轻稀土提纯风机:S(Pr)619-1.68型单级高速双支撑加压风机技术解析

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、镨提纯、离心鼓风机、S系列风机、风机维修、工业气体输送、风机配件、稀土分离

一、轻稀土提纯工艺与风机技术要求概述

轻稀土（铈组稀土）主要包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)等元素，其中镨(Pr)作为重要的功能性稀土元素，在永磁材料、陶瓷颜料、催化剂等领域有广泛应用。镨的提纯工艺通常包括采矿、选矿、冶炼和分离等环节，其中分离提纯阶段对气体输送设备有特殊要求。

在稀土分离过程中，离心鼓风机承担着关键的气体输送任务，包括提供氧化气氛、输送反应气体、维持系统压力平衡等。由于稀土分离工艺中常涉及腐蚀性、易燃性或高纯度气体，对风机的密封性、耐腐蚀性、运行稳定性和压力控制精度提出了极高要求。特别是镨的分离过程，往往需要在特定温度和压力条件下进行，风机性能直接影响到产品纯度、回收率和能耗指标。

针对轻稀土提纯的特殊工况，我国风机行业开发了多个专用系列，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。这些风机根据不同的工艺环节和气体特性进行针对性设计，形成了完整的稀土提纯用风机体系。

二、S(Pr)619-1.68型风机技术规格与型号解析

2.1 型号命名规则详解

S(Pr)619-1.68型风机的完整型号遵循行业标准命名规则，每个部分都有特定含义：

“S”代表单级高速双支撑加压风机系列，这是专门为中等流量、中高压力的工艺气体输送设计的机型。单级设计意味着只有一个叶轮，结构相对简单，维护方便；高速指工作转速通常在每分钟数千转至上万转；双支撑表示转子两端均有轴承支撑，这种结构刚性较好，适合较高压力工况。

“Pr”表示该风机专门优化用于镨提纯工艺，在材料选择、密封设计和防腐处理等方面考虑了镨分离过程中的特殊要求。不同稀土元素的风机会在材料耐受性、间隙控制等方面有细微差别。

“619”表示风机流量为每分钟619立方米，这是风机在设计工况下的体积流量参数。流量是风机选型的核心参数之一，需根据实际工艺需求精确计算确定，需考虑工艺气体成分、温度、压力以及系统阻力等因素。

“-1.68”表示风机出风口压力为1.68个大气压（表压），即相对于标准大气压的增压值为0.68个大气压。这里没有“/”符号，表示进风口压力为标准大气压（1个大气压）。如果出现如“S(Pr)619-1.68/0.2”的表示，则“/”前的1.68为出风口压力，“/”后的0.2为进风口压力（低于大气压时为负压）。

2.2 设计参数与性能特性

S(Pr)619-1.68型风机是针对镨提纯工艺中特定环节设计的专用设备，其主要设计参数包括：

流量范围：在设计工况下为619立方米/分钟，通常允许在±10%范围内调节，以适应工艺波动。流量调节可通过变频调速、进口导叶调节或出口阀门调节实现。

压力特性：出口压力1.68个大气压，进口压力1个大气压，压升比为1.68。这一压力水平适用于多数镨分离过程中的气体输送需求，如氧化反应气体供给、系统正压维持等。

转速范围：根据具体设计和叶轮直径，转速通常在6000-12000转/分钟之间。高速设计有利于缩小风机尺寸、提高单级压升能力，但对转子动平衡、轴承和密封提出了更高要求。

功率配置：配套电机功率需根据风机效率、系统阻力和安全系数确定，通常在150-250kW范围。稀土提纯工艺常要求连续稳定运行，电机选型需留有适当余量。

效率指标：S系列风机在设计点效率通常可达82%-88%，高效运行区间覆盖常用工况的80%-110%，有助于降低长期运行能耗。

气体适应性：可输送空气、工业烟气、二氧化碳、氮气、氧气、氦气、氖气、氩气、氢气及混合无毒工业气体。针对不同气体，需在材料选择、密封形式和防爆设计等方面进行相应调整。

三、S(Pr)619-1.68型风机关键部件详解

3.1 风机主轴系统

主轴是离心鼓风机的核心承载部件，S(Pr)619-1.68型风机的主轴采用高强度合金钢整体锻造，经调质热处理后具有优异的综合机械性能。主轴的设计需满足以下要求：

刚度计算需确保在最恶劣工况下，轴的最大挠度小于叶轮与机壳间最小间隙的50%，以防止动静部件接触。临界转速计算需确保工作转速远离第一阶和第二阶临界转速，通常要求工作转速低于第一阶临界转速的70%或高于第二阶临界转速的130%。

