轻稀土提纯风机技术解析：S(Pr)2291-1.30型离心鼓风机的原理、配件与维护

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轻稀土提纯风机技术解析：S(Pr)2291-1.30型离心鼓风机的原理、配件与维护

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯风机，S(Pr)2291-1.30型离心鼓风机，风机配件，风机维修，工业气体输送，离心鼓风机技术，镨提纯工艺

第一章轻稀土提纯工艺与风机设备概述

轻稀土（铈组稀土）是稀土矿中的重要组成部分，包括镧、铈、镨、钕等元素，广泛应用于永磁材料、催化剂、抛光粉、储氢合金等领域。在轻稀土的湿法冶金提纯过程中，离心鼓风机作为核心气体输送与加压设备，发挥着不可替代的作用。特别是在镨（Pr）的分离与提纯工序中，需要风机提供稳定、洁净、特定压力与流量的气体，用于氧化焙烧、气体输送、流态化床供风、尾气处理等关键环节。

轻稀土提纯对风机设备有特殊要求：首先是耐腐蚀性，因为工艺气体可能含有酸性或碱性成分；其次是运行稳定性，提纯生产线连续运行，风机故障会导致整条生产线停产；第三是气体洁净度，避免油污、杂质污染产品；第四是可调节性，以适应不同工艺阶段的气体参数需求。为满足这些要求，行业内开发了多个专用风机系列，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以及“AII(Pr)”型系列单级双支撑加压风机。

这些风机可输送的气体介质多样，涵盖：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)以及混合无毒工业气体。风机选型需根据具体的工艺介质、压力、流量、温度等参数确定。

本文将重点围绕S(Pr)型系列单级高速双支撑加压风机，特别是S(Pr)2291-1.30这一典型型号，深入解析其技术特点、配件构成、维护修理要点，并扩展讨论工业气体输送风机的选型与应用。

第二章 S(Pr)2291-1.30型离心鼓风机详解

2.1 型号命名规则解析

以S(Pr)2291-1.30为例，其命名遵循统一规则：

“S”：代表“S系列单级高速双支撑加压风机”。单级指只有一个叶轮；高速通常指工作转速在每分钟数千转乃至上万转；双支撑指转子两端均有轴承支撑，稳定性优于悬臂结构。 “(Pr)”：表示该风机设计或适用于镨（Pr）的提纯工艺环节，在材料选择、密封形式等方面可能针对工艺特点进行了优化。 “2291”：表示风机在设计工况下的进口容积流量，单位为立方米每分钟。因此，S(Pr)2291-1.30的风量约为2291 m³/min。这是一个非常大的流量，适用于大规模稀土生产线的主流程供风。 “-1.30”：表示风机的出口静压（或表压）为1.30个标准大气压（atm），即相对于标准大气压的增压值为0.30 atm，或约为30.4 kPa（千帕）。若型号中有“/”符号，如“S(Pr)2291/1.05-1.30”，则“/”后的“1.05”表示进口压力为1.05 atm。本例无“/”，故默认进口压力为1个标准大气压。
作为对比，型号“S(Pr)800-2.4”表示：S系列单级高速双支撑加压风机，适用于镨提纯，流量800 m³/min，出口压力2.4 atm（增压1.4 atm），进口压力为1 atm。

2.2 S(Pr)2291-1.30型风机的技术特点与应用场景

S(Pr)2291-1.30属于大流量、中低压型单级离心鼓风机。其核心特点是：

结构紧凑效率高：单级叶轮配合高速电机（通常通过齿轮箱增速）驱动，在达到所需压力的情况下，结构比多级风机更简单，维护点相对较少。 双支撑稳定性好：转子两端由轴承支撑，有效降低了高速旋转下的挠度，运行平稳，振动小，适合长期连续运行。 适用于大流量输送：2291 m³/min的流量能力使其能够为大型焙烧炉、大型流化床或工厂集中供风系统提供动力。 压力适中：1.30 atm的出口压力适合用于物料输送、流态化、炉窑助燃等无需超高压力的场合。在镨提纯中，可能用于碳酸镨或氢氧化镨的流态化煅烧工序，提供热空气或保护性气体。

该风机的性能曲线遵循离心式风机的普遍规律：在转速恒定下，风量减小则压力升高，轴功率先升高后降低存在一个最高点；风量增大则压力降低。其有效工作区通常位于最高效率点的附近区域。选型时，必须将工艺所需的流量和压力点，落在风机性能曲线的高效区内，并考虑管网阻力特性曲线与风机性能曲线的匹配。

