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轻稀土提纯风机技术解析:以S(Pr)905-2.64型离心鼓风机为核心

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:轻稀土提纯、铈组稀土、镨提纯、离心鼓风机、S(Pr)905-2.64、风机配件、风机维修、工业气体输送

引言

在稀土工业,尤其是轻稀土(铈组稀土:镧、铈、镨、钕等)的冶炼与提纯工艺链中,气体输送与加压设备扮演着至关重要的角色。从矿山浮选、冶炼分离到高纯产品制备,诸多环节如氧化焙烧、气体保护、物料输送、尾气处理等,均需要可靠、高效且具备特定气体介质适应性的鼓风机设备提供动力保障。离心鼓风机以其结构紧凑、运行平稳、流量范围广、易于调节及维护等特点,成为该领域的核心动力装备之一。本文将聚焦于轻稀土提纯,特别是镨(Pr)元素相关工艺中应用的专用离心鼓风机,以其典型型号S(Pr)905-2.64为剖析重点,系统阐述其基础知识、型号含义、核心配件构成、维护修理要点,并延伸讨论其在输送各类工业气体时的技术考量。

第一章:轻稀土提纯工艺与风机概述

轻稀土提纯是一个复杂的物理化学过程,涉及焙烧、酸溶、萃取、结晶、还原等多个单元操作。在这些过程中,风机主要承担以下任务:

提供氧化或还原气氛:如向焙烧炉输送空气(氧气)或惰性气体(如氮气、氩气),以控制反应环境。 物料气力输送:将粉状或颗粒状稀土物料在管道中悬浮输送。 工艺气体循环与加压:在闭路或半闭路系统中,对工艺气体(如CO₂、H₂、混合气)进行循环增压,维持系统压力与流量。 通风与尾气处理:为生产车间通风换气,或将工艺尾气(可能含有酸雾、粉尘或微量有害气体)抽送至净化处理系统。

为满足上述多样化工况,风机厂家开发了针对性的系列产品。参考行业内常见分类,在稀土提纯领域应用的离心鼓风机主要包括:

“C(Pr)”型系列多级离心鼓风机:适用于中低压、大流量场合,结构可靠,常用于通风及物料输送。 “CF(Pr)”型与“CJ(Pr)”型系列专用浮选离心鼓风机:专为矿山浮选工艺设计,强调抗磨损和稳定供气。 “D(Pr)”型系列高速高压多级离心鼓风机:采用多级叶轮串联和高速设计,提供较高压力,适用于需要较高系统背压的工艺环节。 “AI(Pr)”型系列单级悬臂加压风机:结构简单,维护方便,适用于中等流量和压力的加压输送。 “S(Pr)”型系列单级高速双支撑加压风机:本文重点,采用高速单级叶轮和双支撑结构,兼顾高压力与高转速下的稳定性,是许多加压工艺的首选。 “AII(Pr)”型系列单级双支撑加压风机:与S系列类似但可能转速或结构细节有所不同,适用于稳定工况下的加压需求。

这些风机可输送的气体介质广泛,包括空气、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。介质的不同直接影响风机的材料选择、密封形式和性能曲线。

第二章:核心型号S(Pr)905-2.64详解

以型号S(Pr)905-2.64为例,对其编码进行专业解读:

“S”:代表风机系列,即“单级高速双支撑加压风机”。单级指只有一个叶轮进行做功;高速意味着该风机采用高转速设计(通常通过齿轮箱增速或高速电机直驱实现),以获得较高的单级压比;双支撑指风机转子的两端均有轴承支撑,这种结构相较于悬臂式(AI型)具有更好的刚性,运行更平稳,更适合高转速和较高负荷。 “(Pr)”:此标注明确指示该风机主要设计应用场景或优化方向为镨(Pr)的提纯相关工艺。这暗示了风机在材料兼容性(如接触可能存在的化学介质)、密封特殊性或性能曲线方面,考虑了镨提取工艺的特定需求(例如,可能涉及特定保护气体或腐蚀性气氛)。 “905”:表示风机在标准进气状态下的额定流量,单位为立方米每分钟。即该风机设计流量为905 m³/min。这是一个关键性能参数,决定了风机的供气能力,需根据工艺系统的总气耗、管网阻力及安全余量综合选型确定。 “-2.64”:表示风机出口的额定表压(相对压力)为2.64个大气压(即约0.264 MPaG)。这是另一个核心性能参数,代表风机克服系统阻力并提供所需工艺压力的能力。压力值的选择直接与后端设备(如反应釜、塔器、输送管道)的工作压力要求相关。 关于进风口压力的说明:根据给定的编码规则,型号中没有“/”符号,则表示默认的进风口压力为1个标准大气压(绝对压力,约0 MPaG)。若进口气体压力非标(如从上一工序来的带压气体),则型号中可能会以“/”后跟数字表示进口压力值。

