轻稀土提纯风机核心技术详解：以S(Pr)1178-1.57型风机为例

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轻稀土提纯风机核心技术详解：以S(Pr)1178-1.57型风机为例

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯，铈组稀土，镨钕分离，离心鼓风机，S(Pr)1178-1.57，风机配件，风机维修，工业气体输送，碳环密封

引言

在稀土，尤其是轻稀土（铈组稀土）的湿法冶炼与提纯工艺流程中，离心鼓风机扮演着至关重要的“动力心脏”角色。从矿石分解、萃取分离到沉淀灼烧，多个工序都需要风机提供稳定、洁净且参数精准的气体介质，用于物料的流态化输送、气氛保护或氧化还原反应。其中，针对镨(Pr)、钕(Nd)等关键元素的高纯度分离环节，对配套风机的可靠性、密封性及气体控制精度提出了近乎苛刻的要求。本文将结合笔者在风机技术领域多年的实践经验，以专为镨提纯工艺设计的S(Pr)1178-1.57型单级高速双支撑加压风机为核心，系统阐述其技术基础、配件构成、维护修理要点，并拓展讨论输送各类工业气体的风机选型考量。

第一章：轻稀土提纯工艺对风机的核心要求

轻稀土提纯，特别是镨钕分离，通常采用溶剂萃取法。在此过程中，风机主要用于：

供给压缩空气：为氧化焙烧炉或气流输送系统提供动力，要求压力稳定、无油污染。 输送保护性气体（如氮气N₂、氩气Ar）：在敏感工段防止产品氧化，要求风机具备极高的密封性，杜绝空气渗入。 处理工艺尾气：可能含有酸性成分或水汽，要求风机过流部件具备一定的耐腐蚀性。

因此，配套风机必须满足高效、稳定、密封可靠、易于维护四大原则。C(Pr)、D(Pr)、S(Pr)等系列风机正是在此背景下，针对不同压力、流量工况开发的专用设备。

第二章：S(Pr)系列风机与目标型号深度解析

S(Pr)型系列单级高速双支撑加压风机，以其结构紧凑、转子动力学性能好、适合中高压力工况的特点，广泛应用于稀土提纯中的气体加压与输送环节。

型号S(Pr)1178-1.57的完整解读：

“S”：代表单级、高速、双支撑结构。单级指叶轮仅有一个，高速通常指工作转速高于3000转/分钟，双支撑指转子两端均有轴承支撑，稳定性优于悬臂式。 “(Pr)”：明确此风机优化设计用于镨（Pr）相关的提纯工艺流程，其材料选择、间隙设定可能考虑了特定工艺气体的性质。 “1178”：表示风机在进口标准状态（通常指1个标准大气压，20℃）下的额定流量，单位为立方米每分钟。即该风机流量为1178 m³/min。这是一个巨大的流量，表明其用于大规模生产或主流程气体输送。 “-1.57”：表示风机出口的表压为1.57个标准大气压（约0.157MPaG）。根据命名规则，由于型号中未使用“/”符号，故进口压力默认为1个标准大气压（绝压）。因此，风机承担的压升为0.57个大气压（约57kPa）。其压力流量曲线（Q-H曲线）与工艺系统的阻力特性曲线交点，即为实际运行工况点，此点需通过选型计算与系统严格匹配。

该风机的核心设计目标是：在庞大的气体流量下，提供稳定、中等压力的洁净气体，常用于稀土焙烧炉的鼓风或大型气力输送系统。

第三章：S(Pr)1178-1.57型风机关键配件详解

理解风机配件是进行维护、修理和故障诊断的基础。以下对核心部件进行说明：

风机主轴：作为整个转子系统的核心承载件，通常采用高强度合金钢（如42CrMo）锻制，经调质处理以获得优异的综合机械性能。其加工精度极高，各轴段（安装叶轮、轴承、联轴器处）的同轴度、圆度、表面光洁度直接关系到整机运行的平稳性。 风机转子总成：这是一个高速旋转的动部件组合，主要包括主轴、叶轮、平衡盘（如有）、联轴器等。叶轮：是风机做功的核心。为适应大流量和一定压力，S系列采用后弯式或径向出口的闭式叶轮，材质通常为不锈钢（如304、316）或高强度铝合金，以兼顾强度、耐蚀性和轻量化。叶轮需经过严格的动平衡校验，精度等级常需达到G2.5或更高，以减小振动。 动平衡：转子总成装配后，必须在动平衡机上校正。不平衡量遵循“质量乘以偏心距”的计算公式进行量化校正，确保在工作转速下产生的离心力在允许范围内。 轴承与轴瓦：对于高速重载的S系列风机，滑动轴承（轴瓦）比滚动轴承更为常见，因其承载能力大、阻尼特性好、寿命长。轴瓦：通常为剖分式，内衬巴氏合金（一种耐磨减摩的白色金属合金）。其与主轴轴颈之间形成稳定的油膜，原理基于流体动压润滑理论：依靠轴颈旋转将润滑油带入收敛间隙，产生压力油膜将转子“浮起”，实现纯液体摩擦。油膜压力分布的计算涉及复杂的雷诺方程。 密封系统：这是防止气体泄漏和润滑油污染的关键，尤其在输送贵重或有害工业气体时。 气封与油封：在叶轮轮盖侧和轴承箱侧，通常设置迷宫密封或碳环密封。碳环密封由多个分割的碳环在弹簧力作用下紧贴轴套，形成多个节流间隙，有效阻止气体轴向泄漏。其密封效果取决于环与轴之间的极小径向间隙以及多级节流产生的压降。 轴承箱密封：主要采用骨架油封或迷宫密封，防止润滑油外泄。 轴承箱：是容纳轴承、轴瓦并建立润滑油循环系统的壳体。其设计需保证足够的刚性，为轴承提供稳定支撑，同时内部油路设计要确保润滑油能充分冷却和润滑轴承。

