轻稀土提纯风机：S(Pr)1624-2.23型离心鼓风机技术详解

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轻稀土提纯风机：S(Pr)1624-2.23型离心鼓风机技术详解

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯风机，S(Pr)1624-2.23，离心鼓风机，稀土镨提纯，风机配件，风机修理，工业气体输送，多级离心鼓风机，轴瓦，碳环密封

一、轻稀土提纯工艺与风机技术概述

轻稀土，又称铈组稀土，主要包括镧、铈、镨、钕等元素，其提纯工艺是稀土产业链中的核心环节。在镨（Pr）的分离与提纯过程中，离心鼓风机作为关键的气体输送与加压设备，承担着为萃取、浮选、氧化还原等工序提供稳定气源的重要任务。稀土提纯工艺对气体的压力、流量、洁净度及稳定性有着极为苛刻的要求，因此，专门设计的离心鼓风机成为保障生产连续性和产品纯度的基石。

我国稀土工业经过数十年的发展，已形成了针对不同工艺环节的系列化风机产品。针对镨等轻稀土的提纯，风机不仅需要应对腐蚀性、易燃易爆等气体特性，还需在长期连续运行中保持极高的机械稳定性与密封可靠性。本文将围绕适用于镨提纯的S(Pr)1624-2.23型单级高速双支撑加压风机展开，系统阐述其技术原理、结构特点、配件组成、维护修理要点，并对输送各类工业气体的风机选型与应用进行说明。

二、S(Pr)1624-2.23型风机型号解读与技术参数

S(Pr)1624-2.23这一型号编码蕴含了该风机的系列归属、设计流量、压力及支撑方式等关键信息。

“S”：代表该风机属于“S型系列单级高速双支撑加压风机”。单级指叶轮为一级，结构相对紧凑；高速指其转子工作转速高，通常通过齿轮箱增速或直连高速电机驱动，以满足高能量头需求；双支撑指转子两端均有轴承支撑，这种结构刚性好，适用于较高转速和载荷，运行稳定性优于悬臂式结构。 “(Pr)”：明确标识此风机专为镨（Pr）的提纯工艺而设计或优化。这意味着在材料选择、密封形式、防腐处理等方面，已考虑了镨提纯工艺环境中可能存在的特定介质（如酸性气体、氯气环境下的氧化物等）的影响。 “1624”：表示该风机的设计流量为每分钟1624立方米。这是风机在进口标准状态（通常为1个标准大气压，20℃）下的容积流量，是选型时匹配工艺气体需求的核心参数。 “-2.23”：表示风机出口的绝对压力为2.23个大气压（绝压）。根据型号注释惯例，此处没有“/”符号，意味着风机的进口压力为标准大气压（1个绝对大气压）。因此，该风机的压升（增压比）约为1.23。这个压力等级适用于需要一定气体压力进行物料输送、气体搅拌或为后续工序提供动力的镨提纯环节。

作为对比，参考型号 S(Pr)800-2.4，其流量为800立方米每分钟，出口压力为2.4个大气压，专为与跳汰机配套而选型确定。这表明S系列风机可通过调整叶轮、蜗壳等通流部件的几何参数，形成覆盖不同流量-压力需求的型谱，以满足多样化的工艺要求。

三、S(Pr)1624-2.23型风机核心结构与配件详解

该型风机的性能与可靠性，建立在精密的机械结构和高质量的配件基础之上。以下对其核心部件进行说明：

1. 风机转子总成

这是风机的心脏部分，将机械能转化为气体压力能的核心。主要包括：

主轴：采用高强度合金钢（如42CrMo）锻制，经调质处理，保证在高转速下的强度与韧性。其加工精度极高，各装配部位的径向跳动、端面跳动均有严格公差要求，是保证动平衡和稳定运行的基础。叶轮：根据输送介质（如含微量腐蚀成分的工艺气体）特性，可能选用不锈钢（如304、316L）、双相钢或进行特种涂层处理。叶轮型线经空气动力学优化设计，采用三元流理论或计算流体动力学（CFD）仿真，以追求高效率和高压力系数。制造工艺多为整体精密铸造或焊接后数控加工，并经过严格的动平衡校正（通常要求达到G2.5或更高等级），以消除残余不平衡量，减少振动。 平衡盘/鼓（如为多级风机则必备，单级S型通常无）：用于平衡转子轴向力。S型单级风机主要通过推力轴承来承受轴向力。

2. 支撑与润滑系统：轴承与轴承箱

轴承用轴瓦：S系列采用滑动轴承（轴瓦），这是高速离心机械的典型配置。轴瓦内衬通常为巴氏合金（锡基或铅基），具有良好的嵌藏性、顺应性和抗胶合能力。运行时，在主轴与轴瓦之间形成稳定的动力油膜，实现液体摩擦，摩擦系数小，承载力强，阻尼特性好，能有效抑制油膜振荡，运行平稳且寿命长。轴瓦间隙需根据主轴直径、转速、润滑油粘度通过经验公式或计算精确调整，间隙过大会导致振动，过小则可能引发烧瓦。 轴承箱：是容纳轴承、并提供润滑油路和冷却的铸件。箱体需有足够的刚性以防止变形，内部油路设计确保润滑油能均匀、充足地到达各个润滑点。通常配备油温、油压监测仪表和冷却水夹套或冷却盘管。

