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轻稀土提纯风机S(Pr)1361-1.50技术详解及工业气体输送风机应用

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:轻稀土提纯、铈组稀土、镨、离心鼓风机、S系列风机、S(Pr)1361-1.50、风机配件、风机修理、工业气体输送、轴瓦、碳环密封

一、 引言:离心鼓风机在稀土矿提纯中的关键作用

稀土,作为现代工业的“维生素”,其战略价值不言而喻。在稀土家族中,轻稀土(铈组稀土,包括镧、铈、镨、钕等)的提取与应用尤为广泛。从矿石开采到最终获得高纯度的单一稀土氧化物或金属,需要经过破碎、选矿、焙烧、浸出、萃取、沉淀、煅烧等一系列复杂的物理化学过程。在这些过程中,可靠、高效、稳定的气体输送与加压设备是保障连续生产、决定产品纯度和能耗的关键环节。

离心鼓风机,以其结构紧凑、流量稳定、运行平稳、维护相对简便的特点,在稀土湿法冶金(特别是萃取分离、沉淀煅烧的气体搅拌与输送)、浮选工艺以及各类工业气体的输送中扮演着核心动力源的角色。针对不同工艺环节的特定压力、流量及介质要求,发展出了多系列专用风机。本文将从一线风机技术工程师的视角,聚焦于轻稀土(以镨为代表)提纯流程中的核心设备之一:S(Pr)1361-1.50型单级高速双支撑加压风机,深入剖析其技术内涵,并系统阐述相关风机配件、修理要点以及面向多种工业气体的输送风机技术。

二、 轻稀土提纯工艺与风机选型概览

轻稀土提纯是一个多阶段过程,不同阶段对风机的需求各异:

浮选阶段:需将空气以特定压力和流量鼓入矿浆,形成气泡,使目标矿物附着上浮。此环节要求风机流量大、压力适中、抗潮湿微尘。常选用“CF(Pr)”型或“CJ(Pr)”型系列专用浮选离心鼓风机,它们针对矿浆环境进行了防腐蚀和气密性强化设计。 萃取与搅拌阶段:在萃取槽或反应釜中,需要洁净的氮气(N₂)、氩气(Ar)等惰性气体进行气氛保护或搅拌,防止稀土离子氧化,或需要空气进行氧化反应(如铈的氧化)。此环节要求风机密封性极高,严防气体泄漏与介质污染。“AI(Pr)”型单级悬臂加压风机(结构紧凑)或“AII(Pr)”型单级双支撑加压风机(稳定性更佳)是常见选择。 沉淀、煅烧及物料输送阶段:需要高压气体进行压滤吹干、流态化输送(如将碳酸稀土粉末用气流输送至煅烧炉),或为煅烧炉提供助燃空气/氧气。此环节要求风机提供较高的压力。多级离心鼓风机,如 “C(Pr)”型系列(常规多级)和“D(Pr)”型系列(高速高压多级),以及本文重点介绍的“S(Pr)”型系列单级高速双支撑加压风机,因其能高效产生较高压头而得到广泛应用。 通用工业气体输送:在稀土工厂内,还需要输送二氧化碳(CO₂)、氧气(O₂)、氢气(H₂)、氦气(He)等。这些气体性质迥异(密度、粘度、爆炸性、化学活性),必须选用针对特定气体材质相容、密封安全、设计参数修正的专用风机。

三、 核心机型详解:轻稀土提纯风机S(Pr)1361-1.50

1. 型号解读:S(Pr)1361-1.50

“S”:代表“S系列”,即单级高速双支撑结构加压离心鼓风机。单级指只有一个叶轮进行能量转换;高速指转子工作转速远高于普通工业转速(通常通过齿轮箱增速或电机直驱达到数千甚至上万转/分);双支撑指叶轮转子两端均由轴承支撑,这种结构刚性高,适用于较高压力和转速,稳定性优于悬臂式。 “(Pr)”:此标注具有双重含义。首先,它指明该风机主要服务于镨(Pr)的提纯工艺线,其设计参数(如流量、压力点)针对镨提取的特定工序(如高压吹扫、物料输送)进行了优化。其次,它代表了风机过流部件(叶轮、机壳等)的材质或涂层经过特殊选择,以适应处理镨相关工艺介质时可能接触的特定腐蚀性气氛。 “1361”:表示风机在标准进口状态(进口压力1个标准大气压,温度20℃,介质为空气)下的额定体积流量,单位是立方米/分钟。即该风机设计流量为每分钟1361立方米。这是一个关键选型参数,需与工艺所需气量匹配,并考虑管路损失和余量。 “-1.50”:表示风机在额定流量下,出口法兰处的静压升为1.50个标准大气压(表压)。换算成常用单位约为150 kPa(千帕)或约1.5 kgf/cm²。这意味着风机能将气体压力提升约1.5个大气压。根据型号命名规则,此处没有“/”符号,表明其进口压力为标准大气压(1 atm abs)。若标注为“-2.4/1.2”,则表示出口压力2.4 atm,进口压力1.2 atm。