第四章：风机常见故障与修理要点

针对S(Pr)1178-1.57这类大型高速风机，预防性维护和精准修理至关重要。

振动超标：这是最常见的故障。原因：转子不平衡（结垢、部件松动）、对中不良、轴承磨损、基础松动或气动扰动（喘振）。 检查与修理：首先进行在线振动频谱分析，判断主频成分。若以1倍转频为主，重点检查动平衡和对中；若出现高频，检查轴承或齿轮啮合（如有）。修理时需重新进行现场动平衡或激光对中。动平衡校正遵循“试重法”或“影响系数法”，通过计算在指定校正面上添加或去除配重质量，使剩余不平衡量达标。 轴承温度高：原因：润滑油品质下降、油路堵塞、油冷器失效、轴承间隙不当（过小导致摩擦热大，过大导致油膜不稳）、负载过大。修理：检查并更换润滑油，清理油路。测量轴瓦间隙，若不符合设计值（通常为轴颈直径的千分之一点二到千分之一点八），需刮研轴瓦或更换。检查进油温度和压力。 气体泄漏或压力不足：原因：密封件（特别是碳环密封）磨损、间隙增大；叶轮腐蚀或磨损严重，效率下降；进气过滤器堵塞。修理：停机检查各级密封间隙，更换磨损的碳环或迷宫密封条。测量叶轮口环间隙，若超标需修复或更换叶轮。检查并清理进气系统。喘振：一种危险的不稳定工况。现象：风机流量周期性剧烈波动，伴随气流噪声和机身强烈振动。原因：当风机工作点移动到压力流量特性曲线左侧的驼峰区时，系统压力大于风机所能提供的最大压力，导致气体倒流。 预防与处理：选型时必须确保风机额定工作点远离喘振区。系统中应设置防喘振阀或放空阀，当检测到流量低于安全限值时自动打开，增大流量，使工作点回到稳定区。其控制逻辑基于风机的喘振边界线方程。

第五章：输送不同工业气体的风机选型与改造要点

文中提及的可输送气体（空气、烟气、CO₂、N₂、O₂、He、Ne、Ar、H₂等）物性差异巨大，风机选型须特殊考量：

气体密度的影响：风机产生的压力与气体密度成正比。输送氢气(H₂)等轻气体时，相同转速下压力大幅下降，所需功率也降低；输送二氧化碳(CO₂)等重气体时则相反。选型时需根据实际气体密度换算风机性能曲线，公式为：压力比例等于密度比例，功率比例也等于密度比例。 腐蚀性与材料选择：输送湿氯气、酸性烟气时，需选择耐蚀材料如双相不锈钢、哈氏合金，或内衬防腐涂层。氧气(O₂)风机要求绝对禁油，所有过流部件需进行严格的脱脂处理，并采用铜基合金等不易产生火花的材料。 密封的特殊要求： 输送氢气：氢分子小，极易泄漏，需采用干气密封、串联式碳环密封等特殊密封形式。 输送稀有气体（He、Ne、Ar）：气体昂贵，要求泄漏率极低，同样需要增强型密封。 输送氧气：防止油蒸汽进入，轴承箱密封需特别设计，并可能采用氮气隔离密封。 安全考量：输送可燃气体（如H₂）需防爆设计和认证。输送氧气需严防油脂引起的燃爆风险。

针对特定气体，文中提到的其他系列风机各有侧重：“CF(Pr)”/“CJ(Pr)”系列专为浮选工况优化，可能更耐磨损；“D(Pr)”系列多级高压，适用于需要更高压升的工艺；“AI(Pr)”系列单级悬臂，结构简单，适用于中小流量；“AII(Pr)”系列单级双支撑，则是S系列的一种补充或变型。

结语

S(Pr)1178-1.57型单级高速双支撑加压风机作为轻稀土镨提纯流程中的关键设备，其高效稳定运行是保障产品质量与生产效率的基石。深入理解其型号含义、掌握核心配件的工作原理与维护要点，并能够根据输送介质的特性进行科学的选型与适应性改造，是每一位风机技术工程师的责任。随着稀土产业向高、精、尖方向持续发展，对配套风机的智能化、高效化和专用化要求将不断提升，这要求我们不断深耕技术，将设备管理与工艺需求更紧密地结合，为国之重材的提炼保驾护航。

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