主轴与叶轮的连接通常采用过盈配合加键连接，过盈量需精确计算以确保在最大转速下仍能可靠传递扭矩。轴肩和退刀槽处采用圆角过渡以降低应力集中，表面粗糙度要求达到Ra0.8以下以减少疲劳源。

对于输送腐蚀性气体的工况，主轴表面可能采用镀层处理，如化学镀镍磷合金层，厚度通常为0.03-0.05mm，以提高耐腐蚀性。对于氢气等渗透性强的气体，主轴材料需选择氢脆敏感性低的钢种。

3.2 轴承与轴瓦系统

S(Pr)619-1.68型风机采用滑动轴承（轴瓦）支撑转子，相比滚动轴承，滑动轴承具有承载能力大、阻尼特性好、寿命长等优点，更适合高速重载工况。

轴瓦材料通常采用锡基巴氏合金（SnSb11Cu6），这种材料具有良好的嵌入性、顺应性和抗胶合能力。巴氏合金层厚度一般为1-3mm，浇铸在钢制瓦背上。轴瓦与轴颈的配合间隙需严格控制，通常为轴颈直径的0.001-0.0015倍，过大则影响稳定性，过小则可能引起发热卡死。

润滑系统采用强制循环油润滑，油压通常为0.15-0.25MPa，油温控制在35-45℃。润滑油除润滑外，还承担着冷却和清洁作用。润滑油需定期检测，确保粘度、水分、酸值和颗粒污染度在允许范围内。

轴承箱设计需保证足够的刚性，防止在负载下变形影响轴承对中。轴承箱与机座的连接采用定位销和螺栓联合固定，确保长期运行中不发生位移。轴承温度监测采用铂电阻温度计，报警值通常设为85℃，停机值设为95℃。

3.3 转子总成

转子总成包括主轴、叶轮、平衡盘、联轴器等旋转部件的组合体，是风机的心脏部件。

叶轮采用后弯式叶片设计，叶片数通常为12-16片，采用三元流理论设计，效率高、工作范围宽。叶轮材料根据输送气体性质选择，对于腐蚀性气体采用不锈钢（如304、316L），对于一般气体可采用低合金钢。叶轮制造完成后需进行超速试验，试验转速为设计转速的115%-120%，持续2-4分钟，以验证其强度可靠性。

动平衡是转子制造的关键环节，S(Pr)619-1.68型风机要求转子达到G2.5平衡等级，即在最高工作转速下，剩余不平衡量引起的振动速度不超过2.5mm/s。平衡校正通常在两个平面上进行，采用去重法或加重法，校正后需进行验证平衡。

3.4 密封系统

密封系统是防止气体泄漏和油污染的关键，S(Pr)619-1.68型风机采用多层次密封组合：

气封通常采用迷宫密封，由一系列环形齿和腔室组成，利用节流膨胀原理降低泄漏。迷宫齿尖与轴套的径向间隙通常为0.3-0.5mm，轴向间隙为1-2mm。对于有毒或贵重气体，可能采用蜂窝密封或刷式密封，泄漏量可减少30%-50%。

油封主要采用接触式机械密封或碳环密封。机械密封由动环、静环、弹簧和辅助密封圈组成，需保证端面比压在合理范围内。碳环密封由多个碳环串联组成，利用碳材料的自润滑性和弹性变形适应轴的微小偏摆，密封压力可达1.5MPa。

碳环密封在S系列风机中应用广泛，每个碳环内径比轴径小0.2-0.3mm，安装时需加热套装。碳环外有弹簧提供初始压紧力，工作时靠介质压力实现自紧密封。碳环密封对轴表面硬度有要求，通常需硬化处理至HRC45以上。

四、风机输送工业气体的特殊考量

4.1 不同气体的特性与风机适配性

稀土提纯过程中涉及多种工业气体，每种气体对风机设计和运行都有特殊要求：

氧气输送时需特别注意禁油处理，所有与氧气接触的部件需彻底脱脂，密封材料需采用氧兼容材料（如聚四氟乙烯、氟橡胶），防止发生氧化燃烧。风机内部流速需控制在安全范围内，避免静电积累。