2. 设计特点与性能曲线
S(Pr)1361-1.50风机通过单个高速旋转的高强度叶轮,将机械能转化为气体的动能和压力能。其性能遵循离心式风机的普遍特性:在转速恒定下,压力-流量曲线呈下降趋势,功率-流量曲线呈上升趋势,存在一个最高效率点。

高效区:该型号的设计点(1361 m³/min, 1.50 atm)应落在其性能曲线的高效区域内。工程师在选型时,需确保工艺常用工况点靠近此区域,以保证长期运行的经济性。 防喘振控制:当风机流量过小(低于特性曲线左侧的喘振线时),会发生喘振,表现为气流剧烈波动、机组强烈振动,可能损坏设备。因此,S系列风机通常配备防喘振阀或回流管路,当检测到流量过低时自动打开,保证最小流量大于喘振流量。 转速调节:为适应工艺波动,常采用变频器驱动电机,通过改变转速来调节流量和压力。调节公式遵循风机相似定律:流量与转速成正比,压力与转速的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比。这是最节能的调节方式。

3. 典型应用场景
在镨提纯生产线中,S(Pr)1361-1.50可能用于:

煅烧后氧化镨的密相气力输送:将高温煅烧后的氧化镨粉末,用高压氮气或净化空气,通过管道输送至包装或下一工序。风机提供稳定的输送动力。 高压气体搅拌与鼓泡:在需要强烈气相传质的反应器中,提供高压气流。 工艺系统的气体加压与循环:在某些闭环或半闭环工艺气体(如保护气)循环系统中,作为加压动力源。

四、 风机核心配件详解

为保证S(Pr)1361-1.50等高速离心风机长期可靠运行,其关键配件的性能和质量至关重要。

1. 风机主轴

作用:传递扭矩,支撑转子所有旋转部件,是转子的核心骨架。 要求:极高的强度、刚性、韧性及疲劳强度。通常采用优质合金钢(如42CrMo)锻造,经调质处理获得良好的综合机械性能。轴颈部位(安装轴承处)需高频淬火,达到高硬度和耐磨性。加工精度要求极高,各配合段的同轴度、圆度、表面粗糙度均在微米级。

2. 风机转子总成

构成:包括主轴、叶轮、平衡盘(如有)、联轴器部件等。 叶轮:是能量转换的核心。采用三元流设计,叶片型线经过CFD优化,以追求高效率和高压头。材质根据输送介质可选高强度铝合金、不锈钢或钛合金。制造工艺为精密铸造或五轴数控铣削,并进行动平衡校正至G2.5或更高等级,以消除离心力不平衡引起的振动。 平衡:整个转子总成在高速动平衡机上完成动平衡,确保在工作转速下残余不平衡量极小。

3. 轴承与轴瓦

类型:S系列双支撑结构通常采用滑动轴承(轴瓦),而非滚动轴承。这是因为滑动轴承在高速重载下具有更优的承载能力、阻尼特性和寿命。 轴瓦:通常为剖分式,衬里材料为巴氏合金(锡锑铜合金)。巴氏合金质地软、顺应性好、嵌藏性好,能在润滑油膜形成不良时提供短期保护,防止主轴损伤。轴瓦与轴颈的间隙配合需极其精确,通常为主轴直径的千分之一到千分之一点五。 润滑:配备强制循环油站,为轴承提供压力稳定、油温可控、洁净的润滑油,形成稳定的油膜,实现液体摩擦。

4. 密封系统

气封与油封:防止气体沿轴端泄漏和润滑油外泄。 碳环密封:是S系列高速风机的常用选择。由多段碳环组成,在弹簧力作用下紧贴轴套(或密封套)表面,形成迷宫式阻塞密封。碳材料具有自润滑、耐磨损、摩擦热小的优点,能有效密封多种工艺气体。其密封压力可通过增加碳环段数来适应。 迷宫密封:非接触式,由一系列环形齿隙组成,通过多次节流膨胀来降低泄漏量。结构简单可靠,常用于内部级间密封或作为辅助密封。 油封:通常为唇形密封,用于轴承箱端部,防止润滑油泄漏。

5. 轴承箱与润滑系统

轴承箱:为轴承和部分密封提供刚性支撑和封闭环境,设有观察窗、测温测振探头接口。 润滑系统:独立的油站包括油箱、油泵、双联过滤器、油冷却器、加热器、温控阀、压力开关和仪表等,确保轴承在任何工况下得到可靠润滑。