第三章风机核心配件系统剖析

一台高性能、长寿命的离心鼓风机，离不开各个精密配件的协同工作。以下结合S(Pr)系列特点，对关键配件进行说明：

3.1 风机主轴

主轴是传递扭矩、支撑转子旋转的核心部件。对于S(Pr)2291-1.30这类高速风机，主轴须采用高强度合金钢（如42CrMo）锻造，并经调质热处理，保证其具有优异的综合机械性能（高强度、高韧性）。加工精度要求极高，各轴段（安装叶轮、齿轮、轴承处）的同心度、圆柱度、表面光洁度都必须严格控制，以消除不平衡质量源。主轴还需进行无损探伤，确保内部无裂纹、夹渣等缺陷。

3.2 风机转子总成

转子总成是风机的“心脏”，包括主轴、叶轮、平衡盘（如有）、联轴器部件等。其中，叶轮是关键中的关键。S系列作为单级风机，通常采用后弯式或径向式三元流闭式叶轮，材质根据输送气体选择，如输送空气或惰性气体可用高强度铝合金或不锈钢；若气体有腐蚀性，则需采用双相不锈钢甚至钛合金。叶轮需经过精密数控加工和动平衡校正，平衡等级需达到G2.5或更高（根据转速确定），以确保高速下振动极小。

3.3 风机轴承与轴瓦

S(Pr)系列采用双支撑结构，这意味着转子两端各有一个径向轴承。对于此类高速风机，滑动轴承（轴瓦）的应用比滚动轴承更为普遍。滑动轴承依靠轴颈旋转在轴瓦间形成的油膜来支撑转子，具有承载能力强、阻尼性能好、运行平稳、噪音低、寿命长等优点。

轴瓦材料：常采用巴氏合金（锡基或铅基）衬层，浇铸在钢制瓦背上。巴氏合金具有良好的嵌入性、顺应性和抗胶合能力，能保护轴颈。 润滑系统：配备强制循环油站，为轴承提供稳定压力、流量和温度的洁净润滑油。油膜的形成与油的粘度、供油压力、轴承间隙密切相关。

3.4 密封系统

密封是防止气体泄漏和润滑油污染的关键，尤其对于输送工艺气体的风机。

气封与油封：在轴承箱与机壳之间，设有碳环密封。碳环密封是一种非接触式迷宫密封的改进型，由多个碳石墨环组成，依靠节流效应阻隔气体。它具有自润滑、耐高温、允许微小摩擦的优点，能有效隔离工艺气体与轴承箱润滑油。 轴端密封：根据介质特性，还可能采用干气密封、蜂窝密封等形式，确保工艺气体不外泄至大气（对于有毒或贵重气体尤为重要），也防止空气进入机壳（对于输送氧气、氢气等易燃易爆或怕氧化的气体尤为重要）。

3.5 轴承箱

轴承箱是容纳径向轴承和推力轴承的部件，为轴承提供精确的安装定位和稳定的运行环境。其铸造和加工质量直接影响轴承的对中性。轴承箱设有进油口、回油口、测温测振探头接口等。良好的散热设计也是轴承箱的要点。

3.6 其他关键配件

齿轮箱：由于电机转速通常无法直接达到叶轮所需的高速，需要配备高速齿轮增速箱。齿轮精度要求极高（通常AGMA 12级或以上），采用强制润滑。 机壳（蜗壳）：收集从叶轮出来的气体，将动能有效地转化为静压能。设计良好的蜗壳能减少涡流损失，提高风机效率。 进口导叶或变频器：用于调节风机的流量和压力，以适应工艺变化。进口导叶通过改变进气预旋来调节性能；变频器则通过改变电机转速来调节，节能效果更佳。

第四章风机运行维护与常见故障修理

对S(Pr)2291-1.30这类关键设备，预防性维护和精准修理是保障生产顺行的生命线。

4.1 日常巡检与维护要点

振动与噪音监测：每日定时记录轴承箱各方向的振动值。振动异常升高往往是转子不平衡、对中不良、轴承磨损或松动的最早征兆。监听运行噪音是否平稳。 温度监测：轴承温度、润滑油进回油温度是关键参数。巴氏合金轴承温度一般不宜超过85℃。温度异常需立即排查润滑和冷却系统。 润滑系统维护：定期检查油位、油压、油滤器压差。按规程取样化验润滑油，监测其粘度、水分、酸值和金属磨损颗粒含量。定期清洗或更换滤芯。 密封检查：观察是否有气体泄漏或油泄漏迹象。碳环密封属于易损件，需根据运行小时数和工况定期计划性更换。