3. 密封系统

密封是防止工艺气体泄漏和润滑油进入流道的关键，对于安全生产和环境保护至关重要。

气封与油封：气封：通常指级间密封和轴端密封的一部分，用于减少高压侧气体向低压侧的内部泄漏，提升风机效率。在S型单级风机中，主要指叶轮轮盖与机壳之间的迷宫密封。油封：主要用于轴承箱两端，防止润滑油沿轴向外泄。常用形式为骨架油封或机械式甩油环结合回油槽结构。 碳环密封：这是S(Pr)型风机在工艺气体侧（轴端）最可能采用的高级密封形式之一。由多个分割的碳环在弹簧力作用下抱紧主轴，形成径向接触式密封。碳材料具有自润滑、耐磨损、化学稳定性好的特点。对于输送如氢气（H₂）等渗透性强或贵重、有毒气体的工况，常采用充入缓冲气（如氮气N₂）的串联式碳环密封组，形成多道密封屏障，确保“零”有害泄漏。碳环密封的维护更换比干气密封简便，成本相对较低，在稀土行业应用广泛。

4. 机壳与蜗壳

机壳为风机静压部件，承受气体压力。S型为双支撑，机壳通常为水平剖分式，便于转子组装和检修。蜗壳将叶轮出来的高速气体收集并扩压，将动能有效地转化为静压能。其型线设计直接影响风机的效率和性能曲线形状。材质需与输送介质兼容。

5. 联轴器与齿轮箱（若为齿轮增速）

联轴器：连接电机（或齿轮箱）与风机主轴，传递扭矩。高速风机常采用膜片式联轴器，其无润滑、补偿对中偏差能力强、传动精度高，能有效隔离不对中引起的附加载荷。 齿轮箱：若电机转速不能满足风机叶轮设计转速，则需配置齿轮增速箱。其齿轮精度等级高（通常AGMA 12级或以上），采用强制润滑，确保平稳、高效地将电机转速提升至风机工作转速（可能达到每分钟上万转）。

四、风机运行维护与常见故障修理

对于S(Pr)1624-2.23这类关键设备，预防性维护和及时修理是保障其长周期安全运行的生命线。

1. 日常巡检与维护要点

振动与噪音监测：使用便携式振动仪定期检测轴承座处的振动速度或位移值，关注其变化趋势。异常噪音往往是轴承损坏、摩擦或喘振的先兆。 温度监测：重点关注轴承温度（通过埋入铂电阻测量）、润滑油温、冷却水温和机壳表面温度。轴承温度突然升高是故障的重要信号。 润滑油系统：定期化验润滑油，监测其粘度、水分、酸值和金属磨粒含量。按规定周期更换润滑油和滤芯。保持合适的油位和油压。 密封系统检查：对于碳环密封，监测缓冲气的压力和流量。泄漏量异常增大表明密封环已磨损，需计划性更换。 性能监测：记录进出口压力、流量、电机电流等运行参数，与设计曲线对比，效率下降可能意味着内部流道磨损或密封间隙过大。

2. 常见故障分析与修理

振动超标：原因：转子不平衡（结垢、叶轮磨损不均）、对中不良、轴承损坏（轴瓦磨损、巴氏合金脱落）、基础松动、喘振或旋转失速、轴弯曲。修理：停机后，首先重新检查对中。若对中无误，则需吊出转子总成，进行动平衡校验。检查轴瓦间隙和接触面，必要时刮研或更换。检查叶轮有无腐蚀、磨损或附着物，进行清理或修复。极端情况下需检查主轴直线度。 轴承温度高：原因：润滑油不足或变质、油路堵塞、冷却不足、轴承间隙不当（过小）、轴瓦接触不良导致局部过载、轴向力过大（平衡系统失效）。修理：检查润滑系统各环节。复查轴承间隙，按标准调整。检查推力轴承状况及平衡气封（如果有多级）的畅通性。 风量或压力不足：原因：进口滤网堵塞、密封间隙（尤其是碳环密封、迷宫密封）磨损过大导致内泄漏严重、转速下降（皮带打滑或电源频率问题）、叶轮腐蚀或磨损严重、工艺管路阻力增加。修理：检查并清理过滤器。测量并调整密封间隙，更换磨损的碳环或迷宫密封齿。检查驱动系统。对叶轮进行尺寸修复或更换。 气体泄漏：原因：轴端密封（碳环密封）失效、机壳中分面或法兰密封垫损坏。修理：停机更换碳环密封组件。更换中分面密封胶或法兰垫片，紧固螺栓时需按规定的力矩和顺序进行。