氢气输送需重点考虑防泄漏和防爆，由于氢气密度小、粘度低、扩散速度快，对密封系统要求极高。风机壳体接缝和轴封处需采用特殊设计，泄漏率需低于标准要求。电气部分需符合防爆标准，通常要求达到Ex d IIB T4或更高等级。

腐蚀性气体（如含氟、氯气体）输送时，与气体接触的部件需采用耐腐蚀材料，如哈氏合金、蒙乃尔合金或特殊涂层处理。同时需考虑腐蚀产物的影响，防止固体颗粒在叶轮上积聚破坏平衡。

高压气体输送时需重点考虑壳体强度和密封性，S(Pr)619-1.68型风机壳体通常采用球墨铸铁或铸钢，设计压力为工作压力的1.5倍以上。所有法兰连接采用缠绕垫片或金属齿形垫片，螺栓需分级对称紧固。

4.2 混合气体输送的特殊处理

稀土提纯过程中常使用混合气体，如氢-氮混合气、氧-氩混合气等，混合气体输送需考虑：

气体成分变化对风机性能的影响，气体密度变化会直接影响风机的压力-流量特性，需在控制系统中进行补偿修正。气体压缩性变化会影响温升计算和冷却需求。

混合气体可能产生冷凝或反应，如含湿气体在压缩过程中可能析出液体，需在机壳底部设置排水口。某些气体混合后可能在高温高压下发生反应，需控制压缩温升不超过安全限值。

爆炸极限控制，对于可燃气体与空气或氧气的混合物，需严格控制浓度在爆炸极限之外，通常要求设置在线气体分析仪和紧急稀释系统。

五、S(Pr)619-1.68型风机的维护与修理

5.1 日常维护要点

日常维护是保证风机长期稳定运行的基础，主要包括：

振动监测：定期测量轴承座振动速度，通常要求径向振动不超过4.5mm/s，轴向振动不超过3.5mm/s。振动频谱分析可早期发现不平衡、不对中、轴承损坏等故障。

温度监测：轴承温度、润滑油温、电机绕组温度需定期记录，异常温升往往是故障前兆。特别是两个轴承的温差，如超过10℃可能指示负载不均或对中不良。

润滑油管理：定期取样分析润滑油，检查粘度、水分、金属颗粒含量等指标。通常每运行2000-4000小时或每6个月需更换润滑油，先冲洗再注油。

密封检查：检查气封和油封泄漏情况，轻微渗漏可接受，但如形成油流或气流则需处理。碳环密封需检查磨损情况，磨损量超过原厚度1/3时应更换。

5.2 定期检修内容

定期检修通常结合工艺停车进行，主要内容包括：

转子检查：检查叶轮叶片磨损、腐蚀情况，测量叶片厚度减薄量，如超过原厚度20%需考虑修复或更换。检查主轴表面状况，特别是轴颈和密封段，测量圆度和圆柱度误差，通常要求不超过0.02mm。

