化为液体摩擦。轴承箱的设计需保证良好的散热和密封。

4. 密封系统
密封是防止气体泄漏和润滑油污染的关键，尤其在输送特殊工业气体时。

气封与碳环密封：在叶轮轮盖和机壳之间，通常设有迷宫密封或更先进的碳环密封。碳环密封利用多个碳环在弹簧力作用下与轴形成紧密的径向接触，能有效减少高压侧气体向低压侧的泄漏，尤其适用于有一定压力且不允许泄漏的工况。油封：位于轴承箱两端，主要防止润滑油外泄和外部杂质进入轴承。常用骨架油封、迷宫油封或组合式密封。

5. 轴承箱
轴承箱是容纳轴承（轴瓦）、提供润滑和冷却空间的部件。它需要有足够的刚性来保证轴承的对中性，并设计有进出油口、观察窗、测温测振探头接口等。

6. 其它关键配件
包括确保进气流场均匀的进气室，将动能转化为压力能的蜗壳（机壳），以及润滑系统（油箱、油泵、冷却器、过滤器）、监控系统（温度、振动、压力传感器）和底座等。

四、风机日常维护与修理要点

针对S(Pr)2162-1.91这类关键设备，预防性维护和精准修理至关重要。

1. 日常巡检与监测

振动监测：使用振动分析仪定期监测轴承座处的振动速度或位移值。振动异常往往是转子不平衡、对中不良、轴承磨损或松动的最早征兆。 温度监测：密切监控轴承温度（特别是巴氏合金表面温度）、润滑油进出油温。异常升温可能预示润滑不良、冷却失效或摩擦加剧。 压力与流量监测：检查进出口压力、过滤器压差、润滑油压是否在正常范围。流量异常波动可能提示系统阻力变化或内部泄漏。 听音检查：定期用听针或电子听诊器倾听轴承箱和机壳内部声音，排查摩擦、撞击等异响。 油品分析：定期对润滑油取样化验，检测粘度、水分、金属颗粒含量等，预测内部磨损状况。

2. 定期保养

按照规程定期更换润滑油和滤芯。检查并紧固各连接螺栓。清洁进气过滤器，确保进气洁净。检查并校准各类仪表和传感器。

3. 关键部件修理

转子动平衡修复：当振动值超标且分析确定为不平衡引起时，需将转子总成送至有资质的动平衡机上进行现场或离线动平衡校正。这是风机大修的核心工作之一。 轴瓦维修与更换：若巴氏合金层出现磨损、剥落、裂纹或烧熔，需刮研修复或更换新轴瓦。刮研是一项高技术工作，需保证接触面积和油楔形状。 叶轮检查与修复：检查叶轮有无腐蚀、磨损、裂纹（特别是叶片根部与轮盘连接处）。轻微磨损可修复，严重损伤需更换。任何修复后都必须重新做动平衡。 密封更换：碳环密封属于易损件，达到磨损极限或出现破损时应成套更换。安装时注意弹簧预紧力和环的间隙。 对中调整：风机与电机重新安装或基础发生变化后，必须使用激光对中仪等工具进行精确对中，减少附加弯矩和振动。 主轴检查：大修时应对主轴进行无损探伤（如磁粉、超声波），检查有无裂纹或应力集中。

五、输送各类工业气体的风机选型与应用考量

稀土提纯中可能涉及多种气体，风机选型需格外谨慎。

1. 气体特性对风机设计的影响

密度：气体密度直接影响风机所需的功率（功率与密度大致成正比）。例如输送氢气（H₂），密度极小，所需功率低，但密封要求极高；输送二氧化碳（CO₂），密度较大，需更大功率电机。 腐蚀性：如氧气（O₂）在高压下促进氧化，工业烟气可能含酸性成分。需选用不锈钢（如316L）、蒙乃尔合金等耐腐蚀材料制造过流部件（叶轮、机壳），并严格禁油。 危险性：氢气（H₂）易燃易爆，氧气（O₂）助燃。风机需采用防爆电机、防静电设计，密封必须绝对可靠，并配备气体泄漏检测和消防系统。 纯度与洁净度：输送氦气（He）、氖气（Ne）、氩气（Ar）等惰性保护气体时，需防止润滑油污染。可能采用磁力驱动（无接触密封）或采用特殊的干气密封系统。轴承箱与气路间的密封等级要求更高。 温度与湿度：进气温度影响实际流量和材料强度；湿度高可能引起冷凝腐蚀或结垢。

2. 针对不同气体的选型参考

空气、混合无毒工业气体：最为常见，可根据压力流量需求在C、S、AII等系列中选择。重点考虑效率和可靠性。 氮气（N₂）、氩气（Ar）等惰性气体：常用于保护气氛。选型时注重密封性，防止空气渗入影响气体纯度。S系列、AII系列的双支撑结构因其刚性好、密封布置空间相对充裕，常被选用。 氧气（O₂）：必须选用禁油压缩机。所有过流部件需进行严格的脱脂清洗。材料选择需考虑氧化和火花风险（如铜合金或不特定牌号的不锈钢）。通常有专用的氧压机系列，或在标准系列基础上进行特殊处理。 氢气（H₂）：首选隔膜压缩机或液环压缩机更为安全。若选用离心式，则对轴的密封（如采用干气密封串联迷宫密封）、防爆、防静电接地要求达到最高等级。设计转速可能更高以适应其低密度特性。 二氧化碳（CO₂）、工业烟气：重点在于材料耐腐蚀性和防结垢设计。可能需要提高材质等级（如316不锈钢），并在进口设置高效的过滤和分离装置。机壳底部考虑排污设计。

3. 通用选型步骤

明确工艺参数：确定所需气体的种类、所需质量流量（或工况体积流量）、进口温度压力、出口要求压力、气体成分（特别是腐蚀性、爆炸性成分含量）。 气体参数换算：将实际气体在工况下的流量换算到风机设计的标准进口状态下的流量。 初选机型系列：根据压力、流量范围及气体特性，参考各系列的性能曲线和应用范围初步选择，如高压选D系列，中压大流量选C系列，中压流量适中且要求稳定选S系列或AII系列。 确定具体型号：根据换算后的流量和所需升压，在选定系列的性能表或曲线图上找到匹配的型号，如S(Pr)2162-1.91。 材料与配置确认：根据气体腐蚀性、危险性、纯度要求，最终确定过流部件材质、密封形式、轴承类型、冷却方式、驱动机类型（防爆、变频等）以及辅机配置（过滤器、冷却器、油站、控制系统等）。 安全与合规性检查：确保设计符合相关特种设备（如压力容器、防爆设备）和安全规范。

结论

在轻稀土镨的提纯这一精细化工业领域，离心鼓风机绝非简单的通用设备。S(Pr)2162-1.91型单级高速双支撑加压风机作为针对该工艺优化的设备代表，其型号编码蕴含了关键的性能参数，其精巧的双支撑转子设计、高性能叶轮、可靠的滑动轴承和严密的密封系统，共同保障了其在特定压力流量范围内的卓越稳定性和效率。深入理解其核心配件构成与维修要点，是保障设备长周期安全运行的基石。同时，面对稀土工业中多样的气体输送需求，必须深刻认识到气体物性对风机选型、材料和配置的决定性影响，遵循科学的选型流程，才能为不同工艺环节匹配最安全、最经济、最可靠的风机解决方案，从而为整个轻稀土提纯生产线的顺畅运行和产品质量保驾护航。

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