对于S(Pr)905-2.64型风机,其设计工况可理解为:在标准大气压下吸入气体,通过单级高速叶轮的做功,将流量为905 m³/min的气体加压至出口绝对压力约为3.64个大气压(绝对压力=表压+大气压)。此型号风机若用于“与跳汰机配套”,则其流量和压力参数需精确匹配跳汰机对风量、风压的波动性和稳定性要求。

第三章:风机核心配件系统解析

一台高性能、长寿命的离心鼓风机,离不开其精密、可靠的内部配件系统。以S(Pr)系列为代表的单级高速双支撑风机,其主要配件包括:

风机主轴:作为整个转子系统的核心承载与动力传递部件,主轴通常采用高强度合金钢(如42CrMo)锻造,经调质处理获得良好的综合机械性能。其加工精度要求极高,特别是轴承档、齿轮安装档(若为齿轮箱增速)和叶轮安装段的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度,直接关系到动平衡质量、啮合效率及运行稳定性。主轴需进行无损探伤,确保无内部缺陷。 风机转子总成:这是风机的“心脏”,由主轴、叶轮、平衡盘(若有)、联轴器等部件组成并经过精密动平衡校正。叶轮是核心做功元件,对于输送不同气体,叶轮型线(三元流或二元流设计)、叶片数量、出口角等气动设计不同。材料根据介质选择,输送空气或惰性气体可用优质合金钢;输送腐蚀性气体(如含氧湿氯气)需采用不锈钢(如316L)甚至钛材、双相钢;输送氢气等轻气体时,需考虑更高的转速和特殊的防泄漏设计。动平衡等级通常要求达到G2.5或更高,确保在高速运转下振动值在安全范围内。 轴承与轴瓦:对于高速重载的S系列风机,滑动轴承(轴瓦)的应用比滚动轴承更为常见,因其承载能力大、阻尼性能好、运行平稳。轴瓦通常采用巴氏合金(锡基或铅基)衬里,该材料具有良好的嵌入性、顺应性和抗胶合能力。轴承箱内设有强制润滑系统,通过油泵持续供给压力油,在轴颈与轴瓦间形成稳定的动压油膜,实现液体摩擦。润滑油的选择、油温控制、油品清洁度对轴瓦寿命至关重要。 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、有毒或危险工业气体时。 气封(迷宫密封):通常安装在叶轮两侧的机壳上,由一系列交替的环形齿隙和腔室组成。其原理是利用节流效应和涡旋耗散来减少高压侧向低压侧的内部气体泄漏,属于非接触式密封,可靠性高,寿命长。 油封:主要用于轴承箱端部,防止润滑油沿轴渗出。常用形式包括骨架油封或迷宫式油封与挡油环的组合。 碳环密封:在要求更严格密封的场合(如输送氢气、有毒气体或要求绝对无油污染工艺气体时),会采用碳环密封。它是一种接触式机械密封的变体,由多个分割的碳环在弹簧力作用下紧贴轴套表面,形成多级密封。其密封效果好,允许少量密封气(如氮气)注入作为缓冲,实现工艺气体的零泄漏或可控泄漏。碳环材料具有自润滑性,耐磨,但对轴套的硬度、光洁度及对中要求极高。 轴承箱:是容纳主轴轴承(轴瓦)、提供润滑油路和冷却空间的壳体部件。其结构需保证足够的刚性,防止变形影响轴承对中。内部油路设计需确保润滑油能均匀、充分地到达各润滑点。轴承箱常设有测温点(铂热电阻)和振动监测探头安装孔,用于在线状态监测。

第四章:风机维护、常见故障与修理要点

科学维护与及时修理是保障风机长期稳定运行、延长使用寿命、避免非计划停机造成生产损失的关键。

一、日常维护与定期检查:

振动与温度监测:每日记录轴承箱振动值(速度或位移)和轴承温度、润滑油温。任何异常升高都可能是故障前兆。 润滑油系统:定期检查油位、油压、油滤器压差。按规程定期取样化验润滑油,监测其粘度、水分、酸值和金属磨粒含量。定期清洗或更换滤芯。 密封系统:对于碳环密封,监控密封气的压力和流量。检查外部有无异常泄漏。 整体性检查:听诊运行声音有无异响,检查地脚螺栓、联轴器护罩等紧固件是否松动。