轴承检查：拆检轴瓦，检查巴氏合金层磨损、剥落、裂纹情况，测量瓦背过盈量是否合格。如合金层磨损超过原厚度1/3或出现大面积剥落需重新浇铸。

密封更换：碳环密封、机械密封等易损件按计划更换，即使无明显损坏，达到推荐使用寿命也应更换。更换时需清洁密封腔，检查配合尺寸，新密封件安装前需测量确认尺寸合格。

对中校正：重新校正风机与电机的对中，冷态对中需考虑热膨胀补偿，通常电机中心比风机中心低0.1-0.2mm。联轴器检查磨损、裂纹情况，螺栓紧固力矩需符合要求。

5.3 常见故障处理

振动异常：如振动突然增大，首先检查地脚螺栓是否松动，联轴器是否损坏。如振动逐渐增大，可能原因包括转子积垢、轴承磨损、对中变化等，需停机检查。

温度过高：轴承温度过高常见原因包括润滑油不足或变质、轴承间隙过小、负载过大、对中不良等。需逐项排查，必要时停机检修。

性能下降：流量或压力达不到设计值，可能原因包括密封间隙过大、叶轮磨损、进口过滤器堵塞、系统阻力变化等。需测试性能曲线，与原始曲线对比分析。

异常声响：撞击声可能指示内部部件松动或脱落，摩擦声可能指示动静部件接触，啸叫声可能指示旋转失速。需根据声音特征判断可能原因，及时处理。

六、风机选型与应用匹配

6.1 选型基本原则

为镨提纯工艺选择风机时，需综合考虑以下因素：

工艺需求分析：明确所需气体的种类、流量、压力、温度、洁净度要求。考虑工艺波动范围，风机应能在一定范围内适应工况变化。

气体特性考虑：密度、粘度、腐蚀性、爆炸性、毒性等特性直接影响风机材料选择、密封形式和防爆要求。对于混合气体，需确定设计工况下的平均分子量和绝热指数。

系统阻力计算：精确计算管道、阀门、换热器等系统部件的阻力损失，留适当余量但不过大。余量过大不仅增加投资，还会导致风机在低效区运行。

安装环境评估：空间限制、环境温度、海拔高度、电源条件等都会影响风机选型和配置。特别是高原地区，需考虑空气密度降低对性能的影响。

6.2 S(Pr)619-1.68型风机的适用场景

该型号风机特别适用于以下镨提纯环节：

氧化焙烧气体供给：在镨的化合物焙烧过程中，需精确控制氧化气体的流量和压力，S(Pr)619-1.68型风机可提供稳定的气体供应，压力波动可控制在±2%以内。

气氛控制气体循环：在还原或热处理过程中，需维持保护性气氛的循环，风机需具有良好密封性防止空气渗入。碳环密封系统可确保泄漏率低于0.5%。

尾气回收输送：环保要求将工艺尾气回收处理，风机需耐受尾气中可能的腐蚀成分。通过材料选择和表面处理，S(Pr)619-1.68型风机可适应多数尾气工况。

系统压力平衡：在连续生产系统中，需用风机维持微正压防止空气倒灌，或提供抽吸力排出废气。风机需具有良好的调节特性，适应系统压力变化。

6.3 与其他系列风机的比较应用

在完整的镨提纯生产线中，不同工艺环节可能需要不同系列的风机：

“C(Pr)”型多级离心鼓风机适用于更高压力需求的场合，如压力需求超过2.5个大气压时选用。多级设计可实现更高压升，但效率相对较低，维护也较复杂。

“CF(Pr)”型和“CJ(Pr)”型浮选专用风机针对矿浆浮选过程优化，注重抗堵塞和耐磨性，适用于前端选矿环节。

“D(Pr)”型高速高压风机适用于小型高压力系统，结构紧凑但转速极高，对轴承和密封要求苛刻。

“AI(Pr)”型单级悬臂风机适用于小流量场合，结构简单，成本较低，但承载能力有限。

“AII(Pr)”型单级双支撑风机与S系列类似，但设计更侧重通用性，而S系列更注重高速性能。

正确选择风机系列和型号，可实现最佳的性能匹配、能耗节约和运行可靠性，是稀土提纯工程成功的关键因素之一。

七、未来发展趋势与技术展望

随着稀土提纯技术的不断进步和对节能环保要求的提高，离心鼓风机技术也在持续发展：

智能化控制：采用变频调速、智能喘振保护、在线监测诊断等先进技术，实现风机的自适应优化运行。通过物联网技术，可实现远程监控和预测性维护。

新材料应用：陶瓷涂层、复合材料等新材料的应用可进一步提高叶轮的耐磨耐腐蚀性能。自润滑轴承材料可减少对润滑油系统的依赖。

高效化设计：采用计算流体动力学优化流道设计，效率可再提高2%-5%。三元流叶轮、前置导叶调节等技术的应用，可进一步拓宽高效工作区。

标准化与模块化：系列内零部件标准化程度提高，缩短交货周期和维修时间。模块化设计便于根据具体需求灵活配置，降低备件库存成本。

绿色环保：低噪声设计、无油润滑、泄漏控制等环保特性越来越受重视。风机能效标准不断提高，推动全行业技术进步。

结语

S(Pr)619-1.68型单级高速双支撑加压风机作为轻稀土镨提纯工艺中的关键设备，其性能可靠性直接影响到生产效率和产品质量。深入理解风机的工作原理、结构特点、维护要求和选型原则，对保障稀土生产线的稳定运行具有重要意义。

在实际应用中，需根据具体工艺条件合理选择和配置风机，建立完善的维护体系，及时处理异常情况，才能充分发挥设备性能，为稀土提纯行业的高质量发展提供可靠保障。随着技术进步和工艺革新，风机技术也将不断适应新的需求，为稀土产业的技术升级和可持续发展做出贡献。