大修流程概要：当风机运行时间达到规定周期或性能严重下降时，需进行计划性大修。流程包括：停机隔离置换→拆除联轴器护罩及对中表架→拆除进出口管路及附属管线→吊开上机壳→吊出转子总成→全面检查测量各部件尺寸与间隙（如轴瓦间隙、叶轮口环间隙、气封间隙）→根据检查结果更换或修复损坏件（如轴瓦、密封、叶轮）→回装并按标准调整各项间隙→重新对中→单机试车（检查振动、温度、噪音）→工艺联动试车。

五、输送各类工业气体的风机选型与应用扩展

在稀土及其他化工领域，离心鼓风机输送的介质远不止空气。针对不同气体特性，风机设计和选型需进行特殊考量。前述C(Pr)、CF(Pr)、CJ(Pr)、D(Pr)、AI(Pr)、AII(Pr)等系列，正是为应对不同压力、流量及介质需求而开发。

1. 气体特性对风机设计的影响与选型要点

气体密度与分子量：风机的压头（能量头）与气体密度基本无关，但功率消耗与密度成正比。输送氢气（H₂，分子量2）时，所需功率远小于输送同等体积流量的二氧化碳（CO₂，分子量44）。选型时需以实际工况下的气体参数进行计算。 腐蚀性：如输送含有氯离子、氟离子或酸性成分的工业烟气，风机过流部件（叶轮、机壳、密封）必须选用耐蚀材料，如哈氏合金、钛材或进行特氟龙涂层处理。系列中的 CF(Pr)、CJ(Pr)型浮选专用风机可能在此方面有针对性设计。 毒性、易燃易爆性与贵重气体：如氢气（H₂）、氦气（He）等。要求风机密封绝对可靠，通常采用碳环密封组+氮气缓冲、干气密封或磁力耦合无密封结构。泄漏监测系统必须完善。D(Pr)型高速高压风机在应对这类气体时，对密封的要求最高。 氧化性与纯净度要求：输送氧气（O₂）时，所有与气体接触的部件必须彻底脱脂，防止油脂在高压纯氧中引发燃爆。通常采用不锈钢材质，并禁铜禁铝。运行中需严格控制温升。 惰性气体：如氮气（N₂）、氩气（Ar）、氖气（Ne），化学性质稳定，主要考虑密封防止泄漏（尤其是贵重氖气）和系统洁净度。

2. 各系列风机应用定位简述

C(Pr)型多级离心鼓风机：适用于中等流量、较高压力的场合。多级串联，效率较高，结构比单级复杂，常用于气体输送、工艺循环。 D(Pr)型高速高压多级离心鼓风机：采用齿轮箱将转速推至更高，单缸即可实现很高压比，结构紧凑，适用于高压、中低流量的苛刻工况，如高压反应气体循环。 AI(Pr)型单级悬臂加压风机：结构最简单，维护方便，适用于中低压力、中等流量的工况。悬臂结构对转子动力学设计挑战较大。 AII(Pr)型单级双支撑加压风机：比悬臂式刚性好，适用于流量和压力范围更宽的场合，是通用性较强的机型。 S(Pr)型单级高速双支撑加压风机：本文主角，结合了高速（高能量头）、双支撑（高刚性）和单级（相对紧凑）的特点，在较宽的流量和特定压力范围内具有优异性能，非常适合作为稀土提纯中的核心加压设备。 CF(Pr)/CJ(Pr)型浮选专用离心鼓风机：针对稀土浮选工艺中需要稳定、均匀、微细气泡的气源需求进行优化，其性能曲线可能更平缓，抗堵塞能力更强，并可能集成气体调节装置。

选型总则：选择风机时，首先明确工艺所需的介质成分、流量、进口压力、出口压力、进口温度等核心参数。其次考虑介质的特殊性质（腐蚀、易燃、贵重等），以确定材质和密封形式。然后根据流量-压力范围，初步匹配风机系列（如大流量中低压选AII型，高压中流量选D型或S型）。最后，结合工厂的维护能力、备用情况、能耗要求及投资预算，确定最终型号和配置。对于稀土提纯这类连续生产过程，可靠性往往是最优先的考量因素。

结论

S(Pr)1624-2.23型单级高速双支撑加压风机，作为专为镨提纯工艺设计的动力设备，体现了特种离心鼓风机在核心材料工业中的关键作用。其型号编码科学地概括了性能特征，其双支撑、高速、单级的设计平衡了结构、效率与可靠性。深入理解其核心配件如主轴、轴瓦、碳环密封的功能与维护要点，是保障风机稳定运行的基石。而针对不同工业气体的输送需求，从C系列到AII系列的产品矩阵，为工艺工程师提供了全面的解决方案。作为风机技术人员，我们不仅要掌握设备的安装与修理技能，更要理解其背后的设计逻辑与工艺适配性，从而在稀土及更广阔的化工领域，确保这些“工业心脏”安全、高效、长寿地跳动，为高端制造业的升级贡献不可或缺的力量。

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