二、常见故障、原因分析与修理:

振动超标原因:转子动平衡破坏(叶轮积垢、磨损、叶片断裂);对中不良(基础沉降、管道应力);轴承磨损或巴氏合金脱落;轴弯曲;喘振(系统阻抗过大,风机在失稳区运行)。 修理:停机检查。重新进行现场动平衡或返厂动平衡;重新找正联轴器;检查并更换损坏的轴瓦;校直或更换主轴;调整工况点,避免在小流量区运行,检查并清理进口过滤器、出口管路阀门。 轴承温度过高原因:润滑油量不足或油质恶化;冷却水系统故障(若带有冷却器);轴承间隙过小或过大;轴瓦巴氏合金损坏;对中不良导致附加载荷。 修理:检查油路,更换合格润滑油;检修冷却器,疏通水路;测量并调整轴承间隙至设计值;刮研或更换新轴瓦;重新找正。 气体泄漏量增大原因(机械密封/碳环密封):密封元件(碳环、O型圈、弹簧)磨损或老化;轴套磨损;密封气压力设置不当。 修理:停机更换整套密封组件或磨损件;修复或更换磨损的轴套;重新设定并校准密封气系统参数。 风量或风压不足原因:进口过滤器堵塞;叶轮磨损严重,间隙增大;密封间隙磨损过大,内泄漏增加;电机转速下降;管网阻力变化(阀门开度、工艺变化)。 修理:清洗或更换过滤器;检查叶轮,磨损超标需修复或更换;调整或更换迷宫密封齿;检查电机及驱动系统;复核系统阻力,调整工艺参数。

重要修理原则:涉及转子、轴承、密封等核心部件的拆卸与修理,必须由专业技术人员在洁净环境下,使用专用工具,严格按照制造商提供的维修手册进行。修理后需重新进行对中、平衡测试,并执行完整的开机前检查程序。

第五章:输送不同工业气体的特殊考量

如前所述,S(Pr)系列风机可适应多种气体介质。输送不同气体时,风机需进行针对性设计和调整:

气体密度影响:风机产生的压力与气体密度大致成正比。当输送氢气(密度极小)时,为达到相同压力,需要更高的转速或更大的叶轮;而输送氩气(密度大于空气)时,在相同转速下压力会升高,电机功率也会显著增加。选型时必须以实际工况下的气体成分、温度、压力来计算密度。 材料兼容性与腐蚀:输送氧气要求绝对禁油,所有流道部件需进行脱脂处理,并采用不锈钢等相容材料,防止高速下与油气混合物引发危险。输送湿氯气、二氧化硫等腐蚀性气体,需选用耐蚀合金(哈氏合金、蒙乃尔合金等)或进行特殊涂层处理。 安全性:输送氢气、一氧化碳等易燃易爆气体时,风机设计需符合防爆标准,采用防爆电机,并确保密封绝对可靠(常采用串联式干气密封或高性能碳环密封加氮气隔离)。静电接地措施必须完善。 密封特殊性:对于昂贵气体(如氦气、氖气)或危险气体,优先采用碳环密封干气密封等高效密封形式,最大限度减少工艺气泄漏损失或环境危害。密封气系统的设计(气源选择、压力控制、排放处理)尤为关键。 热力学效应:某些气体(如氢气)在压缩过程中温升较低,而某些多原子气体温升较明显。需考虑气体特性对冷却系统(如中间冷却、后冷却)的需求。

因此,为特定工业气体选配S(Pr)型风机时,必须向制造商提供完整的气体组分、进口状态参数、安全要求等信息,进行定制化设计和制造。

结论

在轻稀土提纯这一高技术、高附加值的产业中,离心鼓风机作为关键的通用动力设备,其选型、应用与维护的科学性直接影响到生产的连续性、产品的纯度和经济性。以S(Pr)905-2.64型为代表的单级高速双支撑加压风机,凭借其高转速、高压力、双支撑稳定性的特点,非常适合镨等稀土元素提纯工艺中诸多需要气体精确加压与输送的环节。深入理解其型号含义、掌握以主轴、转子、轴瓦、碳环密封等为核心的关键配件系统原理,并建立一套基于状态监测的预防性维护和精准修理体系,是风机技术管理人员保障设备高效、长周期、安全运行的基本功。同时,充分认识不同工业气体物化特性对风机设计、材料和运行的特殊要求,是实现风机与工艺完美匹配,最终服务于高效、绿色稀土生产的重要前提。随着稀土产业向精细化、高端化不断发展,对配套风机设备的性能、可靠性和智能化水平也将提出更高的要求。

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