4.2 常见故障诊断与修理

振动超标 原因：转子积垢或部件脱落导致不平衡；联轴器对中偏差变大；地脚螺栓松动；轴承磨损间隙过大；转子与静止部件发生摩擦。修理：停机后，首先检查对中情况和地脚紧固。若无效，需解体检查转子，进行现场或送厂动平衡校正。检查轴承间隙，超标则更换轴瓦。检查气封、油封有无摩擦痕迹。 轴承温度高 原因：润滑油不足、油压过低、油质劣化或污染；冷却器效率下降；轴承间隙过小或接触不良；负载过大或喘振。修理：检查并调整油系统。化验润滑油，必要时更换。清理冷却器。检测轴承间隙，研修或更换轴瓦。检查工艺系统，避免风机在喘振区运行。 风量或压力不足 原因：进口过滤器堵塞；密封间隙磨损过大，内泄漏严重；叶轮磨损或腐蚀，效率下降；转速未达到额定值（皮带打滑或变频器问题）；管网阻力变化。修理：清理过滤器。停机检查气封、迷宫密封间隙，超标则更换。检查叶轮状态，严重磨损需修复或更换。检查驱动系统。异响原因：轴承损坏（滚动轴承常见）；齿轮箱齿轮点蚀或断齿；转子与静止件刮擦；喘振引起的周期性吼叫声。修理：立即停机排查。使用听诊器定位声源。解体检查相应部件。

4.3 大修要点

风机通常运行一定周期（如2-4万小时）或振动、性能严重恶化时需进行大修。大修内容应包括：

完全解体，清洗所有部件。转子总成进行全面检查、无损探伤、动平衡复核与校正。更换全部轴承轴瓦、碳环密封等易损件。检查齿轮箱齿轮和轴承，必要时更换。检查并清理机壳、进气室。校验所有仪表探头。大修后重新组装，必须严格控制各部件间隙（如轴承间隙、叶轮与机壳间隙、密封间隙），并精细完成转子对中。最后进行单机试车和性能测试，合格后方可投运。

第五章工业气体输送风机的选型与应用扩展

在轻稀土提纯乃至整个化工、冶金领域，输送不同工业气体的风机选型至关重要。

5.1 气体性质对风机设计的影响

气体密度：直接影响风机的压力、轴功率。输送氢气（密度小）时，达到相同压比所需的多变功更大，但轴功率可能因质量流量小而较低；输送二氧化碳（密度大）则相反。选型时需进行性能换算。 腐蚀性：如输送含有氟化氢（HF）或氯离子（Cl⁻）的工业烟气，风机过流部件（叶轮、机壳）必须选用耐蚀材料，如哈氏合金、特殊涂层。 毒性、易燃易爆性：如输送氢气、一氧化碳，密封必须绝对可靠，通常采用干气密封或串联式迷宫密封加氮气隔离。风机需防爆设计（防爆电机、避免火花）。 纯度要求：如输送高纯氧气，所有接触气体的部件必须彻底脱脂，防止油污引发燃爆。润滑油严禁与氧气接触，需采用特殊密封隔离。温度：高温气体会影响材料强度、密封性能和润滑。可能需要采用冷却夹套、耐高温轴承和密封。

5.2 各系列风机在气体输送中的定位

“C(Pr)”/“D(Pr)”多级系列：适用于需要较高压比（如出口压力数倍于进口压力）的场合，如工艺气体循环、气体增压输送。级数多，效率曲线相对平坦。 “CF(Pr)”/“CJ(Pr)”浮选专用系列：针对矿山浮选工艺优化，强调流量调节范围和抗工况波动能力。 “AI(Pr)”单级悬臂系列：结构最紧凑，适用于中低压、中小流量场合。维护方便，但轴承负荷大，对转子平衡精度要求极高。 “S(Pr)”单级高速双支撑系列（如本文主角）：适用于大流量、中低压场合，稳定性好，是主流程供风的常用选择。 “AII(Pr)”单级双支撑系列：与S系列类似，可能在转速、结构细节或应用侧重上有所不同，同样强调稳定性。

选型的根本原则是：以工艺气体介质和工况参数（进口状态下的流量、进口压力、出口压力、温度）为出发点，结合气体特性，选择最合适系列和型号的风机，并确保其工作点落在高效、稳定运行区域内，同时满足安全、材料和密封的特殊要求。

第六章总结

S(Pr)2291-1.30型单级高速双支撑加压风机是轻稀土镨提纯工艺流程中一款典型的大流量动力设备。其型号编码科学地揭示了其性能参数，双支撑结构和高速设计兼顾了紧凑性与稳定性。深入理解其主轴、转子、轴瓦、碳环密封等核心配件的技术要点，是进行科学维护和精准修理的基础。对于振动、温升、性能下降等常见故障，应建立基于状态监测的预防性维护体系，做到早发现、准判断、快处理。

同时，稀土提纯及其他化工过程涉及多种多样的工业气体，风机选型必须将气体特性置于首位，在压力、流量匹配之外，高度重视腐蚀、安全、纯度等特殊要求，从C、CF、D、AI、S、AII等系列中做出最合适的选择。

作为风机技术从业者，我们应不断深化对设备原理的理解，积累实践经验，才能确保这些“工业肺腑”安全、高效、长周期运行，为包括轻稀土提纯在内的高端制造业提供坚实可靠的装备保障。

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