五、 风机修理与维护要点

对S(Pr)1361-1.50这类关键设备,预防性维护和精准修理是保障其使用寿命的基石。

1. 日常监测与维护

振动监测:安装在线振动监测系统,实时监测轴承座处的振动速度或位移值。振动异常升高往往是转子不平衡、对中不良、轴承磨损或喘振的先兆。 温度监测:密切关注轴承温度、润滑油进回油温度。轴承温度骤升可能预示供油故障或轴承损坏。 性能监测:记录流量、压力、电流等参数,与原始性能曲线对比,效率下降可能意味着内部流道结垢、密封间隙过大。

2. 常见故障与修理

振动过大原因:转子积垢(输送气体不洁)、动平衡破坏、联轴器对中偏差增大、地脚螺栓松动、轴承磨损、喘振。 修理:停机检查对中;清理叶轮并重新进行现场动平衡;检查更换轴承/轴瓦。 轴承温度高原因:润滑油质恶化、油量不足、冷却器效果差、轴承间隙过小、负载过大。 修理:更换润滑油、清洗油路和冷却器、检查调整轴承间隙。 出力不足(压力或流量下降)原因:进口过滤器堵塞、密封间隙(特别是碳环密封磨损后)过大导致内泄漏严重、转速未达到额定值、叶轮腐蚀或磨损。 修理:更换过滤器;测量并调整密封间隙,更换磨损的碳环密封件;检查电机和变频器;必要时修复或更换叶轮。 异常噪音原因:喘振(低频吼叫)、轴承损坏(高频嘶叫或撞击声)、转子与静止件摩擦。 修理:立即调整工况点远离喘振区;停机检查内部间隙和轴承状态。

3. 大修流程
大修通常结合年度停产进行,内容包括:

全面拆解风机。 清洗所有部件,检查叶轮、主轴有无裂纹(渗透或磁粉探伤)。 测量所有配合间隙(轴承间隙、密封间隙、叶轮与机壳间隙),与出厂标准对比。 更换所有密封件、O型圈等易损件。 检查轴承和轴瓦,必要时刮研或更换。 转子总成上平衡机进行动平衡校正。 彻底清洗润滑油系统,更换新油。 回装后精确对中,并进行单机试车,监测振动、温度、性能参数。

六、 输送各类工业气体的风机技术要点

稀土工厂中,除了空气,还需处理多种特种气体,这对风机提出了特殊要求。

1. 气体特性与风机设计修正

密度影响:风机产生的压力与气体密度成正比。输送氢气(H₂,密度极小)时,相同转速下压力远低于输送空气,所需轴功率也小得多;而输送氩气(Ar,密度大)则相反。选型时必须根据实际气体密度换算风机性能。 安全性氧气(O₂):助燃极强。风机必须采用绝对禁油设计(不锈钢材质、特殊密封、无油润滑轴承),所有零部件在装配前需严格脱脂清洗,以防爆炸。 氢气(H₂):易泄漏、爆炸范围宽。要求极高的气密性设计,通常采用双端面干气密封等特殊密封,电机需防爆。壳体设计需考虑氢脆可能。 氦气(He)、氖气(Ne):惰性、昂贵。首要考虑的是极低的泄漏率,以降低运行成本。 腐蚀性二氧化碳(CO₂):潮湿时形成碳酸,有弱腐蚀性。材质需考虑耐酸。 工业烟气:可能含硫化物、湿气,具有腐蚀和结垢风险。需选用防腐材质(如316L不锈钢),并考虑在线清洗可能。

2. 系列风机适应性

“C(Pr)”、“D(Pr)”系列多级风机:适用于需要中高压力的惰性气体(N₂, Ar)输送、循环和压缩,密封结构需加强。 “AI(Pr)”、“AII(Pr)”、“S(Pr)”系列单级加压风机:根据具体压力和流量需求选择。输送O₂、H₂时,需订制特种气体专用版本,在材质、密封、清洗、认证上有特殊要求。 “CF(Pr)”、“CJ(Pr)”浮选专用系列:主要针对空气-矿浆潮湿环境,不适用于纯净、危险或贵重工业气体。

3. 密封技术是关键
输送特种气体时,密封方案是设计的核心。碳环密封因其良好的适应性可用于多种气体,但对于H₂、He等小分子气体或O₂,可能需要采用更先进的干气密封系统,实现近乎零泄漏。

七、 结语

离心鼓风机作为稀土提纯工业的“肺”与“动脉”,其稳定高效运行直接关系到生产线的产能、品质与成本。S(Pr)1361-1.50型单级高速双支撑加压风机作为针对镨提纯高压工况的利器,体现了专用化、高速化、高可靠性的设计理念。深入理解其型号含义、性能特点、核心配件构成以及维护修理要领,是每一位现场设备技术人员的基本功。同时,面对复杂的工业气体输送任务,必须牢记“气体特性决定风机特制”的原则,在选型、使用和维护中充分考虑介质的特殊性,特别是安全与密封要求。唯有如此,才能让这些钢铁骏马在稀土提取的复杂赛道上,持续、稳定、安全地奔腾,为我国稀土工业的蓬勃发展提供坚实的装备保障。

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